„Wer wagt es zu sagen

das wissen wir alle

was kann man wissen?

G. Galileo.

Unterrichtsthema: "Mechanische Wellen".

Nordossetien-Alanien, Bezirk Mozdok, MBOU-Sekundarschule mit. Traube

allgemeine Informationen

Akademisches Fach: Physik

Unterrichtsthema:„Ausbreitung einer Schwingung in einem Medium. Wellen»

Der Platz des Unterrichts in der Struktur des Unterrichts:„Mechanische Vibrationen, Wellen. Klang"

Inhaltliche Ziele:

Lehrreich : mitIdeen bildenüber das Konzept der mechanischen Schwingungswelle. Enthüllen Sie die Natur, studieren Sie die Ursache der Welle Lehrreich : sich entwickeln logisches Denken; Anwendung technischer Methoden geistiger Aktivität zur Klärung, Vertiefung, Bewusstwerdung und Wissensstärkung Interesse an Lern- und Forschungsprozessen, Entwicklung der Fähigkeit, das Wesentliche hervorzuheben, Argumentation, Beantwortung, Beispiele.

Erzieher : zur Sprache bringen Aufmerksamkeit, Konzentration, Ausdauer beim Erreichen des Ziels. Willenskraft, Neugier, helfen den Schülern, den praktischen Nutzen des Wissens zu erkennen.

Geplante Bildungsergebnisse:

Gegenstand – die Bedeutung der Bedeutung einer mechanischen Welle kennen und verstehen.

Metasubjekt:

Regulierung - Setzen Sie sich ein Ziel, bewerten Sie Ihre Arbeit; korrigieren und erklären Sie Ihre Fehler.

Gesprächig - Dialog führen. Zuhören und zuhören können, Gedanken äußern, Statements bilden, an einer gemeinsamen Diskussion über Probleme teilnehmen, die Positionen anderer berücksichtigen.

kognitiv - die Lernsituation analysieren; Denkoperationen entwickeln; stellen Sie eine Aufgabe basierend auf der Korrelation des Bekannten, semantischen Lesens; die Fähigkeit, mündliche und schriftliche Aussagen angemessen, bewusst und willkürlich zu machen, den Inhalt des Textes in Übereinstimmung mit dem Zweck und der Einhaltung der Normen des Textaufbaus zu vermitteln; Hervorhebung ist wichtig.

persönlich : Interesse und praktische Fähigkeiten bilden, Selbständigkeit beim Erwerb von Wissen über eine mechanische Welle, ein Werteverhältnis zueinander, zum Lehrer, zum Lernergebnis, Eigeninitiative entwickeln.

Verwendete Technologien Schlüsselwörter: Critical Thinking Technology, Collaborative Learning Technology, Informations- und Kommunikationstechnologie.

Informationstechnologie-Ressourcen :

Verzeichnis der verwendeten Quellen und Literatur :

Lehrbuch "Physik Klasse 9" A, V. Peryshkin ESSEN. Gutnik Lehrbuch für Bildungseinrichtungen 2. Auflage - M: Bustard, 2014

Lukaschnikov.I. Sammlung von Aufgaben in Physik für die Klassen 7-9 von Bildungseinrichtungen - M: Bildung

COR in Physik Klasse 9

Ausrüstung : zum Experiment: Quelle, Wellenmaschine, Landkarte

Unterrichtstyp Neu lernen

Lehrmethoden Konversation. Demonstration von Erfahrungen. Notizen an der Tafel und in einem Notizbuch. Deduktive Anwendung theoretischen Wissens.

Während des Unterrichts

1. Organisatorischer Moment

Grüße.

Eine kurze Einstimmung auf produktive Arbeit.

2. Frontumfrage

Bildung des Unterrichtsthemas und des Unterrichtszwecks. Die Ziele des Unterrichts verstehen und von den Kindern akzeptieren

Erstellen einer Problemsituation

a) Analyse von Formeln und Maßeinheiten.

E-Frequenz

T - Anzahl der Schwingungen

N - Energie

l - Oszillationszeit

v - Amplitude

b) Umfrage zu Fragen

1. Nennen Sie ein Beispiel für oszillierende Bewegung?

2.Welche Schwankungen kennen Sie?

3. Studieren eines neuen Themas.

Einbeziehung der Schüler in zielgerichtete Aktivitäten.

Finden wir eine Verbindung zwischen Schwingungen und einer Welle. Kommen wir zu einem einfachen Experiment. Wir befestigen die Feder mit einem Ring und schlagen mit der Hand auf das andere Ende. Durch den Aufprall kommen mehrere Windungen der Feder zusammen, es entsteht eine elastische Kraft, unter deren Einfluss diese Windungen zu divergieren beginnen. Wenn das Pendel seine Gleichgewichtsbewegung durchläuft, werden die Spulen unter Umgehung der Gleichgewichtsposition weiter divergieren. Dadurch entsteht an dieser Stelle der Feder ein gewisses Vakuum. Wenn das Ende der Feder rhythmisch von Hand geschlagen wird, nähern sich die Windungen bei jedem Schlag einander an, bilden eine Verdickung und bewegen sich voneinander weg, wodurch ein Vakuum entsteht.

