Подорож у «світ коливань»




Сторінка1/4
Дата конвертації25.12.2016
Розмір0,8 Mb.
  1   2   3   4
ТЕМА УРОКУ: ПОДОРОЖ У «СВІТ КОЛИВАНЬ»

МЕТА УРОКУ:

НАВЧАЛЬНА:


  • систематизувати та узагальнити знання учнів про механічні коливання, його параметри, резонанс;

  • удосконалити вміння застосовувати отримані знання для пояснення фізичних явищ; навички з моделювання і конструювання при розв’язуванні експериментальних задач.

РОЗВИВАЛЬНА:

  • розвивати вміння учнів аналізувати явища, робити висновки;

  • пробуджувати пізнавальний інтерес учнів;

  • розвивати спостережливість;

  • розширювати кругозір;

  • розвивати логічне мислення учнів через самостійне застосування знань у незнайомих ситуаціях.

ВИХОВНА:


  • виховувати самостійність і наполегливість у роботі;

  • виховувати колективізм у роботі парами, в групах;

  • формувати акуратність під час проведення дослідів;

  • формувати навички культури мовлення під час пояснення та коментування фізичних явищ, рецензування відповідей;

  • формувати інтерес до вивчення фізики на основі міжпредметних зв’язків.

ТИП УРОКУ: урок узагальнення і систематизації знань

ВИД УРОКУ: урок-подорож

ФОРМИ І МЕТОДИ: робота в малих групах, в парах, випереджувальне завдання (створення презентацій, підготовка повідомлень), доповідь.

ДИДАКТИЧНЕ ЗАБЕСПЕЧЕННЯ: комп’ютерні презентації, картки-завдання, відеоматеріали «Серце людини», «Маятник Фуко», «Руйнування моста»; вислови про коливання.

МАТЕРІАЛЬНО-ТЕХНІЧНЕ ЗАБЕСПЕЧЕННЯ:



  • модель математичного маятника;

  • модель пружинного маятника;

  • модель маятникового годинника;

  • модель маятникового годинника;

  • модель ДВЗ;

  • мультимедійний проектор;

  • частотомір;

  • іграшка «неваляшка»;

  • плакати «Гармонічні коливання», «Землетруси».

МІЖПРЕДМЕТНІ ЗВ’ЯЗКИ: інформатика, географія, історія, біологія, література, техніка.
ЕПІГРАФ:

«СВІТ, В ЯКОМУ МИ ЖИВЕМО, ДИВОВИЖНО СХИЛЬНИЙ ДО КОЛИВАНЬ» Р.БІШОП

ХІД УРОКУ

  1. ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ МОМЕНТ

  2. ПОВІДОМЛЕННЯ ТЕМИ, МЕТИ, ЗАВДАНЬ УРОКУ. МОТИВАЦІЯ УЧІННЯ


ВСТУПНЕ СЛОВО ВИКЛАДАЧА

Сьогодні ми будемо вести розмову про один з найпоширеніших видів руху в природі і техніці. А який саме, ви дізнаєтесь, прослухавши уривок з віршу М.Заболоцького «Ранок»:



Рожденный пустыней,
Колеблется звук,
Колеблется синий
На нитке паук.
Колеблется воздух,
Прозрачен и чист,
В сияющих звездах
Колеблется лист.

Про яких вид рух ви дізналися з цього уривку? (Коливальний)

Ми з вами завершили вивчення теми «Коливання і хвилі». Майже неможливо назвати таку сферу, в якій би не зустрічалися коливання. Коливаються дерева в лісі, пшениця в полі, струни музичних інструментів, мембрана телефону, площини й фюзеляж літака, поршні двигунів, маятник годинників. Такі рухи відбуваються й у житті нашої планети (землетруси, приливи й відливи). З коливаннями ми зустрічаємось й у живій природі: биття серця, рух голосових зв'язок, дихання, скорочення м’язів, коливання настрою. В економіці також можна знайти приклади такого руху: коливання курсу валют, акцій, світових цін на певний вид товару. Як ви бачити світ коливань різноманітний і всеоб’ємний. Сьогодні на уроці ми узагальнимо знання про механічні коливання, покажемо їх прояв у різних сферах життєдіяльності людини, навколишньому середовищі. А зробимо ми це у вигляді подорожі у «Світ коливань». Епіграфом нашого уроку будуть слова англійського фізика Р.Бішопа: «СВІТ, В ЯКОМУ МИ ЖИВЕМО, ДИВОВИЖНО СХИЛЬНИЙ ДО КОЛИВАНЬ».

