X Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Стоячие волны в природе и в современных технологиях
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Актуальность. Сегодня существует огромное количество технологий, созданных на основе свойств волн, которые повлияли на дальнейшее изучение мира. Одним из наиболее интересных волновых процессов является стоячая волна. Стоячие волны повсюду. Причина – отражательные свойства тел. Иными словами, там, где есть волны и их отражение, обязательно возникают стоячие волны. Но по сравнению с другими типами волн стоячие волны не нашли огромного применения в современном мире. В частности, до сих пор нет точного описания всех свойств и особенностей стоячих волн.
Проблема или вопрос, подлежащий исследованию: выявление природных свойств стоячих волн, на основе которых возможно создание инновационных технологий.
Цель: проведение анализа природных свойств стоячих волн с помощью самостоятельно изготовленного прибора для создания инновационных технологий на их основе.
Задачи исследования:
1. Теоретическое обоснование проблемы исследования.
2. Создать экспериментальный прибор для подтверждения проблемы исследования.
3. Провести эксперимент, подтверждающий проблему исследования.
В исследовании была использована литература по названной проблеме. В работах ученых рассматриваются методы исследования обозначенной проблемы:
1. Шутов В.И., Сухов В.Г., Подлесный Д.В. «Эксперимент в физике». Вводный материал традиционно посвящен методам обработки экспериментальных данных. Описание каждой экспериментальной работы начинается с теоретического введения. В экспериментальной части приводятся описания экспериментальных установок и задания, регламентирующие последовательность работы учащихся при проведении измерений. Приводятся образцы рабочих таблиц для записи результатов измерений, рекомендации по методам обработки и представления результатов и требования к оформлению отчетов.
2. Скляр В. А. «Организация и математическое планирование эксперимента». В учебном пособии кратко представлены основные теоретические данные, которые позволят правильно спланировать эксперимент, провести его и обработать полученные результаты.
3. Омельченко В. В. «Основы систематизации». В настоящей монографии рассматриваются методологические аспекты систематизации объектов или процессов реальной действительности, позволяющей человеку познавать бесконечно многообразный, сложный, многомерный и нечеткий мир.
Новизна работы. Исследования, направленные на изучение стоячих волн, почти не проводятся. Методы эксперимента и систематизации были положены в основу исследования. Был изготовлен прибор для получения стоячих волн. Представлены результаты сравнения механических и стоячих волн. Выявлены свойства и особенности стоячих волн.
Основная часть
1. История вопроса.
В истории изучения колебаний наиболее значительное место занимают струны, т.к. колебание струны является стоячей волной и за ней относительно легко наблюдать и проводить исследования.
В начале XVII века французский монах Марен Марсенн экспериментально установил, что при равнозначных условиях частота колебаний струн обратно пропорциональна длине.
В начале XVIII века Парижская академия наук опубликовала труды Жозефа Савера, посвященные исследованию колебаний струн. Одним из основных результатов исследований Савера является то, что струна, натянутая между двумя опорами, может колебаться по частям. При этом отдельные точки струны отклоняются от своего положения равновесия очень сильно, и эти точки Савер назвал пучностями. Другие точки совсем не движутся, их Савер назвал узлами.
На Рис. 1 показана картина стоячих волн для