3.2.2 Rovnice postupného vlnění

Podobné dokumenty
3.2.2 Rovnice postupného vlnění

3.1.2 Harmonický pohyb

3.1.3 Rychlost a zrychlení harmonického pohybu

3.1.8 Přeměny energie v mechanickém oscilátoru

7.3.2 Parametrické vyjádření přímky II

( ) ( ) Newtonův zákon II. Předpoklady:

Projekt: Inovace oboru Mechatronik pro Zlínský kraj Registrační číslo: CZ.1.07/1.1.08/ Vlnění

Řešení: Odmocninu lze vždy vyjádřit jako mocninu se zlomkovým exponentem. A pro práci s mocninami = = = 2 0 = 1.

ÚLOHA Závaží pružin kmitá harmonicky amplituda = 2 cm, doba kmitu = 0,5 s. = 0 s rovnovážnou polohou vzh ru. Úkoly l :

frekvence f (Hz) perioda T = 1/f (s)

MECHANICKÉ KMITÁNÍ NETLUMENÉ

Newtonův zákon I

4.3.1 Goniometrické rovnice I

3.1.6 Dynamika kmitavého pohybu, závaží na pružině

Podívejte se na časový průběh harmonického napětí

Grafy funkcí odvozených z funkcí sinus a cosinus I

Skládání (interference) vlnění

4.3.3 Goniometrické nerovnice

Pedagogická poznámka: Celý obsah se za hodinu stihnout nedá. z ] leží na kulové ploše, právě když platí = r. Dosadíme vzorec pro vzdálenost:

1 Poznámka k termodynamice: Jednoatomový či dvouatomový plyn?

7.2.1 Vektory. Předpoklady: 7104

1.3.6 Rovnoměrný pohyb po kružnici I

Tento text se snaží být takovým atlasem elementárních funkcí podobně jako atlas hub, ptáků či květin.

1.3.2 Rovnoměrný pohyb po kružnici I

6.2.5 Pokusy vedoucí ke kvantové mechanice IV

4.2.9 Vlastnosti funkcí sinus a cosinus

Závislost odporu kovového vodiče na teplotě

1. Pohyby nabitých částic

ω=2π/t, ω=2πf (rad/s) y=y m sin ωt okamžitá výchylka vliv má počáteční fáze ϕ 0

Nakloněná rovina III

KINEMATIKA. 18. ROVNOMĚRNÝ POHYB PO KRUŽNICI III. Úhlová rychlost. Mgr. Jana Oslancová VY_32_INOVACE_F1r0218

4.3.2 Goniometrické nerovnice

23. Mechanické vlnní. Postupné vlnní:

1 Elektrotechnika 1. 11:00 hod. R. R = = = Metodou postupného zjednodušování vypočtěte proudy všech větví uvedeného obvodu. U = 60 V. Řešení.

x 0; x = x (s kladným číslem nic nedělá)

. je zlomkem. Ten je smysluplný pro jakýkoli jmenovatel různý od nuly. Musí tedy platit = 0

Funkce tangens. cotgα = = B a. A Tangens a cotangens jsou definovány v pravoúhlém trojúhelníku: a protilehlá b přilehlá.

F10 HARMONICKÝ OSCILÁTOR

Grafy funkcí odvozených z funkcí sinus a cosinus II

B. MECHANICKÉ KMITÁNÍ A VLNĚNÍ

Funkce kotangens. cotgα = = Zopakuj všechny části předchozí kapitoly pro funkci kotangens. B a

Funkce tangens. cotgα = = Předpoklady: B a. A Tangens a cotangens jsou definovány v pravoúhlém trojúhelníku: a protilehlá b přilehlá

7.5.3 Hledání kružnic II

KMITÁNÍ MECHANICKÉHO OSCILÁTORU

1.8. Mechanické vlnění

7.1.3 Vzdálenost bodů

FYZIKA 3. ROČNÍK. Vlastní kmitání oscilátoru. Kmitavý pohyb. Kinematika kmitavého pohybu. y m

Praktikum 1. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Úloha č...xvi... Název: Studium Brownova pohybu

PRAKTIKUM I. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Název: Studium harmonických kmitů mechanického oscilátoru

Hledání úhlů se známou hodnotou goniometrické funkce

4.3.3 Goniometrické nerovnice I

Elektrický signál - základní elektrické veličiny

teorie elektronických obvodů Jiří Petržela analýza obvodů s regulárními prvky

Pedagogická poznámka: Cílem hodiny je zopakování vztahu pro hustotu, ale zejména nácvik základní práce se vzorci a jejich interpretace.