Отож, розпочнемо нашу подорож.




  1. ВІДТВОРЕННЯ ТА УЗАГАЛЬНЕННЯ ПОНЯТЬ І ЗАСВОЄННЯ

ВІДПОВІДНОЇ ЇМ СИСТЕМИ ПОНЯТЬ
СТАНЦІЯ 1

ВИКЛАДАЧ

Наша мандрівка неможлива без з’ясування деяких теоретичних відомостей про механічні коливання, тому перша зупинка – станція «ТЕОРЕТИКОГРАД».



ФРОНТАЛЬНЕ ОПИТУВАННЯ:

1. Що ж таке коливання?

2. Їхня характерна особливість?

3. Розглянемо характеристики коливань (потрібно дати означення, вказати позначення, одиниця вимірювання в СІ, формула для визначення):

  • амплітуда;

  • період;

  • частота;

  • циклічна частота.

4. Як відомо, існує велика кількість коливань. Пригадаємо їх види (учні усно заповнюють схему і дають визначення кожного виду коливань):


Наступне завдання: класифікувати запропоновані приклади коливань (вільні та вимушені; затухаючі та незатухаючі):

  1. коливання гілок дерева під час вітру;

  2. іграшка-неваляшка;

  3. коливання гойдалки без підштовхувань;

  4. рух поршня в двигуні;

  5. батут, на якому стрибають;

  6. биття серця;

  7. тряска автомобіля на нерівній дорозі;

  8. струна гітари після виведення її з положення рівноваги;

  9. коливання кульки на нитці;

  10. коливання скла в будинку, повз який проїжджає вантажівка;

  11. коливання вантажу на пружині;

  12. коливання мітли двірника;

  13. коливання голки швейної машини.


ВИКЛАДАЧ

Ви бачите, що всі вільні коливання є затухаючими, а вимушені – незатухаючими.

Отже, ми з вами повторили основні відомості про механічні коливання. Продовжимо нашу мандрівку далі.

СТАНЦІЯ 2
ВИКЛАДАЧ

Всім відомо, що кожна теорія, гіпотеза повинна підтверджуватись практикою, дослідами. Цікавим з цього приводу є вислів Ольги Муравйової (сучасна російська поетеса, майстер афоризмів): «Теорія без практики – це нуль. Але практика без теорії може бути і мінусом».

Вам надається така можливість підтвердити свої знання дослідами. І тому ми робимо наступну зупинку – станція «ДОСЛІДОГРАД».

Тут на нас чекають експериментальні та якісні задач.


Для розв’язування експериментальних задач створені три групи «Математичний маятник», «Пружинний маятник», «Автоколивання» (по 4 чоловіки).

Їх завдання:

Скласти коливальну систему, продемонструвати коливання, які в ній виникають.

Дати відповіді на запитання:



  • з яких частин складається дана коливальна система?

  • який вид коливань у ній виникає? Умови їх виникнення?

  • від чого залежить період коливань цієї системи?

На виконання завдань дається 5-10 хвилин.


Якісні задачі решта учнів будуть розв’язувати в парах:

  1. Періоди коливань математичного маятника довжиною 1м в Осло і в Токіо відрізняються на 0,002с. З чим пов’язана ця відмінність?(Ці міста знаходяться на різних географічних широтах, отже, будуть мати різне значення прискорення вільного падіння)

  2. Що треба зробити з довжиною маятника настінного годинника, якщо він відстає?(При відставанні період більший від потрібного, тому довжину маятника потрібно зменшити)

  3. Космонавт взяв з собою на Місяць наручний механічний годинник й маятниковий годинник. Які з них ідуть на Місяці так само, як на Землі? (Наручний механічний годинник, а маятниковий буде відставати, бо на Місяці прискорення вільного падіння менше, а значить період обертання більший)

  4. Чи зміниться період коливань гойдалки, якщо замість однієї людини на неї сядуть двоє?(Ні, бо період обертання гойдалки не залежить від маси)


ЗВІТ УЧНІВ ПРО ВИКОНАНУ РОБОТУ (розповіді про коливальні системи, які супроводжуються відповідними слайдами презентації, демонстрація та коментування дослідів, розв’язки якісних задач)
ВИКЛАДАЧ

Ви добре впорались із завданнями, тож можемо продовжити нашу подорож.

