нюється рух, зменшується частота.
.2 Перетворення енергії при гармонічних коливаннях
Далі розглядають енергетичні перетворення в коливальних системах. З'ясовують, що при русі маятників відбувається періодичне перетворення кінетичної енергії системи в потенційну і назад [5]. Зображують графічно залежності кінетичної (Е k), потенційної (Е р) і повної (Е) енергій маятника від часу (рис. 6). Відзначають, що повна енергія коливальної системи не залежить від часу, вона пропорційна квадрату амплітуди і частоти. З цим співвідношенням учням доведеться зустрічатися при вивченні хвильових процесів, тому важливо, щоб воно було закріплено.
Рис.6. Залежності кінетичної (Е k), потенційної (Е р) і повної (Е) енергій маятника від часу.
Слід врахувати, що всі висновки були зроблені для коливальної системи без тертя. Так як насправді тертя існує в будь-якій системі, то енергія системи не залишається постійною, а зменшується з часом, убуває і амплітуда коливань, тобто коливальний рух перестає бути гармонійним, хоча і залишається періодичним [8]. Якщо сили опору в системі досить великі, рух може стати аперіодичне.
З загасанням вільних коливань в реальних коливальних системах хлопці добре знайомі з повсякденного життя і зі спостережень за демонстраційними дослідами. Корисно показати системи з різним ступенем загасання, виявити причини загасання, навести приклади систем, де необхідно забезпечити швидке загасання коливань, і систем, де таке загасання вкрай небажано. Прикладом систем з малим загасанням можуть служити дзвін, камертон. Після виведення камертона зі стану спокою він може здійснювати до декількох тисяч коливань, тобто досить довго звучати практично без затуханий, з незмінною частотою.
.3 Вимушені механічні коливання
Вивчення вимушених коливань можна почати з прикладів тіл (систем тіл), в яких коливання відбуваються під дією періодичної зовнішньої сили: коливання голки швейної машини, коливання поршня в двигуні внутрішнього згоряння, різні вібраційні машини (для занурення паль в грунт, для сортування та транспортування, для ущільнення матеріалу, наприклад бетону тощо) Повідомляють, що такі коливання називають вимушеними. Найбільший інтерес представляють випадки, коли періодична зовнішня сила діє на систему, в якій можуть відбуватися вільні коливання. Демонструють досвід, в якому вимушені коливання відбуваються пружинним маятником. За допомогою установки з горизонтальним маятником (рис. 7) показують існування власних коливань в системі і пропонують учням оцінити власну частоту коливань? 0.
Рис.7. Горизонтальний маятник.
Далі демонструють вимушені коливання під дією періодичної зовнішньої сили з частотою? , І школярі спостерігають спочатку складний рух маятника, в якому власні коливання з часом загасають, а потім в усталеному русі маятник здійснює вже тільки вимушені коливання з частотою? . Показують, що при частоті зовнішньої сили, що перевищує власну частоту? 0 системи, сталі коливання маятника також відбуваються з частотою? . Таким чином, вимушені коливання під дією періодичної зовнішньої сили відбуваються з частотою цієї сили. Можна запропонувати школярам провести порівняння вільних і вимушених коливань в одній і ...