2. Sestrojte graf závislosti prodloužení pružiny na působící síle y = i(f )

MANUÁL K ŘEŠENÍ TESTOVÝCH ÚLOH

Určení geometrických a fyzikálních parametrů čočky

Praktikum I Mechanika a molekulová fyzika

pracovní list studenta

Funkce Arcsin. Předpoklady: Některé dosud probírané funkce můžeme spojit do dvojic: 4 je číslo, jehož druhá mocnina se rovná 4.

4.2.6 Tabulkové hodnoty orientovaných úhlů

Obsah. Kmitavý pohyb. 2 Kinematika kmitavého pohybu 2. 4 Dynamika kmitavého pohybu 7. 5 Přeměny energie v mechanickém oscilátoru 9

2. Vlnění. π T. t T. x λ. Machův vlnostroj

Lineární funkce IV

DUM č. 14 v sadě. 10. Fy-1 Učební materiály do fyziky pro 2. ročník gymnázia

Vznik a vlastnosti střídavých proudů

Funkce kotangens

LABORATORNÍ CVIČENÍ Z FYZIKY

Rovnoměrný pohyb IV

r j Elektrostatické pole Elektrický proud v látkách

(test version, not revised) 9. prosince 2009

Fyzika II, FMMI. 1. Elektrostatické pole

III Určování hodnot funkcí sinus a cosinus

Zápočtová písemka z Matematiky III (BA04) skupina A

Téma: Analýza kmitavého pohybu harmonického oscilátoru

5.2.8 Zobrazení spojkou II

4.3.4 Základní goniometrické vzorce I

11. cvičení z Matematiky 2

Derivace goniometrických funkcí

III Rychlé určování hodnot funkcí sinus a cosinus. Předpoklady: 4207, 4208

VY_32_INOVACE_06_III./1._OBVOD STŘÍDAVÉHO PROUDU

4.1.5 Jedna a jedna může být nula

(Následující odstavce jsou zde uvedeny jen pro zájemce.) , sin2π, (2)

4.3.7 Součtové vzorce. π π π π. π π π. Předpoklady: 4306

4.2.6 Tabulkové hodnoty orientovaných úhlů

( ) Absolutní hodnota. π = π. Předpoklady: základní početní operace. 0 = 0 S nezápornými čísly absolutní hodnota nic nedělá

Fyzika 1 - rámcové příklady Kinematika a dynamika hmotného bodu, gravitační pole

pracovní list studenta Kmitání Studium kmitavého pohybu a určení setrvačné hmotnosti tělesa

ELEKTŘINA A MAGNETIZMUS kontrolní otázky a odpovědi

Jednotky zrychlení odvodíme z výše uvedeného vztahu tak, že dosadíme za jednotlivé veličiny.

Nakloněná rovina II

3. Kvadratické rovnice

BIOMECHANIKA KINEMATIKA

MĚŘENÍ POVRCHOVÉHO NAPĚTÍ VODY

Základy elektrotechniky

2.8.6 Parametrické systémy funkcí

Kreslení graf obecné funkce II

( ) Obecná rovnice elipsy. Předpoklady: Př. 1: Najdi střed, vrcholy a ohniska elipsy dané rovnicí ( x ) ( y )

Kapitola 2. o a paprsek sil lze ztotožnit s osou x (obr.2.1). sil a velikost rovnou algebraickému součtu sil podle vztahu R = F i, (2.

KOMPLEXNÍ DVOJBRANY - PŘENOSOVÉ VLASTNOSTI

Transkript:

3.. Rovnice postupného vlnění Předpoklady: 310, 301 Chcee najít rovnici, která bude udávat výšku vlny v libovolné okažiku i libovolné bodě (v jedno okažiku je v různých ístech různá výška vlny). Veličiny popisující vlnění (hodnoty budou pro jedno vlnění stejné pro všechna ísta ve všech okažicích): perioda T, axiální výchylka y, rychlost šíření v, vlnová délka λ. Veličiny popisující ísto a čas, o které se zajíáe (dosadíe je do rovnice, abycho získali konkrétní údaje): čas t, poloha x. Pedagogická poznáka: Při odvozování vzorce je třeba žáků ujasnit, že použitý graf se liší od grafů používaných v kapitole o kitavých pohybech. Někdy ůže být diskuse delší, ale pokud ají studenti pochopit vzorec, je nutné ji neošidit. Vodní hladina v určité okažiku: y[] bod B Zdroj 0 x x[] Každý bod kitá, ale áe ho zachycen v jedno okažiku (na vodorovné ose není čas, ale poloha, jde tedy o fotku ne zachycení zěn v čase jako v grafech, které jse používali u kitavých pohybů, analogií této fotky pro kitající závaží by byl graf s jediný bode). y = y sin ωt (znáe, rovnice kitavého pohybu) Zdroj: ( ) Bod B: kitá stejně jako zdroj, ale o něco později. Tento rozdíl označíe t y = y sin ω ( t t ) ( t jse přidali, protože bod B je pozadu, chvíli trvá než se k něu vlnění dostane). Na če t závisí? rychlost šíření vlnění v, vzdálenost bodu B od zdroje x, x t =, dosadíe do rovnice pro B: y = y sin ω ( t t ) v. x π y = y sin ω t v rozepíšee ω = T 1

π x y = y sin t T v y = y sin π použijee λ = vt T Tv y = y sin π - rovnice postupného vlnění (udává okažitou výchylku v závislosti T λ na čase a poloze). Důležité: t, x - neznáé, za které dosazujee (v jaké okažiku a na které ístě, chcee znát výšku vlny), y, T, λ - paraetry, které jsou pro dané vlnění stále stejné. Poznáka: Nái uvedená rovnice platí pro vlnění, které se šíří ve sěru osy x (od enších hodno ke větší). Pro vlnění opačného sěru je nutno zěnit znaénko před člene x λ y = y sin π + ). T λ Pedagogická poznáka: Předchozí rozlišení neznáých a paraetrů je nutné studentů zdůraznit. Rozdílná role písenek v rovnici je jední z největších probléů při její pochopení. Př. 1: Vysvětli jaký je rozdíl ezi t a T v rovnici postupného vlnění y = y sin π T λ. t čas, ve které chcee zjistit stav vlnění, volíe si ho dle libosti T perioda kitavého pohybu, který vlnění způsobuje. Je pro dané vlnění stále stejná. Jak fungují zloky v závorce? t = k Z (celé číslo) sin t π = sin π k = 0, právě když t = kt - zopakoval se T T určitý počet celých period (a proto začíná vlnění opět s počáteční fází), x = k Z (celé číslo) sin x π = sin π k = 0, právě když x = kλ - posunuli λ λ jse se o určitý počet celých vlnových délek (a proto vlnění kitá v naše bodě se stejnou fází jako v počátku). Př. : -1 Vlnky na vodní hladině se šíří rychlostí 0,1 s s periodou 0,6 sekundy. Napiš rovnici tohoto postupného vlnění, pokud axiální výška vlny dosahuje 3 c. Rovnice postupného vlnění: y = y sin π T λ. Znáe: y = 3c = 0, 03, T = 0,6s.

Musíe určit λ : λ = vt = 0,1 0,6 = 0,06. Dosadíe do rovnice: y = y sin π = 0, 03sin π T λ. Př. 3: Vlnění na vodní hladině je popsáno rovnicí y = 0,0sin π. a) Urči hodnoty y, T, λ, v. b) Nakresli výšku vodní hladiny v oblasti 0 15 c v čase t = 0s. Předpokládej, že v čase 0s jse začali ěřit, ale vlnění se po hladině šířilo již dříve. c) Urči v čase t = 0s výšku vodní hladiny v bodech x = 0; 0, 03; 0, 09; 0,11; 0,13. Získané hodnoty porovnej s výsledky bodu b). d) Nakresli výšku vodní hladiny v oblasti 0 15 c v čase t = 0, 5s. Předpokládej, že v čase 0s jse začali ěřit, ale vlnění se po hladině šířilo již dříve. e) Urči v čase t = 0, 5s výšku vodní hladiny v bodech x = 0; 0, 03; 0, 09; 0,11; 0,13. Získané hodnoty porovnej s výsledky bodu d). a) Urči hodnoty y, T, λ, v. Obecná rovnice: y = y sin π T λ, naše rovnice 0,0sin y = π 0,6 0,1 srovnání získáe: y = 0,0 T = 0,6s λ = 0,1 λ 0,1-1 -1 λ = vt v = = s = 0, s T 0,6 b) Nakresli výšku vodní hladiny v oblasti 0 15 c v čase t = 0s. Předpokládej, že v čase 0s jse začali ěřit, ale vlnění se po hladině šířilo již dříve. V čase t = 0s se bod v počátku nachází na začátku sínusovky s nulovou výchylkou, stejnou fázi bude ít pohyb bodu, který se nachází o jednu vlnovou délku (0,1 ) dále vpravo ůžee nakreslit dvě sínusovky, které této podínce vyhovují. y[c] - - 8 1 16 0 x[c] Vlnění se šíří vpravo, vyznačené body se pohybují sěre nahoru (jsou na začátku periody) správná je zelená křivka. 3

