Конспект урока по теме "Резонанс".

Тема: Резонанс

Цели урока: Познакомиться с явлением резонанса; изучить физическое содержание этого явления. На качественном уровне продемонстрировать его разрушаю­щую способность.

Демонстрации:

1. Установка для демонстрации резонанса пружинного маятника

2. Установка для демонстрации резонанса нитяного маятника (рис. 64)

3. Плакаты на тему «Резонанс в технике»

План изложения материала

• Понятие резонанса

• Демонстрация явления резонанса

• Роль явления резонанса в технике.

Ход урока

Проверка домашнего задания, повторение

• Может ли тело, находясь в реальных условиях, совершать колебатель­ное движение без потерь энергии?

• Как меняется с течением времени амплитуда затухающих колебаний?

• Где быстрее прекратятся колебания маятника: в воздухе или в воде? Начальный запас энергии в обоих случаях одинаков.

• Какое превращение происходит с энергией в математическом маятнике, если отсутствует сила трения?

• Что необходимо сделать, чтобы колебания были незатухающими?

• Какие колебания называются вынужденными?

Тест по теме «Период и частота математического маятника»

Изучение нового материала

Изложение нового материала можно увязать с уже изученным ранее: вы­нужденные колебания позволяют создавать незатухающие колебательные си­стемы.

Ранее уже было показано, что амплитуда вынужденных колебаний зависит от частоты действия внешней силы. Показав зависимость амплитуды колеба­ний от длины нитей, на которых подвешены шарики, (см. учебник, стр. 110), наблюдаем, что амплитуда возрастает по мере того, как частота приложения внешней силы приближается к собственной частоте нитяного маятника.

Если = , наблюдается наибольшая амплитуда колебаний.

Опр. Явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний называется

резо­нансом.

Резонанс наступает, когда частота действия внешней силы совпадает с частотой собственных колебаний в системе: =

Демонстрация явления резонанса

Запустив маятник 1, мы заставим периоди­чески деформироваться рейку, к которой при­креплены нити других маятников. Через неко­торое время мы увидим, что маятник 6 будет совершать колебания с наибольшей амплиту­дой, чем остальные маятники. Это объясняется тем, что = . Система начинает резонировать.

С энергетической точки зрения максималь­ной амплитуде соответствует максимальная энергия в системе. Это значит, что при = внешняя сила совершает самую большую полезную работу.

График зависимости амплитуды от частоты называется резонансной кри­вой (рис. 1). На рисунке представлены две резонансные кривые для двух систем с одинаковыми собственными частотами.

- Почему в системах разные амплитуды при резонансе?

Понятно, что поступающая энергия в систему используется по-разному. В системе II сила трения заметно меньше, чем в системе I. Поэтому и пополне­ние полной энергии системы происходит по-разному.

Говоря о применении резонанса, следует сказать, что в отдельных случаях системы должны резонировать, а в других случаях этого нельзя допускать.

На принципе резонирования работает язычковый частотомер. Приклады­вая небольшие усилия, раскачивают тяжелые языки колоколов.

Если частота собственных колебаний больших сооружений (мосты, теле­башни) совпадает с частотой действия внешней силы, то может произойти разрушение конструкции. Такие случаи уже были в истории - разрушение моста во Франции строем солдат, шедших в ногу. В 1830 г. по той же причине обрушился подвесной мост в Англии около Манчестера. В 1906 г. из-за резо­нанса разрушился так называемый Египетский мост в Петербурге, по которо­му проходил кавалерийский эскадрон. Теперь для предотвращения подобных случаев войсковым частям при переходе через мост приказывают «сбить ногу» и идти не строевым, а вольным шагом.

При движении поезда по мосту специально выбирают такую скорость, чтобы частота ударов колес о стыки рельсов была отлична от собственной частоты моста. На заре развития авиации некоторые авиационные двигатели вызывали столь сильные резонансные колебания частей самолета, что он раз­валивался в воздухе.

Подводя итог, важно заметить, что явление резонанса неизбежно всегда присутствует в тех системах, где реализованы вынужденные колебания.

Упражнения и вопросы для повторения:

• Что называется механическим резонансом?

• Каково условие резонанса?

• Начертите резонансные кривые для двух тел, колеблющихся с различ­ным трением.

• Приведите примеры вредного и полезного проявления механического резонанса.

Решение задач по теме «Механические колебания»

Домашнее задание §30; Выполнить упражнения № 35, 37.