Механические колебания и звук

На этой странице

Теория

Механические колебания и звук

Качели, маятник часов, гитарная струна — всё это колебания: движения, которые повторяются снова и снова. А звук — это те же колебания, только «сбежавшие» от источника в виде волны. В ОГЭ эта тема любит три вещи: посчитать период и частоту, разобраться в опытах с маятниками и оценить расстояние по времени хода звука. Разберём всё по порядку.

Главное

Период T — время одного полного колебания. Если за время t тело совершило N колебаний, то T = t/N. Единица — секунда (с).
Частота ν — число колебаний за секунду: ν = N/t = 1/T. Единица — герц (Гц). Чем меньше период, тем больше частота.
Амплитуда — наибольшее отклонение от положения равновесия.
Нитяной маятник (грузик на нити): период зависит от длины нити (короче нить — меньше период, колебания чаще) и НЕ зависит от массы груза.
Пружинный маятник (груз на пружине): период растёт при увеличении массы груза, а на более жёсткой пружине груз колеблется чаще (частота больше).
Звук рождает колеблющееся тело. Распространяется звук в виде упругих волн — им обязательно нужна среда (воздух, вода, твёрдое тело). В вакууме звука нет: там нечему колебаться.
Высота звука определяется частотой колебаний, громкость — амплитудой. Не путай!
Ориентиры, которые полезно помнить (в задании 18 эти значения даны в тексте — бери их оттуда): звук в воздухе — 340 м/с, в воде — 1500 м/с; свет — 300 000 км/с, то есть доходит практически мгновенно.
Путь волны считается как для обычного равномерного движения: S = v·t.

Как решать

Задача про эхолот: сигнал ушёл вниз и вернулся через t = 0,4 с. Найди глубину.

Пойми, какой путь прошёл сигнал. Он сходил до дна И обратно, значит прошёл двойную глубину: 2h = v·t.
Подставь скорость звука в воде из текста: 2h = 1500·0,4 = 600 м.
Раздели пополам: h = 600/2 = 300 м.
В развёрнутом ответе обязательно поясни, почему путь двойной, — без этого обоснование не засчитают.

Задача про грозу решается ещё проще: свет доходит мгновенно, поэтому 6 с запаздывания грома — это чистое время движения звука. S = v·t = 340·6 = 2040 м ≈ 2 км.

А в опытах с маятниками сравнивай пары, где меняется только ОДНА величина: нить 1 м даёт период T = 60/30 = 2 с, нить 0,25 м — T = 60/60 = 1 с, значит период зависит от длины. Грузы 100 г и 200 г на одинаковой нити дали одинаковый период — от массы он не зависит.

Ловушки ОГЭ

Эхо и эхолот: сигнал проходит путь туда и обратно. Забудешь разделить на два — глубина или расстояние получатся завышенными вдвое.
Высота звука — это частота, громкость — амплитуда. Перепутать их — классическая потеря балла в задании с пропусками.
Маятники разные! У нитяного период не зависит от массы, у пружинного — зависит. Не переноси свойства одного на другой.
В заданиях про опыты выбирай только то, что следует из описанных наблюдений. Если амплитуду в опыте не меняли, утверждение про амплитуду выбирать нельзя — даже если оно звучит «по-научному».

Где пригодится

Задание 4 — вставить слова в текст про природу и свойства звука.
Задание 16 — анализ опытов с нитяным и пружинным маятниками.
Задание 18 — развёрнутый ответ по тексту: эхолот, гроза и другие расчёты по S = v·t.

Термины темы

Понятия из теории выше — нажми, чтобы разобрать определение, признаки и пример:

Механические колебания — движения, которые повторяются через равные промежутки времени около положения равновесия.
Звук — механические колебания, которые бегут в воздухе, воде или твёрдом теле и слышны уху.
Нитяной маятник — груз на нити, качающийся под действием силы тяжести; его период задаёт длина нити.
Масса — мера инертности тела; измеряется в килограммах, одинакова на Земле, на Луне и в космосе.
Пружинный маятник — груз на пружине; его период растёт с массой груза и уменьшается с ростом жёсткости пружины.
Высота звука — свойство звука быть высоким или низким; зависит от частоты колебаний источника.
Частота колебаний — число полных колебаний за одну секунду: ν = N / t, измеряется в герцах.
Скорость — величина, показывающая, какой путь тело проходит за единицу времени; v = S / t, в м/с.
Эхо — отражённый от препятствия звук, который возвращается к слушателю отдельным повтором.

