Objetivos de la lección:
enseñando:
- formación del concepto de "onda mecánica";
- consideración de las condiciones para la ocurrencia de dos tipos de olas;
- características de las olas;
desarrollando:
- desarrollar la capacidad de aplicar el conocimiento en situaciones específicas;
educativo:
- educación de interés cognitivo;
- motivación positiva para aprender;
- precisión al completar las asignaciones.
Tipo de lección: lección sobre la formación de nuevos conocimientos.
Equipo:
para demostraciones: cordón de goma, vaso de agua, pipeta, modelo Wave Machine, computadora, proyector multimedia, presentación Wave.
Durante las clases
1. Momento organizacional.
Anuncio del tema y objetivos de la lección.
2. Actualización de conocimientos básicos
Prueba
Opción número 1
... Movimiento de columpio.B. Movimiento de una pelota que cae al suelo,
2. ¿Cuáles de las siguientes vibraciones son libres?
B. Oscilación del cono del altavoz durante el funcionamiento del altavoz.
3. La frecuencia de oscilación del cuerpo es de 2000 Hz. ¿Qué es el período de oscilación?
4. Se da una ecuación x = 0.4 cos 5nt. Determine la amplitud, el período de oscilación.
5. El peso suspendido en el hilo produce pequeñas vibraciones. Considerando las fluctuaciones continuas, indique las respuestas correctas.
... Cuanto más largo sea el hilo, mayor será la frecuencia de vibración.B. Cuando la carga pasa la posición de equilibrio, la velocidad de la carga es máxima.
C. La carga está en movimiento periódico.
Opción número 2
1. ¿Cuáles de los siguientes movimientos son vibraciones mecánicas?
... El movimiento de las ramas de los árboles.B. Movimiento de gotas de lluvia en el suelo.
B. Movimiento de una cuerda de guitarra que suena.
2. ¿Cuáles de las siguientes fluctuaciones son forzadas?
... Oscilaciones de la carga sobre el resorte después de una sola desviación desde la posición de equilibrio.B. El movimiento del pistón en el cilindro de un motor de combustión interna.
B. Vibraciones del peso sobre el hilo, una vez retraído de la posición de equilibrio y liberado.
3. El período de oscilaciones corporales es de 0.01 s. ¿Cuál es la frecuencia de vibración?
4. El cuerpo realiza una oscilación armónica según la ley = 20 sen nt. Determine la amplitud, el período de oscilación.
5. El peso suspendido sobre un resorte produce pequeñas vibraciones en dirección vertical. Considerando las fluctuaciones continuas, indique las respuestas correctas.
... Cuanto mayor sea la rigidez del resorte, mayor será el período de oscilación.B. El período de oscilación depende de la amplitud.
B. La velocidad de la carga cambia periódicamente con el tiempo.
3. Formación de nuevos conocimientos.
El principal modelo físico de la materia es un conjunto de átomos y moléculas en movimiento e interacción. El uso de este modelo permite explicar con la ayuda de la teoría cinética molecular las propiedades de varios estados de la materia y el mecanismo físico de transferencia de energía y momento en estos medios. En este caso, bajo el medio ambiente podemos referirnos a gas, líquido, sólido.
Consideremos un método de transferencia de energía sin transferencia de materia como resultado de la transferencia secuencial de energía y momento a lo largo de una cadena entre partículas adyacentes del medio que interactúan entre sí.
Proceso de onda es el proceso de transferir energía sin transferir materia.
Demostración de experiencia:
Sujetamos un cordón de goma al techo y, con un movimiento brusco de la mano, hacemos oscilar su extremo libre. Como resultado de la influencia externa en el medio ambiente, surge una perturbación en él: la desviación de las partículas del medio ambiente de la posición de equilibrio;
Traza la propagación de ondas en la superficie del agua en un vaso, creándolas con gotas de agua que caen de una pipeta.
Una onda mecánica es una perturbación que se propaga en un medio elástico de un punto a otro (gas, líquido, sólido).
Conocimiento del mecanismo de formación de ondas en el modelo "Wave Machine". En este caso, tenga en cuenta el movimiento vibratorio de las partículas y la propagación del movimiento vibratorio.
Hay ondas longitudinales y transversales.
Longitudinal - ondas en las que las partículas del medio vibran en la dirección propagación de onda... (Gases, líquidos, sólidos). Cuando se clava un clavo con un martillo, se observa un impulso longitudinal que recorre el clavo y lo hunde más profundamente.
