ogarniam.edu.pl
Klasa
Zacznij naukę →Zacznij →

ogarniam.edu.pl · Fizyka · Drgania i termodynamika (rozszerzenie)klasa 3 LO · fiszki i quiz: ogarniam.edu.pl/lo/3/fizyka/ruch-harmoniczny-wychylenie-predkosc-przyspieszenie/

Fizyka · Drgania i termodynamika (rozszerzenie) · kl. 3 · zakres rozszerzony

Ruch harmoniczny – wychylenie, prędkość, przyspieszenie

Zapisujemy drgania wzorem i od razu widać, gdzie prędkość i przyspieszenie są największe.

ok. 4 min czytania9 fiszek8 pytań w quizie🔊 Posłuchaj notatki

1Wychylenie i faza

  • Oznaczenia: x — wychylenie [m]; A — amplituda [m]; ω — częstość kołowa [rad/s]; t — czas [s]; φ — faza początkowa [rad]; T — okres [s]; f — częstotliwość [Hz].
Zapamiętaj

x = A · sin(ω · t + φ), gdzie ω = 2π przez T = 2π · f.

  • Wyrażenie ωt + φ to faza drgań – mówi, w którym miejscu cyklu jest ciało. Faza początkowa φ to faza w chwili t = 0: dla φ = 0 ciało startuje z położenia równowagi, a dla φ = π przez 2 – z wychylenia x = A (wtedy x = A · cos ωt).
  • Dwa drgania o tym samym okresie są w fazie zgodnej, gdy ich fazy różnią się o 0, 2π, 4π…, i w przeciwfazie, gdy różnią się o π (3π…); wtedy w każdej chwili mają przeciwne wychylenia.

2Prędkość i przyspieszenie

Zapamiętaj

v = A · ω · cos(ω · t + φ), a = −⁠ω² · x = −⁠A · ω² · sin(ω · t + φ); vmax = A · ω, amax = A · ω².

tx0x = A·sin(ωt)tv0v = Aω·cos(ωt)ta0a = −Aω²·sin(ωt)
Wykresy x(t), v(t) i a(t): v wyprzedza x o ćwierć okresu, a jest zawsze przeciwne do x
  • Prędkość jest największa przy przechodzeniu przez położenie równowagi (x = 0), a w położeniach skrajnych (x = ±A) jest równa zeru.
  • Przyspieszenie ma największą wartość w położeniach skrajnych, a w położeniu równowagi jest zerowe. Minus we wzorze a = −⁠ω²x oznacza, że przyspieszenie jest zawsze skierowane ku położeniu równowagi.
  • Z II zasady dynamiki siła wypadkowa F = m · a = −⁠m · ω² · x (m — masa [kg]) jest proporcjonalna do wychylenia i skierowana przeciwnie. Taka siła wywołuje ruch harmoniczny.
Sprawdź, czy rozumiesz

Gdzie przyspieszenie w ruchu harmonicznym ma największą wartość?

3Przykład

  • Dane: A = 0,05 m, T = 0,5 s.
  • Wzory: ω = 2π przez T, vmax = A · ω, amax = A · ω².
  • Obliczenia: ω = 2π przez 0,5 s ≈ 12,57 rad/s; vmax = 0,05 m · 12,57 rad/s ≈ 0,63 m/s; amax = 0,05 m · (12,57 rad/s)² ≈ 7,9 m/s².
  • Odpowiedź: ω ≈ 12,6 rad/s, vmax ≈ 0,63 m/s, amax ≈ 7,9 m/s².
Uwaga na błąd

„w położeniu równowagi przyspieszenie jest największe, bo prędkość jest największa”

Tam siła wypadkowa, a więc i a, jest równa zeru; największe a jest w położeniach skrajnych.

✎Ściąga: Ruch harmoniczny – wychylenie, prędkość, przyspieszenie

Najważniejsze w pigułce – przeczytaj tuż przed kartkówką lub sprawdzianem.

  • x = A · sin(ω · t + φ), gdzie ω = 2π przez T = 2π · f.
  • v = A · ω · cos(ω · t + φ), a = −⁠ω² · x = −⁠A · ω² · sin(ω · t + φ); vmax = A · ω, amax = A · ω².
  • Oznaczenia: x — wychylenie [m]; A — amplituda [m]; ω — częstość kołowa [rad/s]; t — czas [s]; φ — faza początkowa [rad]; T — okres [s]; f — częstotliwość [Hz].
  • Dane: A = 0,05 m, T = 0,5 s.
  • Wzory: ω = 2π przez T, vmax = A · ω, amax = A · ω².
  • Obliczenia: ω = 2π przez 0,5 s ≈ 12,57 rad/s; vmax = 0,05 m · 12,57 rad/s ≈ 0,63 m/s; amax = 0,05 m · (12,57 rad/s)² ≈ 7,9 m/s².
  • Odpowiedź: ω ≈ 12,6 rad/s, vmax ≈ 0,63 m/s, amax ≈ 7,9 m/s².

?Quiz: powtórz przed kartkówką

8 pytań w stylu kartkówki i sprawdzianu. Odpowiedz w myślach, potem sprawdź odpowiedź. Rozwiąż quiz z wynikiem – każda odpowiedź ma wyjaśnienie.

  1. Częstość kołowa drgań o okresie T to

    1. A1/T
    2. BT/2π
    3. C2π·T
    4. D2π/T
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź D: 2π/T – ω = 2π/T = 2πf; wartość 1/T to częstotliwość f.

  2. Wychylenie opisuje wzór x = 0,05·sin(4πt), gdzie x w metrach, t w sekundach. Okres drgań to

    1. A0,05 s
    2. B4π s
    3. C0,5 s
    4. D2 s
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź C: 0,5 s – ω = 4π rad/s, więc T = 2π/ω = 2π/4π = 0,5 s.

  3. Gdzie prędkość w ruchu harmonicznym ma największą wartość?

    1. Aw połowie amplitudy
    2. Bw położeniu równowagi
    3. Cwszędzie taką samą
    4. Dw położeniach skrajnych
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź B: w położeniu równowagi – W x = 0 cała energia drgań jest kinetyczna.

  4. Gdzie przyspieszenie w ruchu harmonicznym ma największą wartość?

    1. Aw położeniach skrajnych
    2. Btam, gdzie prędkość jest największa
    3. Cwszędzie taką samą
    4. Dw położeniu równowagi
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź A: w położeniach skrajnych – a = −⁠ω²x, więc wartość a jest największa dla x = ±A.

  5. Dla A = 0,05 m i T = 0,5 s prędkość maksymalna wynosi około

    1. A7,9 m/s
    2. B0,10 m/s
    3. C0,025 m/s
    4. D0,63 m/s
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź D: 0,63 m/s – v_max = Aω = 0,05 · 12,57 ≈ 0,63 m/s.

  6. Dla A = 0,05 m i T = 0,5 s przyspieszenie maksymalne wynosi około

    1. A0,63 m/s²
    2. B7,9 m/s²
    3. C0,25 m/s²
    4. D12,6 m/s²
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź B: 7,9 m/s² – a_max = Aω² = 0,05 · 157,9 ≈ 7,9 m/s².

  7. Dwa drgania o tym samym okresie różnią się fazą o π. Są one

    1. Aw przeciwfazie
    2. Bnieokresowe
    3. Cw fazie zgodnej
    4. Dprzesunięte o ćwierć okresu
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź A: w przeciwfazie – Różnica faz π oznacza w każdej chwili przeciwne wychylenia.

  8. Ciało drga według wzoru x = A·sin(ωt + π/2). W chwili t = 0 ciało jest

    1. Aw położeniu x = A i ma prędkość zero
    2. Bw połowie amplitudy
    3. Cw położeniu x = −⁠A
    4. Dw położeniu równowagi i ma największą prędkość
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź A: w położeniu x = A i ma prędkość zero – sin(π/2) = 1, więc x = A, a v = Aω·cos(π/2) = 0.

Cały dział „Drgania i termodynamika (rozszerzenie)”: ściąga i próbny sprawdzian →

Kartkówka albo sprawdzian już blisko?

Rozwiąż quiz z wynikiem i powtórz materiał na fiszkach. Każda odpowiedź ma wyjaśnienie, a postęp zapisuje się bez zakładania konta.

Więcej: Fizyka, klasa 3

Ładunek elektryczny i pole elektryczneKondensator – magazyn energii polaPrawo CoulombaNatężenie pola elektrycznegoEnergia potencjalna, potencjał i napięciePrzewodnik w polu i kondensator płaskiNatężenie, napięcie i prawo OhmaOpór przewodnika i charakterystyki I(U)I prawo Kirchhoffa i napięcia ogniwOpór zastępczy i II prawo KirchhoffaSEM i opór wewnętrzny ogniwaMoc, energia i dane znamionoweCiepło Joule’a–LenzaDioda i instalacja domowaMagnesy i linie pola magnetycznegoIndukcja magnetycznaSiła magnetyczna na ładunek i przewodnik z prądemSiła Lorentza i siła elektrodynamicznaTor cząstki, silnik i przewody równoległeFerromagnetyki i pole magnetyczne ZiemiIndukcja elektromagnetyczna i prądnicaStrumień, SEM indukcji i reguła LenzaPrąd przemiennyWartości skuteczne napięcia i natężeniaTransformator i przesył energiiFale elektromagnetyczne i widmoNatężenie faliDyfrakcja i interferencja na szczelinachSiatka dyfrakcyjnaEfekt Dopplera – wzórZałamanie światła i kąt granicznySoczewki cienkie i obrazyPolaryzacja, prawo Malusa i laserFoton, widma i poziomy energii atomuZjawisko fotoelektryczne i jonizacjaIzotopy i promieniowanie jądroweCzas połowicznego rozpaduDeficyt masy i energia wiązaniaRozszczepienie, synteza i energia gwiazdPromieniowanie jonizujące a organizmFizyka współczesna – treści fakultatywneDoświadczenia z klasy III i opis wynikuDoświadczenia R, model i uzasadnienieSprężyna, wahadło, energia i rezonansBilans cieplny i przemiany fazoweGaz doskonały – równanie Clapeyrona i przemianyModel kinetyczny gazu i ciepło moloweSilniki cieplne i II zasada termodynamiki