Механикалық толқындарды оқыту әдістемесі

МАЗМҰНЫ

Кіріспе ...............................................................................................................3

I.Механикалық тербелістерді оқыту әдістемесі

1.1 Тербелістер. Тербелмелі қозғалыстар.............................................4

1.2 Тербелмелі қозғалысты сипаттайтын негізгі шамалар..............7

1.3 Механикалық тербеліс кезіндегі энергияның түрленуі..............8

1.4 Математикалық және серіппелі маятниктердің тербелістері.....9

1.5 Еркін және еріксіз тербелістер. Резонанс........................................12

1.6 Электромагниттік тербелістер..........................................................15

1.7 Есеп  шығару мысалдары.................................................................. .16

1.8  Лабораториялық жұмыс.............................................................17

II.Механикалық толқындарды оқыту әдістемесі

2.1 Толқындар. Толқындық қозғалыс...................................................18

2.2 Дыбыс. Дыбыстың сипаттамалары.................................................21

2.3. Акустикалық резонанс......................................................................23

2.4 Дыбыстың шағылуы, жаңғырық...................................................24

2.5 Ультрадыбыс......................................................................................27

2.6 Электромагниттік толқындар.........................................................28

2.7 Радиобайланыс...................................................................................29

2.8 Есеп   шығару мысалдары...................................................................31

2.9  Лабораториялық жұмыс............................................................32

Қорытынды................................................................................................

Пайдаланылған  деректер тізімі..................................................................

Қосымша........................................................................................................

 

                                                КІРІСПЕ

 Тақырыптың өзектілігі: Жалпы орта  білім беретін  және кәсіптік мектеп реформасын  жүзеге асыруды жылдамдату жаңа мектептегі бүкіл білім мазмұнын ,оның құрылымдық жүйесін жаңартуды  қажет етеді.Білім беру ісін  ұйымдастыру мен басқарудағы демократиялық  пен жариялық,мемлекеттік- қоғамдық  басқару принципі,оқыту мен тәрбиелеу ісін ізгілендіру жаңа  мектепке жетудің  бірінщі кезектегі  тиімді жолы ретінде танылады.

  Мектепте  физиканы  сапалы оқытудың басты шарты  – физика ғылымын мұғалімнің  берік меңгеруі,оның зерттеу әдістері  мен даму тарихын терең түсінуі. Тек ғана физикалық білімдерді  ұқыпты ұғыну арқылы  мектепте  жақсы физик – мұғалім болу  мүкін емес. Сол себепті,болашақ  физика пәні мұғалімі үшін  физиканы оқыту әдістемесінің  практикалық және теориялық  мәселелерін  терең  оқып игеру қажет.Ендеше,әрбір  студенттің,физика – ғылым және  физика – оқу пәні  арасындағы  өзара ұқсастықтар (зерттеу нысаны  мен  әдістері, әдіснамасы) мен өзгешеліктерді (физикалық білімдерді көлемі  мен мазмұнының тереңдігі) ажырата  білуі тиіс.

Физканы мектепте оқыту әдістемесі- педагогика ғылымдарының бірі болып табылады. “Тербелістер мен толқындар” тарауларына арналған бұл дипломдық жұмыс мектептерде оқытушыларға әдістемелік көмек болар деген негізбен жазылған. Дипломдық жұмыс “Тербелістер мен толқындар” тарауларын оқытудың жалпы мәселелеріне арналған. Мектепте физиканы сапалы оқытудың ең бірінші және басты шарты-физика ғылымын мұғалімнің берік меңгеруі, оның зерттеу әдістері мен даму тарихын терең түсінуі.

          Физиканы оқыту процесінде оқушыларды  табиғат құбылыстарын бақылай  білуге, оларды талдауға, олардың  заңдылықтарын түсініп, практикада  қолдана білу ебдейлектеріне үйретеміз.

Физиканы оқыту әдістемесі, ең алдымен, физика ғылымының зерттеу әдістеріне және оның әдіснамасына сүйенсе, екіншіден, философия, педагогика және психология ғылымдары негізінде дамып келеді. Ол өзінің мақсаттары, зерттейтін мәселелері, пайдаланатын әдістері бойынша физика ғылымына қарағанда, педагогика ғылымдарына бейімділігі мен жақындығы анағұрлым көп. Сондықтан да, физиканы оқыту әдістемесі (сол сияқты барлық пәндерді оқытудың әдістемесі де) педагогика ғылымдарының құрамдас бір саласына жатады. 