За висловлюванням Г.Галілей «будь-які істини легко зрозуміти, якщо вони відкриті. Складність у тому, щоб їх відкрити»

А хто ж вчених вперше зацікавився вивченням коливань і застосуванням маятників у пристроях? Давайте з ними познайомимось.


СТАНЦІЯ 3

ВИКЛАДАЧ

Отож, наступна наша зупинка – станція «ІСТОРИКОГРАД».


Спочатку ми дізнаємось про видатного італійського вченого Галілео Галілей.
ПОВІДОМЛЕННЯ УЧНЯ ПРО Г. ГАЛІЛЕЯ
Давайте познайомимось з сином Костянтина Гюйгенса – Християном - великим вченим, якого називали геніальним годинникарем всіх часів.
ПОВІДОМЛЕННЯ УЧНЯ ПРО Х. ГЮЙГЕНСА
Дізнаємось про ще один досить цікавий маятник, автором якого є Жан Фуко.
ПОВІДОМЛЕННЯ УЧНЯ ПРО Ж. ФУКО
ПЕРЕГЛЯД ВІДЕО «МАЯТНИК ФУКО»

СТАНЦІЯ 4

ВИКЛАДАЧ

Продовжимо подорож. Далі на нас чекає станція, назва якої невідома, щоб її розшифрувати, потрібно розгадати загадку:



«Мій рід дуже древній. Батьки мої – коливання. Бабуся Цунамі – добре відома розбійниця на океанських узбережжях, дідусь – великий винахідник: і струнних, і духових, і клавішних музичних інструментів.

На рахунку мого батька не один зруйнований міст, а моя мама у великій дружбі з землетрусами. Я достойний нащадок своїх предків. Завдяки мені ви маєте приймачі і телевізори, не без моєї участі розламуються навпіл судна. Мені симпатизують музиканти, годинникарі, зв’язківці, і не надто шанують льотчики, моряки, будівельники. Я тут і там! Я всюди! Хто я?» (РЕЗОНАНС)

Отже, наступна станція «РЕЗОНАНСОГРАД».



ФРОНТАЛЬНЕ ОПИТУВАННЯ:

  1. Що таке резонанс? Що означає в перекладі з латинської слово «резонанс»?

  2. Умови його виникнення?

  3. Пояснити резонансну криву.

Познайомимось більш детальніше з позитивними сторонами резонансу:

        • резонатори музичних інструментів.

Це пристрої, які мають резонансні властивості, тобто дають найсильніший відклик на зовнішні коливання певної частоти. В них створюються стоячі хвилі. В музичних інструментах ці пристрої використовують для підсилення інтенсивності звуку:

    • у струнних, ударних інструментах їх роль виконують порожнини. Наприклад, звучання скрипок Страдиварі відрізняються від звучання інших скрипок характерною яскравістю та чистотою. Їх секрет полягає в клеєві для дека, який гасить вібрацію інструмента.

    • Духові інструменти (кларнет, саксофон) використовують для створення звуку коливання тростинки. Ці коливання підсилюються на певних частотах резонатором у вигляді прямої або закрученої трубки. Закриваючі певні клапани кларнетист змінює положення вузлів стоячої хвилі, а, отже, і висоту звуку.

У стінах найкращого оперного театру Європи Ла Скала (Італія) для гарної акустики у стіни вмонтовані порожні трубки різної довжини;


    • гойдалка;

    • виштовхування машини, яка застрягла. Її потрібно розгойдати з частотою, рівною частоті коливань машини, і без великих зусиль можна збільшити амплітуду коливань настільки, що машина виїде на рівне місце;

    • розгойдування язика дзвону. Розгойдати язик великого дзвону може навіть дитина, якщо вона буде натягувати мотузку з частотою, рівною частоті коливань язика. Але найсильніша людина не розгойдає язик, смикаючи мотузку не в резонанс;

    • частотомір – прилад для вимірювання частоти коливань. Представляє собою комплект пружних пластин, кожна з яких має відому власну частоту вільних коливань. Частота, що вимірюється, співпадає з частотою коливань тієї пластини, яка має найбільшу амплітуду коливань;

