Zdjęcie okładkowe (poglądowe) przedstawia wahadło Newtona składające się z sześciu metalowych kulek. Każda z kulek zawieszona jest na dwóch sznurkach przymocowanych do przeciwległych boków kulki. Kulki stykają się za sobą tworząc rządek. Jedna z kulek po prawej stronie jest odchylona i zbliża się do pozostałych zetkniętych ze sobą. Skutkiem takiego działania będzie zderzenie a następnie przekazanie energii poprzez kolejne kulki do tej, która znajduje się najbardziej z lewej strony. Kiedy energia zostanie przekazana do skrajnie lewej kulki, ta odchyli się a następnie wróci i cały proces zajdzie w odwrotnym kierunku. Urządzenie nazywane jest czasami również kołyską Newtona. Kulki widoczne są na niebieskim tle a całość stanowi tło dla białego napisu: "Przykłady ruchu harmonicznego".
Zdjęcie okładkowe (poglądowe) przedstawia wahadło Newtona składające się z sześciu metalowych kulek. Każda z kulek zawieszona jest na dwóch sznurkach przymocowanych do przeciwległych boków kulki. Kulki stykają się za sobą tworząc rządek. Jedna z kulek po prawej stronie jest odchylona i zbliża się do pozostałych zetkniętych ze sobą. Skutkiem takiego działania będzie zderzenie a następnie przekazanie energii poprzez kolejne kulki do tej, która znajduje się najbardziej z lewej strony. Kiedy energia zostanie przekazana do skrajnie lewej kulki, ta odchyli się a następnie wróci i cały proces zajdzie w odwrotnym kierunku. Urządzenie nazywane jest czasami również kołyską Newtona. Kulki widoczne są na niebieskim tle a całość stanowi tło dla białego napisu: "Przykłady ruchu harmonicznego".
Przykłady ruchu harmonicznego
Czy to nie ciekawe?
Drgania spotykasz na każdym kroku. Drga most, przez który przejeżdża pociąg, drga wahadło zegara, huśtawka, membrana głośnika, powietrze w piszczałkach czy struna gitary.
Zapisy drgań skorupy ziemskiej, rejestrowane za pomocą sejsmografów, są podstawą analizy fal sejsmicznych i trzęsień Ziemi.
R1PhG7svbrRvi
Rys. 1. Ilustracja przedstawia rysunek schematu budowy sejsmografu. Sejsmograf ustawiony jest na podłożu widocznym w postaci ciemnoszarego prostokąta. Podłoże może poruszać się w kierunku poziomym co symbolizuje dwustronna, czarna i pozioma strzałka zakończona grotami na obu końcach. Sejsmograf składa się z podstawy widocznej w postaci poziomego szarego prostokąta przymocowanego do podłoża żółtymi śrubami. Jeżeli podłoże będzie się poruszać to podstawa sejsmografu również zostanie wprawiona w ruch. Obudowa sejsmografu widoczna jest w postaci szarego pionowego prostokąta oraz poziomego szarego prostokąta przymocowanego do górnego końca części pionowej. Na końcu poziomej i górnej części obudowy przymocowana jest nić narysowana w postaci czarnego pionowego odcinka. Do dolnego i zwisającego końca nici przymocowany jest ciężarek narysowany, jako szara kulka. Do dołu kulki przymocowany jest rysik widoczny w postaci czarnej, pionowej strzałki skierowanej w dół. Rysik swoim czubkiem styka się z elementem na przykład papierowym. Drgania podłoża przenoszone przez obudowę powodują ruch ciężarka a tym samym przesuwają rysik po powierzchni, na którem może on zaznaczyć ślad. Na podstawie śladu zarejestrowanego przez rysik można ocenić ruch podłoża, a zatem ewentualne wstrząsy.
Rys.a. Budowa sejsmografu
R5iwF4XptbcY9
Ilustracja przedstawia trzy wykresy zarejestrowane przez sejsmografy umieszczone w różnych miejscowościach w Polsce, widoczne jeden nad drugim. Na niebieskich tłach widoczne są funkcje przypominające drgania w kierunku pionowym przesuwające się w kierunku poziomym w prawo. Górny wykres przedstawia dane zarejestrowane w Niedzicy. Na początku wykres przedstawia funkcję o stałej wartości, a następnie zaczyna wskazywać niewielkie drgania w kierunku pionowym. Drgania te trwały cztery i trzy dziesiąte sekundy, co odpowiada przesunięciom skorupy ziemskiej o trzydzieści pięć kilometrów. Następnie drgania nasilają się i stopniowo gasną. Środkowy wykres pokazuje dane zebrane przez sejsmograf umieszczony w miejscowości Ojców. Początkowo również przedstawia funkcje o stałej wartości. Następnie pojawiają się niewielkie drgania w kierunku pionowym trwające dwanaście sekund, co odpowiada przesunięciu skorupy ziemskiej o sto kilometrów. Następnie drgania nabierają na sile, by później wygasać. Najniższy wykres pokazuje dane zebrane przez sejsmograf umieszczony w miejscowości Ostrawa. Początkowo również przedstawia on funkcje o stałej wartości. Następnie pojawiają się niewielkie drgania w kierunku pionowym trwające siedemnaście sekund, co odpowiada przesunięciu skorupy ziemskiej o sto trzydzieści sześć kilometrów. Następnie drgania nabierają na sile, by później wygasać.
Rys. b. Przykładowe sejsmogramy, źródło: „Fizykatrzęsień ziemi – pakiet rozszerzony”, projekt ERIS, Instytut Geofizyki PAN - https://www.igf.edu.pl/eris.php
Drgania kryształu kwarcu wykorzystuje się w zegarkach kwarcowych jako wzorzec czasu. Drgają również cząsteczki, z których zbudowana jest materia, a także atomy, z których składają się cząsteczki.
Można podać jeszcze inne przykłady ruchu drgającego, ale co kryje się pod pojęciem „ruch drgający harmoniczny”?
Twoje cele
W tym e‑materiale:
poznasz przykłady ruchu drgającego,
poznasz wykresy zależności położenia od czasu otrzymane podczas rejestracji ruchu drgającego,
dowiesz się, że ruch drgający, w którym wykres zależności wychylenia od czasu ma kształt sinusoidalny, jest nazywany ruchem harmonicznym,
zrozumiesz, że ruch harmoniczny jest szczególnym przypadkiem ruchu drgającego,
dowiesz się, jak odczytać z wykresu amplitudę i okres drgań,
zrozumiesz, jak rozpoznawać ruch harmoniczny na podstawie wykresu,
przeanalizujesz wykresy zależności położenia od czasu ciężarka zawieszonego na sprężynie i wahadła matematycznego,
uzasadnisz stwierdzenie, że drgania ciężarka zawieszonego na sprężynie i ruch wahadła matematycznego są drganiami harmonicznymi.