                                      

                                         3

          Физика әдістемесінің ғылыми-теориялық  негіздері ретінде теориялық  талдау, нобайлау, эксперимент, дара  тұлға мен қарекетті дамыту  теориялары,

таным мен сезу және ойлау процестері, дидактикалық принциптер, педагогикалық және психологиялық заңдылықтар, бақылау, мектеп тәжірибесін жинактау, оқушылардың ойлауы мен еңбек ету ерекшеліктері пайдаланылады. Осы жұмысты жазу барысында біз көптеген жылдар бойы қолданылып келген дәстүрлі оқыту процесінің формаларын жоққа шығарып оның оң нәтижелерін терістеуден аулақпыз.Кез-келген нәрсенің жақсы жағымен  жаман жағы қатар жүретіні секілді дәстүрлі оқыту жүйесінің жетістіктермен қатар кемшілік тұстары да соңғы кездері ғалымдар тарапынан дәлелденіп отыр. Қазақстаның әлемдік білім беру кеңістігіне еніп,ғалымдастыру науқанын кешіп жатқан тұста оқыту процесін ұйымдастырудың жаңа формалары білім берудің инновациялық саласына енгізіліп келе жатыр. Жаңа формалардың жетістіктері де көрінуде. Олар қазіргі заманғы педагогикалық, методикалық жаңа сұраныстарға жауап берердей бейімделген.

Жұмыстың мақсаты: Орта мектептегі ғылым негіздерінің бірі физиканы оқытудың іс-тәжірибесі мен теориясын қарастыру. Оқушыларға физикалық білімдермен дағдылардың жүйесін ұғындырудың тиімді тәсілдерін, оқыту әдістемесін көрсету.

Жұмыстың практикалық құндылығы:

Физика ғылымын мұғалімнің берік менгеруі, оның зерттеу әдістерімен даму тарихын терен түсінуі.

Жұмыстың құрылымы мен көлімі:Бұл дипломдық жұмыс кіріспе бөлімнен екі тараудан, қорытынды бөлімнен және пайдаланылған әдебиеттер тізімінен, қосымшадан тұрады. Жұмыс 65 беттен тұрады. Пайдаланылған әдебиеттер тізімі 40.

 

   

                                               

             I.Механикалық тербелістерді оқыту әдістемесі

                        1.1 Тербелістер. Тербелмелі қозғалыстар   

                            

  Тербелістерді бұған  дейін зерттеген түзу сызықты  қозғалыс пен айнымалы қозғалыстан  ерекшелігін, эксперимент жасап  түсіндірген жөн. Ондай эксперимент  ретінде пружинаға асылған жүк, жіппен байланып асылған шарик  т.с.с денелердің тербелістері тербелістері негіз болады. Сонымен қатар күнделікте кездесетін жел соққан кезде талдың бұтақтары тербеледі, бір шеті қысқышқа бекілген металл пластинаны майыстырып тұрып жібере салca, ол да тербеліске түседі. Сол сияқты вертикаль күиінен ауытқыған өткеншек, бесік, қабырға сағатының маятнигі, серілпеге ілінген жүк, домбыра шегі, таразының тілі және т.б. тербеледі. Оқушылардың зейінін, тербелген дене бұрынғы өзінің тепетеңдік күйінің біресе бір, біресе екінші жағына өтіп кететініне аудару қажет және оны “ығысу” деп атайтынын ескертеді. Міне осындай қозғалыс тербелмелі қозғалыс делінеді.

 

 

     Тербелмелі қозғалыс кезінде денеге қандай күштер әсер ететіндігін қарастырайық:

 1)      Төмен қарай бағытталған ауырлық күші Ға

 2)      Жоғары қарай бағытталған серпімділік күші Ғс

 3)      Теңәрекетті күш Ғ

                     Ғ = Ғс+ Ға=0

 

                                          

