ПӘннің ОҚУ-Әдістемелік кешені «Физиканы оқыту әдістемесі» «5В011000 – Физика» мамандығы үшін ОҚУ-Әдістемелік материалдары

Сосын еркін тербеліс жайындағы ұғым ендіріледі. Тепе –теңдік қалпынан шығарылғаннан кейін жүйеде өз-өзінен өтетін тербелістерді еркін тербелістер деп атайды. Егер жүйеде үйкеліс болмаса, онда еркін тербелісті меншікті деп атайды, олар жүйе параметрлерімен анықталатын меншікті жиілікпен өтеді. Үйкелісі жоқ тербелмелі жүйе – идеализацияланған жүйе, бірақ өшудің аз коэффициенті кезінде еркін және меншікті тербелістер арасындағы айырмашылықтар оны елеуге болатындай емес. Сондықтан мектепте физиканы оқытуда оқушылар еркін тербеліс ұғымымен танысады.

Тербеліс теориясындағы маңызды ұғымдардың бірі – гармониялық тербеліс. Жалпы білім беретін орта мектеп бағдарламасы оқушыларды электромагниттік тербелістерді оқытуда таныстыруға бағытталған. Бірақ механикалық тербелістерді оқытуда да оқушыларға таныстырудың мүмкіндігі бар. Мұнда төмендегі тәсіл мүмкін болады: шеңбер бойымен бірқалыпты қозғалыс пен тербелмелі қозғалыс байланысын қолданып, уақыт бойынша гармоникалық тербелетін дененің координаттарының өзгеру заңын алады

_. Ол үшін алдымен тәжірибеде шеңбер бойымен қозғалған шариктің көлеңкесін көрсетеді.

Қондырғыда серіппелі маятинктің тербелісін тудырады. Маятникте экрандағы шарик көлеңкесінің тербелісіндей болатынына көз жеткізеді, мұнда шариктің айналу жиілігін тербеліс синхронды болатындай етіп алады.

Сосын оқушылар өзбеттерімен тапсырмаларды орындайды: шеңбер бойымен жылдамдықпен бірқалыпты қозғалатын (сурет) материалдық нүктенің осіндегі проекция координаттары үшін өрнекті табу. Өрнекті алады:

Дене координатасы осындай заңдылықпен өзгеретін қозғалыс, гармоникалық тербеліс деп аталатынын айтады. Маятникпен экрандағы шарик көлеңкесі бірдей қозғалыс (синхронды тербеледі) жасайтын болғандықтан, мынадай қорытынды жасаймыз: маятник тербелісі сол теңдеулермен сипатталуы мүмкін, яғни белгілі жағдайларда олар да гармониялық болып табылады. Гармониялық тербеліс ұғымын ендірудің тағы да басқа тәсілі бар: серпімді және математикалық маятниктердің үйкеліс күші болмаған жағдайда серпімді және ауырлық күштерінің әсерінен еркін тербелістерінің динамикасын қарастырады. Бұл жағдайлардың әрбіреу үшін чертежға маятникке әсер ететін күштерді бейнелейді және қозғалыс теңдеуін жазады. (серіппелі маятник үшін) және (математикалық маятник үшін).

Анықтаманы енгізеді: күштің әсерінен ығысуға пропорционал және тепе-теңдік қалыпқа бағытталған механикалық тербеліс гармониялық деп аталады.

Егер динамикалық теңдеулерден үдеуді өрнектесек, және , онда мынадай да анықтама берілуі мүмкін: тепе-теңдік қалыптан материалды нүктенің ауытқуына тура пропорционал болатын үдеу және әрқашан тепе-теңдік жағына қарай бағытталған қозғалыс гармоникалық тербеліс деп аталады.

Мұғалімнің жетекшілігімен маятниктер тербелісінің динамикалық теңдеулерін талдайды. Бұл теңдеулердің жалпы сипаттамаларына, олардың сыртқы ұқсастығына назар аударады - және .

Гармониялық тербеліс – үдеу модулі және бағыты бойынша үздіксіз өзгеретін қозғалыстың сапалық жаңа түрі екеніне оқушылардың назарын аудару керек. Маятниктер үдеулерінің ығысуға тәуелділігіне талдау жүргізу және гармониялық тербелісті оқушыларға бұрыннан таныс шеңбер бойымен түзусызықты (бірқалыпты және теңүдемелі) және бірқалыпты қозғалыстармен салыстыру пайдалы. (немесе ) теңдеуді талдау кезінде, серіппенің үлкен деформациясы (тепе-теңдік қалыптан маятник жібінің сәл ауытқуы) кезінде ығысу мен үдеу арасындағы тура пропорционалдылық бұзылады. (или) тұрақты коэффициент серіппенің деформациясына тәуелді болып қалады, теңдеу сызықты болмайды – қозғалыс периодтты болады, бірақ гармониялық болмайды. Олай болса, мынадай қорытындыға келеміз: энергияның шашырау (при отсутствии рассеяния энергии) болмаған жағдайда және аз амплитудаларда маятниктердің еркін тербелістері гармониялық болып табылады.

Тербелмелі қозғалыстың негізгі сипаттамаларын – амплитуданы, жиілікті және периодты енгізуді маятниктердің еркін тербелісі қарастырылғаннан және гармониялық тербеліс ұғымы енгізілгеннен кейін бірден енгізуге болады. Жиілік ұғымы гармониялық тербеліс, яғни уақыт бойынша шексіз процестер үшін, үшін қолданылады. Гармониялық емес сипаттағы периодты процестер жағдайында, біз онда жиілікпен емес, тұтастай жиіліктер жиынтығымен танысамыз.