Попробуй решить

Реши задачу этого типа прямо здесь — проверю сразу и покажу разбор:

Воинской колонне при переходе моста приказывают сбить шаг и идти не в ногу. Зачем?

Выберите верное утверждение с объяснением.
1. Если частота шагов в ногу совпадёт с собственной частотой колебаний моста, возникнет резонанс: размах колебаний резко вырастет и мост может разрушиться.
2. Идти в ногу опасно потому, что при одновременных шагах общий вес колонны становится больше, чем при ходьбе вразнобой.
3. Одновременные удары подошв создают мощную звуковую волну, которая разрушает кристаллическую решётку металла моста.
4. Опасности нет вовсе: масса моста в тысячи раз больше массы колонны, и шаги не могут его заметно раскачать; идти не в ногу велят лишь ради удобства.
Запишите цифру, соответствующую выбранному ответу.
Прочитайте текст и вставьте на места пропусков слова (словосочетания) из приведённого списка.

Источником звука является (А)_____ тело. В воздухе звук распространяется в виде (Б)_____ волн. В (В)_____ звук распространяться не может. Высота звука определяется (Г)_____ колебаний.

Список слов и словосочетаний:
1. упругих
2. равномерно движущееся
3. жидкости
4. амплитудой
5. электромагнитных
6. частотой
7. колеблющееся
8. вакууме
Запишите четыре цифры в порядке А, Б, В, Г (без пробелов и запятых). Каждое слово может быть использовано один раз.
Груз массой 100 г, подвешенный к пружине, совершил 20 колебаний за 10 с. Груз массой 400 г на той же пружине совершил 20 колебаний за 20 с. Груз массой 100 г на более жёсткой пружине совершал колебания чаще, чем на исходной.

Из предложенного перечня выберите два утверждения, которые соответствуют результатам этих наблюдений, и запишите их номера.
1. период колебаний пружинного маятника не зависит от массы груза
2. период колебаний пружинного маятника увеличивается при увеличении массы груза
3. период колебаний пружинного маятника зависит от амплитуды колебаний
4. на более жёсткой пружине груз колеблется реже
5. частота колебаний пружинного маятника зависит от жёсткости пружины
Цифры в ответе можно записывать в любом порядке.
Ученик изучал колебания нитяного маятника. Маятник с нитью длиной 1 м и грузом массой 100 г совершил 30 полных колебаний за 60 с. Маятник с нитью длиной 0,25 м и тем же грузом совершил 60 колебаний за 60 с. Маятник с нитью длиной 1 м и грузом массой 200 г совершил 30 колебаний за 60 с.

Из предложенного перечня выберите два утверждения, которые соответствуют результатам этих наблюдений, и запишите их номера.
1. период колебаний маятника зависит от длины нити
2. период колебаний маятника увеличивается при увеличении массы груза
3. период колебаний маятника не зависит от массы груза
4. период колебаний маятника зависит от амплитуды колебаний
5. период колебаний маятника не зависит от длины нити
Цифры в ответе можно записывать в любом порядке.
Груз нитяного маятника заменили на груз вдвое большей массы того же размера; длина нити прежняя.

Как в результате изменятся следующие величины?

А) частота колебаний маятника
Б) период колебаний маятника

Для каждой величины определите характер изменения:
1. увеличится
2. уменьшится
3. не изменится
Запишите две цифры в порядке А, Б (цифры могут повторяться).
В пружинном маятнике пружину заменили на более жёсткую, груз оставили прежним.

Как в результате изменятся следующие величины?

