Информационные источники (основные учебники по предмету)

Группа № 21 ФИЗИКА

Урок № 17

Тема: Колебание груза на пружине

Цели:рассмотреть особенности колебательного движения пружинного маятника, определить основные параметры колебаний и причину их возникновения.

Задачи урока :

- способствовать формированию знаний о колебанях пружинного маятника;

- изучить физические характеристики данных колебаний: частота, период, амплитуда;

- формировать умения использовать материал по данной теме в процессе решения физических задач.

- продолжить формирование познавательного интереса;

- активизировать мыслительную деятельность.

ПЛАН

1. Изучение нового материала

2. Решение задач

3. Самостоятельная работа

Проработка теоретического материала

Колебания, повторяющиеся через равные промежутки времени, называются периодическими.

Промежуток времени, через который процесс повторяется, называется периодом колебаний.

Механические колебания – периодические движения тела, при котором оно попеременно отклоняется от положения равновесия то в одну, то в другую сторону.

Механическая колебательная система, состоящая из пружины с коэффициентом упругости (жёсткостью) k, один конец которой жёстко закреплён, а на втором находится груз массы m, называется пружинным маятником.

Колебательная система в этом случае представляет собой тело, прикрепленное к пружине. Колебания в таком маятнике возникают под действием силы упругости пружины и силы тяжести.

Рис. 1

Рассмотрим простейший пружинный маятник — движущееся по горизонтальной плоскости твёрдое тело (груз), прикреплённое пружиной к стене (рис. 1). Допустим, что силы трения не оказывают существенного влияния на движение груза.

Первоначально пружина не деформирована (не растянута и не сжата), поэтому никакие силы в горизонтальном направлении на груз не действуют. Точка О — положение равновесия груза.

Переместим груз вправо. Пружина при этом растянется, и в ней возникнет сила упругости, направленная влево, к положению равновесия, и по модулю равная:

Fупр=kx=kA,

где x=A — максимальное (амплитудное) отклонение груза от положения равновесия.

Если отпустить груз, то под действием силы упругости он начнёт ускоренно перемещаться влево, к точке О, по мере приближения к которой скорость груза будет возрастать от нуля до некоторого максимального значения. При приближении к точке равновесия деформация пружины уменьшается, а значит, уменьшается и сила упругости. Так как груз имеет скорость при прохождении положения равновесия, то он по инерции продолжает свое движение влево. Теперь пружина начинает сжиматься (деформация сжатия), что приводит к возникновению силы упругости, направленной вправо, т.е. к положению равновесия. По мере возрастания степени деформации пружины сила растет и все больше тормозит движение груза. В конце концов, груз останавливается.

Но сила упругости, направленная к точке О, будет продолжать действовать, поэтому груз вновь придёт в движение в обратную сторону, вправо, и на обратном пути его скорость будет возрастать от нуля до максимального значения в точке О.

Движение груза от точки О к крайней правой точке снова приведёт к растяжению пружины, опять возникнет сила упругости, направленная к положению равновесия и замедляющая движение груза до полной его остановки.

Мы описали одно полное колебание.

В каждой точке траектории, кроме положения равновесия, на груз действует сила упругости пружины, которая направлена к положению равновесия.

Второй закон Ньютона для такой системы при условии отсутствия внешних сил и сил трения имеет вид:

ma=−kx , откуда

a=−kmx — ускорение пружинного маятника.

Данная формула справедлива и для вертикального пружинного маятника (рис. 2) в котором действуют сила тяжести груза и сила упругости пружины.

Рис. 2 Рис. 3

Ускорение тела, колеблющегося на пружине, не зависит от силы тяжести, действующей на это тело. Сила тяжести только приводит к первоначальному изменению (смещению вниз) положения равновесия (рис. 3).

Период свободных колебаний пружинного маятника определяется по формуле Гюйгенса:

m – масса подвешенного груза

𝑘 – жесткость пружины

Пружинные маятники широко используются в качестве акселерометра в системах управления баллистических ракет, контактных взрывателях артиллерийских и авиационных боеприпасов и т. п.

Решение задач

1.Груз массой 3600 г подвешен к пружине, жесткостью 4 Н/м. Определите период колебания груза.

Дано:

m=3600 г=3,6 кг

k=4 Н/м

T - ?

Решение:

T=2*π* (c)

T=1,884(c)

Ответ: 1,884 с.

2. Веpтикaльнo пoдвeшeннaя пpужинa pacтягивaeтcя пpикpeплeнным к нeй гpузoм нa Δl = 0,8 cм. Чeму paвeн пepиoд T cвoбoдныx кoлeбaний гpузa? (Maccoй пpужины пpeнeбpeчь.)

P e ш e н и e.

Пepиoд кoлeбaний гpузa, пpикpeплeннoгo к пpужинe, oпpeдeляeтcя фopмулoй

гдe m — мacca гpузa; k — жecткocть пpужины.

Ha гpуз дeйcтвуют cилa тяжecти F_T и cилa упpугocти F_уnp.

Koгдa гpуз нaxoдитcя в paвнoвecии, эти cилы paвны пo мoдулю: F_T = F_уnp.

Taк кaк F_T = mg и F_уnp = k Δl (зaкoн Гукa), тo mg = kΔl, oткудa Следовательно

Ответ: 0,2 с

Самостоятельная работа

Решить задачи

1. Груз, подвешенный к пружине, перемещается циклически по вертикальной оси. За восемь секунд он совершил тридцать два колебания. Определить частоту.	А) 2 Гц; Б) 1 Гц; В) 4 Гц; Г) 3Гц.
2. Найти массу груза, который на пружине с жесткостью 250 Н/м совершает 100 полных колебаний за 1 мин 20 с.	А) 2, 5кг; Б) 1, 06 кг; В) 3 кг; Г) 4,06 кг.

Домашнее задание: повторить § 13, решить самостоятельную работу.

Информационные источники (основные учебники по предмету)

1. Мякишев Г.Я. Физика. 11класс. Учеб. для общеобразоват. организаций: базовый уровень / Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, В.М. Чаругин; под ред. Н.А. Парфентьевой – М.: Просвещение, 2016. – 432 с.: ил. – (Классический курс).

2. https://ege-study.ru/ru/ege/materialy/fizika/mexanicheskie-kolebaniya/

3. http://kormakov.ru/upload/11-klass/ok/5.Механические%20колебания.pdf

Ответ отправить на адрес электронной почты :petricholga@mail.ru

Дата добавления: 2021-12-10; просмотров: 13; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!