Tento výukový materiál vznikl v rámci Operačního programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost 1. KŠPA Kladno, s. r. o., Holandská 2531, Kladno, Číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/ Číslo materiálu: VY_32_INOVACE_FYZ-1-16 Tematický celek (sada): Fyzika Téma (název) materiálu: Kmitání a vlnění Předmět: Fyzika Ročník / Obor studia: 1. ročník / Cestovní ruch, Ekonomika a podnikání, Podnikání Autor / datum vytvoření: Ing. Bc. Jaroslava Horová/ Anotace: Žáci se seznámí s pojmy kmitání, vlnění a zvuk. Metodický pokyn: Určeno k prezentaci popřípadě k samostudiu. 1
Kmitavý pohyb: periodický pohyb, při kterém těleso pravidelně prochází rovnovážnou polohou. 2
3 Obr. 1 Obr. 2
4 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
Často potřebujeme znát, kolik kmitů oscilátor vykoná za časovou jednotku. Proto se zavedla veličina kmitočet neboli frekvence f. 5 Příčinou zvuku je také mechanické kmitání. Nejnižší frekvence zvuku, kterou slyšíme je si 16 Hz a nejvyšší 16 kHz.
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 y m : největší výchylka z rovnovážné polohy je 6
7 Obr. 5 T t y veličina se nazývá úhlová frekvence ymym y Obr. 4
Tlumené: – amplituda výchylky kmitání se postupně zmenšuje až zanikne úplně. Nucené: působení vnějšího silového pole nedochází ke zmenšování amplitudy výchylky kmitání. 8
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). 9
10 Obr. 6
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. 11
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. 12
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. 13
Lidské srdce vykoná 75 tepů za minutu. Určete periodu a frekvenci srdeční činnosti. jeden tep = perioda frekvence 14
Komorní „a“ má frekvenci 440 Hz. Určete periodu tohoto kmitání. f = 440 Hz = 4,4 10 2 Hz T = ? 15 Perioda kmitání je 2,3ms.
Zvuk o frekvenci 200 Hz se šíří ve vodě rychlostí ms -1. Určete vlnovou délku zvukových vln. f = 200 Hz v = 1,45 10 3 ms -1 λ = ? 16 Vlnová délka zvukových vln je 7,25 m.
Materiály jsou určeny pro bezplatné používání pro potřeby výuky a vzdělávání na všech typech škol a školských zařízení. Jakékoli další využití podléhá autorskému zákonu. LANK, Vladimír; VONDRA, Miroslav. Fyzika v kostce pro střední školy. Praha: Fragment, s.r.o., 2007, ISBN SOUKUP, Václav; VESELÝ, Josef. Maturitní otázky fyzika. Praha: Fragment, s.r.o., 2007, ISBN Doc. RNDr. LEPIL CSc., Oldřich a kol. Fyzika, Sbírka úloh pro střední školy. Praha: Prometheus, spol. s.r.o., 2007, ISBN Obr. 1. ALEXANDROV, Oleg. wikipedia [online]. [cit ]. Dostupný pod licencí public domain na WWW: Obr. 2 a 3. NEUVEDENO. wikipedia [online]. [cit ]. Dostupný pod licencí public domain na WWW: Obr. 4. vlastní tvorba Obr. 5. vytvořen v programu Funkce Obr. 6. CHE. wikipedia [online]. [cit ]. Dostupný pod licencí public domain na WWW: 17