Transversales: ondas en las que las partículas vibran perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda (sólidos). Se observa en una cuerda, uno de cuyos extremos vibra.
Una onda viajera, cuya propiedad principal es la transferencia de energía sin transferencia de materia: radiación electromagnética El sol calienta la Tierra, las olas del océano erosionan las costas.
Características de las olas.
La longitud de onda es la distancia recorrida por una onda en un período de oscilación de sus partículas. A una distancia de la longitud de onda, se localizan crestas o valles adyacentes en la onda de corte o engrosamiento o rarefacción en la onda longitudinal.
λ es la longitud de onda.
Velocidad de onda - la velocidad de movimiento de las crestas y valles en la onda de corte y el engrosamiento y la rarefacción en la onda longitudinal.
v - velocidad de onda
Familiaridad con las fórmulas para determinar la longitud de onda:
λ = v / v
v - frecuencia
T - período
Formación de habilidades y habilidades.
Resolviendo problemas.
1. El niño lleva cubos de agua en la mecedora, cuyo período de oscilaciones libres es de 1,6 s. ¿A qué velocidad de movimiento del niño comenzará a salpicar el agua con especial fuerza si la longitud de su paso es de 65 cm?
2. Una onda se propaga a lo largo de la superficie del agua en el lago a una velocidad de 8 m / s. ¿Cuál es el período y la frecuencia de la oscilación de la boya si la longitud de onda es de 3 m?
3. La longitud de onda en los océanos puede alcanzar los 400 m, y el período es de 14,5 s. Determine la velocidad de propagación de dicha onda.
Resumen de la lección.
1. ¿Qué es una ola?
2. ¿Cuál es el proceso de generación de ondas?
3. ¿Qué ondas percibimos cuando estamos en clase?
4. ¿Se produce la transferencia de materia del medio durante la formación de ondas?
5. Enumere las características de las olas.
6. ¿Cómo se relacionan la velocidad, la longitud de onda y la frecuencia?
Tarea:
P.31-33 (libro de texto Física-9)
Nº 439.438 (Rymkevich A.P.)
OK-9 Propagación de vibraciones en un medio elástico
Movimiento ondulatorio- ondas mecánicas, es decir, ondas que se propagan solo en la materia (mar, sonido, ondas de cuerda, ondas de terremoto). Las fuentes de las ondas son vibraciones del vibrador.
Vibrador- cuerpo oscilante. Crea vibraciones en un medio elástico.
Ola se denominan oscilaciones que se propagan en el espacio a lo largo del tiempo.
Superficie de onda- lugar geométrico de puntos del medio, oscilando en las mismas fases
L 
uch- una línea tangente a la que en cada punto coincide con la dirección de propagación de las ondas.
La causa de las ondas en un medio elástico.
Si el vibrador vibra en un medio elástico, entonces actúa sobre las partículas del medio, obligándolas a realizar vibraciones forzadas. Debido a las fuerzas de interacción entre las partículas del medio, las vibraciones se transmiten de una partícula a otra.
T 
tipos de olas
Ondas transversales
Ondas en las que se producen oscilaciones de las partículas del medio en un plano perpendicular a la dirección de propagación de las ondas. Surgen en sólidos y en la superficie del hogar.
NS 
ondas de nacimiento
Las oscilaciones ocurren a lo largo de la propagación de la onda. Puede ocurrir en gases, líquidos y sólidos.
Ondas superficiales
V 
ondas que se propagan en la interfaz entre dos medios. Olas en el límite entre el agua y el aire. Si λ
menos que la profundidad del depósito, entonces cada partícula de agua en la superficie y cerca de ella se mueve a lo largo de una elipse, es decir es una combinación de vibraciones en las direcciones longitudinal y transversal. En la parte inferior se observa un movimiento puramente longitudinal.
Ondas planas
Ondas cuyas superficies de ondas son planos perpendiculares a la dirección de propagación de las ondas.
CON 
ondas fericales
Ondas cuyas superficies onduladas son esferas. Las esferas de las superficies de las ondas son concéntricas.
Características del movimiento de las olas
Longitud de onda
La distancia más pequeña entre dos razas que oscilan en la misma fase se llama longitud de onda. Depende solo del medio en el que se propaga la onda, a iguales frecuencias de vibración.
Frecuencia
Frecuencia ν el movimiento de las ondas depende solo de la frecuencia del vibrador.
