2 902 перегляд(ів)

Вимушені коливання. Резонанс. Вібрації та їх вплив на живі організми. Автоколивання

Мета: з’ясувати умови існування та застосування вимушених коливань,

про резонанс, умову його виникнення, про роль маятника в

годиннику та значення резонансних явищ  у техніці і природі та

боротьби з ним; розвивати цікавість в учнів;

виховувати уміння самостійно працювати.

Методи та прийоми навчання: Вправи: ,,Дерево мудрості”, ,,Мікрофон”,  ,,Ієрархія”, ,,Захист проекту”.

Демонстрації:

1.Вимушені коливання

2.Резонанс маятників

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу

Хід уроку

  1. Організаційний момент

Психологічний тест ,,Для успішного навчання мені потрібно…”. (Вправа ,,Мікрофон”)

  1. Перевірка домашнього завдання

1.Вправа ,,Дерево мудрості”

– сформувати запитання по вивченій темі;

– записати його на аркуші паперу;

– прикріпити до дерева мудрості.

(Після того, як дерево вкриється ,,листочками”, учні по черзі підходять до нього і відповідають на нього)

  1. Учень – консультант перевіряє виконання у зошитах домашніх задач.

III. Очікувані результати уроку

Вправа ,,Мікрофон”

1.Чекаємо від уроку…

2.Працюємо на уроці…

  1. Мотивація навчальної діяльності

До цього часу ми говорили про коливання вільні. З’ясували,  якими фізичними величинами вони характеризуються. Наводили приклади: дитина гойдається на гойдалці, коливання віточки дерева. Але з часом ці коливання затухають, якщо немає зовнішньої сили, яка б змушувала систему коливатися.

В практичній діяльності найбільш широко використовуються вимушені коливання.

Сьогоднішній наш урок присвячений вивченню вимушених коливань, їх практичному використанню.

  1. Оголошення теми і мети уроку
  2. Вивчення нового матеріалу.

Інтерактивна вправа ,,Ієрархія”

Клас поділяється на вісім груп. Матеріал даної теми ,,Вимушені коливання”, ,,Резонанс” – теж розбивається на вісім частин (стільки скільки груп). На дошці вивішується плакат з планом роботи для груп.

  1. Прочитайте свою частину параграфа
  2. Виділіть основне слово, що відображає його смисл (є ключовим)
  3. Поясніть групі свою позицію
  4. Визначте, яке з ключових слів є найголовнішим, яке – менш значимим
  5. Утворіть ланцюжок слів за ступенем значущості
  6. Презентуйте свій ланцюг класу
  7. Визначте найкращий
  8. Запишіть в зошит

 

Слово вчителя

Вимушені коливання знайшли широке застосування у практичній діяльності людини, але разом з тим резонанс є в деяких випадках і шкідливий. Явище резонансу використовують в музичних інструментах, для підсилення звуку, у вимірювальних приладах. Його використовують, коли необхідно що-небудь зрушити з місця, тоді підбирають частоту поштовхів так, щоб вона збіглася з власною частотою системи. Але із ним і борються: при русі колони людей через міст. Буває, що він руйнує будинки. Небезпечним є резонанс і під час роботи будь-яких машин, які мають обертові частини, або такі, які періодично рухаються (а такі частини мають практично всі машини). Ротори турбін, вали машин під час обертання зазнають неврівноваженої періодичної сили, збуджуючи коливання. Якщо частота змін напряму сили збігається з власною частотою вільних коливань машини, то амплітуда коливань машини може зрости настільки, що це призведе до її руйнування.

Вимушені коливання здійснюють такі частини машин, як диски і лопатки турбін, крила літаків, колінчасті вали двигунів, лопасті гвинтів пароплавів. Такі коливання, якщо не вжити відповідних запобіжних заходів можуть призвести до руйнування машини в цілому, а іноді до небезпечних аварій. За статистикою 80% руйнувань і аварій у машинобудуванні є наслідком резонансних явищ.

Під час обробки металів різанням теж виникає шкідлива дія резонансу, що призводить до неточності виготовлення деталей. При будівництві теж приділяють багато уваги  запобіганню виникнення резонансу.

Але разом з тим явище резонансу має і позитивну сторону.  Воно є і корисним. Це тоді, коли в системі необхідно мати якомога більші коливання: в гучномовцях, в музичних інструментах. Широке застосування явище резонансу в радіотехніці для підсилення коливань. Резонанс дає можливість відокремити сигнали даної радіостанції від інших сигналів. З цим ми з вами ще зустрінемось при вивченні наступного розділу фізики.