    • віброущільнювач матеріалів використовують для ущільнення сипучої основи фундаментів, доріг, бетону. Існують різні конструкції цих пристроїв, але основна частина їх однакова – це міцна основа, на якій встановлений двигун з неврівноваженим маховиком або системою неврівноважених вантажів. При роботі двигуна ці вантажі або маховик викликають коливання всього пристрою. Для отримання великих амплітуд власну частоту ущільнювача роблять рівною частоті вібрацій вала двигуна. Коливання віброущільнювача передаються через основу ґрунту. Він стає менш щільним, і сипучі речовини проникають глибше. Такі ущільнювачі також використовують для занурення палів і труб при будівництві морських та озерних споруд;

    • резонансний метод руйнування льоду. При русі будь-якого вантажу по поверхні льоду у воді виникають хвилі як результат додавання коливань крижаної товщі і гравітаційних хвиль води. При швидкості руху вантажу, яка рівна мінімальній фазовій швидкості хвиль, що виникли, вода перестає підтримувати лід. Амплітуда хвиль різко зростає і при певному її значенні починається руйнування льоду. Цю швидкість називають резонансною. Енергозатрати при такому методі мінімальні. В якості навантаження використовують амфібійні судна на повітряній подушці, т. я. відсутній контакт їх корпусу з льодом, прохідність над засніженим крижаним покривом, безпека руху над битим льодом і чистою водою. Практична відсутність осідання у таких суден дозволяє руйнувати лід в басейнах будь-якої глибини.

Можливість виникнення резонансу під час руху вантажу по льоду враховувалась ще в роки Великої Вітчизняної війни. По Ладозькому озеру до блокадного Ленінграду проходила автомобільна дорога протяжністю в 27 км, відома в історії як «Дорога життя». Щоб крижаний покрив під тиском потоку автомашин не прийшов в резонансне коливання і не зруйнувався, вживали спеціальних заходів. Для цього вантаж автомашин підбирали таким чином, щоб частота коливань крижаного покриву відрізнялася від частоти, з якою впливали на нього автомашини, що рухались. При невірних підрахунках лід міг тріснути. Машини повинні були рухатись зі швидкістю, яка не перевищує 35 км/год.
Як відомо, це явище може мати і негативні наслідки. Розглянемо їх та способи боротьби з цим явищем у кожному конкретному випадку:

  • руйнування споруд (мостів, будинків, пам’ятників). В історії відомі випадки резонансного руйнування мостів, деякі з них призвели навіть до загибелі людей. В кінці 19 ст. був зруйнований підвісний міст через річку Луара у Франції. 20.01.1905 р. по Єгипетському ланцюговому мосту у Санкт-Петербурзі проходив ескадрон гвардійської кавалерії, а назустріч йому рухалися 11 саней з візницями. У цей момент міст звалився на лід Фонтанки. Обійшлося без жертв. 7.11.1940 р. був зруйнований Текомський міст у США.


ПЕРЕГЛЯД КІНОФРАГМЕНТУ «РУЙНУВАННЯ МОСТА»
Для попередження руйнування мостів на них встановлюють різноманітні укріплення; велика кількість людей повинна переходити міст вільним кроком. Поїзди переїжджають мости з мінімальною або максимальною швидкістю, щоб частота ударів колес по стиках рейок не співпадала з власною частотою коливань моста.

У багатьох хмарочосах використовують різні методи боротьби з коливаннями:



  • «Тайбей 101» (Тайвань) – 101-поверховий хмарочос висотою 509,2 м. Стабілізатором є гігантська сталева куля, яка підвішена на міцних тросах у відкритій сферичній порожнині між 88-им і 92-им поверхами. Цей маятник вагою 728 (за деякими даними – 900) тонн і є компенсацією коливань будинку при сильних поривах вітру (60м/с) і навіть підземних поштовхів силою до 7 балів.

  • «Башта Цзінь Мао» (Шанхай, Китай) – 88-поверхова будівля вистою 421 м для захисту від ураганних вітрів (до 200 км/год) і землетрусу (7 балів) створена високотехнологічна структурна система. У сталевих колонах є рухомі з’єднання, які поглинають силу поштовхів і пом’якшують дію вітру та землетрусів, а плавальний басейн на 57-му поверсі діє як амортизатор. Максимальна амплітуда коливань вершини будівлі 75 см.

