1Tento výukový materiál vznikl v rámci Operačního programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost

1. KŠPA Kladno, s. r. o., Holandská 2531, 272 01 Kladno, www.1kspa.cz

Číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/34.0292

Číslo materiálu: VY_32_INOVACE_FYZ-1-16

Tematický celek (sada): FyzikaTéma (název) materiálu: Kmitání a vlněníPředmět: Fyzika

Ročník / Obor studia: 1. ročník / Cestovní ruch, Ekonomika a podnikání, Podnikání

Autor / datum vytvoření: Ing. Bc. Jaroslava Horová/24.02.2013

Anotace: Žáci se seznámí s pojmy kmitání, vlnění a zvuk.

Metodický pokyn: Určeno k prezentaci popřípadě k samostudiu.

2

KMITAVÝ POHYB

Kmitavý pohyb: periodický pohyb, při kterém těleso pravidelně prochází rovnovážnou polohou.

3

PŘÍKLADY MECHANICKÝCH OSCILÁTORŮ

Obr. 1

Obr. 2

4

KYVADLO

Volně zavěšené kyvadlo je v rovnovážné poloze.

Po přechodu všemi polohami, vykonalo těleso jeden kmit.Kmitání kyvadla a jiného mechanického oscilátoru charakterizuje doba, za kterou oscilátor vykoná jeden kmit. Tato doba se nazývá perioda T.

Obr. 3

5

KMITÁNÍČasto potřebujeme znát, kolik kmitů oscilátor vykoná za časovou jednotku. Proto se zavedla veličina kmitočet neboli frekvence f.

HzT

f1

Příčinou zvuku je také mechanické kmitání. Nejnižší frekvence zvuku, kterou slyšíme je si 16 Hz a nejvyšší 16 kHz.

6

CHARAKTERISTIKY KMITÁNÍ

Harmonický kmitavý pohyb: dá se vykreslit křivkou – sinusoidou, kosinusoidou.

Charakteristiky harmonického pohybu jsou okamžitá výchylka, rychlost, zrychlení.

Okamžitá výchylka y: vzdálenost kmitajícího tělesa od rovnovážné polohy.

Amplituda výchylky ym : největší výchylka z rovnovážné polohy je

7

KMITÁNÍ

Obr. 5

T

t

ytyy m sin

veličina se nazývá úhlová frekvence

fT

22

ym

y

Obr. 4

8

DRUHY KMITÁNÍ

Tlumené: – amplituda výchylky kmitání se postupně zmenšuje až zanikne úplně.

Nucené: působení vnějšího silového pole nedochází ke zmenšování amplitudy výchylky kmitání.

9

VLNĚNÍ

Mechanické vlnění: děj, při kterém se kmitání šíří do okolí kmitajícího oscilátoru. Vlněním se šíří: zvuk, světlo, tepelné

záření, vysílání televize (pokud se nejedná o digitální nebo kabelovou).

Příklad vlnění: vznik a šíření vln na vodní hladině po dopadu tělesa.

Charakteristika vlnění: vlnová délka (lambda).

10

VLNĚNÍ

Obr. 6

vT

Tf

1

f

v

11

ZVUK

Zdrojem zvuku jsou různá kmitající tělesa.

Akustika: věda zkoumající vlastnosti zvuku a jeho šíření.

Zvuk může mít periodický průběh (hudební tón) nebo neperiodický průběh (hluk).

Tón může mít harmonický průběh (jednoduchý tón) a neharmonický průběh (složený tón).

Frekvence kmitání zdroje určuje výšku tónu.

12

ZVUK

Lidský sluch vnímá zvuk o frekvenci 16 Hz – 16 kHz.Vyšší frekvenci má ultrazvuk, který neslyšíme, ale vnímají ho některá zvířata (pes, netopýr).

Barva tónu charakterizuje zdroj zvuku a umožňuje sluchem rozeznat např. různé hudební nástroje, které vydávají tóny o stejné výšce.

13

ZVUK

Hlasitost zvuku: subjektivní pocity. Zvuky o veliké hlasitosti mohou vyvolat bolest až poškození sluchu. Existuje nejnižší možná hlasitost, při níž vzniká sluchový vjem – práh slyšení. Šíření zvuku je podmíněno vlastnostmi

prostředí.

14

PŘÍKLADY

Lidské srdce vykoná 75 tepů za minutu. Určete periodu a frekvenci srdeční činnosti.

jeden tep = perioda

frekvence

sT 8,075

60

HzT

f 25,18,0

11

15

Komorní „a“ má frekvenci 440 Hz. Určete periodu tohoto kmitání.

f = 440 Hz = 4,4102 HzT = ?

mssf

T 3,2103,2104,4

11 32

Perioda kmitání je 2,3ms.

16

Zvuk o frekvenci 200 Hz se šíří ve vodě rychlostí 1 450 ms-1. Určete vlnovou délku zvukových vln.

f = 200 Hzv = 1,45103 ms-1

λ = ?m

f

v25,7

200

1045,1 3

Vlnová délka zvukových vln je 7,25 m.

17

Materiály jsou určeny pro bezplatné používání pro potřeby výuky a vzdělávání na všech typech škol a školských zařízení. Jakékoli další využití podléhá autorskému zákonu.

POUŽITÉ ZDROJE

LANK, Vladimír; VONDRA, Miroslav. Fyzika v kostce pro střední školy. Praha: Fragment, s.r.o., 2007, ISBN 978-80-253-0228-6.

SOUKUP, Václav; VESELÝ, Josef. Maturitní otázky fyzika. Praha: Fragment, s.r.o., 2007, ISBN 978-253-0501-0.

Doc. RNDr. LEPIL CSc., Oldřich a kol. Fyzika, Sbírka úloh pro střední školy. Praha: Prometheus, spol. s.r.o., 2007, ISBN 978-80-7196-266-3.

Obr. 1 . ALEXANDROV, Oleg. wikipedia [online]. [cit. 24.2.2013]. Dostupný pod licencí public domain na WWW: http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Simple_harmonic_oscillator.gif

Obr. 2 a 3. NEUVEDENO. wikipedia [online]. [cit. 24.2.2013]. Dostupný pod licencí public domain na WWW: http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Simple_pendulum_height.png

Obr. 4. vlastní tvorba Obr. 5. vytvořen v programu Funkce 2.01. Obr. 6. CHE. wikipedia [online]. [cit. 24.2.2013]. Dostupný pod licencí public domain na WWW:

http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Vlnova_delka.png