   Денеге әсер етуші күштердің векторларының қосындысы  нөлге тең болған кездегі күйі – тепе-теңдік күйі деп аталады. Тең әрекетті күш үнемі тепе-теңдік күйге бағыттап отырады. Немесе бұл күш серіппенің серпімділік күші болып табылады. Дененің оған әрекет етуші күштер векторларының қосындысы нөлге тең болған кездегі күйін тепе-теңдік күй деп атайды. Жүкті тепе-теңдік күйден шығарып төмен ығыстырғанда, серіппе деформациясының ұлғаюы салдарынан Fc серпімділік күші артады, ал Fa ауырлық күші өзгеріссіз қалады. Бұл күштерге теңәрекетті F күші тепе-теңдік күйге қарай жоғары бағытталған. Егер жүкті тепе-теңдік күйден жоғары көтеріп, сонан соң жібере салса, онда ол төмен қарай бағытталған F теңәрекетті күшінің әрекетінен тепе-теңдік күйге дейін үдей қозғалады. Тепе-теңдік күйден өткеннен кейін F теңәрекетті күш жоғары бағытталады да, жүкті тежейді, а үдеу векторы бағытын қарама-қарсы жаққа өзгертеді. Ең төменгі нүктеде жүк тоқтайды да, жоғары қарай үдеумен қозғалып, тепе-теңдік күйіне жетеді. Содан соң одан етіп, үдеумен төмен қарай қозғала бастайды. Осылайша процесс периодты түрде қайталанады. Мұндағы теңәр екетті күш жүкті траекторияның кез келген нүктесінде тепе-теңдік күйге бағыттап отырады. Сөйтіп, серіппеге ілінген жүкті бастапқы тепе-теңдік күйіне қайтарушы F күші сығылған немесе созылған серіппенің серпімділік күші болып табылады. Ол дененің тепе-тендік күйден ауытқу шамасына тәуелді.

   Дененің теп-теңдік күйден ауытқуын ығысу деп аталды.  Ығысу х әрпімен белгілейді.  Гук заңы бойынша серпімділік күші ығысуға тура пропорционал:

                              Ғ = -kх

     Ығысуға пропорционал  және оған қарама-қарсы бағытталған күштің әрекетінен болатын механикалық тербелістер гармоникалық тербелістер деп аталады.

      Тербелмеі қозғалыс кезінде:

1. денені тепе-теңдік күйден шығаратын және қайтаратын күш болу керек. Біз қарастырған мысалда жүкті жоғарғы не төменгі шекті нүктелерде тепетеңдік қалыпқа қарай бағыттайтын серпімділік күші болып табылады. 2) үйкеліс мейлінше аз болу керек. Өйткені үйкеліс әр уақытта қозғалысқа қарама-қарсы бағытталғандықтан, ол тербелістің өшуіне себепші болады.

 

                                       

Тербелмелі қозғалыс — қалпына келтіруші күш эсер етіп түрғандағы қозғалыс.[1]

Күнделікті өмірде біз тербелмелі қозғалыстар немесе жай ғана тербелістер деп аталатын қозғалыстармен жиі ұшырасамыз. Мәселен, жел соққан кезде талдың бұтақтары тербеледі, бір шеті қысқышқа бекілген металл пластинаны майыстырып тұрып жібере салca, ол да тербеліске түседі. Сол сияқты вертикаль күиінен ауытқыған өткеншек, бесік, қабырға сағатының маятнигі, серілпеге ілінген жүк, домбыра шегі, таразының тілі және т.б. тербеледі.

Бұл қозғалыстардың ұқсастығы сол, олардың барлығы қайталанып отыратынымен сипатталады: қандай да бір уақыт еткен соң, тербеліп тұрған дене бастапқы орнына үнемі қайта оралады.

Демек, тербелмелі қозғалысқа периодтылық тән. Қозғалыстың периодтылығы белгілі бір уақыт өткен соң дене орнының, яғни оның координатасының дел немесе шамамен дәл қайталанып отыратынын білдіреді.

Сонымен, механикада тербелістер деп дененің бірдей уақыт аралығындағы дәлме-дәл немесе жуықтап қайталанып отыратын қозғалысын айтады

Мәселен, планеталардың, Жердің жасанды серіктерінің орбита бойымен қозғалысы, сол сияқты сағат тілі ұшының, ұнтаспа дискілерінің қозғалысы тербелмелі қозғалыс тәрізді периодты болып табылады.

Дене қозғалысының сипаты бастапқы шарттар мен әрекет етуші күшке тәуелді болады. Тербелмелі қозғалыс жасауы үшін денеге әрекет етуші күштер қандай шарттарды қанағаттандыруы керек екенін қарастырайық. Тұрғы қысқышына болат серіппенің бір ұшын бекітіп, оның екінші ұшына жүк ілеміз. Жүкке әрекет ететін Fa ауырлық күші мен Fс серпімділік күші модульдері жағынан тең, ал бағыттары қарама-қарсы болған жағдайда жүк тыныштық күйде болады:

F=Fc+Fa=0

 

Дененің оған әрекет етуші күштер векторларының қосындысы нөлге тең болған кездегі күйін тепе-теңдік күй деп атайды. Жүкті тепе-теңдік күйден шығарып төмен ығыстырғанда, серіппе деформациясының ұлғаюы салдарынан Fc серпімділік күші артады, ал Fa ауырлық күші өзгеріссіз қалады. Бұл күштерге теңәрекетті F күші тепе-теңдік күйге қарай жоғары бағытталған.