А) период колебаний маятника
Б) частота колебаний маятника

Для каждой величины определите характер изменения:
1. увеличится
2. уменьшится
3. не изменится
Запишите две цифры в порядке А, Б (цифры могут повторяться).

Разбор заданий

Разобранный пример

Груз массой 100 г, подвешенный к пружине, совершил 20 колебаний за 10 с. Груз массой 400 г на той же пружине совершил 20 колебаний за 20 с. Груз массой 100 г на более жёсткой пружине совершал колебания чаще, чем на исходной.

Из предложенного перечня выберите два утверждения, которые соответствуют результатам этих наблюдений, и запишите их номера.

период колебаний пружинного маятника зависит от амплитуды колебаний
период колебаний пружинного маятника увеличивается при увеличении массы груза
частота колебаний пружинного маятника зависит от жёсткости пружины
на более жёсткой пружине груз колеблется реже
период колебаний пружинного маятника не зависит от массы груза

Цифры в ответе можно записывать в любом порядке.

Показать решение

— «период колебаний пружинного маятника увеличивается при увеличении массы груза» — верно: с грузом 400 г те же 20 колебаний заняли вдвое больше времени.
— «частота колебаний пружинного маятника зависит от жёсткости пружины» — верно: на более жёсткой пружине тот же груз колебался чаще.
Остальные утверждения не подходят:
— «период колебаний пружинного маятника не зависит от массы груза» — противоречит опыту: период с грузом 400 г вдвое больше, чем со 100 г.
— «период колебаний пружинного маятника зависит от амплитуды колебаний» — из опыта не следует: амплитуду в опыте не меняли.
— «на более жёсткой пружине груз колеблется реже» — противоречит опыту: в опыте колебания на жёсткой пружине были чаще.
Ответ: 23.

Разобранный пример

период колебаний пружинного маятника зависит от амплитуды колебаний
период колебаний пружинного маятника не зависит от массы груза
частота колебаний пружинного маятника зависит от жёсткости пружины
период колебаний пружинного маятника увеличивается при увеличении массы груза
на более жёсткой пружине груз колеблется реже

Цифры в ответе можно записывать в любом порядке.

Показать решение

— «период колебаний пружинного маятника увеличивается при увеличении массы груза» — верно: с грузом 400 г те же 20 колебаний заняли вдвое больше времени.
— «частота колебаний пружинного маятника зависит от жёсткости пружины» — верно: на более жёсткой пружине тот же груз колебался чаще.
Остальные утверждения не подходят:
— «период колебаний пружинного маятника зависит от амплитуды колебаний» — из опыта не следует: амплитуду в опыте не меняли.
— «период колебаний пружинного маятника не зависит от массы груза» — противоречит опыту: период с грузом 400 г вдвое больше, чем со 100 г.
— «на более жёсткой пружине груз колеблется реже» — противоречит опыту: в опыте колебания на жёсткой пружине были чаще.
Ответ: 34.

Отработать задание №4 по физике →Первые задания доступны без регистрации: проверка ответа и общее решение задачи. Сохранение прогресса и персональный разбор — в аккаунте.

Частые вопросы

Что нужно знать по теме «Механические колебания и звук» для ОГЭ по физике?

Качели, маятник часов, гитарная струна — всё это колебания: движения, которые повторяются снова и снова. А звук — это те же колебания, только «сбежавшие» от источника в виде волны. В ОГЭ эта тема любит три вещи: посчитать период и частоту, разобраться в опытах с маятниками и оценить расстояние по… Полный разбор с примерами — выше на этой странице.

В каких заданиях ОГЭ по физике встречается тема «Механические колебания и звук»?

Тема «Механические колебания и звук» встречается в заданиях №4, №5, №12, №16, №18, №19 — по действующим спецификации и демоверсии ФИПИ.

Где потренироваться в заданиях по теме «Механические колебания и звук»?

В тренажёре Совелия — предметная практика. Первые задания доступны без регистрации: проверка ответа и общее решение задачи. Сохранение прогресса и персональный разбор — в аккаунте.