Störungen, die sich im Raum ausbreiten und sich von ihrem Ursprungsort entfernen, werden als Welle bezeichnet. Die einfachste Art der Schwingung sind Wellen, die an der Oberfläche einer Flüssigkeit entstehen und in Form konzentrischer Kreise von der Störstelle abstrahlen.

Solche Wellen können nicht nur in Flüssigkeiten und Gasen entstehen, sondern auch in Festkörpern.

Eine Welle entsteht nur, wenn zusammen mit einer äußeren Störung im Medium Kräfte auftreten, die ihr entgegenwirken. In der Regel handelt es sich dabei um elastische Kräfte.

Mechanische Wellen entstehen und vermischen sich nur in elastischen Medien. Dadurch können die Teilchen in der Welle überschüssige Energie auf benachbarte Teilchen übertragen. In diesem Fall kehren die Teilchen, nachdem sie einen Teil der Energie übertragen haben, in ihre ursprüngliche Position zurück. Dieser Prozess wird fortgesetzt. Die Materie in der Welle bewegt sich also nicht. Die Teilchen des Mediums oszillieren um ihre Gleichgewichtslagen. Daher wird in einer Wanderwelle Energie ohne Übertragung von Materie übertragen.

Je nachdem, in welcher Richtung die Teilchen relativ zur Bewegungsrichtung der Welle schwingen, werden Longitudinal- und Transversalwellen unterschieden.

Bei einer Longitudinalwelle schwingen die Teilchen in Richtungen, die mit der Bewegung zusammenfallen. Solche Wellen entstehen durch Druck und Zug.

Daher können sie in Gasen, Flüssigkeiten und Feststoffen vorkommen.

Bei einer Transversalwelle schwingen Teilchen in Ebenen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Welle. Solche Wellen sind das Ergebnis einer Scherverformung. Daher können Wellen nur in Festkörpern entstehen. Denn in Gasen und Flüssigkeiten ist diese Art der Verformung unmöglich.

Demonstration einer Welle mit einer Wellenmaschine.

Filmvorführung 5 Minuten.

Das Wellenphänomen in elastischen Medien ist durch bestimmte Werte gekennzeichnet, dazu gehören:

E-Wellenenergie

A - Wellenamplitude

V-Wellen-Frequenz

T - Wellenperiode

Wellengeschwindigkeit

Wellenlänge

Die Geschwindigkeit mechanischer Wellen kann je nach Art der Welle zwischen Hunderten von m/s und 10 km/s variieren

Unter der Länge einer mechanischen Welle versteht man die Strecke, die die Welle in einer Zeit zurücklegt, die gleich der Schwingungsdauer ist.

Formeln: Fordern Sie die Schüler auf, ihre eigenen Formeln zu schreiben

Als seismische Wellen werden Schwingungen bezeichnet, die im festen Teil der Erde bei verschiedenen tektonischen Prozessen oder bei unterirdischen Atomexplosionen entstehen.

Im festen Teil der Erde können sich sowohl Longitudinal- als auch Transversalwellen bilden.

Längswellen komprimieren und dehnen die Felsen, die sie durchdringen. Längswellen sind die schnellsten. Ihre Geschwindigkeit erreicht etwa 8 km / s und die Geschwindigkeit von Querwellen beträgt 4,5 km / s. Der Unterschied in den Geschwindigkeiten der beiden Wellenarten ermöglicht die Bestimmung des Epizentrums von Erdbeben und wird von einem Seismographen aufgezeichnet. Seismologen versuchen vorherzusagen, wo und wann ein Erdbeben auftreten könnte, damit sich die Menschen darauf vorbereiten können. Alle 5 Minuten ereignet sich ein Erdbeben auf der Erde. Hunderttausende von Erdbeben werden jedes Jahr auf der ganzen Welt registriert. Von Zeit zu Zeit gibt es solche, die die Unversehrtheit des Bodens verletzen, Gebäude zerstören und zu menschlichen Opfern führen. Es gibt zwei Skalen zur Erfassung eines Erdbebens, die Richterskala und die Mercalle-Skala.

Die Richterskala misst die Stärke seismischer Wellen. Präsentation - (Tabelle)

Die Merkell-Skala misst die Folgen von Erdbeben im Zusammenhang mit menschlichen Opfern und der Zerstörung von Gebäuden. Ein schwaches Erdbeben kann schwerwiegendere Folgen haben als ein sehr starkes, wenn es in einer Stadt mit vielen Gebäuden und vielen Menschen auftritt.
Hier sind einige Erdbeben des letzten Jahrhunderts, die katastrophale Folgen hatten. (Präsentation)

1960 Marokko Agadar

1966 24.04. Werk Taschkent 8 Punkte

1969 28. Mai, Türkei 7,5 Punkte

1969 In 22 Staaten von Amerika 5-7 Punkte

1976 Thai Pflanze 7-8 Punkte 20.000 Menschen

In den letzten Jahren in der Türkei, in Japan.

Die Vorhersage eines Erdbebens ist eine sehr schwierige Aufgabe.