Егер жүкті тепе-теңдік күйден жоғары көтеріп, сонан соң жібере салса, онда ол төмен қарай бағытталған F теңәрекетті күшінің әрекетінен тепе-теңдік күйге дейін үдей қозғалады.

                                                  

 Тепе-теңдік күйден  өткеннен кейін F теңәрекетті күш  жоғары бағытталады да, жүкті  тежейді, а үдеу векторы бағытын  қарама-қарсы жаққа өзгертеді. Ең  төменгі нүктеде жүк тоқтайды  да, жоғары қарай үдеумен қозғалып, тепе-теңдік күйіне жетеді. Содан  соң одан етіп, үдеумен төмен  қарай қозғала бастайды. Осылайша  процесс периодты түрде қайталанады. Мұндағы теңәрекетті күш жүкті  траекторияның кез келген нүктесінде  тепе-теңдік күйге бағыттап отырады. Сөйтіп, серіппеге ілінген жүкті  бастапқы тепе-теңдік күйіне қайтарушы F күші сығылған немесе созылған  серіппенің серпімділік күші  болып табылады. Ол дененің тепе-тендік  күйден ауытқу шамасына тәуелді.

Дененің тепе-теңдік күйден ауытқуын ығысу деп атайды. Ығысуды х әрпімен белгілейді. Гук заңы бойынша серпімділік күші ығысуға пропорционал және ол мынаған тең:

F=-kx

Ығысуға пропорционал және оған қарама-қарсы бағытталған күштің әрекетінен болатын механикалық тербелістер гармоникалық тербелістер деп аталады.

Сөйтіп, тербелмелі қозғалыс пайда болуы үшін мына шарттар орындалуы қажет: біріншіден, денені тепе-теңдік қалпынан шығарған кезде оны бастапқы күйіне қайтаратын күш болуы керек. Біз қарастырған мысалда жүкті жоғарғы не төменгі шеткі нүктелерде тепе-теңдік қалыпка қарай бағыттайтын серпімділік күші болып табылады. Екіншіден, үйкеліс мейлінше аз болуы керек. Өйткені үйкеліс әр уақытта қозғалысқа қарама-қарсы бағытталатындықтан, ол тербелістің өшуіне себепші болады.[2]

 

      1.2 Тербелмелі қозғалысты сипаттайтын негізгі шамалар

 

    Механикалық тербелістердің физикалық процесс ретіндегі жалпы белгісі қозғалыстың белгілі уақыт аралығында қайталанып отыруы болып табылады. Дене қозғалысы толығымен қайталанып отыратын ең аз уақыт аралығын (интервалын) тербеліс периоды деп атайды. Басқаша айтқанда, тербеліс периоды дегеніміз — бір толық тербеліс жасауға кеткен уақыт. Тербеліс периоды секундпен (с) өлшенеді және оны Т әрпімен белгілейді.

 Дене қайсы бір нүктеден шығып, сол нүктеге қайта оралғандағы қозғалыс процесі бір циклді береді.

 

 

 Мысалы, дененің шеңбер  бойымен бір айналым жасауын бір цикл дейміз.

 

 

Тек ерекшелігі тербелмелі қозғалыстағыдай, айналмалы қозғалыста тепе-теңдік күйден периодты түрде ығысудың болмайтындығына назар аудару керек. Тербеліс периодына оқушылардың есінде қалу үшін мынадай мысалдар айтып түсіндерген жон, яғни, әткеншектің тербелісі, су бетіндегі қалтқының тербелісі, сағат тілінің тербелісі,  желді күнгі ағаш бұтағының қозғалысы айтып елестетіп түсіндірсек оқушылардың қызығушылығы артады.

      Бірлік уақыт ішіндегі тербелістер саны тербеліс жиілігі деп аталады.

      Жиіліктің гректің v әрпімен белгіленетінін сендер білесіңдер. Тербелмелі қозғалыс жиілігінің өлшем бірлігіне 1 с ішінде толық бір тербеліс жасайтындай тербелістің жиілігі алынады. Бұл бірлік неміс ғалымы Генрих Герцтің құрметіне герц (Гц) деп аталған:

                            1 Гц = 1 с-1

Тәжірибеде килогерц (кГц), мегагерц (МГц) сияқты еселік бірліктер пайдаланылады.

