Veličiny, jednotky a elektro převody
Jak se jmenuje základní jednotka frekvence (kmitočtu) v soustavě SI a jakou má značku?
Hertz (Hz)
Jak se odborně nazývá pohyb, při kterém se těleso pravidelně vrací do své rovnovážné polohy (pohybuje se „tam a zpět“)?
Mechanické kmitání (periodický pohyb).
Jak se nazývá kmitání, do kterého se těleso uvede jedním počátečním impulsem (např. vychýlením) a pak už na něj žádná další vnější síla nepůsobí?
Vlastní kmitání (volné kmitání).
Z jakých dvou hlavních částí se skládá mechanický pružinový oscilátor?
Z pružiny a tělesa (závaží) zavěšeného na této pružině.
Proč se reálná houpačka po čase sama zastaví, pokud do ní nikdo nestrká? Jak se takovému kmitání říká?
Která fyzikální veličina udává dobu, za kterou proběhne jeden celý kmit? Uveď její název a základní jednotku.
Uveďte alespoň dva příklady mechanického kmitání, se kterými se můžeme setkat v běžném životě nebo přírodě.
houpačka, tlukot srdce, pohyb pístu v motoru, kmitání struny na kytaře, větve stromu ve větru.
Na čem závisí doba kmitu (perioda) jednoduchého kyvadla? Na hmotnosti závaží, nebo na délce závěsu?
Na délce závěsu (čím delší závěs, tím delší perioda). Na hmotnosti závaží nezávisí.
Která vlastnost pružiny (veličina) určuje, jak moc se pružina deformuje při natažení? Uveď její název nebo značku.
Tuhost pružiny (značka k).
Jak se nazývá kmitání, při kterém ztráty energie doplňujeme působením vnější periodické síly (např. pravidelným strkáním do houpačky)?
Nucené kmitání.
Převeďte frekvenci 2,4 GHz (např. frekvence Wi-Fi procesoru) na základní jednotky (Hz). Vyjádřete číslem nebo mocninou.
2 400 000 000 Hz (nebo \(2,4 \cdot 10^9\) Hz / 2,4 miliardy Hertzů).
Co je to rovnovážná poloha kmitajícího tělesa?
Je to poloha, ve které má těleso nejmenší potenciální energii a ve které by zůstalo v klidu, kdyby na něj nepůsobily vnější síly (výslednice sil je zde nulová).
Pokud chceme periodu matematického kyvadla prodloužit na dvojnásobek, jak musíme změnit délku jeho závěsu?
Musíme ji prodloužit na čtyřnásobek (protože perioda závisí na druhé odmocnině délky).
Jak ovlivní periodu kmitání pružinového oscilátoru, když na stejnou pružinu zavěsíme těžší závaží? Perioda se zvětší, zmenší, nebo zůstane stejná?
Perioda se zvětší (těžší těleso má větší setrvačnost, takže bude kmitat pomaleji).
Jak se jmenuje jev, který nastane, když se frekvence vnějšího nuceného kmitání shoduje s vlastní frekvencí oscilátoru? Amplituda kmitů tehdy prudce vzroste.
Rezonance (mechanická rezonance).
Pokud perioda střídavého proudu v zásuvce trvá 20 milisekund (ms), vyjádřete tuto dobu v sekundách a určete, jaké základní jednotce SI odpovídá rozměr
(1 s-1).
0,02 s; rozměr s-1odpovídá jednotce Hertz (Hz).
Jaký je rozdíl mezi pojmy kmit a kyv?
Kmit je dráha, kterou těleso urazí z jedné krajní polohy do druhé a zpět (celý cyklus). Kyv je pouze cesta z jedné krajní polohy do druhé (polovina kmitu).
Co se stane s frekvencí vlastního kmitání kyvadla, pokud ho přeneseme na Měsíc, kde je gravitační zrychlení menší než na Zemi?
Frekvence se zmenší (kyvadlo bude kmitat pomaleji, protože menší gravitace ho bude pomaleji vracet do rovnovážné polohy).
Pokud má oscilátor tuhost pružiny 100 N/m a zavěsíme na něj závaží o hmotnosti 1 kg, jaká síla (v Newtonech) drží těleso v rovnováze, když je v klidu?
(g = 10 m/s2 )
10 N (gravitační síla působící na závaží Fg = m* g).
Uveďte jeden příklad z praxe, kdy je rezonance užitečná, a jeden příklad, kdy je naopak nebezpečná.
Užitečná: hudební nástroje (ozvučnice kytary/houslí zesiluje zvuk). Nebezpečná: zcizení mostu vojáky pochodujícími v rytmu, kmitání budov při zemětřesení.
V elektrotechnice se setkáváme s vysokými frekvencemi. Kolik kHz (kilohertzů) je 0,05 MHz (megahertzů)?
50 kHz (0,05 * 1000)
Představte si bubeníka, který udeří do činelu. Činel začne kmitat a vydávat zvuk. Jak se liší kmitání činelů těsně po úderu od kmitání po několika sekundách z hlediska energie?
Těsně po úderu má činel největší energii a amplitudu. Postupně se mechanická energie mění na vnitřní energii (teplo) a zvukovou energii, takže amplituda klesá.
Jak se mění kinetická a potenciální energie kyvadla během jednoho kmitu? Ve kterém místě je kinetická energie největší?
Energie se neustále přeměňuje z potenciální na kinetickou a zpět. Kinetická energie je největší v rovnovážné poloze (kde má těleso nejvyšší rychlost).
Když pružinový oscilátor natáhneme do maximální výchylky (amplitudy), jaká je v tomto bodě jeho okamžitá rychlost a jaká síla na něj v tomto bodě působí (maximální nebo minimální)?
Rychlost je nulová (0 m/s) a působí na něj maximální síla (pružnostní síla je při největším natažení největší).
Co jsou to tlumiče (např. v autech) z hlediska fyziky kmitání a jaký je jejich hlavní úkol?
Jsou to zařízení pro záměrné zvyšování tlumení. Jejich úkolem je co nejrychleji pohltit energii kmitů a zabránit nebezpečnému rozkmitání nebo rezonanci podvozku.