Es gibt große Gebiete, in denen es überhaupt kein Erdbeben gibt, und es gibt Gebiete mit häufigen Erdbeben.

Zwei Bereiche: Arbeit an der Karte (der Schüler zeigt die Bereiche auf der Karte)

Der pazifische Ring - umfasst die Küste von Kamtschatka, Alaska, die Küste Nordamerikas wendet sich nach Australien, durch Indonesien, die Küste Chinas, erobert Japan und endet in Kamtschatka.

Die zweite Region ist das Mittelmeer-Asien. Sie verlaufen in einem breiten Streifen von Portugal und Spanien - durch Italien, die Balkanhalbinsel, Griechenland, die Türkei, den Kaukasus, die Länder Kleinasiens treten in die Baikalregion ein und verschmelzen dann mit der Pazifikküste.

Die Menschen haben schon immer versucht, die Auswirkungen von Erdbeben zu reduzieren und in erdbebengefährdeten Gebieten spezielle Gebäude gebaut, die erheblichen Erschütterungen standhalten konnten. Die Wissenschaft kann nur warnen, diese Phänomene vorhersagen, die von der Kraft der Natur erzeugt werden. Aber die Arbeit in diesem Bereich ist im Gange.

Hier sind einige davon.

Vor einem Erdbeben steigt die Radonkonzentration im Wasser an und einige Tage vor der Katastrophe normalisiert sie sich.

Die Tierwelt ist gut darin, Erdbeben vorherzusagen. Massenwanderung von Ameisen, Schlangen und Eidechsen verlassen ihre Heimat.

Hochseefische werden an Land geworfen, Kabeljau, Aal. Hunde, Elefanten, Flusspferde. (Präsentation)

Ultraschall kann ein Warnsignal sein.

4. Ruhe und Stimmung für die anschließende Arbeit.

Sportunterricht Minute.

5. Überprüfungsarbeit .

Festigung des Stoffes durch Gruppen- und Einzelarbeit (gegenseitige Überprüfung). Benotung.

6. Sicherstellen, dass die Kinder Zweck, Inhalt und Methoden der Hausaufgaben verstehen

2. Zusammenstellung und Lösung des Problems gemäß dem Zeitplan

3. Bereiten Sie eine Botschaft zum Thema „Tsunami“ vor.

Die Lehrkraft gibt differenzierte Hausaufgaben unter Berücksichtigung der individuellen Fähigkeiten der Kinder.

7. Die Ergebnisse des Unterrichts, Reflexion.

Können Sie das Thema der Lektion nennen?

Was hast du heute im Unterricht neu gelernt?

Städtische autonome allgemeine Bildungseinrichtung

"Sekundarschule Nr. 1 in Svobodny"

mechanische Wellen

Klasse 9

Lehrerin: Malikowa

Tatjana Wiktorowna

Der Zweck des Unterrichts :

den Schülern das Konzept der Wellenbewegung als Prozess der Ausbreitung von Schwingungen im Raum über die Zeit vermitteln; verschiedene Arten von Wellen einführen; sich eine Vorstellung von der Länge und Geschwindigkeit der Wellenausbreitung machen; zeigen die Bedeutung von Wellen im menschlichen Leben.

Pädagogische Ziele des Unterrichts:

1. Wiederholen Sie mit den Schülern die grundlegenden Konzepte, die Wellen charakterisieren.

2. Wiederholen und führen Sie die Schüler in neue Fakten und Beispiele für die Verwendung von Schallwellen ein. Um zu lehren, wie man die Tabelle mit Beispielen aus den Reden während des Unterrichts ausfüllt.

3. Den Studierenden beizubringen, interdisziplinäre Zusammenhänge zu nutzen, um die untersuchten Phänomene zu verstehen.

Pädagogische Aufgaben des Unterrichts:

1. Bildung von Weltanschauungskonzepten (Ursache-Wirkungs-Zusammenhänge in der Welt, Erkennbarkeit der Welt).

2. Erziehung zu moralischen Positionen (Liebe zur Natur, gegenseitiger Respekt).

Entwickelnde Aufgaben des Unterrichts:

1. Entwicklung des unabhängigen Denkens und der Intelligenz der Schüler.

2. Entwicklung von Kommunikationsfähigkeiten: kompetente mündliche Rede.

Während des Unterrichts:

Zeit organisieren

Neues Material lernen

Im Alltag beobachtete Wellenphänomene. Die Verbreitung von Wellenprozessen in der Natur. Die unterschiedliche Natur der Ursachen, die Wellenprozesse verursachen. Wellendefinition. Gründe für die Entstehung von Wellen in Festkörpern, Flüssigkeiten. Die Haupteigenschaft von Wellen ist die Übertragung von Energie ohne die Übertragung von Materie. Charakteristische Merkmale von zwei Arten von Wellen - längs und quer. Ausbreitungsmechanismus mechanischer Wellen. Wellenlänge. Wellenausbreitungsgeschwindigkeit. Kreisförmige und lineare Wellen.