   Егер дене t с ішінде n тербеліс жасаса, онда ν тербеліс жиілігі ν = n/t болады, ал Т тербеліс периоды Т = t/n. Тербеліс периоды мен тербеліс жиілігі арасында қарапайым байланыстың бар екені жиілік периодқа кері шама, ал период жиілікке кері шама:

                      ν=,        T=

Тербелмелі қозғалысты сипаттайтын келесі бір негізгі шама — амплитуда. Тербеліс амплитпудасы деп дененің тепе теңдік күйінен ең үлкен ығысуының мәнін айтады. Амплитуда А әрпімен белгіленеді, яғни A = хmax. Амплитуда дененің тепе-теңдік күйінен қаншалықты ауытқығанына байланысты болады.

    Қозғалыстың басқа түрлері сияқты тербелмелі қозғалысты да жылдамдық және үдеу арқылы сипаттауға болады. Алайда тербелмелі қозғалыс кезінде бұл шамалар нүктеден-нүктеге өткен сайын өзгеріп отырады. Мысалы, тербеліп тұрған дененің жылдамдығы тепе-теңдік күйінен ең үлкен ауытқу нүктесінде (xmax = А және хmax = -А болғанда) нөлге тең, ол нүктелерде дене тоқтайды да, қарама-қарсы бағытта қозғала бастайды. Ал дене тепе-теңдік күйінен өткен (х=0) кезде оның жылдамдығы ең үлкен мәнге ие болады. Үдеу керісінше дене тепе-теңдік күйінен еткенде нөлге тең болады. Өйткені бұл нүктеде күш нөлге тең. Тепе-теңдік күйінен ен үлкен ауытқуға сәйкес келетін нүктелерде (хmax = A және xmax = -А болғанда) үдеудің шамасы ең үлкен мәнге жетеді, себебі бұл нүктелерде серпімділік күші ең үлкен мәнге ие. Сөйтіп, тербелмелі қозғалыс кезіндегі жылдамдық пен үдеу периодты түрде өзгеріп отырады, яғни әрбір Т период өткен сайын жылдамдық және үдеу векторларының бағыты мен модулі қайталанады.

  

 

     Механикалық тербелістер кезіндегі дене қозғалысының сипаттамалары туралы көрнекі түсінік қалыптасуы үшін мынадай тәжірибе жасауға болады. Серіппеге ілінген жүкке бояуға батырылған қылқаламды бекітіп, оның алдына қылқаламның ұшы тиіп тұратындай етіп ақ қағаз парағын ұстаймыз. Жүк тербеліс жасаған кезде қағазды тұрақты жылдамдықпен горизонталь бағытта жылжытамыз. Сонда қылқалам қағаз бетінде үздіксіз сызық түрінде із қалдырады.

 

      Егер жүктің тербелісін тоқтатып, оны тепе-теңдік күйіне келтірсек, содан кейін парақты қайтадан қылқалам ұшының алдында горизонталь бағытта қайта жылжытсақ, онда қағаз бетінде түзу горизонталь сызық түрінде із қалады. Егер осы түзуді абсциссалар осі ретінде алсақ, онда абсциссалар осінің бойьша қағаз парағының бірқалыпты қозғалысы басталған мезеттен бері өткен уақытты салуға болады, ал жүк тербелген кезде парақ бетінде қалған із тербелістегі жүктің х координатасының t уақытқа тәуелділігінің графигін береді.

Механикалық тербелістердің физикалық процесс ретіндегі жалпы белгісі қозғалыстың белгілі уақыт аралығында қайталанып отыруы болып табылады. Дене қозғалысы толығымен қайталанып отыратын ең аз уақыт аралығын (интервалын) тербеліс периоды деп атайды. Басқаша айтқанда, тербеліс периоды дегеніміз — бір толық тербеліс жасауға кеткен уақыт. Тербеліс периоды секундпен (с) өлшенеді және оны Т әрпімен белгілейді.

Дене қайсыбір нүктеден шығып, сол нүктеге қайта оралғандағы қозғалыс процесі бір циклді береді. Мысалы, дененің шеңбер бойымен бір айналым жасауын бір цикл дейміз.Бірлік уақыт ішіндегі тербелістер саны тербеліс жиілігі деп аталады.

 

Жиіліктің гректің v әрпімен белгіленетінін сендер білесіңдер. Тербелмелі қозғалыс жиілігінің өлшем бірлігіне 1 с ішінде толық бір тербеліс жасайтындай тербелістің жиілігі алынады. Бұл бірлік неміс ғалымы Генрих Герцтің құрметіне герц (Гц) деп аталған:

1 Гц = 1 с-1

 

Тәжірибеде килогерц (кГц), мегагерц (МГц) сияқты еселік бірліктер пайдаланылады.