  • Пам’ятник «Родина-мать» (скульптор О. Вучетич) має загальну висоту 85 м, висота фігури – 52 м, довжина меча - 33 м (маса меча 14 тонн). Загальна маса пам’ятника – 3 тис. тонн. Скульптура порожниста з напруженого залізобетону з товщиною оболонки до 30 см. Меч виготовлений з малолегалізованої сталі з плавним переходом у місця зміни товщини і ширини меча. Завдяки зміні початкової конструкції та розмірів меча вдалося зменшити амплітуду коливань пам’ятника від півметра до кількох мм.

  • Цікавим є той факт, що під час потужних землетрусів, єдиними незруйнованими спорудами були пагоди. Справа в тому, що всередині них підвішували зверху вниз дерев’яну балку з вантажем. Частоту коливань цього маятника підбирали такою, щоб під час землетрусів він розкачувався у протифазі з будівлею.

  • розливання води з відра при ходьбі з ним. Для припинення розливання води потрібно змінити темп ходи. При цьому зміниться частота зовнішньої сили;

  • розгойдування вагонів на стиках рейок. Для зменшення ударного навантаження на вагони стики рейок роблять під кутом 45º до осі рейок, при цьому колеса плавно перекочуються по рейкам;

  • деренчання скла в транспорті. Потрібно змінити швидкість руху;

  • флатер. Це шкідливі коливання крила літака під час польоту. У швидкісних літаків ці коливання, які мають велику амплітуду, можуть призвести до руйнування крил. Досить довгий час вчені шукали розв’язку цієї проблеми. Один із знайдених способів виявився дуже простим – у переднього краю кожного крила роблять потовщення, яке гасить ці шкідливі коливання. Але якщо б звернулися за допомогою до природи, то вирішення проблеми знайшли б значно швидше. Адже у бабки на кінці крил є тонке хітинове потовщення для регулювання коливань крил. Його видалення призводить до порушення польоту комахи.


ВИКЛАДАЧ

Давайте сформулюємо способи боротьби з негативним проявом резонансу:



    • зміна частоти власних коливань системи або частоти зовнішньої сили;

    • збільшення сил тертя в системі;

    • введення ще одного зовнішнього впливу, що перебуває в протифазі до першого;

    • додавання вантажів зі змінним центром тяжіння.



      1. УЗАГАЛЬНЕННЯ ТА СИСТЕМАТИЗАЦІЯ ОСНОВНИХ ТЕОРЕТИЧНИХ ПОЛОЖЕНЬ І ВІДПОВІДНИХ ІДЕЙ НАУКИ

СТАНЦІЯ 5

ВИКЛАДАЧ

Продовжимо нашу подорож.

Відгадайте загадки:

1. Що рухається швидше кулі?

2. Що здатне зруйнувати високий будинок за секунду?

3. Що сильніше ядерного вибуху?

(Землетрус)

Це грізне явище пов’язане з коливаннями в земній корі, а його наслідки - з резонансом. Для детального ознайомлення із землетрусами зробимо зупинку – станція «СЕЙСМОГРАД».

Люди з давніх-давен намагалися збагнути його причини. Для цього знадобилися тисячоліття. Першим вченим у Росії, хто правильно пояснив причини землетрусу, був М.В.Ломоносов. У 1757р. він стверджував, що внаслідок геологічних процесів у надрах Землі, земна кора постійно змінюється. Зсуви шарів і розриви спричиняють це явище.

Отже, землетрус – це сильні коливання земної кори, зумовлені тектонічними причинами, тобто рухом окремих ділянок земної кори у різних напрямках. Під час руху земної кори певні її ділянки з величезною силою тиснуть одна на одну, через це в таких місцях виникають і наростають напруги, нагромаджується колосальна енергія. Та це не може тривати безкінечно. Настає розрядка, подібна до того, як рветься тятива занадто натягнутого лука чи тріскає перекручена пружина. Сили зчеплення між брилами не витримують натиску, який дедалі збільшується, і тоді всередині земної кори відбуваються розливи, розломи, зсуви окремих шарів; одні з них зміщуються вниз чи вбік, інші – в протилежному напрямку. При цьому відбувається вивільнення нагромадженої енергії. Вона колосальна, її вистачить, щоб підняти на стометрову висоту 100 мільярдів тонн води. Місце, де зсуваються гірські породи, називається гіпоцентром. Від цього місця в усіх напрямках поширюється декілька видів хвиль. Найбільші коливання відбуваються в точці поверхні, що знаходиться строго над гіпоцентром, її називають епіцентром землетрусу.