Verankerung : Demonstration einer Präsentation zum Thema: „Mechanik

Wellen"; Prüfung

Hausaufgaben : §42,43,44

Demos: Querwellen in der Schnur, Längs- und Querwellen am Modell

Frontalversuch: Erfassung und Beobachtung von Kreis- und Linearwellen

Videoclip: kreisförmige und lineare Wellen.

Wir wenden uns der Untersuchung der Ausbreitung von Schwingungen zu. Wenn wir über mechanische Schwingungen sprechen, also über die Schwingungsbewegung eines festen, flüssigen oder gasförmigen Mediums, dann bedeutet die Ausbreitung von Schwingungen die Übertragung von Schwingungen von einem Teilchen des Mediums auf ein anderes. Die Übertragung von Schwingungen beruht darauf, dass benachbarte Abschnitte des Mediums miteinander verbunden sind. Diese Verbindung kann auf verschiedene Weise erfolgen. Sie kann insbesondere durch die elastischen Kräfte verursacht werden, die durch die Verformung des Mediums bei seinen Schwingungen entstehen. Infolgedessen zieht eine auf irgendeine Weise an einer Stelle verursachte Schwingung das sukzessive Auftreten von Schwingungen an anderen Stellen nach sich, die immer weiter vom Original entfernt sind, und man erhält eine sogenannte Welle.

Warum untersuchen wir überhaupt Wellenbewegungen? Tatsache ist, dass Wellenphänomene für den Alltag von großer Bedeutung sind. Zu diesen Phänomenen gehört die Ausbreitung von Schallschwingungen aufgrund der Elastizität der Luft um uns herum. Dank elastischer Wellen können wir aus der Ferne hören. Kreise, die von einem geworfenen Stein auf der Wasseroberfläche hochlaufen, kleine Wellen auf der Oberfläche von Seen und riesige Meereswellen sind ebenfalls mechanische Wellen, wenn auch von anderer Art. Dabei erfolgt die Verbindung benachbarter Abschnitte der Wasseroberfläche nicht durch Elastizität, sondern durch die Schwerkraft oder die Kräfte der Oberflächenspannung.

Tsunamis sind riesige Meereswellen. Jeder hat von ihnen gehört, aber wissen Sie, warum sie sich bilden?

Sie treten hauptsächlich bei Unterwasserbeben auf, wenn Teile des Meeresbodens schnell verschoben werden. Sie können auch als Folge von Explosionen von Unterwasservulkanen und starken Erdrutschen auftreten.

Auf offener See sind Tsunamis nicht nur nicht zerstörerisch, sondern darüber hinaus unsichtbar. Die Höhe der Tsunamiwellen beträgt nicht mehr als 1-3 m. Wenn eine solche Welle, die über einen enormen Energievorrat verfügt, schnell unter dem Schiff fegt, steigt sie nur sanft an und sinkt dann ebenso sanft ab. Und die Tsunami-Welle fegt mit einer Geschwindigkeit von 700-1000 km / h wirklich schnell durch die Ozeanräume. Zum Vergleich: Ein modernes Düsenflugzeug fliegt mit der gleichen Geschwindigkeit.

Eine Tsunamiwelle kann, nachdem sie entstanden ist, Tausende und Zehntausende von Kilometern über den Ozean zurücklegen, fast ohne sich abzuschwächen.

Im offenen Ozean völlig sicher, wird eine solche Welle in der Küstenzone extrem gefährlich. Sie setzt all ihre unverbrauchte enorme Energie in einen vernichtenden Schlag gegen die Küste. Gleichzeitig nimmt die Wellengeschwindigkeit auf 100-200 km / h ab, während die Höhe auf mehrere zehn Meter zunimmt.

Das letzte Mal, als Indonesien im Dezember 2004 von einem Tsunami heimgesucht wurde, kamen über 120.000 Menschen ums Leben und über eine Million Menschen wurden obdachlos.

Deshalb ist es so wichtig, diese Phänomene zu untersuchen und solche Tragödien nach Möglichkeit zu verhindern.

In der Luft können sich nicht nur Schallwellen ausbreiten, sondern auch zerstörerische Druckwellen. Seismische Stationen zeichnen Bodenerschütterungen auf, die durch tausende Kilometer entfernte Erdbeben verursacht werden. Dies ist nur möglich, weil sich seismische Wellen vom Ort des Erdbebens ausbreiten - Vibrationen in der Erdkruste.

Eine große Rolle spielen auch Wellenphänomene ganz anderer Natur, nämlich elektromagnetische Wellen. Zu den durch elektromagnetische Wellen verursachten Phänomenen gehört zum Beispiel Licht, dessen Bedeutung für das menschliche Leben kaum zu überschätzen ist.

In den folgenden Lektionen werden wir die Verwendung elektromagnetischer Wellen genauer betrachten. Kehren wir in der Zwischenzeit zum Studium mechanischer Wellen zurück.

Der Vorgang der Ausbreitung von Schwingungen im Raum über die Zeit wird als bezeichnet Welle . Die Teilchen des Mediums, in dem sich die Welle ausbreitet, werden nicht übertragen, sie schwingen nur um ihre Gleichgewichtslagen.

Je nach Richtung der Teilchenschwingungen in Bezug auf die Wellenausbreitungsrichtung gibt es längs und quer Wellen.

Erfahrung. Hängen Sie an einem Ende eine lange Schnur auf. Wenn das untere Ende der Schnur schnell zur Seite genommen und wieder zurückgeführt wird, verläuft die „Krümmung“ die Schnur hinauf. Jeder Punkt der Schnur schwingt senkrecht zur Wellenausbreitungsrichtung, also quer zur Ausbreitungsrichtung. Daher werden Wellen dieser Art als transversal bezeichnet.

Was bewirkt die Übertragung der Schwingungsbewegung von einem Punkt des Mediums zum anderen und warum erfolgt sie verzögert? Um diese Frage zu beantworten, müssen wir die Dynamik der Welle verstehen.

Eine Verschiebung in Richtung des unteren Endes des Kabels verursacht eine Verformung des Kabels an diesem Punkt. Es treten elastische Kräfte auf, die dazu neigen, die Verformung zu zerstören, dh es treten Spannungen auf, die den unmittelbar angrenzenden Abschnitt der Schnur ziehen, der dem von unserer Hand verschobenen Abschnitt folgt. Die Verschiebung dieses zweiten Abschnitts verursacht eine Verformung und Spannung des nächsten und so weiter. Die Abschnitte der Schnur haben Masse und gewinnen oder verlieren daher aufgrund der Trägheit unter der Wirkung elastischer Kräfte nicht sofort an Geschwindigkeit. Wenn wir das Ende der Schnur auf die größte Abweichung nach rechts gebracht und begonnen haben, es nach links zu führen, wird sich der angrenzende Abschnitt immer noch nach rechts bewegen und nur mit einiger Verzögerung anhalten und auch nach links gehen. Somit erklärt sich der verzögerte Übergang der Schwingung von einem Punkt der Schnur zum anderen durch das Vorhandensein von Elastizität und Masse im Material der Schnur.

Richtung Ausbreitungsrichtung

Wellenschwingungen

Auch die Ausbreitung von Transversalwellen lässt sich mit einer Wellenmaschine darstellen. Weiße Kugeln simulieren die Partikel des Mediums, sie können entlang der senkrechten Stäbe gleiten. Die Kugeln sind durch Fäden mit der Scheibe verbunden. Wenn sich die Scheibe dreht, bewegen sich die Kugeln gemeinsam entlang der Stäbe, ihre Bewegung ähnelt einem Wellenmuster auf der Wasseroberfläche. Jede Kugel bewegt sich auf und ab, ohne sich zu den Seiten zu verschieben.

Achten wir nun darauf, wie sich die beiden äußersten Kugeln bewegen, sie schwingen mit gleicher Periode und Amplitude und befinden sich gleichzeitig entweder in der oberen oder unteren Position. Sie sollen in der gleichen Phase schwingen.

Der Abstand zwischen den nächsten Punkten einer Welle, die in der gleichen Phase schwingt, wird genannt Wellenlänge. Die Wellenlänge wird mit dem griechischen Buchstaben λ bezeichnet.

Versuchen wir nun, Longitudinalwellen zu simulieren. Wenn sich die Scheibe dreht, oszillieren die Kugeln von einer Seite zur anderen. Jede Kugel weicht periodisch entweder nach links oder nach rechts von der Gleichgewichtslage ab. Infolge von Schwingungen nähern sich die Partikel entweder einander an und bilden ein Gerinnsel oder divergieren und erzeugen eine Verdünnung. Die Richtung der Kugelschwingungen fällt mit der Ausbreitungsrichtung der Wellen zusammen. Solche Wellen werden Longitudinalwellen genannt.

Natürlich bleibt die Definition der Wellenlänge für Longitudinalwellen in vollem Umfang gültig.

Richtung

Wellenausbreitung

Schwingungsrichtung

Sowohl Longitudinal- als auch Transversalwellen können nur in einem elastischen Medium auftreten. Aber in jedem? Wie bereits erwähnt, werden bei einer Transversalwelle die Schichten gegeneinander verschoben. Aber elastische Scherkräfte treten nur in Festkörpern auf. In Flüssigkeiten und Gasen gleiten benachbarte Schichten frei übereinander, ohne dass elastische Kräfte auftreten. Und da es keine elastischen Kräfte gibt, ist die Bildung von Querwellen unmöglich.

Bei einer Longitudinalwelle werden Abschnitte des Mediums komprimiert und verdünnt, dh sie verändern ihr Volumen. Elastische Kräfte mit Volumenänderung treten sowohl in Festkörpern als auch in Flüssigkeiten und in Gasen auf. Daher sind Longitudinalwellen in Körpern möglich, die sich in einem dieser Zustände befinden.

Die einfachsten Beobachtungen überzeugen uns, dass die Ausbreitung mechanischer Wellen nicht augenblicklich erfolgt. Jeder hat gesehen, wie sich allmählich und gleichmäßig die Kreise auf dem Wasser ausdehnen oder wie die Wellen des Meeres laufen. Hier sehen wir direkt, dass die Ausbreitung von Schwingungen von einem Ort zum anderen eine gewisse Zeit dauert. Aber für Schallwellen, die unter normalen Bedingungen unsichtbar sind, ist es einfach, dasselbe zu erkennen. Wenn in der Ferne ein Schuss, ein Pfeifen einer Lokomotive oder ein Schlag auf ein Objekt zu hören war, sehen wir diese Phänomene zuerst und hören erst nach einiger Zeit das Geräusch. Je weiter die Schallquelle von uns entfernt ist, desto größer ist die Verzögerung. Der Zeitabstand zwischen einem Blitz und einem Donnerschlag kann manchmal bis zu mehreren zehn Sekunden betragen.