Егер дене t с ішінде n тербеліс жасаса, онда ν тербеліс жиілігі ν = n/t болады, ал Т тербеліс периоды Т = t/n. Тербеліс периоды мен тербеліс жиілігі арасында қарапайым байланыстың бар екені жиілік периодқа кері шама, ал период жиілікке кері шама:

ν=1/T, T=1/ν

Тербелмелі қозғалысты сипаттайтын келесі бір негізгі шама — амплитуда. Тербеліс амплитпудасы деп дененің тепе теңдік күйінен ең үлкен ығысуының мәнін айтады. Амплитуда А әрпімен белгіленеді, яғни A = хmax.

 

Қозғалыстың басқа түрлері сияқты тербелмелі қозғалысты да жылдамдық және үдеу арқылы сипаттауға болады. Алайда тербелмелі қозғалыс кезінде бұл шамалар нүктеден-нүктеге өткен сайын өзгеріп отырады. Мысалы, тербеліп тұрған дененің жылдамдығы тепе-теңдік күйінен ең үлкен ауытқу нүктесінде (xmax = А және хmax = -А болғанда) нөлге тең, ол нүктелерде дене тоқтайды да, қарама-қарсы бағытта қозғала бастайды. Ал дене тепе-теңдік күйінен өткен (х=0) кезде оның жылдамдығы ең үлкен мәнге ие болады. Үдеу керісінше дене тепе-теңдік күйінен еткенде нөлге тең болады. Өйткені бұл нүктеде күш нөлге тең. Тепе-теңдік күйінен ен үлкен ауытқуға сәйкес келетін нүктелерде (хmax = A және xmax = -А болғанда) үдеудің шамасы ең үлкен мәнге жетеді, себебі бұл нүктелерде серпімділік күші ең үлкен мәнге ие. Сөйтіп, тербелмелі қозғалыс кезіндегі жылдамдық пен үдеу периодты түрде өзгеріп отырады, яғни әрбір Т период өткен сайын жылдамдық және үдеу векторларының бағыты мен модулі қайталанады.

Механикалық тербелістер кезіндегі дене қозғалысының сипаттамалары туралы көрнекі түсінік қалыптасуы үшін мынадай тәжірибе жасауға болады. Серіппеге ілінген жүкке бояуға батырылған қылқаламды бекітіп, оның алдына қылқаламның ұшы тиіп тұратындай етіп ақ қағаз парағын ұстаймыз. Жүк тербеліс жасаған кезде қағазды тұрақты жылдамдықпен горизонталь бағытта жылжытамыз. Сонда қылқалам қағаз бетінде үздіксіз сызық түрінде із қалдырады.

 

Егер жүктің тербелісін тоқтатып, оны тепе-теңдік күйіне келтірсек, содан кейін парақты қайтадан қылқалам ұшының алдында горизонталь бағытта қайта жылжытсақ, онда қағаз бетінде түзу горизонталь сызық түрінде із қалады. Егер осы түзуді абсциссалар осі ретінде алсақ, онда абсциссалар осінің бойьша қағаз парағының бірқалыпты қозғалысы басталған мезеттен бері өткен уақытты салуға болады, ал жүк тербелген кезде парақ бетінде қалған із тербелістегі жүктің х координатасының t уақытқа тәуелділігінің графигін береді.[1]

 

 

     1.3 Механикалық тербеліс кезіндегі энергияның түрленуі

 Механикалық тербеліс кезінде дене жылдамдығы периодты түрде өзгеріп отырады, сол себепті оның Ек= кинетикалық энергиясы да өзгереді. Ал серпімді деформацияланған дененің, мысалы, сығылған немесе созылған серіппенің Еп=  потенциалдық энергиясы оның деформациялану деңгейіне байланысты. Серіппе неғұрлым қатты сығылғанда немесе барынша созылғанда оның потенциалдық энергиясы соғұрлым үлкен мәнге ие болатынын оқушаларға пружинаны сығып және созып түсіндірген жөн.

Осы жағдайда тепе-теңдік күйінен ең үлкен ауытқуға сәйкес келетін ығысулар хmax=A  және  xmax=-A болғандықтан, бұл күйге сәйкес келетін энергияны Еп= түрінде жазуға болады.