Під час землетрусу ударна хвиля рухається від епіцентру. Спочатку виникають первинні хвилі (Р-хвилі); потім з’являються вторинні хвилі (S-хвилі), які розгойдують масиви гірських порід під прямим кутом. Третій тип хвиль – поверхневі – примушують земну поверхню йти брижами і посилюють руйнування, нанесені вторинними хвилями.

Майже кожен землетрус супроводжується звуковими явищами, які можуть викликати жах у людини. Підземний гул то подібний розкатам грому, то клекотанню киплячої води, то гуркоту важкого потяга або обвалу, то свисту вітру, то звуку при польоті снаряду, то вибуху. Звуки іноді випереджують хвилю землетрусу, іноді відстають від неї. Спостереження показують, що значна частина землетрусів зароджується на глибині 50 км від земної поверхні. Про наближення землетрусу свідчать наступні факти:


    • поява запаху газу, який раніше не спостерігався;

    • спостерігаються іскри між близько розташованими електропроводами;

    • блакитне освітлення внутрішньої поверхні будинків;

    • відбуваються порушення у роботі радіо, телеграфу, електромагнітних приладів;

    • телевізори приймають телевізійні сигнали інших країн.

Цікавим є той факт, що деякі тварини, рослини сповіщають про наближення землетрусів.
ПОВІДОМЛЕННЯ УЧНЯ «ЖИВІ СЕЙСМОГРАФИ»
ВИКЛАДАЧ

Сьогодні передбаченням і вивченням землетрусів займається наука – сейсмологія, яка в своїх дослідженнях використовує спеціальні прилади для реєстрації коливань – сейсмографи. Цей прилад складається з маятника, з’єднаного з пером, який креслить неперервну лінію на паперовій стрічці. При швидких коливаннях ґрунту папір коливається разом з ним, а маятник з пером за інерцією залишається нерухомим. На папері залишається хвиляста лінія, яка відображає коливання ґрунту. Ця лінія називається сейсмограмою.


Ви знаєте, що для оцінки сили (ступеня прояву землетрусу на земній поверхні), інтенсивності землетрусів були створені різні шкали, зокрема шкала Ріхтера (1935 р.), Меркали, MSK-64.

Умовно землетруси поділяються на:



  • слабкі – 1-3 бали;

  • відчутні – 4-5 балів;

  • сильні – 6-7 балів;

  • руйнівні –8 балів;

  • спустошливі – 9 балів;

  • знищувальні – 10 балів;

  • катастрофічні – 11-12 балів.

Під час землетрусів земля під ногами нагадує палубу судна під час морської качки. В залежності від сили землетрусу ділянки земної поверхні покриваються дрібними брижами або, навпаки, різко коливаються в різні сторони. В окремих випадках здається, що по земній поверхні йдуть хвилі (у Сан-Франциско у 1906р. були помітні хвилі висотою до метра. Після припинення землетрусу було з’ясовано, що розлом земної кори у місці поштовхів змістився на 6 м).

Щороку вчені фіксують близько 500 тисяч землетрусів різної сили. З них 100 тисяч відчуваються людьми та 1000 завдають значних збитків. Це грізне явище природи відбувається тільки в певних місцях Землі, першість за їх кількістю займають Японія та Чилі: понад 1000 на рік або 3 на день.

Щодо землетрусів Україні пощастило, у нас вони можливі лише силою до 7 балів, за винятком Криму та Карпат (9 балів). Ці регіони надто близько лежать до величезних розломів.

За останні 40 років в Україні було чотири землетруси : низка у 1974 - 1976 р. (3-6 балів), у 1986 р., 1990 р. (5балів), 2002 р. (6 балів – район 20 км).



Як же поводитись в умовах небезпеки землетрусу?


ПОВІДОМЛЕННЯ УЧНЯ «ПРАВИЛА ПОВЕДІНКИ ПІД ЧАС ЗЕМЛЕТРУСІВ»
СТАНЦІЯ 6

ВИКЛАДАЧ

У природі коливальний рух найпоширеніший, тому для детального ознайомлення з цим рухом у біологічних системах зробимо наступну зупинку – станція «БІОЛОГІОГРАД».

