Колебания и волны. (2) Колебания и волны. Тема механические колебания и волны. Акустика. Цель

• Название: Тема механические колебания и волны. Акустика. Цель
• Анкор: Колебания и волны
• Дата: 17.05.2022
• Размер: 54.24 Kb.
• Имя файла: (2) Колебания и волны.docx
• Тип: Документы; #535293
• страница: 1 из 7

ТЕМА 2. МЕХАНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ. АКУСТИКА.

Цель: а) знать уравнения и характеристики механических свободных (затухающих и незатухающих), вынужденных колебаний и автоколебаний; уравнение и характеристики механических волн; понятие о звуковых колебаниях и волнах; физические характеристики звука, их связь с характеристиками слухового ощущения; эффект Доплера и его использование для медико-биологических исследований; б) уметь использовать эти знания для понимания роли колебательных процессов в организме человека; решать типовые задачи по определению основных характеристик колебаний и волн; проводить анализ и количественную оценку процессов, происходящих при распространении колебаний различных частотных диапазонов в биологических системах; в) иметь представление о звуковых методах исследования в клинике.
Мотивация темы: Знание характеристик механических колебаний и законов акустики поможет студенту-медику более полно использовать звуковые колебания в качестве источника информации о явлениях окружающей среды и для получения информации о состоянии внутренних органов человека. В медицинской практике широкое распространение получили такие звуковые методы диагностики, как аускультация, перкуссия, фонокардиография, ультразвуковые методы исследований. Аудиограммы используют для оценки остроты слуха человека и для диагностики заболеваний органов слуха.
Компетенции:

по специальностям Высшего профессионального образования: 31.05.01 – лечебное дело, 31.05.02 – педиатрия:

ОК. (ОК-1).

ПК. (ПК-2). (ПК-3). (ПК-9). (ПК-27). (ПК-31). (ПК-32).

по специальности Высшего профессионального образования 32.05.01 – медико-профилактическое дело:

ОК. (ОК-7). (ОК-8).

ПК. (ПК-4). (ПК-5). (ПК-6). (ПК-9). (ПК-19).

по специальности Высшего профессионального образования 31.05.03 – стоматология:

ОК. (ОК-1). (ОК-5).

ПК. (ПК-1). (ПК-2). (ПК-3). (ПК-9). (ПК-21). (ПК-51).
I. САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА СТУДЕНТОВ ВО ВНЕАУДИТОРНОЕ ВРЕМЯ
1.ТЕСТОВЫЙ КОНТРОЛЬ ИСХОДНОГО УРОВНЯ ЗНАНИЙ
Выберите один правильный ответ

1. 
   МЕХАНИЧЕСКИЕ ВОЛНЫ - ЭТО:
   

1. 
   процесс распространения механических колебаний в упругих средах
   
2. 
   процесс распространения механических колебаний в вакууме
   
3. 
   процесс распространения электромагнитных колебаний в пространстве
   
4. 
   процесс распространения радиоволн в пространстве
   
5. 
   процесс распространения ионизирующего излучения
   

2. 
   КОЛЕБАНИЯ, СОВЕРШАЕМЫЕ ТЕЛОМ, ЯВЛЯЮТСЯ ГАРМОНИЧЕСКИМИ, ЕСЛИ НА ТЕЛО:
   

1) действует внешняя сила

2) действует сила трения

3) не действуют внешние силы и силы трения

4) действуют и внешние силы и сила трения

5) действуют внешние силы и силы упругости

3. 
   ДЛЯ ЗАТУХАЮЩИХ КОЛЕБАНИЙ ХАРАКТЕРНО:
   

1) увеличение амплитуды

2) уменьшение амплитуды

3) увеличение частоты колебаний

4) постоянная амплитуда колебаний

5) изменение фазы колебаний

4. 
   СКОРОСТЬ КОЛЕБЛЮЩЕГОСЯ ТЕЛА БУДЕТ НАИБОЛЬШЕЙ В МОМЕНТ:
   

1) максимального отклонения тела от положения равновесия

2) времени, когда смещение равно половине амплитуды

3) прохождения положения равновесия

4) времени, когда смещение колеблющейся точки равно амплитуде

5) когда фаза колебаний будет наибольшей

5. 
   ПЕРИОД МЕХАНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ – ЭТО:
   

1) время одного полного колебания

2) время двух полных колебаний

3) расстояние, равное трем амплитудам

4) смещение, равное четырем амплитудам

5) максимальное отклонение от положения равновесия

6. 
   ПО СВОЕЙ ПРИРОДЕ ЗВУК ПРЕДСТАВЛЯЕТ СОБОЙ:
   

1) электромагнитные колебания

2) электромагнитную волну

3) механические колебания, распространяющиеся в упругой среде

4) пульсовую механическую волну

5) световую волну

7. 
   АМПЛИТУДА ЗАТУХАЮЩИХ КОЛЕБАНИЙ СО ВРЕМЕНЕМ:
   

1) не меняется

2) увеличивается

3) уменьшается

4) изменяется по периодическому закону

5) изменяется по гармоническому закону

8. 
   КОЛЕБАНИЯ, ВОЗНИКАЮЩИЕ В СИСТЕМЕ ПРИ УЧАСТИИ ВНЕШНЕЙ СИЛЫ, ИЗМЕНЯЮЩЕЙСЯ ПО ПЕРИОДИЧЕСКОМУ ЗАКОНУ:
   

1) релаксационные колебания

2) вынужденные колебания

3) автоколебания

4) гармонические колебания

5) резонансные колебания

9. 
   НЕЗАТУХАЮЩИЕ КОЛЕБАНИЯ, СУЩЕСТВУЮЩИЕ В КАКОЙ-ЛИБО СИСТЕМЕ ПРИ ОТСУТСТВИИ ПЕРЕМЕННОГО ВНЕШНЕГО ВОЗДЕЙСТВИЯ:
   

1) релаксационные колебания

2) вынужденные колебания

3) резонансные колебания

4) гармонические колебания

5) автоколебания

10. 
    КОЛЕБАНИЯ, ПРИ КОТОРЫХ КОЛЕБЛЮЩАЯСЯ ВЕЛИЧИНА ИЗМЕНЯЕТСЯ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ВРЕМЕНИ ПО ЗАКОНУ СИНУСА ИЛИ КОСИНУСА:
    

1) гармонические колебания

2) вынужденные колебания

3) автоколебания

4) релаксационные колебания

5) резонансные колебания

11. 
    ДЛИНА ВОЛНЫ – ЭТО:
    

1. 
   расстояние, на которое распространяется волна за время, равное одному периоду
   
2. 
   расстояние, которое проходит волна за все время распространения
   
3. 
   расстояние между двумя частицами среды, разность фаз колебаний которых составляет 180 градусов
   
4. 
   расстояние, на которое распространяется волна за время, равное половине периода
   
5. 
   расстояние, которое проходит волна за одну секунду
   

2. ОЗНАКОМИТЬСЯ С ТЕОРЕТИЧЕСКИМ МАТЕРИАЛОМ ПО ТЕМЕ ЗАНЯТИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОНСПЕКТОВ ЛЕКЦИЙ, РЕКОМЕНДУЕМОЙ УЧЕБНОЙ ЛИТЕРАТУРОЙ (СМ. СРЕДСТВА ДЛЯ САМОПОДГОТОВКИ СТУДЕНТОВ)

3. ОТВЕТИТЬ НА ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ ПОДГОТОВКИ К ЗАНЯТИЮ.

1. 
   Какими характерными моделями описываются механические колебания?
   
2. 
   Каким дифференциальным уравнением описывают затухающие колебания?
   
3. 
   Каков механизм возникновения резонанса?
   
4. 
   Приведите примеры автоколебаний в биологических системах.
   
5. 
   Какая величина является количественной характеристикой перенесенной энергии волны?
   
6. 
   Каков механизм возникновения эффекта Доплера?
   
7. 
   Назовите основные физические характеристики звука.
   
8. 
   Назовите субъективные характеристики звука.
   
9. 
   Каковы основные звуковые методы исследования в клинике?
   
10. 
    Каковы основные элементы физики слуха?
    
11. 
    Каков механизм ультразвукового исследования?
    

4. ВЫПОЛНИТЬ ЗАДАНИЯ.

1. 
   Заполните таблицу основных формул, описывающих колебательные процессы.
   

Дифференциальное уравнение для свободных незатухающих колебаний
Решение уравнения для свободных незатухающих колебаний
Скорость материальной точки, совершающей гармонические колебания
Ускорение материальной точки при гармонических колебаниях
Энергия колеблющейся материальной точки
Дифференциальное уравнение свободных затухающих колебаний
Дифференциальное уравнение вынужденных колебаний
Амплитуда при резонансе
Уравнение плоской волны
Доплеровский сдвиг частоты
Интенсивность звуковой волны
Уровень интенсивности в дБ

2. 
   Начертите схему наружного, среднего и внутреннего уха и обозначьте основные структурные элементы.
   

3. 
   Подпишите название формул. Выпишите названия физических величин и их единицы измерения в следующих формулах:
   

а) = - ω₀²х

б)


в) v'= v

Средства для самоподготовки студентов

Основная литература:

1. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика: Учеб. для вузов / А.Н. Ремизов, А.Г. Максина, А.Я. Потапенко. – 4-е изд., перераб. и дополн. – М.: Дрофа, 2003. – 560 с.: ил. – С. 71-112.

2. Ремизов А.Н. Курс физики, электроники и кибернетики для медицинских институтов: Учебник. - М.: Высш. школа, 1982. – 607 с., ил. – С. 64 – 89.
Дополнительная литература:

1. Ремизов А.Н. и др. Сборник задач по медицинской и биологической физике: Учеб. пособие для мед. вузов. – М.: Высш. шк. 1987. 159 с.: ил. – С. 51 – 61.

2. Баранов А.П., Рогачев Г.М. Сборник задач и вопросов по медицинской физике: [Для мед. ин-тов] – 2-е изд., перераб. и доп. – Мн.: Выш. школа, 1982. – 190 с., ил. – С. 30 – 39.

3. Блохина М.Е. Руководство к лабораторным работам по медицинской и биологической физике / М.Е. Блохина, И.А. Эссаулова, Г.В. Мансурова. – М.: Дрофа, 2001. – С. 52-57.
Примерный перечень тем реферативных сообщений:

1. 
   Ультразвуковые методы исследования внутренних органов человека.
   
2. 
   Применение ультразвуковых скальпелей в современной хирургической практике.
   
3. 
   Влияние инфразвука на функциональное состояние систем организма человека.
   
4. 
   Использование фонокардиографии как метода диагностики состояния сердечной деятельности.
   
5. 
   Влияние реверберации на восприятие звуковых волн органом слуха человека.
   

II. САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА СТУДЕНТОВ В АУДИТОРНОЕ ВРЕМЯ
План занятия (примерный).

1. 
   Контроль самостоятельной внеаудиторной работы студентов.
   
2. 
   Практическая работа студентов по решению задач и оформление результатов (прилагается образец оформления решения). Обсуждение результатов.
   
3. 
   Заслушивание рефератов, подготовленных студентами по актуальным вопросам темы занятия, их обсуждение, дискуссия.
   
4. 
   Контроль полученных на данном занятии знаний:
   
   • 
     проверка материала, выделенного на самостоятельную работу студентов по данной теме
     
   • 
     тестирование текущего уровня знаний
     

(результат тестирования (%)________________)

5. 
   Решение задач (минимальное количество задач, решаемых студентами, составляет 2 задачи).
   

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Образец оформления решения задач.

Задача: Записать уравнение гармонического колебания, если ее максимальное ускорение 158 см/с², период колебаний 1 с и смещение точки относительно положения равновесия в начальный момент времени равно 2 см.

Дано: amax= 158 см/с2 Т = 1 с хо = 2 см	СИ 1,58 м/с2 0,02 м	Решение: Запишем общий вид решения уравнения гармонического колебания: x(t) = А cos (ωоt + φо) Найдем круговую частоту:ωо = 2π/Т = 2π/1= 2π amax= Aωо2 – амплитуда ускорения
x(t) – ?
Выразим амплитуду смещения А = = = 0,04 (м) В начальный момент времени смещение будет равно: x(0) = А cosφо , т.к.to = 0 Выразим cosφо = = = Следовательно, φо = Тогда можем записать уравнение гармонического колебания в следующем виде: x(t) = 0,04 cos (2π t + ) (м) Ответ:уравнение гармонического колебания при данных условиях имеет вид: x(t) = 0,04 cos (2π t + ) (м).

ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ
1. При беге спортсмена колебания его центра тяжести можно рассматривать как гармонические. Наибольшее смещение центра тяжести тела принять равным 10 см. Определить максимальную скорость смещения центра тяжести спортсмена, если он делает 210 шагов в минуту.

Ответ: 2,2 м/с.
2. Дифференциальное уравнение гармонических колебаний имеет вид:

0,2 + 0,8х = 0. Найдите период и частоту этих колебаний.

Ответ: 3,14 с; 2рад/с.
3. Тело массой 5 кг совершает гармонические колебания с амплитудой А=4 см. Найти период колебаний, если максимальная кинетическая энергия Е_max=0,98 Дж.

Ответ: 0,4 с.
4.Известно, что человеческое ухо воспринимает звуковые волны в интервале частот от 20 Гц до 20 кГц. Какие длины волн соответствуют этим частотам в воздухе и в воде? Скорость звука в воздухе 340 м/с, в воде – 1400 м/с.

Ответ:70 м; 0,07 м17 м; 0,017 м.
5. Источник, помещенный в воду, создает ультразвук с длиной волны 2·10^-3м. Какова длина волны звука, выходящего из воды? Температура воды и воздуха равна 20 °С.

Ответ: 4,6∙10^-4м.
6. Логарифмический декремент затухания маятника равен λ = 0,02. Во сколько раз изменится амплитуда после 50 полных колебаний?

Ответ: в е раз.
7. За 10 с амплитуда колебаний уменьшилась в е раз. Найти коэффициент затухания этих колебаний.

Ответ: 0,1 с^-1.
8.Два звука одинаковой частоты ν = 1 кГц отличаются по громкости на ∆Е = 20 фон. Во сколько раз отличаются их интенсивности?

Ответ: в 100 раз.
9. Будет ли одинаковой воспринимаемая частота звука в случаях: а) источник звука движется навстречу неподвижному наблюдателю со скоростью 40 м/с; б) наблюдатель движется навстречу неподвижному источнику с той же скоростью? Частота источника звука 600 Гц. Ответ: нет.
10.Тело массой m= 2 г совершает гармонические колебания. В некоторый момент времени смещение точки х = 5 см, скорость υ = 20 см/с, ускорение а = 80 см/с². Найти круговую частоту, период, фазу колебания, амплитуду и полную энергию колеблющегося тела.

Ответ: 4 рад/с; 1,57 с; π/4; 0,07 м; 0,8∙10^-4 Дж.
11. Написать уравнение гармонического колебания, если амплитуда ускорения а_max = 50 cм/c², частота колебания ν = 0,5 Гц, смещение точки от положения равновесия в начальный момент времени х_о = 25 мм. Найти амплитуду скорости.

Ответ: 0,16 м.