Фізика. 7 клас. Шут

§ 14. Амплітуда. Період і частота коливань

Коливальний рух, як і будь-який інший механічний рух, відбувається вздовж певної траєкторії і характеризується шляхом, переміщенням, швидкістю тощо

1. Амплітуда коливань. Для коливального руху вводять спеціальні фізичні величини, за допомогою яких кількісно оцінюють властивості, характерні лише для даного виду руху. Насамперед, це такі фізичні величини, як зміщення і амплітуда.

Найкоротшу відстань тіла, що коливається, від положення рівноваги у даний момент часу називають зміщенням. Зміщення позначають літерою х (рис. 77). В СІ одиницею зміщення є метр: [х] = 1 м.

Максимальне значення зміщення тіла, що коливається, від положення рівноваги називають амплітудою коливань. Амплітуду позначають літерою А.

А = x_max.

В СІ амплітуду, відповідно, теж вимірюють у метрах: [А] = 1 м. Амплітуда характеризує розмах коливань.

Приклад. Відстань а від крайнього лівого до крайнього правого положення тіла, що коливається, становить 4 см. Якою є амплітуда коливань?

Рис. 77. Основні характеристики коливання нитяного маятника

Період характеризує тривалість одного повного коливання

2. Період і частота коливань. У процесі коливального руху на здійснення одного повного коливання витрачається певний час.

Проміжок часу, за який тіло, що коливається, здійснює одне повне коливання, називається періодом коливання.

Період коливань, як і у випадку обертального руху, позначають літерою Т. Одиницею періоду в СІ є секунда: [T] = 1 с.

Якщо відома кількість коливань Ν, що відбуваються за час t, то період коливань обчислюють за формулою

Кількість коливань за одиницю часу називають частотою коливань. Частоту коливань позначають літерою v.

Частота характеризує ступінь повторюваності коливань у часі

На практиці для вимірювання частоти застосовуються кратні одиниці: гігагерц (гГц), кілогерц (кГц), мегагерц (МГц):

1 гГц = 100 Гц;

1 кГц = 1000 Гц;

1 МГц = 1000 000 Гц.

Одиницею частоти в СІ є герц: [ν] = 1 Гц.

1 Гц — це частота такого коливання, при якому за 1 с здійснюється одне повне коливання:

Одиниця частоти коливань названа на честь видатного німецького фізика Генріха Рудольфа Герца (1857-1894).

З цього співвідношення випливає, що зменшення періоду коливань означає збільшення їх частоти, і навпаки — із зменшенням частоти коливань період коливань збільшується.

Амплітуда, період і частота — основні характеристики коливань, які у процесі даного коливального руху не змінюються.

Це треба знати

Як пояснюють фізичні явища

Ви завершили вивчення чотирьох видів механічних рухів: рівномірного прямолінійного руху, нерівномірного прямолінійного руху (розділ 2), рівномірного обертання матеріальної точки по колу та механічних коливань (розділ 3).

Чи помітили ви, що вивчення кожного фізичного явища ми здійснювали, дотримуючись однієї і тієї самої послідовності міркувань? Конкретизуємо цю послідовність:

• 1. З’ясування зовнішніх проявів (ознак) фізичного явища. Виявлення фізичних об’єктів, з якими дане явище відбувається.
• 2. Віднесення даного явища до певного виду фізичних явищ.
• 3. Описання явища. З’ясування його фізичної суті.
• 4. Визначення умов, за яких дане явище відбувається.
• 5. Співставлення даного явища з іншими явищами.
• 6. Пояснення явища на основі уже відомих наукових знань.
• 7. Приклади проявів явища у природі, побуті й техніці.

Подумайте і дайте відповідь

• 1. Що називають зміщенням? амплітудою коливань? В яких одиницях ці фізичні величини вимірюються?
• 2. Дайте означення періоду коливань. Яка одиниця періоду в СІ?
• 3. Що називають частотою коливань? Яка одиниця частоти в СІ?
• 4. Який зв'язок між періодом і частотою коливань?

Розв’яжіть задачі та оцініть результати

Вправа 14.

• 1. За 0,5 хв маятник здійснив 10 коливань. Обчисліть період коливань.
• 2. Довжина підвісу нитяного маятника 1 м. Максимальна висота підняття кульки над горизонтальною поверхнею під час її коливань дорівнює 3 см. Яка амплітуда коливань? При розв’язанні задачі скористайтеся рис. 77.
• 3. Опишіть кожну з основних характеристик коливань (зміщення, амплітуду, період і частоту) відповідно до узагальненого плану відповіді про фізичну величину (§ 12).