Velocidad de propagación de ondas
Velocidad v = λν
... Porque 
, luego 
... Sin embargo, la velocidad de propagación de las ondas depende del tipo de sustancia y su estado; de ν
y λ
, no depende.
En perfecto gas 
, dónde R- constante de gas; METRO- masa molar; T- temperatura absoluta; γ
- constante para un gas dado; ρ
- la densidad de la sustancia.
En sólidos ondas de corte
, dónde norte- módulo de corte; ondas longitudinales 
, dónde Q- módulo de compresión integral. En varillas macizas 
dónde mi- El módulo de Young.
En los sólidos, las ondas transversales y longitudinales se propagan a diferentes velocidades. El método para determinar el epicentro de un terremoto se basa en esto.
Ecuación de onda plana
Su tipo X=X 0 pecado ωt(t−l/ v) = X 0 pecado ωt−kl), dónde k= 2π /λ - número de oleada; l- la distancia recorrida por la onda desde el vibrador hasta el punto en cuestión A.
Retardo temporal de las oscilaciones de los puntos del medio: 
.
Retardo de fase de oscilaciones de puntos del medio: 
.
Diferencia de fase de dos puntos oscilantes: ∆ φ =φ 2 −φ 1 = 2π (l 2 −l 1)/λ .
Energía de olas
Las ondas transfieren energía de una partícula vibrante a otra. Las partículas realizan solo movimientos oscilatorios, pero no se mueven con la onda: mi=mi a + mi NS,
dónde mi k es la energía cinética de la partícula oscilante; mi n es la energía potencial de deformación elástica del medio.
Hasta cierto punto V medio elástico en el que una onda se propaga con una amplitud NS 0 y frecuencia cíclica ω
, hay una energía media W igual a 
, dónde metro es la masa del volumen asignado del medio.
Intensidad de la ola
La cantidad física, que es igual a la energía transportada por la onda por unidad de tiempo a través de la unidad de superficie perpendicular a la dirección de propagación de la onda, se llama intensidad de onda: 
... Se sabe que W y j~
.
Energía ondulatoria
Si S es el área transversal de la superficie a través de la cual la onda transfiere la energía, y j es la intensidad de la onda, entonces la potencia de la onda es: pag=jS.
OK-10 Ondas de sonido
Tengo 
otras ondas que hacen que una persona sienta un sonido se denominan ondas sonoras.
16 –2 ∙ 10 4 Hz - sonidos audibles;
menos de 16 Hz - infrasonidos;
más de 2 ∙ 10 4 Hz - ultrasonidos.
O 
un requisito previo para la aparición de una onda de sonido es la presencia de un medio elástico.
METRO 
El mecanismo de aparición de una onda de sonido es similar a la aparición de una onda mecánica en un medio elástico. Haciendo vibraciones en un medio elástico, el vibrador actúa sobre las partículas del medio.
El sonido es creado por fuentes de sonido intermitentes a largo plazo. Por ejemplo, musical: cuerda, diapasón, silbato, canto.
El ruido es creado por fuentes de sonido a largo plazo, pero no intermitentes: lluvia, mar, multitudes.
Velocidad del sonido
Depende del medio y su estado, como para cualquier onda mecánica:
.
A t= 0 ° С v agua = 1430 m / s, v acero = 5000 m / s, v aire = 331 m / s.
Receptores de ondas sonoras
1. Artificial: el micrófono se convierte en mecánico vibraciones sonoras en eléctrico. Caracterizado por la sensibilidad σ
:
,σ
depende de ν
z.v. ...
2. Natural: oreja.
Su sensibilidad percibe el sonido a ∆ pag= 10 −6 Pa.
Cuanto menor sea la frecuencia ν onda de sonido, menor sensibilidad σ oreja. Si ν s.v. disminuye de 1000 a 100 Hz, luego σ oído disminuye 1000 veces.
Selectividad excepcional: el director capta los sonidos de instrumentos individuales.
Características físicas del sonido
Objetivo
1. Presión sonora: la presión que ejerce una onda sonora sobre un obstáculo frente a ella.
2. El espectro del sonido es la descomposición de una onda sonora compleja en sus frecuencias constituyentes.
3.
Intensidad onda de sonido: 
, dónde S- área de superficie; W- la energía de la onda sonora; t- tiempo; 
.
Subjetivo
Volumen, al igual que el tono, el sonido está asociado con la sensación que surge en la conciencia de una persona, así como con la intensidad de la onda.
El oído humano puede percibir sonidos con una intensidad de 10-12 (umbral de audición) a 1 
(umbral del dolor).
GRAMO 
El volumen no es directamente proporcional a la intensidad. Para obtener un sonido dos veces más fuerte, debe aumentar la intensidad 10 veces. Una onda con una intensidad de 10 −2 W / m2 suena 4 veces más fuerte que una onda con una intensidad de 10 −4 W / m2. Debido a esta relación entre la percepción objetiva del volumen y la intensidad del sonido, se utiliza una escala logarítmica.
La unidad de esta escala es bel (B) o decibel (dB), (1 dB = 0,1 B), que lleva el nombre del físico Heinrich Bel. El nivel de sonoridad se expresa en belios: 
, dónde I 0 = 10 −12 
umbral de audición (promedio).
mi 
si I= 10 −2 
, luego 
.
Los sonidos fuertes son perjudiciales para nuestro cuerpo. El estándar sanitario es de 30 a 40 dB. Este es el volumen de una conversación tranquila y silenciosa.
Enfermedad del ruido: presión arterial alta, irritabilidad nerviosa, pérdida de audición, fatiga, falta de sueño.
Intensidad y sonoridad del sonido de diversas fuentes: avión a reacción - 140 dB, 100 W / m 2; música rock en interiores - 120 dB, 1 W / m 2; conversación normal (a 50 cm de ella) - 65 dB, 3,2 ∙ 10 −6 W / m 2.
Tono de sonido depende de la frecuencia de vibración: qué> ν , cuanto más alto es el sonido.
T 
voz sonora le permite distinguir entre dos sonidos del mismo tono y volumen emitidos por diferentes instrumentos. Depende del contenido espectral.
Ultrasonido
Aplicable: ecosonda para determinar la profundidad del mar, preparación de emulsiones (agua, aceite), lavado de piezas, curtido de cueros, detección de defectos en productos metálicos, en medicina, etc.
Se propaga a distancias considerables en sólidos y líquidos. Lleva mucha más energía que una onda de sonido.
Ola se denominan vibraciones que se propagan en el espacio a lo largo del tiempo. Para la aparición y propagación de ondas son necesarias las condiciones: una fuente de vibraciones y un medio elástico.
Hay dos tipos de ondas: cortante y longitudinal. Transverso Se llama onda en la que las partículas vibran perpendicularmente (es decir, a través) de la dirección de propagación de la onda. Longitudinal Se denomina onda en la que las partículas vibran en la dirección (es decir, a lo largo) de la propagación de la onda.
Características del proceso oscilatorio:
1. Desplazamiento: la desviación del punto oscilante de la posición de equilibrio en un momento dado (m).
2. Amplitud: el mayor desplazamiento desde la posición de equilibrio (m).
3. Periodo T- el tiempo durante el cual se completa una oscilación completa.
4. Frecuencia: el número de oscilaciones completas por unidad de tiempo (Hz, s -1).
5. Frecuencia cíclica (circular): el número de oscilaciones completas por unidades de tiempo (segundos) ().
6. La fase de oscilaciones es una magnitud física que determina el desplazamiento en un momento dado en el tiempo ( contento). La fase de oscilaciones en el momento inicial se llama fase inicial.
Vibraciones armónicas - fluctuaciones en las que cambia Cantidades fisicas ocurre de acuerdo con la ley del seno o coseno (ley armónica).
o 
, .
Amplitud de oscilaciones, - frecuencia de oscilaciones, - fases iniciales de oscilaciones, 
- fase de oscilación.
Vibraciones forzadas- oscilaciones continuas del sistema, que son causadas por la acción de una fuerza periódica externa.
Resonancia- el fenómeno de un aumento en la amplitud de las oscilaciones cuando la frecuencia de la fuerza impulsora se acerca a la frecuencia de las oscilaciones forzadas.
Tipos de procesos ondulatorios: ondas mecánicas, ondas electromagnéticas(a diferencia de los mecánicos, pueden extenderse al vacío).
Péndulo matemático – punto material suspendida de un hilo ingrávido e inextensible.
Péndulo de primavera. .
Sonido - movimiento vibratorio de partículas de un medio elástico, que se propagan en forma de ondas.
Las oscilaciones excitadas en cualquier punto del medio (sólido, líquido o gaseoso) se propagan en él con una velocidad finita, dependiendo de las propiedades del medio, transfiriéndose de un punto del medio a otro. Cuanto más lejos se encuentre una partícula del medio de la fuente de oscilaciones, más tarde comenzará a oscilar. En otras palabras, las partículas arrastradas se retrasarán en fase con respecto a las partículas que las arrastran.