Für eine Zeit, die einer Periode entspricht, breitet sich die Welle über eine Entfernung aus, die der Wellenlänge entspricht, sodass ihre Geschwindigkeit durch die Formel bestimmt wird:

v=λ /T oder v=λν

Aufgabe: Der Fischer bemerkte, dass der Schwimmer in 10 Sekunden 20 Schwingungen auf den Wellen ausführt und der Abstand zwischen benachbarten Wellenbergen 1,2 m beträgt. Wie groß ist die Geschwindigkeit der Wellenausbreitung?

Gegeben: Lösung:

λ=1,2 m T=t/N v=λN/t

v-? v=1,2*20/10=2,4 m/s

Nun zurück zu den Wellenarten. Längs, quer ... Und welche anderen Wellen gibt es?

Sehen wir uns einen Filmclip an

Sphärische (kreisförmige) Wellen

Ebene (lineare) Wellen

Die Ausbreitung einer mechanischen Welle, also eine sukzessive Bewegungsübertragung von einem Abschnitt des Mediums auf einen anderen, bedeutet dabei die Übertragung von Energie. Diese Energie wird von der Wellenquelle abgegeben, wenn sie die ihr benachbarte Schicht des Mediums in Bewegung versetzt. Von dieser Schicht wird Energie auf die nächste Schicht übertragen und so weiter. Wenn eine Welle auf verschiedene Körper trifft, kann die von ihr getragene Energie Arbeit leisten oder in andere Energieformen umgewandelt werden.

Explosive Wellen geben uns ein anschauliches Beispiel für eine solche Energieübertragung ohne Übertragung von Materie. In Entfernungen von vielen zehn Metern vom Explosionsort, wo weder Splitter noch ein heißer Luftstrom hinkommen, schlägt die Druckwelle Glas heraus, bricht Wände usw., das heißt, es wird viel mechanische Arbeit geleistet. Wir können diese Phänomene zum Beispiel im Fernsehen in Kriegsfilmen beobachten.

Die Übertragung von Energie durch eine Welle ist eine der Eigenschaften von Wellen. Welche anderen Eigenschaften haben Wellen?

Betrachtung

Brechung

Interferenz

Beugung

Aber darüber werden wir in der nächsten Lektion sprechen. Und jetzt wollen wir versuchen, alles zu wiederholen, was wir in dieser Lektion über Wellen gelernt haben.

Fragen an die Klasse + Demonstration einer Präsentation zu diesem Thema

Und nun prüfen wir anhand eines kleinen Tests, wie gut Sie den Stoff der heutigen Lektion gelernt haben.

Der Zweck des Unterrichts: sich Vorstellungen über den Fortpflanzungsprozess mechanischer Wellen zu bilden; Geben Sie die physikalischen Eigenschaften der Wellen ein: Länge, Geschwindigkeit.

Während des Unterrichts

Überprüfung der Hausaufgaben durch frontale Befragung

1. Wie entstehen Wellen? Was ist eine Welle?

2. Welche Wellen werden transversal genannt? Nenne Beispiele.

3. Welche Wellen werden Longitudinalwellen genannt? Nenne Beispiele.

4. Wie hängt die Wellenbewegung mit der Energieübertragung zusammen?

Neues Material lernen

1. Betrachten Sie, wie sich eine Transversalwelle entlang einer Gummischnur ausbreitet.

2. Lassen Sie uns die Schnur in Abschnitte unterteilen, von denen jeder seine eigene Masse und Elastizität hat. Wenn die Verformung beginnt, kann die elastische Kraft in jedem Abschnitt der Schnur festgestellt werden.

Die elastische Kraft tendiert zur Ausgangsposition der Schnur. Da aber jeder Abschnitt Trägheit hat, hören die Schwingungen nicht in der Gleichgewichtslage auf, sondern bewegen sich weiter, bis die elastischen Kräfte diesen Abschnitt stoppen.

In der Abbildung sehen wir die Positionen der Kugeln zu bestimmten Zeitpunkten, die um ein Viertel der Schwingungsdauer voneinander getrennt sind. Die Vektoren der Bewegungsgeschwindigkeiten der Abschnitte zu den entsprechenden Zeitpunkten sind durch Pfeile dargestellt

3. Anstelle einer Gummischnur können Sie eine Kette aus Metallkugeln nehmen, die an Fäden aufgehängt sind. In einem solchen Modell werden die elastischen und Trägheitseigenschaften getrennt: Die Masse konzentriert sich auf die Kugeln und die Elastizität auf die Federn. P

4. Die Abbildung zeigt Longitudinalwellen, die sich im Raum in Form von Kondensation und Verdünnung von Teilchen ausbreiten.