Мешканці планети Земля пристосовуються до її руху навколо осі, коли день змінює ніч. Сон, вживання їжі, підйом і спад працездатності визначаються рухом Землі. Кожен організм підкоряється ще й сезонній періодичності, яка обумовлена рухом Землі навколо Сонця і нахилом її осі обертання до площини земної орбіти.

Доля всього живого також визначається періодичними процесами на Сонці. Давайте звернемо увагу на ширину кілець у поперечному розрізі дерева. Якщо підрахувати через скільки кілець повторюються більш широкі, то виявиться, що кожне одинадцяте кільце – широке. Ріст дерева змінюється в залежності від складу та інтенсивності сонячного випромінювання. А воно, як ви знаєте, змінюється з періодом в 11 років!

Цікаво, що в результаті приливно-відливних явищ, викликаних рухом Місяця, двічі на добу поверхня Землі піднімається, зокрема Москва зі всіма своїми спорудами піднімається майже на півметра! А біля берегів припливи (точніше різниця між рівнями води при припливі й відливі) досягають у середньому 4-5 м. Найбільший приплив – близько 18 м – спостерігається в одній з бухт на узбережжі Канади. У внутрішніх морях ці явища майже непомітні, так як в такі моря за час між припливом і відливом не встигають проникнути значні водяні маси, що переміщаються з океанською приливною хвилею (наприклад, у Середземному морі припливи досягають 1-2 м, а у Чорному – 10 см).

Звернемось до організму людини, в якому також відбуваються коливальні процеси, це так звані біологічні ритми, або біоритми. Вони представляють собою годинник, який неможливо ні побачити, ні почути. Вчені виявили в людському організмі більше 500 мінливих реакцій.

Біоритми поділяються на три групи:


  • ритми високої частоти з періодом що не перевищує півгодинний інтервал (дихання, біохімічні реакції);

  • ритми середньої частоти з періодом від півгодини до семи днів (зміна сну та бадьорості, коливання артеріального тиску);

  • ритми низької частоти (біоритми фізичного, емоційного інтелектуального станів).

Познайомимось з ними детальніше.


ПОВІДОМЛЕННЯ УЧНЯ «БІОРИТМИ ЛЮДИНИ»
ВИКЛАДАЧ

Розглянемо одну з найдосконаліших коливальних систем живого організму – його величність - серце.



ПЕРЕГЛЯД КІНОФРАГМЕНТУ «РОБОТА СЕРЦЯ»
ВИКЛАДАЧ

Як ви бачили, серце представляє собою автоколивальну систему, яка працює ритмічно: скорочується і розслаблюється – це становить серцевий цикл:

При нормальних умовах тривалість серцевого циклу – 0,8с, тобто 0,4 с – серце відпочиває, 0,4с – серце працює.

При заняттях фізичною працею частота серцевих скорочень зростає, а тривалість серцевого циклу скорочується за рахунок періоду відпочинку.

Що заставляє серце так регулярно скорочуватись? Невелика ділянка спеціальних клітин в серцевій м’язі діє на м’язу як стимулятор, генеруючи електричні імпульси для підтримання певного ритму серцебиття.
ПОВІДОМЛЕННЯ УЧНЯ «СЕРЦЕ – НАЙПРАЦЕЗДАТНІШИЙ ДВИГУН»

ВИКЛАДАЧ

Отже, бережіть своє серце, не перевантажуйте його шкідливими негативними впливами.


Ще одним прикладом коливальної системи в нашому організмі є голосовий апарат. Він складається з легенів, гортані з голосовими зв’язками, гортанної, ротової і носової порожнини. Поперек гортані натягнуті дві голосові зв’язки, що складаються з еластичних пружних волокон. Між голосовими зв’язками є голосова щілина.

Голосові зв’язки створюють звук. Під час спокійного дихання вони розслаблені й між ними утворюється широка щілина у вигляді рівнобедреного трикутника для вільного переміщення повітря. Під час розмови голосові зв’язки напружуються та наближаються одна до одної так, що залишається тільки вузький проміжок. Коли повітря, яке видихають легені, проходить крізь цю щілину, голосові зв’язки починають коливатися, причому їх частота може змінюватись в залежності від ступеня напруження зв'язок.

Висота голосу людини залежить від довжини голосових зв’язок: чим коротші голосові зв’язки, чим більша частота їхніх коливань, тим вищий голос. У жінок голосові зв’язки коротші, ніж у чоловіків, тому жіночий голос завжди вищий.

