Please enable JavaScript.
Coggle requires JavaScript to display documents.
Janík 3.AG FYZIKA, polrok - Coggle Diagram
Janík 3.AG FYZIKA
KMITAVÝ POHYB
Zložené kmitanie
-
-
-
-
Teleso zavesené na dvoch nerovnakých pružinách kmitá, akoby konalo súčasne viac pohybov.
-
-
-
-
Základná rovnica kmitavého pohybu vyjadruje výchylku y harmonického pohybu telesa, ktoré sa v začiatočnom okamihu (v čase t0) nachádza v rovnovážnej polohe.
-
-
-
-
Kinematika
časť fyziky, ktorá skúma a opisuje pohyb pomocou veličín dráha, rýchlosť, zrýchlenie
Periodický dej
dej, pri ktorom sa teleso dostáva po určitom rovnakom časovom úseku do toho istého bodu
Kmitanie
(oscilácia)
opakovaný, periodický dej, pri ktorom teleso pravidelne prechádza cez rovnovážnu polohu
oscilátor
zariadenie, ktoré vykonáva kmitanie
TLMENÉ KMITANIE, NÚTENÉ KMITY, REZONANCIA
Rezonancia
na druhej strane rezonátory hudobných nástrojov rovnako ako dutiny v ľudskom tele kmity a tým i zvuk zosiľujú a dávajú mu farbu
Ochrana pred nežiadúcou rezonanciou - zaistiť:
- aby sa kmitavé sústavy do rezonancie vôbec nedostali,(f<>f0 konštrukcia mostov)
- dostatočné tlmenie (napr. motor je uložený v pružnýchblokoch)
teleso sa môže rozkmitať natoľko, že dôjde dokonca i k jeho fyzickej deštrukcii (napr. most)
-
najväčšiu amplitúdu majú nútené kmity vtedy, ak frekvencia vlastných kmitov oscilátora f0 je presne rovnaká ako frekvencia kmitov vonkajšej sily F
Rezonancia oscilátora
Tacuma Narrows (USA)
-
pri rýchlosti vetra 65 km.h-1 kmitanie rezonančne zosilnilo, nastali krútivé oscilácie
-
-
Oscilátor je zdrojom núteného kmitania, rezonátor nútene
kmitá. Väzbou nastáva medzi nimi výmena energie.
-
Pri rezonančnej frekvencii dosahuje amplitúda nútených kmitov väčšie hodnoty, ako pri iných frekvenciách. Nastáva rezonančné zosilnenie.
Malou, periodicky pôsobiacou silou možno v oscilátore vzbudiť kmitanie so značnou amplitúdou, ak je frekvencia vonkajšieho pôsobenia zhodná s frekvenciou vlastného kmitania oscilátora.
rezonančná krivka
Frekvencia f3 je rovná frekvencii vlastného kmitania oscilátora f0. Táto frekvencia sa nazýva rezonančná frekvencia - fr.
zmenou frekvencie striedavého zdroja na f2 > f1 zmení sa amplitúda napätia núteného kmitania oscilačného obvodu na Um2 > Um1
ak oscilačný obvod LC pripojíme na striedavý zdroj s frekvenciou f1, obvod nútene kmitá s amplitúdou napätia Um1
-
Nútené kmity
ajv opačnom prípade – keď vonkajšia sila má výrazne vyššiu frekvenciu než oscilátor – je amplitúda nútených kmitov prakticky zanedbateľná
keď frekvencia vonkajšej sily F bude podstatne menšia než frekvencia vlastných kmitov oscilátora f0, bude amplitúda nútených kmitov malá
vlastné kmity sú však tlmené a skoro zanikajú, oscilátor sa po určitej dobe úplne podvolí vonkajšej sile a prevezme aj jej frekvenciu
Tlmené kmitanie
Keď je tlmenie nedostatočné, bude sa kmitavá energia hromadiť a amplitúda nútených kmitov vzrastať. To sa prejaví nepríjemnými zvukmi a vibráciami v idúcom automobile.
ak chceme netlmené kmity, musíme kompenzovať straty mechanickej energie, čo je možné napr. silovým impulzom pôsobiacim po každej perióde (kyvadlové hodiny)
Tlmenie má vplyv nie len na amplitúdu, ale znižuje i frekvenciu. Ak je tlmenie ozaj extrémne, kmitavý pohyb vôbec nevznikne (aperiodický pohyb).
Na každé kmitajúce teleso pôsobia odporové sily, ktoré menia jeho mechanickú energiu na teplo. To sa v praxi prejaví tak, že amplitúda kmitov sa exponenciálne znižuje.
v prírode existujú oscilátory (napr. spaľovacie motory), z ktorých sa kmity šíria na kmitajúce sústavy, keď sú s nimi v rezonancii (tzv. rezonátory), napr. na kapotu automobilu
po každej perióde dostane rezonátor malú dávku kmitavej energie, ktorú tlmenie zmení na teplo
VLNENIE
V izotropnom prostredí
Huygensov princíp
Každý bod vlnoplochy, do ktorého sa dostalo vlnenie v istom okamihu môžeme pokladať za zdroj elementárneho vlnenia, ktoré sa z neho šíri v elementárnych vlnoplochách.
Vlnoplocha v ďalšom časovom okamihu je vonkajšia obalová plocha všetkých elementárnych vlnoplôch.
Šírenie vlnenia
Každý bod vlnoplochy je zdroj elementárneho vlnenia.
Obalová plocha elementárnych vlnoplôch je vlnoplocha v ďalšom časovom okamihu Dt.