5. Die Wellenlänge und ihre Geschwindigkeit sind die physikalischen Eigenschaften des Wellenprozesses.

In einer Periode breitet sich die Welle über eine Entfernung aus, die wir als - λ die Wellenlänge bezeichnen werden.

Der Abstand zwischen zwei am nächsten beieinander liegenden Punkten, die in denselben Phasen oszillieren, wird als Wellenlänge bezeichnet.

6. Die Geschwindigkeit einer Welle ist gleich dem Produkt aus Wellenlänge und Schwingungsfrequenz.

7. V = λ/T; da Т= 1/ν, dann V=λ ν

8. Zwei Arten von Periodizität können beobachtet werden, wenn sich eine Welle entlang eines Filaments ausbreitet.

Erstens erzeugt jedes Teilchen in der Schnur Schwingungen. Wenn die Schwingungen harmonisch sind, dann sind Frequenz und Amplitude an allen Punkten gleich und die Schwingungen unterscheiden sich nur in Phasen.

Zweitens wird die Wellenform durch Segmente wiederholt, deren Länge gleich -λ ist.

Die Abbildung zeigt das Wellenprofil zu einem bestimmten Zeitpunkt. Mit der Zeit bewegt sich dieses ganze Bild mit einer Geschwindigkeit V von links nach rechts. Nach einer Zeit Δt hat die Welle die in derselben Figur gezeigte Form. Die Formel V= λ·ν gilt sowohl für Longitudinal- als auch für Transversalwellen.

Konsolidierung des studierten Materials

Problem Nr. 435

Gegeben: V= λ/T; T= λ/V T= 3/6 = 0,5 s

Mechanische (oder elastische) Wellen werden als mechanische Störungen (Verformungen) bezeichnet, die sich in einem elastischen Medium ausbreiten. Körper, die auf ein elastisches Medium einwirken und diese Störungen hervorrufen, nennt man Quellen elastischer Wellen.
Das Medium wird als elastisch bezeichnet, und die durch äußere Einflüsse verursachten Verformungen werden als elastische Verformungen bezeichnet, wenn sie nach Beendigung dieser Einflüsse vollständig verschwinden. Bei hinreichend kleinen Verformungen können praktisch alle Festkörper als elastisch angesehen werden.
Gas hat volumetrische Elastizität, d.h. die Fähigkeit, einer Volumenänderung zu widerstehen.
Nach dem Hookeschen Gesetz für volumetrische Verformung
, wo
– Änderung des Gasdrucks bei einer kleinen Volumenänderung;
ist der volumetrische Elastizitätsmodul des Gases.
Für ein ideales Gas hängt der Wert von der Art des thermodynamischen Prozesses ab. Bei einer sehr langsamen Änderung des Gasvolumens kann der Prozess als isotherm angesehen werden, bei einer sehr schnellen als adiabat.
Im ersten Fall ist pV = const und nach Differentiation erhalten wir.
Im zweiten Fall pV γ = const und

Flüssigkeiten und Gase haben nur Volumenelastizität.

Feststoffe haben zusätzlich zur Masseelastizität eine Formelastizität, die sich in ihrem Widerstand gegen Scherverformung manifestiert.

Im Gegensatz zu anderen Arten der mechanischen Bewegung eines Mediums (z. B. seiner Strömung) ist die Ausbreitung elastischer Wellen in einem Medium nicht mit der Übertragung von Materie verbunden.

Eine elastische Welle heißt longitudinal, wenn die Teilchen des Mediums in Ausbreitungsrichtung der Welle schwingen. Longitudinalwellen sind mit volumetrischer Verformung des Mediums verbunden und können sich daher in jedem Medium ausbreiten - fest, flüssig und gasförmig. Ein Beispiel für solche Wellen sind Schallwellen.
Hörbarer Ton - 16 Hz< ν < 20 кГц
Infraschall - ν<16 Гц
Ultraschall – ν > 20 kHz
Hyperschall – ν >1 GHz.
Eine elastische Welle wird als Transversalwelle bezeichnet, wenn die Teilchen des Mediums schwingen und in Ebenen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Welle verbleiben. Transversalwellen sind mit der Scherverformung eines elastischen Mediums verbunden und können sich daher nur in Festkörpern ausbreiten. Zum Beispiel Wellen, die sich entlang der Saiten von Musikinstrumenten ausbreiten.
Oberflächenwellen sind Wellen, die sich entlang der freien Oberfläche einer Flüssigkeit (oder der Grenzfläche zwischen zwei nicht mischbaren Flüssigkeiten) ausbreiten.
Die Gleichung einer elastischen Welle ist die Abhängigkeit von den Koordinaten und der Zeit von Skalar- oder Vektorgrößen, die die Schwingungen des Mediums während des Durchgangs der betrachteten Welle darin charakterisieren.
Bei Wellen in einem Festkörper kann eine solche Größe der Verschiebungsvektor eines Teilchens des Mediums aus der Gleichgewichtslage oder seine drei Projektionen auf die Koordinatenachsen sein. In einem Gas oder einer Flüssigkeit wird meist der Überdruck eines schwingenden Mediums genutzt.
Eine Linie, deren Tangente an jedem ihrer Punkte mit der Ausbreitungsrichtung der Welle zusammenfällt, d.h. mit der Richtung der Energieübertragung durch eine Welle wird als Strahl bezeichnet. In einem homogenen Medium haben die Strahlen die Form von geraden Linien.
Eine elastische Welle heißt harmonisch, wenn die ihr entsprechenden Teilchenschwingungen harmonisch sind. Die Frequenz dieser Schwingungen wird als Wellenfrequenz bezeichnet.
Die Wellenoberfläche oder Wellenfront ist der Ort von Punkten, an denen die Phase der Schwingungen den gleichen Wert hat. In einem homogenen isotropen Medium stehen die Wellenflächen orthogonal zu den Strahlen.
Eine Welle heißt flach, wenn ihre Wellenflächen eine Menge parallel zueinander verlaufender Ebenen sind.
Bei einer ebenen Welle, die sich entlang der OX-Achse ausbreitet, hängen alle Größen ξ, die die Schwingungsbewegung des Mediums charakterisieren, nur von der Zeit t und der Koordinate x des Punktes M des Mediums ab. Findet keine Absorption von Wellen im Medium statt, so unterscheiden sich Schwingungen in TM von den gesetzmäßig auftretenden Schwingungen am Ursprung O nur dadurch, dass sie um x/υ zeitlich verschoben sind, wobei υ die Phasengeschwindigkeit der ist Welle.
Die Phasengeschwindigkeit einer Welle ist die Bewegungsgeschwindigkeit im Raum von Punkten der Oberfläche, die einem beliebigen festen Wert der Phase entsprechen.
Für Scherwellen
a) entlang einer gespannten Schnur, wo
F die Saitenspannkraft ist;
ρ die Dichte des Saitenmaterials ist;
S ist die Querschnittsfläche der Saite.

B) in einem isotropen Festkörper, wo
G ist der Schermodul des Mediums;
ρ ist die Dichte des Mediums.

Für Longitudinalwellen
a) in einem dünnen Stab, wo
Е – Elastizitätsmodul des Stangenmaterials;
ρ ist die Dichte des Stangenmaterials.

B) in Flüssigkeit und Gas, wo
χ ist der volumetrische Elastizitätsmodul des Mediums;
ρ ist die Dichte des ungestörten Mediums.

B) in einem idealen Gas, wo
γ ist der adiabatische Index des Gases;
M ist die Molmasse des Gases;
T ist die Gastemperatur.

Für eine ebene harmonische Welle, die sich in einem nicht absorbierenden Medium entlang der positiven Richtung der OX-Achse ausbreitet, hat die Gleichung für elastische Wellen die Form
oder

Die Entfernung λ \u003d υ.T, über die sich eine harmonische Welle in einer Zeit ausbreitet, die der Schwingungsperiode entspricht, wird als Wellenlänge bezeichnet (die Entfernung zwischen den beiden nächstgelegenen Punkten des Mediums, an denen die Phasendifferenz der Schwingungen 2π beträgt.
Ein weiteres Merkmal einer harmonischen Welle ist die Wellenzahl k, die angibt, wie viele Wellenlängen auf eine Strecke der Länge 2π passen:
, dann

.
Ein Wellenvektor ist ein Vektor, dessen Modul gleich der Wellenzahl k ist und entlang des Strahls am betrachteten Punkt M des Mediums gerichtet ist.
Für eine ebene Welle, die sich entlang des ОХ ausbreitet, wo ist also der Radiusvektor t.M.
Auf diese Weise
.

Die Wellengleichung kann auch unter Verwendung der Euler-Formel für komplexe Zahlen in einer für die Differenzierung geeigneten Exponentialform geschrieben werden
, wo.
Nur der Realteil der komplexen Größe hat physikalische Bedeutung, d.h. . Um irgendeine Eigenschaft der Welle zu finden, muss nach Durchführung aller mathematischen Operationen der Imaginärteil des resultierenden komplexen Ausdrucks verworfen werden.

Eine Welle heißt sphärisch, wenn ihre Wellenflächen wie konzentrische Kugeln aussehen. Das Zentrum dieser Kugeln wird Wellenzentrum genannt.
Divergente Kugelwellengleichung
, wo
r ist der Abstand vom Wellenzentrum zum t.M.
Für eine harmonische Kugelwelle
und,

Wobei A(r) die Wellenamplitude ist; φо ist die Anfangsphase von Schwingungen im Zentrum der Welle.
Reale Wellenquellen können als Punkt (Quellen von Kugelwellen) betrachtet werden, wenn der Abstand r von der Schwingungsquelle zu den betrachteten Punkten des Mediums viel größer ist als die Größe der Quelle.
Wenn r sehr groß ist, können alle kleinen Abschnitte der Wellenoberflächen als flach angesehen werden.

In einem homogenen, isotropen, nicht absorbierenden Medium werden ebene und sphärische Wellen durch eine partielle Differentialgleichung beschrieben, die Wellengleichung genannt wird.
, wo
der Laplace-Operator oder Laplace-Operator ist.