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.
Попробуй решить
Реши задачу этого типа прямо здесь — проверю сразу и покажу разбор:
- <p>Воинской колонне при переходе моста приказывают сбить шаг и идти не в ногу. Зачем?</p> <p>Выберите верное утверждение с объяснением.</p> <ol><li>Если частота шагов в ногу совпадёт с собственной частотой колебаний моста, возникнет резонанс: размах колебаний резко вырастет и мост может разрушиться.</li><li>Идти в ногу опасно потому, что при одновременных шагах общий вес колонны становится больше, чем при ходьбе вразнобой.</li><li>Одновременные удары подошв создают мощную звуковую волну, которая разрушает кристаллическую решётку металла моста.</li><li>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.</li></ol> <p>Запишите цифру, соответствующую выбранному ответу.</p>
- <p>Прочитайте текст и вставьте на места пропусков слова (словосочетания) из приведённого списка.</p> <p>Источником звука является (А)_____ тело. В воздухе звук распространяется в виде (Б)_____ волн. В (В)_____ звук распространяться не может. Высота звука определяется (Г)_____ колебаний.</p> <p>Список слов и словосочетаний:</p> <ol><li>упругих</li><li>равномерно движущееся</li><li>жидкости</li><li>амплитудой</li><li>электромагнитных</li><li>частотой</li><li>колеблющееся</li><li>вакууме</li></ol> <p>Запишите четыре цифры в порядке А, Б, В, Г (без пробелов и запятых). Каждое слово может быть использовано один раз.</p>
- <p>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.</p> <p>Из предложенного перечня выберите два утверждения, которые соответствуют результатам этих наблюдений, и запишите их номера.</p> <ol><li>период колебаний пружинного маятника не зависит от массы груза</li><li>период колебаний пружинного маятника увеличивается при увеличении массы груза</li><li>период колебаний пружинного маятника зависит от амплитуды колебаний</li><li>на более жёсткой пружине груз колеблется реже</li><li>частота колебаний пружинного маятника зависит от жёсткости пружины</li></ol> <p>Цифры в ответе можно записывать в любом порядке.</p>
- <p>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.</p> <p>Из предложенного перечня выберите два утверждения, которые соответствуют результатам этих наблюдений, и запишите их номера.</p> <ol><li>период колебаний маятника зависит от длины нити</li><li>период колебаний маятника увеличивается при увеличении массы груза</li><li>период колебаний маятника не зависит от массы груза</li><li>период колебаний маятника зависит от амплитуды колебаний</li><li>период колебаний маятника не зависит от длины нити</li></ol> <p>Цифры в ответе можно записывать в любом порядке.</p>
- <p>Груз нитяного маятника заменили на груз вдвое большей массы того же размера; длина нити прежняя.</p> <p>Как в результате изменятся следующие величины?</p> <p>А) частота колебаний маятника<br>Б) период колебаний маятника</p> <p>Для каждой величины определите характер изменения:</p> <ol><li>увеличится</li><li>уменьшится</li><li>не изменится</li></ol> <p>Запишите две цифры в порядке А, Б (цифры могут повторяться).</p>
- <p>В пружинном маятнике пружину заменили на более жёсткую, груз оставили прежним.</p> <p>Как в результате изменятся следующие величины?</p> <p>А) период колебаний маятника<br>Б) частота колебаний маятника</p> <p>Для каждой величины определите характер изменения:</p> <ol><li>увеличится</li><li>уменьшится</li><li>не изменится</li></ol> <p>Запишите две цифры в порядке А, Б (цифры могут повторяться).</p>
Разбор заданий
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.
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 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.
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 — задачи этого типа с мгновенной проверкой, подсказками и разбором именно твоей ошибки. Бесплатно, без рекламы, прогресс сохраняется.