Lúč
tvoria rozbiehavý zväzok, vychádzajúci
zo zdroja vlnenia
-
-
-
Vlnoplocha
množina bodov, v ktorých má vlnenie v istom časovom okamihu rovnakú fázu
množina bodov, do ktorej sa vlnenie dostane z bodového zdroja za rovnaký čas
-
Mechanické vlnenie
Stojaté
pri interferencii proti sebe postupujúcich vlnení existujú v bodovom rade body, ktoré:
- kmitajú s amplitúdou výchylky ymv = 2ym,
- kmitajú s amplitúdou výchylky ymv = 2ym,
- nekmitajú, v nich sa stretávajú vlnenia s opačnou fázou
vlnenie postupujúce v bodovom rade proti sebeza čas t = T -vlnenia postúpia o jednu celú vlnovú dĺžku
vlnenie postupujúce v bodovom rade proti sebeza čas t = 3/4 T -vlnenia postúpia o tri štvrtiny vlnovej dĺžky
vlnenie postupujúce v bodovom rade proti sebe
za čas t = 1/2 T
- vlnenia postúpia o jednu polovicu vlnovej dĺžky
- ak sa priame a odrazené vlnenie sa stretáva s opačnou fázou, vlnenie sa interferenciou zoslabuje (ruší)
vlnenie postupujúce v bodovom rade proti sebe
za čas t = 1/4 T
- vlnenia postúpia o štvrť vlnovej dĺžky
- ak sa priame a odrazené vlnenie stretáva s rovnakou fázou, vlnenie sa interferenciou zosilňuje
uzly - body, ktoré pri stojatom vlnení nekmitajú
kmitne - body, ktoré kmitajú v maximálnou amplitúdou
vlnenie sa na konci bodového radu odráža a šíri sa
opačným smerom
- proti sebe postupujú vlnenia pôvodné a odrazené
- vlnenia majú rovnaké (amplitúdy a vlnové dĺžky)
vlnenie, ktoré vznikne interferenciou dvoch proti sebe postupujúcich vlnení
Postupné
-
neprenáša sa hmota, ale energia
guľôčka na vlniacej sa vodnej hladine
kmitá na hladine, nepostupuje s vlnením
vlnová dĺžka
-
vzdialenosť dvoch najbližších bodov, ktoré kmitajú
s rovnakou fázou
vzdialenosť, do ktorej vlnenie dospeje za periódu kmitania zdroja vlnenia
pozdĺžne
zvukové vlny
Zvuk
Akustika
-
-
fyzikálna
študuje fyzikálne podmienky vzniku zvuku v zdrojoch zvuku, šírenie a absorpciu zvuku v rôznych prostrediach
-
farba tónu
pokiaľ je sínusoida doplnená o iné než vyššie harmonické,
ide už o šum
ide stále o sínusoidu, ale doplnenú o vyššie harmonické tóny, ktoré dávajú charakteristický zvuk rôznym hudobným nástrojom, aj keď ide stále o ten istý tón/ o tú istú frekvenciu
Jednoduchá sínusoida udáva jednoduchý tón. Sínusoida tvorená superpozíciou s inými frakvenciami vytvára komplikovaný priebeh vlnenia.
dozvuk
ak pôvodný zvuk a odrazený zvuk splývajú, potom
sa predlžuje trvanie zvuku
vzniká, ak sa vlnenie odrazí od prekážky vzdialenej
menej ako 17m
ozvena
sluchom odlíšime dva zvuky, ak medzi nimi uplynie
časový interval Dt = 0,1s
vznikne, ak sa zvukové vlnenie odrazí od prekážky
vzdialenej 17m a viac
farba
určujú ju vyššie harmonické tóny s rôznymi amplitúdami, ale podstatne menšími ako u základného tónu
-
-
rýchlosť
vo vzduchu: pri 0°C ... cca 330 m/s pri 13,4°C ... cca 340 m/s
vo vode pri 20°C ... cca 1460 m/s
v oceli pri 20°C ... cca 5000 m/s
v skle pri 20°C ... cca 5200 m/s
-
intenzita (hlasitosť)
tikot hodiniek 10dB šepot 30dB hlasný rozhovor 50dB hlasná hudba 80dB zbíjačka 100dB letecký motor 120dB prah bolesti 130dB
-
je tým vyššia, čím je väčšia amplitúda kmitov
-
vnímame ju ako meniaci sa tlak vzduchu, ktorý pôsobí na náš sluchový aparát
-
-
periodický
ladička, klarinet, oscilogram hlásky "a"
-
počuteľný zvuk16Hz - 20 000Hz<16HZ ... infrazvuk
20 000Hz ... ultrazvuk
-
-
zdrojom je kmitanie – vibrujúce teleso, chvenie telesa (hlasivky, struna, membrána, stĺpec vzduchu...)
každé mechanické vlnenie hmotného prostredia,
ktoré pôsobí na ľudské ucho a vyvoláva v ňom sluchový vnem
-
dej, pri ktorom častice kmitajú v smere, v ktoromsa vlnenie šíri
priečne
-
dej, pri ktorom častice kmitajú v smere kolmomna smer, v ktorom sa vlnenie šíri
-
jeho príčinou je existencia väzbových síl medzi časticami (atómami, molekulami) prostredia, v ktorom sa vlnenie šíri
vzniká v pevných, kvapalných a plynných látkach
pružné prostredie
prostredie, v ktorom sa kmitanie jednej častice väzbovými silami prenáša na ďalšie častice
druh pohybu, pri ktorom nedochádza k transportu látky
pozostáva z kmitavých pohybov, ktoré sú na sebe závislé
fyzikálny dej, pri ktorom sa kmitavý vzruch šíri prostredím
-