Механикалық толқындарды оқыту әдістемесі

 

Жапырақтың сыбдыры, өзен суының сылдыры, құстардың дауысы, судың сәл шалпылы сияқты шулар адамға жағымды естіледі. Алайда дыбыстардың мұндай табиғи үнін үлкен елді мекендер мен қалаларда өнеркәсіп, көлік және т.б. шулары басып тастауда. Мысалы, өнеркәсіп шуының қаттылық деңгейі кейбір өндіріс орындарында 90 дБ-ге жетеді және одан да жоғары болуы мүмкін. Тұрмыстық; техника деп аталатын шулардың жаңа көздері пайда бола бастаған біздің үйімізде де тыныштық жоқ.

 

Адамды қалыпты күйінен шығаратын шу — кез шағылыстыратын жарықтан, улы газдан, күйіп қалудан туындайтын салдар сияқты зиянды әсер етеді.

 

Шуға бұрын көп көңіл бөлінбейтін, ол өркениет пен техника дамуымен ілесе жүретін салдар ретінде түсінілетін. Алайда қазіргі кезде шу адам денсаулығына кері әсерін тигізе бастады. Шу деңгейінің жоғары болуы құлақтың дыбыс қабылдауын нашарлатады және оның организмнің жүйке-психологиялық әрекетіне тигізетін зияны өте зор, оның байқаусыз әсері шу ауруына әкелуі мүмкін.

 

Адамды шудың теріс ықпалынан қорғау үшін денсаулық сақтау мекемелері шудың шекті деңгейінің сындық санитарлық нормаларын бекіткен. Осы нормаларға сәйкес шудың қаттылық деңгейі 30—40 дБ-ден артпауы тиіс.[1]

 

 

 

 

                               2.6 ЭЛЕКТРОМАГНИТТІК ТОЛҚЫНДАР

          Электр өрісін электр заряды бар денелер туғызатынын біздер 8-сыныптан білеміз. Айнымалы электромагниттік өрістің кеңістікте тералуын электромагниттік толқындар деп атаймыз.

     Электромагниттік толқынның негізгі сипаттамасы — оның тербеліс жиілігі (немесе периоды ). Себебі электромагниттік толқын бір ортадан екінші ортаға өткенде толқын ұзындығы өзгереді, ал жиілігі өзгермей тұрақты күйде қалады. Электр өрісінің кернеулік және магнит өрісінің индукция векторларының тербеліс бағыттары толқынның таралу бағытына перпендикуляр. Демек, электромагниттік толқын — көлденең толқын. Электромагниттік толқынның таралу жылдамдығы кернеулік және индукция векторлары жататын жазықтықтарға перпендикуляр орналасады. Демек, электромагниттік толқындағы және векторлары бір-біріне және толқынның таралу жылдамдығының бағытына перпендикуляр. Егер бұрандасы оң бұрғыны векторынан векторына қарай айналдырса, онда бұрғының ілгерілемелі қозғалысы толқын жылдамдығының векторымен дәл келеді (3.6-сурет). Сонымен, электромагниттік толқындарды тербелуші электр зарядтары шығарып таратады. Бұл қалайша жүзеге асады?

 

        Өткізгіштегі ток күші өзгергенде оның магнит өрісі де өзгереді. Ал ток күшінің өзгеруі өткізгіштегі электр зарядтарының қозғалыс жылдамдығының өзгеруіне, яғни зарядтардың үдемелі қозғалысына байланысты. Және бұл эксперимент жүзінде дәлелденген. Ендеше, электромагниттік толқын электр зарядтарының үдемелі қозғалысы кезінде туындайды. Зарядтың үдеуі неғұрлым үлкен болса, туындаған толқынның интенсивтігі соғұрлым жоғары болады. Зарядталған бөлшек үдей қозғалғанда электромагниттік өріске тән инерттілік байқалады. Өріс үдей қозғалған зарядталған бөлшектен бөлініп шығады да, электромагниттік толқындар түрінде кеңістікте еркін тарала бастайды

Электромагниттік толқындар (орыс. Электромагнитные волны).

1. Байланыс тізбегін құрайтын  екі сымның арасындағы электрлік  және магниттік өрістер бір-бірімен белгілі бір электромагниттік энергия мөлшерінде байланыста болатын толқын. Бағыттаушы байланыс жолы бойымен таралатын бірнеше электромагниттік толқындар. Оларға жататындар: электромагниттік көлденең толқын, жоғарғы ретті электр Е толқыны, жогарғы ретті магниттік Н толқын және аралас толқындар. Көлденең толқын негізгі толқын болып саналады. Ол көлденең Е толқыны мен Н толқынынан тұрады. Сым бойымен бағытталған толқындар болмайды. Яғни, электромагниттік өрістің күш сызықтары тек қана сымның көлденең қимасыңда болып, тұрақты токтың статикалық кернеуінің өрісіндей болады. Көлденең толқын тек байланыс жолдары сымдарының потенциалдарының таңбасы әр түрлі болғанда ғана кездеседі. Көлденең толқын сымды байланыс жолымен жиілік ауқымы шектелген сигналдарды тарату үшін пайдаланылады. Яғни, симметриялы немесе коаксиал жүптарымен берілетін токтың негізі өткізгіштік ток болғанда пайдаланылады. Электрлік Е мен магниттік толқындар жоғарғы ретті толқындар болып саналады. Оларда көлденең электр және магнит өрістерден басқа бір-бірден электрлік немесе магниттік бойлық толқындар болады. Сондықтан олардың күш сызықтары сымдардың көлденең қимасыңца да ұзына бойында жатады. Мұндай толқындар өте жоғары жиілікдиапазонда қыздырылады. Ондағы токтың негізі өткізгіштік ток емес диэлектрлік ығыстыру тогы болады.

 

Олар электромагниттік энергияны металл немесе диэлектрик толқын жолдарымен және сыртқы толқынды бір сым бойымен бергенде пайдаланылады. Аралас толқындарда барлыгы алты (үш координатта) толқын компоненттері болады. Мұндай аралас толқындарга диэлектрлік толқын жолдардагы және сәуле тарататын жарықжол (сәулежол) толқындары жатады.

2. Ортаның қасиетіне байланысты  кеңістікте белгілі бір жылдамдықпен таралатын электромагниттік өріс. Оның вакуумдегі таралу жылдамдығы

 

300 000 км/с (жарықтың таралу  жылдамдығымен бірдей). Біртекті  изотроптық ортада электрлік  кернеулік (Е) және магниттік кернеулік (Н) бірбіріне және толқынның таралу бағытына перпендикуляр болады, яғни электромагниттік толқын колденең толқын болып табылады. Кеңістіктің кез келген нүктесінде Е және Н толқындарының фазасы бірдей болады. Е және H қашықтықтың (R) артуына қарай 1/R шамасына азайып отырады. Өрістердің осылай баяу өшуі — электромагниттік толқын арқылы аса үлкен қашықтықпен байланыс орнатуга жағдай жасайды. H толқын ұзындығы бойынша H >1012 см толқындар радиотолқындар қатарына, 5- 10-2 - 7,4-10-5 толқындар инфрақызыл толқындары қатарына жатады.[1]

 

 

 

 

 

                                        2.7 РАДИОБАЙЛАНЫС

      Радио (лат. radiare – сәулелену), «радиобайланыс» термині - «сәулелену көмегімен болатын байланыс», яғни өткізгішті сымның көмегінсіз (сымсыз байланыс). Кеңістік антеннасының көмегімен таратқыш сәулеленеді де жер бетіне таралып келесі қабылдағышқа әсер етіп электрлік энергия электромагнитті толқын энергиясына айналады. Екі жақты байланыс болуы үшін әрбір радиостанция таратқыш пен қабылдағыштан тұруы керек. Жоғарғы қуатты сигналдарды сәулелендірген кезде таратқыштар жеке қондырғылармен дайындалады. Сапалы радиосигналдарды алу үшін қабылдағыштар да жеке қондырғылармен дайындалады. Тарату кезінде электромагниттік толқындарды сәулелендіретін, қабылдау кезінде олардың энергиясын жұтып алатын құрылғы антенна деп аталады. Антеннаның қарапайым түрі бір жағы жерден көтерілген,бір жағы таратқышқа немесе қабылдағышқа қосылған кәдімгі сым десек болады.

      Радиобайланыс — радиотолқын көмегімен ақпарат алмасу. Радиобайланыс жүйесінің ақпарат беруші жағында радиотаратқыштан және таратушы антенналардан тұратын радиотарату құрылғысы, ал қабылдаушы жағында қабылдау антенналары мен радиоқабылдагыштан тұратын радиоқабылдау құрылғысы орналасады. Таратқышта қоздыратын тасымалдаушы жиіліктегі тербеліс берілетін ақпарат сигналының заңына сәйкес өзгертіледі , ал қабылдаушы жақта кері процесс жүргізіледі. Байланыс біржақты және екіжақты болуы мүмкін. Радиобайланыс қозғалмайтын объектер мен жылжымалы объект арасында, сондай-ақ жылжымалы объектілер арасында байланыс орнатудың бірден бір тәсілі

     1894 ж. Попов генераторлар мен радиотолқындарды қабылдайтын қондырғыларға ұзын сымдарды жалғағанда, радиобайланыстардың жақсаратынын байқады. Осылай радиотаратқыштар мен радиокабылдағыштардың маңызды бөлігі болып табылатын антенна ойлап шығарылды. Антенна ашық тербелмелі контур болып табылады.

 

 

 

 

     

      Оның электромагниттік өрісі кеңістіктің үлкен бөлігін қамтиды. Сондықтан антенна электромагниттік толқындарды жақсы шығара да, қабылдай да алады. Тұрмыста және техникада, сондай-ақ ғылыми мақсаттар үшін антенналардың көптеген түрі қолданылады. Олардың параболоидалық табақ түрінде жасалған құрылғылары алыс ғаламдардан элек-тромагниттік толқындарды қабылдай алатын радиотелескоптарда пайдаланылады.

      1967 жылдың жаз айында радиотелескоптың жәрдемімен Кембридж университетінің ғылыми кызметкерлері ғарыш кеңістігінен келіп жеткен радиосигналдарды тіркеді. Бұл сигналдар периодты түрде әрбір 1,33730113 с сайын қайталанды, ал импульстің ұзақтығы 10—20 мс уақытқа созылған. Таң-тамаша болған зерттеушілер де, басқа ғалымдар да бұл сигналдарды әуел баста алыс ғаламдағы саналы тіршілік иелерінің аспан кеңістігіне әдейі жіберіп отырған хабары деп пайымдады.

Алайда кейінірек олардың сыры белгілі болды. Бұл радиосигналдардың көзі—кейінірек пульсарлар мен квазарлар деп аталған ерекше объектілер болып шықты.

     Қазіргі кезде пульсарларды аса ірі жұлдыздардың қартайған шағындағы жарылыстан қалған сарқыншағы деп есептейді. Пульсардағы заттың тығыздығы ғаламат шамаға (~1016 кг/м3) жетеді және оның диаметрі баржоғы 10—100 км төңірегінде болады.

 

                                 2.8 Есеп шығару мысалдары

1. Есеп. Адам құлағы 16Гц-тен 20 000 Гц жиілікке дейінгі дыбыстарды қабылдай алады. Дыбыс тербелісінің естілу аралығы қандай толқын ұзындығының арасында жатыр? Ауадағы дыбыстың таралу жылдамдығын 340м/с  деп есептеңдер.

Берілгені:                *=

1=16 Гц                  

2=20 000 Гц            *1=  ;       2=

 =340 м/с                     

1-?  *2 -?                     =21м

                                 

                                      *2=17мм

                        Жауабы: 21м және17мм толқын ұзындықтарының       

                            аралығында естіледі.

 

2. Есеп. Балықшы су айдынындағы толқынды бақылай отырып, қалтқысының жанынан 10с ішінде толқындардың 3 өркеші өткенін байқады. Толқынның ұзындығы мен оның тербеліс жиілігі қандай?  Толқынның таралу жылдамдығын 2м/с-ке тең деп есептеңдер.

Берілгені:        Толқынның ұзындығы

t= 10c                          *=*T=                    T=   бұдан

n1=3                            *= =

*=2м/с                                           

*-? *-?                         *==0,2 Гц

                                   *==10 м

                           Жауабы: Толқын ұзындығы 10м-ге, ал тербеліс жиілігі

                                           0.2 Гц-ке тең

 

 

 

 

Электромагниттік толқындар тақырыбына есептер шығару.

 

Физика 9 сынып.

 

Сабақтың тақырыбы: Электромагниттік толқындар тақырыбына есептер шығару.

 

Сабақтың мақсаты: білімділігі

 

Механикалық толқын мен электромагниттік толқындарын ұқсастығы, айырмашылығы; электромагниттік толқындардың таралу жылдамдықтарын, радиотолқындардыңтербеліс периодын, толқындар ұзындығының диапазондарын, радиолокатордың барлау тереңдігін анықтау, есептер шығару;

 

тәрбиелігі:тапсырмаларды деңгейлеп беру арқылы оқушыларды бәсекелестікпен жұмыс істеуге, тапсырмаларды өзара бағалату арқылы адалдыққа, ұйымшылдықпен жұмыс істеуге тәрбиелеу;

 

дамытушылығы: радиотолқындарды  ж келтіру, есептеу дағдысын қалыптастыру; Q Basic бағдарламасын қолданып, есептеу арқылы компьютермен жұмыс істеу дағдысын қалыптастыру; бекіту сұрақтары арқылы оқушылардың іскерлік дағдысын қалыптастыру.

 

 

 

Сабақтың түрі: дәстүрлі сабақ.

 

Сабақтың типі: дамыту сабағы.

 

Пәнаралық байланыс: математика, астрономия, радиолокация, медицина.

 

Жоспар.

 

1.Ұқсастық пен даралық.Толқын.(Үй тапсырмасын тексеру.)

 

2.Деңгейлік тапсырмалар.

 

3.Тәжірбиелер.

 

4.Бекіту.

 

Есіңде сақта!

 

1 Тм (тера)=10м

 

1 МГц(мега)=10Гц

 

1 пФ(пико)=10 Ф

 

1 мкГн(микро)=10 Гн

 

Жеткілікті деңгей.

 

1.Радиохабарды қабылдаған  кезде орташа және ұзын толқындарда  найзағай жарқылдайтын уақыт жақындағанда кедергілер пайда болатыны неліктен?

 

 

 

2.Радиостанция 75 МГц жиілікте (УҚТ) хабар жүргізіп отыр. Толқын ұзындығын табыңдар.

 

3. Егер обьектіден шағылған радиосигнал 200 мкс-тан кейін қайта қайтатын болса, обьект радиолакатордың антенасынан қандай қашықтықта болады?

 

Орташа деңгей.

 

1.Толқын ұзындығы 300 м  радиоьолқындар шығаратын ашық  тербемелі контурдағы тербеліс  периоды қандай?

 

2.Толқын ұзындығы 300 м  электромагниттік толқында жиілігі 200 Гц дыбыс тербелісінің бір периоды ішінде қанша тербеліс болады?

 

3.Жерден Сатурнға дейінгі  ең жақын қашықтық 1,2 Тм. Сатурн аймағында жүрген ғарышкемеден Жерден жіберілген радиосигналға жауап-информация жететін ең аз уақыт қандай болмақшы?

 

4.«Кателко» теледидар  бағдарламасы ретрансляторы «Қазсат» байланыс аерігінде орналастырылған. Серік жерге қарсы орны өзгермейтін тұрақты жағдайда орналасқан және Жер бетінен 36000 км биіктікте дөңгелек орбита бойымен қозғалады. Хабарлаушы станциядан берілген сигнал «Кателко» жүйесіндегі теледидарға дейін қанша уақыт таралады?

 

Q Basic бағдарламасында есептеу.

 

INPUT S

 

c=300000000

 

LET t=2*S/c

 

PRINT «t =»;t

 

END

 

F5 батырмасн шертеміз.

 

? 36000000 санын енгізіміз, компьютер жауабын береді-0,24(с).

 

 

 

Жоғары деңгей.

 

1.Радиоқабылдағыштың қабылдау контурындағы катушканың индуктивтілігі 1мкГн. Ұзындығы 1000 м толқында жұмыс істеп тұрған станция хабарын қабылдап жатса, конденсатордың сиымдылығы қандай?

 

2.Егер тербелмелі контурдағы конденсатордың сиымдылығы 200-ден 1800 пФ-ға дейін біртіндеп өзгеретін болса, радиоқабылдағыш толқындар ұзындығының қандай диапазонында жұмыс істейді?