Al estudiar la propagación de vibraciones, no se tiene en cuenta la estructura discreta (molecular) del medio. El medio se considera continuo, es decir distribuidos continuamente en el espacio y con propiedades elásticas.
Entonces, Un cuerpo oscilante colocado en un medio elástico es una fuente de oscilaciones que se propagan desde él en todas direcciones. El proceso de propagación de vibraciones en un medio se llama ola.
Cuando una onda se propaga, las partículas del medio no se mueven con la onda, sino que vibran en sus posiciones de equilibrio. Junto con la onda, solo el estado se transmite de partícula a partícula. movimiento oscilatorio y energía. Es por eso la propiedad principal de todas las olas,independientemente de su naturaleza,es la transferencia de energía sin transferencia de materia.
Las olas suceden transverso (las vibraciones ocurren en un plano perpendicular a la dirección de propagación) y longitudinal (El espesamiento y la rarefacción de las partículas del medio se producen en la dirección de propagación.).
donde υ es la velocidad de propagación de la onda, - período, ν - frecuencia. Por lo tanto, la velocidad de propagación de la onda se puede encontrar mediante la fórmula:
| . | (5.1.2) |
El lugar geométrico de los puntos que vibran en la misma fase se llama superficie de onda. La superficie de la onda se puede dibujar a través de cualquier punto del espacio, cubierto por el proceso ondulatorio, es decir, las superficies de onda son infinitas. Las superficies de las ondas permanecen estacionarias (pasan por la posición de equilibrio de las partículas que vibran en la misma fase). Solo hay un frente de onda y se mueve todo el tiempo.
Las superficies onduladas pueden tener cualquier forma. En los casos más simples, las superficies de onda tienen la forma plano o esferas, respectivamente, las ondas se llaman plano o esférico . En una onda plana, las superficies de onda son un sistema de planos paralelos entre sí, en una onda esférica, un sistema de esferas concéntricas.
Un medio se denomina elástico si existen fuerzas de interacción entre sus partículas que impiden cualquier deformación de este medio. Cuando cualquier cuerpo vibra en un medio elástico, entonces actúa sobre las partículas del medio adyacentes al cuerpo y las hace realizar vibraciones forzadas. El medio cerca del cuerpo oscilante se deforma y surgen fuerzas elásticas en él. Estas fuerzas actúan sobre partículas del medio cada vez más alejadas del cuerpo, sacándolas de su posición de equilibrio. Gradualmente, todas las partículas del medio están involucradas en un movimiento oscilatorio.
Los cuerpos que provocan ondas elásticas que se propagan en el medio son fuentes de ondas(diapasones oscilantes, cuerdas de instrumentos musicales).
Ondas elásticas Se denominan perturbaciones mecánicas (deformaciones) producidas por fuentes que se propagan en un medio elástico. Las ondas elásticas no se pueden propagar en el vacío.
Al describir un proceso ondulatorio, se considera que un medio es continuo y continuo, y sus partículas son elementos de volumen infinitamente pequeño (bastante pequeños en comparación con la longitud de onda), en los que se ubica una gran cantidad de moléculas. Cuando una onda se propaga en un medio continuo, las partículas del medio que participan en las oscilaciones tienen determinadas fases de oscilación en cada momento del tiempo.
El lugar geométrico de los puntos del medio, oscilando en las mismas fases, forma superficie de onda.
La superficie de onda que separa las partículas vibrantes del medio de las partículas que aún no han comenzado a vibrar se denomina frente de onda, dependiendo de la forma del frente de onda se distinguen ondas planas, ondas esféricas, etc.
Una línea trazada perpendicular al frente de onda en la dirección de propagación de la onda se llama rayo. El haz indica la dirección de propagación de la onda. ;;
V ola plana Las superficies de las ondas son planos perpendiculares a la dirección de propagación de las ondas (figura 15.1). Se pueden obtener ondas planas en la superficie del agua en un baño plano haciendo vibrar una barra plana.
En una onda esférica, las superficies de la onda son esferas concéntricas. Se puede crear una onda esférica mediante una bola que pulsa en un medio elástico homogéneo. Tal onda se propaga a la misma velocidad en todas las direcciones. Los rayos son los radios de las esferas (Fig. 15.2).