  Дененің тепе-теңдік күйінен ең үлкен ауытқуында оның ығысуы х=А, ал сол нүктедегі жылдамдығы 0. Ендеше серіппеге ілінген дененің потенциалдық энергиясы  Еп=, ал кинетикалық энергиясы нөлге тең болады, Ек=0

   Энергияның сақталу және айналу заңы бойынша толық механикалық энергия потенциалдық және кинетикалық энергияларының қосындысына тең:

              Етолық=Ек+Еп

    Олай болса

                     Етолық=Ек+ Еп =

Дене тепе-теңдік күйіне жеткенде ығысу нөлге тең болады да жылдамдық ең үлкен мәніне жетеді. Бұл жағдайда толық энергия:

                     Етолық=Ек+Еп=

  Сөйтіп, гармоникалық  тербелістер кезінде кинетикалық  және потенциалдық  энергиялар  өзара түрленеді. Бірақ тербеліп  тұрған дененің толық механикалық  энергиясы әр уақытта да сақталады:

                              =

 

 

 

 

 

1.4  Математикалық  және серіппелі маятниктердің  тербелістері

 

  Тербелмелі процестер  жүзеге асатын құрылғыларды тербелмелі  жүйелер деп аталады. Осындай жүйелердің қарапайым түрі-математикалық маятник. Математикалық маятник жайлы айтпас бұрын оқушыларға маятник жайлы жалпы түсінік беріп кеткен жөн.

  Яғни, маятник — өзіне түсірілген күштердің әсерінен қозғалмайтын нүктенің немесе осьтің төңірегінде тербелетін қатты дене. Әдетте маятник деп ауырлық күші әсерінен тербеліс жасайтын денені екенін, осы кезде маятниктің осі оның ауырлық центрі арқылы өтпеуі тиіс екенін айтып кеткен жөн. Қарапайым маятник маятникті түсіндірген кезде мына экспериментті қөрсеткен жөн, яғни, ұзындығы l болатын жіпке (немесе жеңіл шыбыққа) ілінген кішігірім С салмағы бар жүкті алуға болады. Осы жүкке салмақ күші әсер еткенін ескерген жөн. Осы жүкке әсер ететін Жер, қарастырылып отырған тербелмелі жүйеге енеді. Егер жіпті созылмайды деп қарастырсақ және жүктің мөлшерін жіптің ұзындығымен салыстырғанда ескермеуге болатын болса, ал жіптің массасы жүктің массасымен салыстырғанда ескерімсіз аз болса, онда жүкті О іліну нүктесінен өзгеріссіз l қашықтықта орналасқан материалдық нүкте деп қарастыруға болады. Мұндай маятник математикалық маятник деп аталады.

 

      Жіпке немесе серіппеге ілінген жүктің тербеліс периодының тербеліс амплитудасына тәуелді болмайтындығын 1583 ж итальян физигі Г. Галилей ашқан болатын.

    Ал енді математикалық  маятниктің тербелісінің формуласын  қорытып шығарайық. Маятник тепе-теңдікте болуы, бұл күштердің шама жағынан тең болып, бағыттары қарама-қарсы екенін көрсетеді. Енді маятникті белгілі бір бұрышына ығыстырайық. Маятник тербеліп тұрғанда жүк АВ доғасының бойымен Fк кері қайтарушы, яғни қорытқы күштің әрекетінен үдеумен қозғалады. Бұл күштің шамасы қозғалыс кезінде өзгеріп отырады.

 

      Маятниктің айналу периоды оның тербеліс периодына тең болады: ТайнТтер=Т

   Маятниктің айналу  периоды жүк сызатын шеңбердің  ұзындығын сызықтық жылдамдыққа  бөлгенге тең:

                             Т=

Ал маятник вертикаль күйінен шамалы ғана ауытқитын болса, амплитуда аз болғанда, қорытқы күш шеңбердің ВС радиусы бойымен бағытталады деп есептеуге болады. Бұл жағдайда қорытқы күш центрге тартқыш күшке тең:

                             F=

 Екінші жағынан, ОВС  және ВDЕ үшбұрыштарының ұқсастығынан: ВЕ:ВD=СВ:ОС немесе F:mg=R:l, бұдан

                                F= 

F күшінің осы екі өрнегін теңестіре отырып аламыз:

         =          =;       R

 Осыны Т периодтың  өрнегіне қойып, мынаны табамыз:

                Т= =2 ;          T=2

Cөйтіп, математикалық маятниктің тербеліс периоды g еркін түсу үдеуі мен маятниктің l ұзындығына ғана тәуелді болады.