Явище резонансу використовують у вимірювальних приладах – частотомір – прилад для вимірювання частоти змінного струму.

Ми з’ясували, що вимушені коливання – незатухаючі. Але щоб вони були незатухаючими, необхідно якимось чином поповнювати систему енергією. Наприклад, щоб поповнювати енергією математичний маятник – необхідно його періодично підштовхувати. Але цей  спосіб незручний. Тому таку систему доповнюють додатковим пристроєм, за допомогою якого вона від джерела енергії сама поповнює витрачену на тертя енергію. Надходження енергії регулюється самою системою. Коливальні системи, здатні до саморегулювання називають автоколивальними, а коливання – автоколиваннями.

Прикладами таких систем є: годинникові механізми, двигуни внутрішнього згоряння, парові машини, відбійні молотки, легені і серце, лампові і напівпровідникові генератори електронних коливань.

Ще ми розглянемо одне явище: що відбувається, коли на тіло діє сила, яка змінює свою частоту і амплітуду коливань. Так. Виникають вимушені коливання тіла, які називають вібрацією.

Це явище використовується під час збагачення руди, на комбайнах, у сільському господарстві для очистки насіння. Але з нею таки борються. Наприклад, у транспорті, використовуючи різного типу амортизатори.

 

Запитання до учнів

  1. Навести приклади вимушених коливань
  2. Чим вимушені коливання відрізняються від вільних коливань?

– Частота вільних коливань визначається характеристиками самої системи. Для пружинного маятника – жорсткістю пружини і масою тягарця.

Для математичного маятника – прискоренням вільного падіння та довжиною маятника.

Амплітуда вимушених коливань не зменшується з часом, навіть якщо в системі присутнє тертя, оскільки втрати механічної енергії, зумовлені тертям, відновлюються за рахунок роботи зовнішніх сил.

3.Що таке резонанс?

4.Чи залежить амплітуда вимушених коливань від частоти зовнішньої сили?

– Розгойдуючи гойдалку, бажано штовхати її у такт із її власною частотою: у такому різі розгойдування буде найбільш ефективним. Цей факт доводить, що амплітуда вимушених коливань істотно залежить від частоти зовнішньої сили.

VII. Захист проектів

Учні, готуючись до уроку, працювали над випереджуючими завданнями.

  1. Слово надається головному конструктору найпростішої автоколивальної системи – звичайний годинник.
  2. Заслуховуємо проект інженера – машинобудування
  3. Проект про вплив вібрації на живі організми
  4. Рубрика ,,Цікаво”

VIII. Підсумок уроку

  1. Перевірка очікуваних результатів
  2. Підбиття підсумку уроку, роботи учнів
  3. Виставлення оцінок
  4. Домашнє завдання

Вивчити § 43, 44

Основна задача. Коли в цеху встановили новий верстат, почала відчуватися сильна вібрація підлоги. Як можна усунути чи зменшити цю вібрацію?

Додаткова задача. У вагоні потяга підвішено маятник завдовжки 2м. Під час руху потяга маятник розгойдується від поштовхів на стиках рейок. За якої швидкості потяга маятник розгойдується особливо сильно, якщо довжина рейок 50м.

 

                                                  Цікаво!!!

 

Звинувачується резонанс

Найширшого розголосу набула катастрофа у Франції з мостом біля міста Анпсер. Один з найбільших мостів (довжина – 102м.) висів на ланцюгах на чималій висоті над річкою. Загін із 487 солдатів, що йшли в ногу, швидко розхитали міст так, що ланцюги порвались і уламки моста з людьми упали вниз. За кілька секунд загинуло 226 чоловік. Період кроків Т у цьому випадку точно збіглися з періодом Т власних коливань Анпсерського моста.

У Росії відомі катастрофи з мостами у Санкт – Петербурзі, де один зруйнувався під час проходження загону кавалерії, другий – під ногами піхотинців.

Найбільшою з ,,резонансних” аварій XX століття була катастрофа 1940р. з Такомського моста у США, загальна довжина якого перевищувала 1660м. У той день дув сильний вітер, що викликав крутильні коливання недостатньо жорсткого полотна кількасотметрового прольоту, підвішеного на канатах. Випадково усі стадії руйнування новозбудованого моста було знято на кіноплівку. Жахливі кадри й досі інколи демонструють по телебаченню у науково-популярних програмах.

Icon of Fiz10 Urok 58 Fiz10 Urok 58 (23.7 KiB)
Скачав конспект! Скачай презентацію-->
загрузка...

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *