3.1.2 Harmonický pohyb

Podobné dokumenty
3.1.3 Rychlost a zrychlení harmonického pohybu

3.2.2 Rovnice postupného vlnění

3.2.2 Rovnice postupného vlnění

3.1.8 Přeměny energie v mechanickém oscilátoru

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

Téma: Analýza kmitavého pohybu harmonického oscilátoru

Základy elektrotechniky

B. MECHANICKÉ KMITÁNÍ A VLNĚNÍ

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

MECHANICKÉ KMITÁNÍ. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - 3.A

MECHANICKÉ KMITÁNÍ NETLUMENÉ

Praktikum I Mechanika a molekulová fyzika

4.3.1 Goniometrické rovnice I

Laboratorní práce č. 3: Kmitání mechanického oscilátoru

KMITÁNÍ MECHANICKÉHO OSCILÁTORU

Tlumené kmity. Obr

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

VY_32_INOVACE_06_III./1._OBVOD STŘÍDAVÉHO PROUDU

Vznik a vlastnosti střídavých proudů

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

(test version, not revised) 9. prosince 2009

3.1.5 Složené kmitání

1.3.2 Rovnoměrný pohyb po kružnici I

Grafy funkcí odvozených z funkcí sinus a cosinus I

Vznik střídavého proudu Obvod střídavého proudu Výkon Střídavý proud v energetice

4.2.9 Vlastnosti funkcí sinus a cosinus

LABORATORNÍ CVIČENÍ Z FYZIKY

PRAKTIKUM I. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Pracoval: Pavel Ševeček stud. skup.: F/F1X/11 dne:

1.3.6 Rovnoměrný pohyb po kružnici I

4.6.6 Složený sériový RLC obvod střídavého proudu

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

Příklady kmitavých pohybů. Mechanické kmitání (oscilace)

F10 HARMONICKÝ OSCILÁTOR

( x) ( ) ( ) { } Vzorce pro dvojnásobný úhel II. Předpoklady: Urči definiční obor výrazů a zjednoduš je. 2. x x x

Cyklometrické funkce

Zápočtová písemka z Matematiky III (BA04) skupina A

Skládání (interference) vlnění

Derivace goniometrických. Jakub Michálek,

Mechanické kmitání (oscilace)

23. Mechanické vlnní. Postupné vlnní:

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

Grafy funkcí odvozených z funkcí sinus a cosinus II

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

Pracovní list vzdáleně ovládaný experiment. Obr. 1: Matematické kyvadlo.

( ) ( ) Vzorce pro dvojnásobný úhel. π z hodnot goniometrických funkcí. Předpoklady: Začneme příkladem.

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

I. část - úvod. Iva Petríková

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

Kmitání systému s 1 stupněm volnosti, Vlastní a vynucené tlumené kmitání

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

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

1 Elektrotechnika 1. 11:00 hod. = + Δ= = 8

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

KINEMATIKA. 17. ROVNOMĚRNÝ POHYB PO KRUŽNICI II. Frekvence, perioda. Mgr. Jana Oslancová VY_32_INOVACE_F1r0217

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

MECHANICKÉ KMITÁNÍ POJMY K ZOPAKOVÁNÍ. Testové úlohy varianta A

Mechanika II.A Třetí domácí úkol

( ) ( ) ( ) x Užití derivace. Předpoklady: 10202, 10209

KMITÁNÍ PRUŽINY. Pomůcky: Postup: Jaroslav Reichl, LabQuest, sonda siloměr, těleso kmitající na pružině

2.6.5 Další použití lineárních lomených funkcí

Funkce kotangens

Newtonův zákon I

Funkce komplexní proměnné a integrální transformace

( ) ( ) Newtonův zákon II. Předpoklady:

Cyklometrické funkce

1. Pohyby nabitých částic

4.3.1 Goniometrické rovnice

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

KINEMATIKA HMOTNÉHO BODU. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Mechanika - 1. ročník

6.2.5 Pokusy vedoucí ke kvantové mechanice IV

Laboratorní úloha č. 3 Spřažená kyvadla. Max Šauer

Mechanické kmitání a vlnění, Pohlovo kyvadlo

Mechanické kmitání - určení tíhového zrychlení kyvadlem

Podívejte se na časový průběh harmonického napětí

Harmonické oscilátory

DUM označení: VY_32_INOVACE_... Jméno autora výukového materiálu: Ing. Jitka Machková Škola: Základní škola a mateřská škola Josefa Kubálka Všenory

Pár zajímavých nápadů

KMS cvičení 6. Ondřej Marek

Srovnání klasického a kvantového oscilátoru. Ondřej Kučera

SIGNÁLY A SOUSTAVY, SIGNÁLY A SYSTÉMY

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

Elektrický signál - základní elektrické veličiny

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

5. Pro jednu pružinu změřte závislost stupně vazby na vzdálenosti zavěšení pružiny od uložení

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

GE - Vyšší kvalita výuky CZ.1.07/1.5.00/

2.5.1 Kvadratická funkce

Zadání semestrální práce z předmětu Mechanika 2

Funkce arcsin. Některé dosud probírané funkce můžeme spojit do dvojic: 4 - je číslo, které když dám na druhou tak vyjde 4.

= - rovnost dvou výrazů, za x můžeme dosazovat různá čísla, tím měníme

8.6 Dynamika kmitavého pohybu, pružinový oscilátor

Mechanické kmitání a vlnění

Měření tíhového zrychlení reverzním kyvadlem

GE - Vyšší kvalita výuky CZ.1.07/1.5.00/

Zadání. Goniometrie a trigonometrie

teorie elektronických obvodů Jiří Petržela analýza obvodů s regulárními prvky

Derivace goniometrických funkcí

4. TROJFÁZOVÉ OBVODY

Hledání úhlů se známou hodnotou goniometrické funkce

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

Transkript:

3.1.2 Haronický pohyb Předpoklady: 3101 Graf závislosti výchylky koštěte na čase: Poloha na čase 200 10 100 poloha [c] 0 0 0 10 20 30 40 0 60 70 80 90 100-0 -100-10 -200 čas [s] U některých periodických pohybů graf závislosti výchylky na čase přibližně odpovídá grafů funkcí sinus a kosinus (v reálných pohybech se výchylka na rozdíl do funkcí sinus a cosinus zenšuje) v ideální případě by byl stejný v takové případě by se jednalo o haronický kitavý pohyb. Př. 1: Nakresli graf závislosti výchylky na čase u kyvadla pokud se kývá s periodou 2 sekundy a s axiální výchylkou 10 c. Předpokládej haronický pohyb kyvadla. y[c] 10-1 2 3 4 6-10 1

Př. 2: Do předchozího obrázku doplň graf pohybu kyvadla, které se kývá se stejnou periodou 2 s, ale s poloviční axiální výchylkou c. y[c] 10-1 2 3 4 6-10 Př. 3: Nakresli do jednoho obrázku grafy závislosti výchylky na čase u dvou kyvadel. První se kývá periodou 2 sekundy a s axiální výchylkou 10 c, druhé s periodou 1, sekundy a stejnou axiální výchylkou. Předpokládej haronický pohyb kyvadel. y[c] 10-1 2 3 4 6-10 Př. 4: Z výsledků předchozích příkladů urči jak ovlivňuje tvar grafu výchylky na čase: a) hodnota axiální výchylky b) perioda pohybu. Hodnota axiální výchylky určuje výšku grafu. Perioda pohybu určuje délku jedné vlnovky grafu. Chcee najít rovnici, která popisuje předchozí grafy a říká, ve které ístě se v dané okažiku kyvadlo nachází (jaká je jeho okažitá výchylka). Budee srovnávat graf výchylky kyvadla s grafe funkce y = sin x. 2

y a x y[c] y ax Graf funkce: y = asin x (číslo a určuje výšku grafu, x je proěnná, na které závisí hodnoty y) Graf výchylky: y = y ( t) ax sin Výšku grafu určuje axiální výchylka y ax. Proěnou, na které výchylka závisí, je čas t. Čas uvnitř sinu usíe násobit nějaký výraze, abycho zajistili, že pro t = bude končit první vlnovka a začínat druhá (jako u funkce y = asin x pro x = 2π ). Jak určit výraz označený? Pro t = končí první vlnovka a začíná druhá platí = 2π (když dosadíe do rovnice y = y t t =, usíe počítat sin ze 2π, aby končila první vlnovka a začínala ax sin ( ) druhá). = 2π 2π = Okažitá výchylka haronicky kitajícího tělesa je dána rovnicí y = y t (základní rovnice haronického kitání). 3

t Základní rovnici haronického kitání ůžee upravit do tvaru: y = y 2π. Po dosazení t = (zjišťujee stav na konci první periody) y = y 2π = y sin ( 2π 1). Z rovnice je zřejé, že v okažiku t = se oscilátor nachází na konci první periody. Poloha na čase 200 10 100 poloha [c] 0 0 0 10 20 30 40 0 60 70 80 90 100-0 -100-10 -200 čas [s] Př. : Z grafu zaznaenávajícího pohyb koštěte urči periodu a axiální výchylku (útlu zanedbej tí, že za axiální výchylku zvolíš axiální výchylky přibližně v polovině pohybu) a sestav rovnici haronického pohybu. Do rovnice dosaď časy, pro které áš naěřené výsledky a srovnej spočtené hodnoty s naěřenýi. y = 140c 3 kity 8 sekund 8 = = s 3 y = y t y = 140 t Dosadíe za t časy, pro které áe naěřené polohy koštěte a které jsou v rozezí 40 60 sekunda (v té době ělo koště axiální výchylku kole 140 c) a porovnáe výsledky výpočtu s naěřenýi hodnotai. t = 40s y = 140 40 = 72 c Hodnota v tabulce 90 c. t = 42s y = 140 42 = 14 c Hodnota v tabulce 40 c. 4

t = 0s y = 140 0 = 139 c Hodnota v tabulce -13 c. t = 60s y = 140 60 = 96 c Hodnota v tabulce 6 c. Ačkoliv si hodnoty zcela neodpovídají, je zřejé, že rovnice pohyb koštěte přibližně předpovídá. Pedagogická poznáka: U předchozího příkladu je potřeba upozornit studenty, aby při zadávání hodnot do kalkulačky zkontrolovali, jestli ji ají přepnutou do ódu R (radiány). Většinou to tak není, protože častěji studenti určují hodnoty gonioetrických funkcí z úhlů zadávaných ve stupních. Ještě lépe je to vidět z grafu, srovnávajícího hodnoty naěřené a vypočtené z naší rovnice. Poloha zěřená a spočtená 200 10 100 0 0 0 20 40 60 80 100-0 poloha zěřená [c] poloha spočtená [c] -100-10 -200 čas [s] Př. 6: Okažitá výchylka kyvadla je popsána rovnicí y 3sin ( πt) výchylku kyvadla a jeho periodu. Rovnici y 3sin ( πt) =. Urči axiální = srovnáe s obecný tvare rovnice pro haronický pohyb y = y t. y = 3 t 2 je vidět, že platí: y = y t y = 3, = 2.

Př. 7: Okažitá výchylka kyvadla je popsána rovnicí y 0, 0sin ( 3t ) =. Urči axiální výchylku kyvadla a jeho periodu. Z vypočtených hodnot odhadni hodnotu okažité výchylky v čase t = 2s. Odhad ověř výpočte. Rovnici y 0, 0sin ( 3t ) y = y t. = srovnáe s obecný tvare rovnice pro haronický pohyb ( t) y = 0, 0sin 3 je vidět, že platí: y = 0,0, 2π t = 3t. y = y t Dopočtee periodu: 2π t = 3t. 2 π 3 2 π = = s = 2,1s 3 Odhad okažité výchylky: V čase 2s se kyvadlo nachází v alé záporné výchylce (za 0,1 sekundy se á vrátit do počáteční polohy). Výpočet okažité výchylky pro 2s y = 0,0sin 3t = 0,0sin 3 2 = 0,014 t = : ( ) ( ) Malá záporná výchylka odpovídá odhadu, neboť kyvadlo se nachází na konci první periody. Výchylku haronického pohybu ůžee vyjádřit i poocí frekvence 1 y = y t = y 2π t = y sin 2 f t s frekvencí. ( π ) 1 f =. - rovnice haronického pohybu Ještě jednodušší výraz uvnitř sinu získáe pokud použijee úhlovou frekvenci (u kruhového pohybu jse ji říkali úhlová rychlost) ω = 2π f. ( π ) sin ( ω ) y = y sin 2 f t = y t - tento způsob zápisu rovnice haronického pohybu je nejčastější. Součin ω t á význa úhlu, značíe ho ϕ a říkáe u fáze kitavého pohybu. Př. 8: 1 Struna na kytaře kitá s frekvencí 440 Hz (koorní a ). Urči periodu a úhlovou frekvenci jejího pohybu a napiš rovnici jejího haronického kitání, pokud je její axiální výchylka 2. f = 440 Hz y = 2 = 0,002 1 1 = s 0,0023s f = 440 = ω = 2π f = 2π 440 = 880π rad s = 276 rad s -1-1 Rovnice haronického kitání: y = y sin ( ωt) = 0, 002sin ( 276t ) 6

Př. 9: (doácí) Z echaniky již víe, že v grafu závislosti polohy na čase jsou schovány i grafy časových závislostí rychlosti a zrychlení. Zkus do jednoho obrázku nakreslit pro pohyb koštěte všechny tyto tři grafy. Řešení příkladu je uvedeno na počátku příští hodiny. Shrnutí: Okažitou výchylku haronického kitavého pohybu ůžee popisuje rovnice y = y t = y sin ( ωt). 7