скачати

На основі моделі можна пояснювати механізми поширення коливань у пружних середовищах, поняття поперечної хвилі, її довжини та частоти, зв'язок довжини хвилі із швидкістю її поширення і частототою.

Модель дозволяє покроково або в автоматичному режимі спостерігати:

• поширення хвилі від поодинокого імпульсу, гармонійних коливань та коливань у ручному режимі (мишкою)
• поширення хвилі, що на іншому кінці закріплена, не закріплена скінченна, не закріплена нескінченна

Можна змінювати такі параметри:

• амплітуду коливань
• частоту коливань
• взаємодію між часточками хвилі
• взаємодію з середовищем (тертя)

Для вимірювань можна вивести на екран лінійку та годинник.

Актуалізація

Основи МКТ: з чого складаються всі тіла, основні положення МКТ, як взаємодіють молекули в твердих тілах, рідинах та газах?

Поширення коливань у пружних середовищах

Вмикаємо режим імпульсу, інший кінець не закріплений нескінченний (вікно), вмикаємо паузу, натискаємо кнопку Pulse.

Ми бачимо перед собою модель пружного середовища, тобто середовища в якому часточки взаємодіють одна з одною. Прикладом такого середовища може бути тверде або рідке тіло бо вони складаються з взаємодіючих між собою молекул. Що буде відбуватися коли зрушити з місця одну з часточок такого тіла?

Внаслідок взаємодії сусідня часточка теж почне рухатися, за нею інша і далі і далі.

Спостерігаємо покроково за поширенням коливань.

Тобто, в пружних середовищах коливання можуть поширюватися. Це явище ми будемо називати хвилею.

Поперечні та повздовжні хвилі

Зверніть увагу на напрям поширення хвилі та напрям коливань її часточок.

Вмикаємо режим гармонійних коливань, інший кінець не закріплений нескінченний, вимикаємо паузу.

Якщо напрям поширення хвилі та напрям коливань її часточок перпендикулярні, то хвиля має назву поперечна.

Поперечна хвиля існує завдяки взаємодії між часточками, а якщо такої взаємодії не буде? Який приклад такого середовища можете назвати? (гази)

Період (частота) хвилі

Якими фізичними величинами можна описати поперечну хвилу?

Спробуємо змінити період/частоту коливань джерела хвилі.

Вмикаємо режим гармонійних коливань, інший кінець не закріплений нескінченний, тертя із середовищем немаєю.

Вигляд хвилі суттєво змінюється при зміні періоду/частоти коливань джерела.

Чи можна використовувати період/частоту джерела для опису хвилі?

Режим гармонійних коливань, інший кінець не закріплений нескінчений, тертя немає, включає відображення лінійки і розташовуємо вертикульну лінійну для спостереження за якоюсь частинкою хвилі (зелені кульки). Дивимося розповсюдження хвилі у покроковому режимі і звертаємо увагу на однаковість періоду/частоти коливань джерела і кожної часточки хвилі.

Здається, що можна. А якщо буде наявна сила тертя?

Гармонійні коливання, інший кінець не закріплений нескінчений, є тертя, відображення лінійки розташовуємо для спостереження за зеленими часточками хвилі. Дивимося розповсюдження у покроковому режимі, звертаємо увагу на однаковість періоду/частоти.

Таким чином, одним з головних параметрів хвилі є її період/частота, що співпадають із періодом/частотою джерала коливань.

Амплітуда хвилі

Яка ще величина може описати поперечну хвилю?

Змінюємо амплітуду коливань і спостерігаємо суттєві зміни вигляду хвилі. Спостерігаємо з силою тертя та без неї.

Амплітуда хвилі - найбільша відстань часточок хвилі від положення рівноваги. При наявності сили тертя амплітуда зменшується і є сенс казати або про максимальну амплітуду хвилі, або про амплітуду на певній вістані від джерела коливань.

Довжина хвилі

Звернемо увагу на відстань між частинками хвилі з максимальним відхиленням. Ми вже бачили, що ця відстань залежить від періоду/частоти коливань джерела хвилі. Вона, однак, ще залежить і від сили взаємодії між часточками.

Показуємо зміну вигляду хвилі.

Тому цю відстань виділяють як окрему фізичну величину - довжину хвилі.

Швидкість хвилі

Розповсюдження хвилі відбуваються з певною швидікістю яку і називають швидкістю хвилі. Як підрахувати швидкість хвилі? Будемо виходити із звичайної формули швидкості і поділимо відстань на час за яких хвиля розповсюджилася на цю відстань.

Вмикаємо відображення годинника, ставимо на паузу, вмикаємо відлік часу, натискаємо Reset, хвиля починає розповсюджуватися. Знову ставимо на паузу і автоматично припиняється відлік часу. Лінійкою заміряємо вістань, підраховуємо швидкість хвилі.

Чи можна підрахувати швидкість хвилі виходячи з вище розглянутих фізичних величин?

Показуємо покроково, що за час рівний періоду хвиля розповсюджується на довжину хвилі.

Тому можна підрахувати швидкість хвилі поділивши довжину хвилі на період. Робимо підрахунки і перевірямо однаковість із попередніми результатами. Згадуємо про зв'язок періоду і частоти, записуємо типову формулу для розв'язування задач.

Тут є прекрасний привід вкотре привернути увагу учнів до різниці між формулою та фізичним залежностями. Дивлячись на формулу, можна подумати, що при зміні частоти коливано буде зростати і швидкість поширення хвилі. Підраховуємо швидкість хвилі на різних частотах щоб впевнитися у протилежному.

Показуємо, що швидкість хвилі залежить від сили взаємодії між часточками хвилі.

У повітрі хвилі (звукові, поздовжні) проходять щосекунди 1/3 км, а у воді - майже у п'ять разів більше.