      Енді серіппеге ілінген жүктің тербелісін қарастырайық. Мұндай қарапайым тербелмелі жүйені серіппелі маятник деп атайды. Егер серіппе l ұзындыққа созылса немесе сығылса, онда денені тепе-теңдік күйіне қайтаратын F күші туындайды. Ұзару шамасы х=l-l0 азғантай болған кезде бұл күш серіппенің ұзаруына пропорционал болады, яғни Гук заңы бойынша:

                              F=-kx

Ньютонның 2-заңын пайдалансақ, дененің қозғалыс теңдеуін мына түрде жазуға болады: ma = -kx, бұдан а = --. Ығысу шамасы (х) неғұрлым үлкен болса, а үдеуі де соғұрлым үлкен, яғни ең үлкен ығысуға ең үлкен үдеу сәйкес келеді.

       Гармоникалық  тербелістердің ν жиілігі 1 с ішіндегі тербеліс санын көрсетсе, ω циклдік жиілік маятниктің 2π с секундтағы тербеліс санына тең болады, яғни

                               ω=2πν=

Олай болса, ma=-mω2х. Осы өрнекті қозғалыс теңдеуімен салыстыра отырып алатынымыз: -mω2х = -kx, бұдан

   ω= ;     ω= — екенін ескерсек, серіппелі маятниктің тербеліс периоды мынаған тең болады:

                                   Т=2π

Алынған нәтиже серпімділік күші әрекетінен болатын тербелістің периоды амплитудаға тәуелді болмайтынын көрсетеді. Сонымен, серіппелі маятниктің тербеліс периоды тек жүк массасы мен серіппенің қатандығына тәуелді болады.

 

 

 

 

 

 

Мақсаты:

 Білімділік: Табиғаттағы  ең көп тараған қозғалыс бірдей  уақыт аралықтарында дәлме-дәл  немесе шамамен қайталанып отыратын  тербелісін сипаттайтын шамаларды  қайталау арқылы жаңа тербелмелі  жүйелермен танысу.Маятниктің тұрмыстағы  техникадағы, өмірдегі және эволюциялық  прцестегі рөлін анықтау.

 Дамытушылық: Оқушылардың  бірін-бірі тыңдай білу, өз ойын  тиянақты жеткізе білу, нақты  сұрақ қойып, қойылған сұраққа  дәл жауап бере білу қабілеттерін  дамыту. Алған білімін спалық  сипаттағы есептер мен жауаптар  іздестіруге қолдана білу.

Тәрбиелік: Оқушылардың танымдық қызығушылығын арттыра отырып, тербелістердің қасиеттері мен өмірде алатын орнын зерттеп білу қажеттілігін өздігінен түсініп, білімді өз күшімен алуға ұмтылысын тәрбиелеу.

 

Сабақтың түрі: Жаңа білімді меңгерту

 

Сабақтың әдісі: Тірек-сызбалар , СТО технологиясының ой қозғау арқылы

 шығармашылыққа тәрбиелеу, тест.

 

Көрнекіліктер: power point-та жазылған слайдтар, электронды оқулық ,

 интерактивті тақта

 Құрал жабдықтар: Штатив, жіп, серіппе, денелер, сағат, сызғыш.

 

Сабақтың барысы

 І Ұйымдастыру кезеңі.

 

ІІ Үй тапсырмасын пысықтау.

 Үй тапсырмасын тірек  сызбалар арқылы пысықтау (ой  қозғау кезеңі )

 

ІІІ Жаңа сабаққа дайындық : ( мағананы ашу кезеңі )

 Эксперементік тапсырмалар, шығармашылық есептер

 

ІV Сабақты бекіту (ой жинақтау кезеңі)

 Тест, сәйкестікті табу

 

V Үйге тапсырма

 

ІІ Үй тапсырмасын тексеру (анимациялық суреттер арқылы ой қозғау)

 

“Қара саздың шыбығын жел тербеген,

 Жел тербеген шыбықты  мен тербегер”

 Деген М.Мақатаевтың  өлең шумағында физикада соққан желдің тарапынан шыбықтың тербелісі сыртқы периодты күштердің әсернен болатын және қозғалыстың кайталанатынын сипаттайды.

 Тірек-сызба бойынша  жауап беріңдер

 

1-топ жауап береді

 

2-топ Механикалық энергияга  анықтама береді

 

М.Мақатаевтің “Таудағы көктем” өлеңі

 Қасқа бұлақ,

 Тастан құлап

 Бара жатыр шапқылап

 деген жолдарға назар  салсақ Тастан құлап аққан  бұлақтың потенциялдық энергиясының кинетикалық энергияға айналуымен түсіндірледі.