Физика 9 класс учебник Перышкин, Гутник - страница 189

   Теоретическая часть

   Формула периода колебаний пружинного маятника:
   Период колебаний T определяется по формуле Гюйгенса:
   \begin{equation}T=2 \pi \sqrt{\frac{m}{k}}\end{equation}, где:
   T — период колебаний (с);
   m — масса груза (кг);
   k — жёсткость пружины (Н/м);
   π — математическая константа (≈ 3,14).

   Качественные зависимости:
   От массы груза (m):
• с увеличением массы груза период колебаний увеличивается (маятник колеблется медленнее);
• с уменьшением массы груза период колебаний уменьшается (маятник колеблется быстрее);
• зависимость нелинейная (корневая): для удвоения периода нужно увеличить массу в 4 раза.
   От жёсткости пружины (k):
• с увеличением жёсткости пружины период колебаний уменьшается (маятник колеблется быстрее);
• с уменьшением жёсткости пружины период колебаний увеличивается (маятник колеблется медленнее);
• зависимость обратная корневая: при увеличении жёсткости в 4 раза период уменьшается в 2 раза.

   Пример:
• если массу увеличить в 9 раз, период увеличится в 3 раза (\begin{equation}\sqrt{9}\end{equation} = 3);
• если жёсткость увеличить в 16 раз, период уменьшится в 4 раза (\begin{equation}\frac{1}{\sqrt{16}}\end{equation} = 1/4).

   Практическая часть (опыт)

   Цель: экспериментально подтвердить зависимость периода колебаний пружинного маятника от массы груза и жёсткости пружины.
   Оборудование:
• набор пружин с разной жёсткостью (k₁, k₂, k₃, где k₁ < k₂ < k₃);
• набор грузов известной массы (m₁, m₂, m₃, где m₁ < m₂ < m₃);
• штатив с креплением для пружины;
• линейка для измерения смещения;
• секундомер;
• держатель для груза.

   Порядок выполнения:

   Этап 1. Исследование зависимости от массы груза
   Закрепить пружину с постоянной жёсткостью (k = const) на штативе.
   Подвесить груз m₁, оттянуть его на небольшое расстояние и отпустить, зафиксировав начало колебаний.
   Измерить время для 10 полных колебаний, вычислить период:
   T₁ = t₁/10
   Повторить для грузов m₂ и m₃, получив T₂ и T₃.

   Занести данные в таблицу:

   Построить график T(m) и сделать вывод о характере зависимости.

   Этап 2. Исследование зависимости от жёсткости пружины
   Использовать груз постоянной массы (m = const).
   Закрепить пружину с жёсткостью k₁, измерить период T₁ (как в этапе 1).
   Заменить пружину на k₂ и k₃, измерить T₂ и T₃.

   Занести данные в таблицу:

   Построить график T(k) и сделать вывод о характере зависимости.

   Этап 3. Расчёты и анализ
   Рассчитать отношение периодов для разных масс и жёсткостей.
   Сравнить экспериментальные данные с теоретическими расчётами по формуле \begin{equation}
   T=2 \pi \sqrt{\frac{m}{k}}\end{equation}.
   Оценить погрешности измерений (например, погрешность секундомера ±0,1 с).

      Реферат
      «Ультразвук и инфразвук в природе, технике и медицине»

   Введение
   Звуковые волны окружают нас повсюду. Человеческое ухо воспринимает колебания в диапазоне от 20 Гц до 20 000 Гц (20 кГц). Звуковые волны за пределами этого диапазона не слышны человеку, но играют важную роль в природе и технике.
   Ультразвук — упругие волны с частотой выше 20 кГц.
   Инфразвук — волны с частотой ниже 20 Гц.

   Цель реферата — рассмотреть природу ультразвука и инфразвука, их источники в природе, а также применение в технике и медицине.

   1. Ультразвук и инфразвук: основные понятия и характеристики
   Ультразвук (частота > 20 кГц):
• быстро затухает в воздухе, но хорошо распространяется в жидкостях и твёрдых телах;
• может формировать направленные пучки, подобно свету;
• вызывает кавитацию в жидкостях (образование и схлопывание пузырьков);
• используется для точных измерений и воздействия на материалы.
   Инфразвук (частота < 20 Гц):
• распространяется на большие расстояния с малым поглощением;
• способен огибать препятствия из‑за большой длины волны;
• трудно локализовать источник;
• оказывает физиологическое воздействие на живые организмы даже при малой громкости.

   2. Ультразвук и инфразвук в природе
   Ультразвук в природе:
• Животные: летучие мыши (эхолокация), дельфины и киты (ориентация и общение), некоторые грызуны и насекомые.
• Природные явления: шум водопада, гром, треск деревьев на морозе.
• Растения: некоторые исследования указывают на ультразвуковое излучение растений при стрессе.
   Инфразвук в природе:
• Стихийные бедствия: землетрясения, извержения вулканов, цунами, ураганы.
• «Голос моря»: инфразвуковые волны над океаном при шторме (предупреждает о приближении бури).
• Животные: слоны (общение на расстоянии до 10 км), киты, жирафы.
• Космические явления: солнечные вспышки, атмосферные возмущения.

   3. Применение ультразвука в технике и медицине
   Техника:
• Дефектоскопия: обнаружение трещин и пустот в металлах, сварных швах, бетонных конструкциях.
• Очистка: ультразвуковые ванны для очистки мелких деталей, ювелирных изделий, оптики.
• Сварка и резка: соединение пластмасс и тонких металлов, точная резка материалов.
• Гидролокация: определение глубины, поиск косяков рыбы, подводных препятствий.
• Обработка материалов: сверление, шлифовка, полировка твёрдых сплавов.
• Химия: ускорение реакций, эмульгирование несмешивающихся жидкостей.
   Медицина:
• Диагностика: УЗИ (ультразвуковое исследование) внутренних органов, плода, сосудов.
• Терапия: физиотерапия (прогревание тканей, улучшение кровотока), фонофорез (введение лекарств через кожу).
• Хирургия: ультразвуковые скальпели для бескровного рассечения тканей, дробление камней в почках и желчном пузыре.
• Стоматология: очистка зубов от налёта и зубного камня.
• Косметология: ультразвуковой пилинг, лифтинг, массаж.

   4. Применение инфразвука в технике
• Мониторинг стихийных бедствий: предсказание цунами, штормов, землетрясений.
• Геофизика: исследование структуры земной коры, поиск полезных ископаемых.
• Контроль промышленных объектов: обнаружение утечек газа, дефектов в трубопроводах.
• Военные технологии: обнаружение подводных лодок, взрывов.
• Акустические системы: специальные сабвуферы для создания эффекта присутствия (кинотеатры, концертные залы).

   5. Влияние ультразвука и инфразвука на человека
   Ультразвук:
• Положительное воздействие (при контролируемом применении): микромассаж тканей, ускорение заживления, обезболивание.
• Отрицательное воздействие (при высоких интенсивностях): повреждение клеток, нагрев тканей, нарушение работы органов.
   Инфразвук
   Опасное воздействие:
• при 110–150 дБ: головная боль, головокружение, тошнота, нарушение дыхания;
• при 180–190 дБ: смертельно опасно (разрыв внутренних органов);
• длительное воздействие низких уровней: стресс, усталость, снижение концентрации.
   Использование в медицине: экспериментальные методы лечения (воздействие на опухоли).

   Заключение
   Ультразвук и инфразвук — важные физические явления, которые широко распространены в природе и активно используются человеком:
• ультразвук незаменим в диагностике и терапии, промышленности и научных исследованиях;
• инфразвук помогает прогнозировать природные катастрофы и исследовать земные недра;
• оба типа волн требуют осторожного обращения из‑за возможного негативного влияния на здоровье.
   Перспективы развития связаны с созданием более точных ультразвуковых датчиков, безопасных методов инфразвукового мониторинга и новых медицинских технологий.