Физика и астрономия · 11 клас · урок 8 от 9

Хармонично трептене

Хармоничното трептене е периодично движение, при което отклонението от равновесното положение се изменя по закона на синуса или косинуса. Такива са трептенията на пружинно и на математическо махало при малки отклонения. Характеризира се с амплитуда, период, честота и начална фаза. Когато външна периодична сила има честота, равна на собствената, настъпва резонанс.

Работен лист за печат

Какво да запомним

  • x = A·sin(ωt + φ0), ω = 2πν = 2π/T.
  • Пружинно махало: T = 2π√(m/k); математическо махало: T = 2π√(l/g).
  • Честота ν = 1/T, единица херц (Hz).
  • Максимална скорост vmax = Aω, максимално ускорение amax = Aω2.
  • Резонанс: рязко нарастване на амплитудата при съвпадение на честотите.

Пример

Махало прави 20 трептения за 10 s. Периодът е T = 10/20 = 0,5 s, а честотата ν = 2 Hz.

Проверете се: 15 въпроса

Натиснете въпроса, за да видите верния отговор и обяснението.

  1. Тяло извършва 5 трептения за секунда. Какъв е периодът на трептене?
    • 0,2 s
    • 5 s
    • 2 s
    • 0,5 s

    Отговор: 0,2 s

    Честотата е 5 Hz, а T = 1/ν = 1/5 = 0,2 s.

  2. Как се изменя периодът на пружинно махало, ако масата на тежестта се увеличи 4 пъти?
    • Увеличава се 4 пъти
    • Увеличава се 2 пъти
    • Намалява 2 пъти
    • Не се изменя

    Отговор: Увеличава се 2 пъти

    T = 2π√(m/k), затова при 4 пъти по-голяма маса периодът нараства √4 = 2 пъти.

  3. Трептене се описва с x = 0,05·sin(10πt) m. Каква е честотата му?
    • 10 Hz
    • 5 Hz
    • 31,4 Hz
    • 0,05 Hz

    Отговор: 5 Hz

    Ъгловата честота е ω = 10π rad/s, а ν = ω/2π = 5 Hz.

  4. Трептене се описва с x = 0,1·sin(20t) m. Каква е максималната скорост на тялото?
    • 0,2 m/s
    • 20 m/s
    • 40 m/s
    • 2 m/s

    Отговор: 2 m/s

    vmax = Aω = 0,1·20 = 2 m/s.

  5. Как се нарича най-голямото отклонение на трептящо тяло от равновесното положение?
    • Период
    • Амплитуда
    • Честота
    • Фаза

    Отговор: Амплитуда

    Амплитудата е най-голямото отместване от равновесното положение.

  6. Как се нарича рязкото нарастване на амплитудата, когато честотата на външната сила съвпадне със собствената честота на системата?
    • Затихване
    • Интерференция
    • Дифракция
    • Резонанс

    Отговор: Резонанс

    При резонанс системата получава енергия най-ефективно и амплитудата става най-голяма.

  7. Пружинно махало има тежест с маса 0,1 kg и пружина с k = 40 N/m. Какъв е периодът му? (π ≈ 3,14)
    • ≈ 0,31 s
    • ≈ 3,14 s
    • ≈ 0,05 s
    • ≈ 1,99 s

    Отговор: ≈ 0,31 s

    T = 2π√(m/k) = 2π√(0,0025) = 2π·0,05 ≈ 0,31 s.

  8. Коя е единицата за честота в SI?
    • Секунда (s)
    • Метър (m)
    • Нютон (N)
    • Херц (Hz)

    Отговор: Херц (Hz)

    Честотата ν = 1/T се измерва в херци: 1 Hz = 1 трептене за секунда.

  9. В коя точка скоростта на трептящото тяло е най-голяма?
    • Равновесното положение
    • Крайната точка
    • Половин амплитуда
    • Навсякъде еднаква

    Отговор: Равновесното положение

    В равновесното положение цялата енергия е кинетична.

  10. Как зависи периодът на математическо махало от масата на топчето?
    • Расте с масата
    • Не зависи
    • Намалява с масата
    • Пропорционален е на масата

    Отговор: Не зависи

    T = 2π√(l/g), масата не участва във формулата.

  11. Какъв е периодът на математическо махало с дължина 2,5 m? (g = 10 m/s2, π ≈ 3,14)
    • 1,57 s
    • 6,28 s
    • 3,14 s
    • 0,5 s

    Отговор: 3,14 s

    T = 2π√(2,5/10) = 2π·0,5 = 3,14 s.

  12. Как се изменя периодът на математическо махало, ако дължината му се увеличи 9 пъти?
    • Увеличава се 9 пъти
    • Намалява 3 пъти
    • Не се изменя
    • Увеличава се 3 пъти

    Отговор: Увеличава се 3 пъти

    T е пропорционален на √l, а √9 = 3.

  13. Трептене се описва с x = 0,05·sin(10t) m. Какво е максималното ускорение?
    • 5 m/s2
    • 0,5 m/s2
    • 50 m/s2
    • 0,05 m/s2

    Отговор: 5 m/s2

    amax = A·ω2 = 0,05·100 = 5 m/s2.

  14. На Луната g е около 6 пъти по-малко от земното. Как се изменя там периодът на същото махало?
    • Расте 6 пъти
    • Расте около 2,45 пъти
    • Намалява 6 пъти
    • Не се изменя

    Отговор: Расте около 2,45 пъти

    T е пропорционален на 1/√g, а √6 ≈ 2,45.

  15. Пружинно махало има k = 100 N/m и амплитуда 0,1 m. Колко е максималната кинетична енергия на тежестта?
    • 5 J
    • 10 J
    • 0,5 J
    • 0,05 J

    Отговор: 0,5 J

    Пълната енергия е kA2/2 = 100·0,01/2 = 0,5 J и цялата става кинетична в равновесното положение.