y[c] - - 8 1 16 0 x[c] c) Urči v čase t = 0s výšku vodní hladiny v bodech x = 0; 0, 03; 0, 09; 0,11; 0,13. Získané hodnoty porovnej s výsledky bodu b). do rovnice vlnění dosazujee t = 0s a: 0 0 x = 0 : y = 0,0sin π 0,0sin π 0 = = 0 0,03 x = 0,03 : y = 0,0sin π 0,0sin π 0,0 = = 0 0,09 x = 0,09 : y = 0,0sin π 0,0sin π 0,0 = = 0 0,11 x = 0,11 : y = 0,0sin π 0,0sin π 0,0 = = 0 0,13 x = 0,13 : y = 0,0sin π 0,0sin π 0,0 = = Všechny získané hodnoty ůžee dokreslit do grafu z bodu b) y[c] - - 8 1 16 0 x[c] d) Nakresli výšku vodní hladiny v oblasti 0 15 c v čase t = 0, 5s. Předpokládej, že v čase 0s jse začali ěřit, ale vlnění se po hladině šířilo již dříve. V čas t = 0, 5s uplyne od času t = 0s tři čtvrtě periody vlna se posunu doprava o tři čtvrtě vlnové délky v počátku se zrovna nachází iniu.

y[c] - - 8 1 16 0 x[c] e) Urči v čase t = 0, 5s výšku vodní hladiny v bodech x = 0; 0, 03; 0, 09; 0,11; 0,13. Získané hodnoty porovnej s výsledky bodu d). Do rovnice vlnění dosazujee t = 0, 5s a: 0, 5 0 x = 0 : y = 0,0sin π 0,0sin π 0,0 = = 0,5 0,03 x = 0,03 : y = 0,0sin π 0,0sin π 0 = = 0,5 0,09 x = 0,09 : y = 0,0sin π 0,0sin π 0 = = 0, 5 0,11 x = 0,11 : y = 0,0sin π 0,0sin π 0,035 = = 0, 5 0,13 x = 0,13 : y = 0,0sin π 0,0sin π 0,035 = = Všechny získané hodnoty ůžee dokreslit do grafu z bodu d). y[c] - - 8 1 16 0 x[c] Př. : Vlnění je popsáno rovnicí y 0,3sin ( t 5x) =. Urči hodnoty y, T, λ, v. Obecná rovnice: y = y sin π, naše rovnice ( ) T λ y = 0,3sin t 5x problé: v obecné rovnici je před závorkou vytknuto π usíe v obecné rovnici roznásobit závorku nebo v zadané rovnici vytknout π. sin π y y y sin t π π x = = T λ T λ y = 0,3sin t 5x : srovnáváe ( ) 5

y = 0,3, t T t π x 5x λ = vt π = T = π s = 3,1s, λ = π λ = = 1,3. 5 λ 1,3 v = = s = 0, s T 3,1-1 -1 Př. 5: Vlnění vodní hladiny je popsáno rovnicí y = 0,03sin π. a) Urči výšku vlny v ístě zdroje vlnění v čase t = 1s. b) Urči výšku vlny v ístě vzdálené od zdroje 5,5 c v čase t = 1s. c) Urči poloěr nejenší kružnice, kterou tvoří body kitající se stejnou fází jako zdroj vlnění. a) Urči výšku vlny v ístě zdroje vlnění v čase t = 1s. Do rovnice vlnění dosadíe t = 1s a x = 0 : 1 0 y = 0,03sin π 0,03sin π 0,06 = =. b) Urči výšku vlny v ístě vzdálené od zdroje 5,5 c v čase t = 1s. Do rovnice vlnění dosadíe t = 1s a x = 0,055 : 1 0, 055 y = 0,03sin π 0,03sin π 0,03 = =. c) Urči poloěr nejenší kružnice, kterou tvoří body kitající se stejnou fází jako zdroj vlnění. Se stejnou fází kitají body, které jsou od sebe vzdáleny o celočíselný násobek vlnové délky hledaná kružnice á poloěr 6 c. Dodatek: Použitá rovnice nepopisuje vlnění vodní plochy ve všech sěrech. Popisuje výšku vln pouze na kladné poloose x. Na záporné poloose x se vlnění šíří opačný sěre (a je tedy popsáno rovnicí y = 0,03sin π + ). V ostatních sěrech je rovnice složitější, protože výchylka záleží na druhé souřadnici. Shrnutí: Dosazování za čas a x-ovou souřadnici do rovnice y = y sin π T λ ůžee zjistit okažitou výchylku vlnění v libovolné ístě a čase. 6