Звукові хвилі, які виникають у голосовій щілині, досить складні і є результатом накладання великої кількості різних тонів. Ротова й носова порожнини відіграють роль резонаторів. Змінюючи форму цих порожнин шляхом відповідного розташування язика, зубів і губ, можна підсилювати (за бажанням) окремі тони звукової хвилі, яка утворюється голосовими зв’язками, і вимовляти той чи інший звук.

Голосові зв’язки найсильніше коливаються під час вимовляння голосних звуків.

Для мови людини достатньо 4-6 тонів октави. Коливання голосових зв’язок співаків можуть створювати звуки в діапазоні від 80 до 1400Гц, фіксувалися й рекордно низька (44Гц) та висока (2350Гц) частоти.



Голос

Співаки

Частотний діапазон голосу, Гц

Чоловічий: бас

баритон


тенор

Ф.Шаляпін, А.Мокренко

М.Магомаєв, В.Гришко

М.Басков


80-350

100-400


130-500

Жіночий: контральто

мецо-сопрано

сопрано

колоратурне сопрано



М.Андерсон

Н.Матвієнко

С.Крушельницька, М.Кабальє

А.Нежданова



170-780

200-900


250-1000

260-1300


Деякі оперні співаки завдяки силі свого голосу та явищу резонансу можуть творити дива: Карузо міг голосом розбивати склянки, а коли співав Шаляпін, дзвеніли кришталеві підвіски на люстрах.

Отже, голосовий апарат людини належить до духових «музичних» інструментів, звук в яких утворюється за рахунок руху повітря, яке видихається з легень – резонаторів.



ВИКЛАДАЧ

Важливо пам’ятати, що всі внутрішні органи людини мають власну частоту коливань, і при певних частотах може наступити їх резонанс. Тому, якщо людину довгий час піддавати періодичному механічному впливу, то це може призвести до виникнення поганого самопочуття, а при довготривалих і сильних впливах людина може загинути. Можливість негативного впливу резонансу на організм враховують при конструюванні машин, верстатів, автомобілів, тракторів.


Розглянемо приклади періодичних процесів у живій природі:

  • багато квітів закривають свої пелюстки з настанням темноти (існує так званий квітковий годинник). У 1755 р. знаменитий шведський ботанік К. Лінней влаштував у ботанічному саду в Упсалі квітковий годинник, або годинник флори, у вигляді клумби. На ній блакитні суцвіття цикорію і рожеві квітки шипшини розкривалися в 4-5 годин ранку, суцвіття кульбаби-в 5-6 ч. Дещо пізніше, в 6-7 годин ранку, розкривалися квітки картоплі, а ще пізніше, в 9-10 год, – суцвіття нагідок, квітки червоною смілки, кислиці. Увечері квітки послідовно закривалися. На етикетках було вказано, в які години відкриваються і закриваються квітки або суцвіття кожної рослини. В залежності від широти місця час, у який відкриваються і закриваються квітки, змінюється;

  • відома періодична зміна інтенсивності фотосинтезу у рослин.

Багато видів тварин, рухаючись, також здійснюють коливальні рухи: комахи, птахи, змії. Наприклад, змії, не маючи ніг, винайшли власні способи пересування по землі. Збираючись ніби у гармошку, вони використовують хвіст в якості важеля для переміщення голови і тулубу, а потім за допомогою шиї підтягують решту тіла. Інший спосіб – переміщення хвилеподібними рухами. На землі вигинають шию вперед і в сторону петлею, а потім підтягують тіло.

Уявимо собі жаркий літній день, лісову галявину, запахи квітів. Звідкілясь з’являється джміль, гуде, кружляє між квітів і збирає пилок.

Стає спекотно, і ми переходимо в тінь. Дуже швидко з’являються комарі. Вони надокучливо пищать, лізуть в обличчя. Квіти їх зовсім не цікавлять.

Запитання: чому джміль гуде, а комар пищить? (комар частіше рухає крилами, ніж джміль).

Отже, в залежності від кількості змахів крилами комахи створюють різні звуки, наприклад метелик-капустяник робить 9 змахів за секунду, джміль – 240, кімнатна муха – 330, бджола – 400, комар – 600, комар-товкунчик – 800.



  1   2   3   4


База даних захищена авторським правом ©uchika.in.ua 2016
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка