06

Билет № 6

6.1. Механические волны. Длина волны, скорость распространения волны и соотношение между ними. Звуковые волны и их свойства.

1. Еще одним видом движения являются волны. Если в каком-нибудь месте твердой, жидкой или газообразной среды возбуждены колебания частиц, то вследствие взаимодействия атомов и молекул среды колебания начинают передаваться от одной точки к другой с конечной скоростью. Процесс распространения колебаний в среде называется волной.

Примеры: волнение хлебной нивы, волны по поверхности воды, волны в резиновом жгуте, сейсмические волны.

Отличительной особенностью этого движения, делающей его уникальным, является то, что в волне распространяются не сами частицы вещества, а изменения в их состоянии (возмущения), т.е. переносит энергию с конечной скоростью.

2. Механизм образования волны:

Первая точка получает толчок вверх и начинает колебания, а за счет упругих связей между частицами среды и за счет инертных свойств среды, в колебательное движение вовлекаются все новые и новые частицы среды. На чертеже справа показано, как распространяется поперечная волна. Количество частиц среды (на рисунке – кружочков) остается постоянным. Каждый из них лишь смещается вверх-вниз, то есть совершает колебания около "своего" положения равновесия. Тем не менее, волна переносит энергию из левой части среды в правую. Ведь распространение колебаний на участки среды, прежде находившиеся в покое, и означает распространение (передачу) энергии.

3. Среда называется упругой, если между ее частицами существуют взаимодействия, препятствующие какой-либо деформации этой среды. Упругая вона – процесс распространения колебаний в упругой среде (твердое тело, жидкость, газ).

4. Виды волн:

Поперечные волны	Продольные волны
На верхнем чертеже вы видите поперечную волну, а на нижнем – продольную. Обе они бегут вправо. Однако частицы среды на верхнем чертеже колеблются вверх-вниз, а на нижнем – влево-вправо. Другими словами, колебания частиц поперечной волны происходят перпендикулярно (поперек) направлению распространения волны, а колебания частиц продольной волны – вдоль этого направления.
Распространение поперечного волнового импульса по натянутому резиновому жгуту. Если при распространении волны частицы среды испытывают смещение в направлении, перпендикулярном направлению распространения, такая волна называется поперечной. Поперечные волны могут существовать лишь в твердых телах. Это объясняется тем, что для распространения такой волны необходимо "жесткое" расположение частиц среды, чтобы между ними могли возникать силы упругости. Например: в струне, жгуте, земной коре. Особенности: чередование гребней и впадин.	Распространение продольного волнового импульса по упругому стержню. Если смещение частиц среды происходит в направлении распространения волны, такая волна называется продольной. Продольные волны – это периодические сгущения и разрежения среды. Поэтому такие волны могут существовать в любых телах – твердых, жидких, газообразных. Например: в пружине, рельсах, звуковые волны во всех упругих средах. Особенности: чередование участков сгущения и разрежения.

Как в поперечных, так и в продольных волнах не происходит переноса вещества в направлении распространения волны. В процессе распространения частицы среды лишь совершают колебания около положений равновесия. Однако волны переносят энергию колебаний от одной точки среды к другой.

5. Скорость волн. Длина волны.

Каждая волна распространяется с некоторой скоростью. Под скоростью волны понимают скорость распространения возмущения. Скорость волны определяется свойствами среды, в которой эта волна распространяется.

Длиной волны называется расстояние, на которое распространяется волна за время, равное периоду колебания в ее источнике. Она равна расстоянию между соседними гребнями или впадинами в поперечной волне и между соседними сгущениями или разряжениями в продольной волне.

Длина волны: , где  - длина волны []=м, v – скорость волны [v]=м/c, Т – период [Т]=с.

 , где  – частота волны []=1/с=Гц.

Скорость волны:

Скорость упругой волны тем больше, чем плотнее среда и чем выше температура.

6. Звуковые волны: это механические продольные волны определенного диапазона.

Источники звука: колеблющиеся тела (камертон, голосовые связки, струны)

Приемники звука: микрофон, ухо, телефон.

Звук, который слышит человек: акустический диапазон частотой от 16 Гц до 20000 Гц.

Если частота звука меньше 16 Гц, то его называют инфразвуком, если частота звука больше 20000 Гц, то его называют ультразвуком.

Скорость звука в воздухе - 330 м/с. В жидкостях звук распространяется быстрее. В твердых телах – еще быстрее. В стальном рельсе, например, звук распространяется со скоростью - 5000 м/с.

Скорость распространения звуковых волн в разных средах неодинакова. Медленнее всего звук распространяется в газах. Именно поэтому гром сильно запаздывает после вспышки молнии. Если гроза от нас далеко, то раскат грома можно услышать даже спустя 10-20 секунд.

Высота тона зависит от частоты: чем больше частота, тем выше тон.

Громкость звука зависит от интенсивности звука, т.е. определяется амплитудой колебаний в звуковой волне. Наибольшей чувствительностью органы слуха обладают к звукам с частотами от 700 до 6000 Гц.

Эхо – звук, отраженный от преград (лес, горы, стены массивных сооружений).

Способ определения местоположения тел по отраженному от их поверхности ультразвукового сигнала называют эхолокацией.

Применение: для нахождения подводных лодок, косяков рыб, истинных размеров айсбергов.

В природе: летучие мыши ориентируются в пространстве с помощью эхолокации.