14.Волна и ее хар-ки. Продольн и попереч волны.

Если в упруг среду поместить колебл тело,то сосед с ним ч-цы среды тоже придут в колеб движ Но колеб. будет соверш с различ фазами: чем дальше располож ч-ца от источ колеб, тем позднее она начнет колеб и тем больше будет запаздывать по фазе ее колеб. Распр-е колеб в среде-волнов процесс или волна(сейсм волны, волны на воде). Направление распростр волны (колебания) - луч.

Волна наз попереч, если ч-ы среды колебл перпендик лучу. Если же они колебл вдоль луча, то волна-продольная.

Продол волны могут возник в тв телах, жидк и газообр телах. Попереч волны возник только в тв телах. Исключ: волны на поверхн воды.

Основн зак-ти волнов проц справедливы не только для мех волн упругой среды, но и для волн любой природы, в частности для волн электромагн поля.

Пусть колеб источника гармонич, т.е. х = Аsin t.

Тогда все ч-цы среды тоже придут в гармонич колеб с той же частотой и амплитудой, но с различ фазами. В среде возник синусоидальная волна.

График волны внешне похож на график гармонич колеб, но они различны. График колеб – завис-ть смещ данной ч-цы от врем, график волны – смещ всех ч-ц среды от расстояния до источ колеб в данный момент врем.

Х = Аsin(t – y/V) – ур-е волны,

Учитывая, что длина волны  VT = V/, откуда V = /T,  = 2/T =2 получим

Х = Аsin2(t/T – y/) = Asin2(t –y/) = Asin(t -2y/),

где к = 2/ -волновое число.

Расстояние, на кот распростр колеб за один период- длина волны.

Фазовая скор-скор распростр волнов движ В однород среде она постоянна. При переходе из одной среды в др меняется скор распростр волн, ибо мен упругие св-ва среды, однако частота колеб, как показ опыт, остается неизмен : при переходе из одной среды в др будет измен .

Геометр место точек, до кот доходят колеб к некот моменту врем t - фронт волны.

Фронт волны-та пов-ть, кот отдел ч-ть пр-ва, уже вовлеч волнов процесс, от обл, в кот колеб еще не возникли. Геометр место точек, колебл в одинак фазе- волн пов-ть.

Используя пр-п Гюйгенса можно построить волн фронт.

Каждая точка среды, до кот дошла волна, сама станов источ вторич волн (1 полож)

Вторич волны взаимно гасятся во всех направл, кроме направл исход фронта (2 полож пр-па Гюйгенса).

Пр-п Гюйгенса применим и к неоднород среде.

Интенсивн волны или плотн потока энергии наз. отнош энергии, переносим волною сквозь площадь, перпендик лучу, к продолж-ти врем переноса и р-ру площади.

Энергия колеб среды в ед объема:

Е = n₀m²A²/2 = ²A²/2, где  =n₀m.

След-но интенсивность: I =EV = V²A²/2.

Интен-ть волны пропорц плотн среды и скор, квадрату круговой частоты и квадрату амплитуды волны.

15 Звук

Восприним чел-ом звук также представл собой волнов движ, кот возник в окруж нас среде. Источн звука всегда служит к–л колебл тело. Это тело приводит в движ окруж воздух, в кот нач распрост продольн упруг волны. Когда эти волны достиг уха, они заставл колебаться барабан перепонку, и мы ощущ звук. Мех волны, действие кот на ухо вызывает ощущ звука-звуковые. Чел-к восприним f =20–16000Гц. f < 20 Гц – инфразвук, f > 16кГц – ультразвук.

(Горы, лавины, сели! Инфразвук  страх).

Упругие волны могут распростр только в среде, где сущ связь между отдельн частицами этой среды, поэтому в вакууме звук распростр не может. В возд V =330 м/с.

Для того чтобы вызвать звук ощущ, волна должна облад некотор мин интенсивн, кот наз порогом слышимости. Он бывает различен для разных людей и сильно зависит от f. Чел ухо наиболее чувств к f = 1000–4000 Гц.

Звук очень большой интенсив тоже не вызыв слух-го ощущ, а создает лишь ощущ боли и давления в ухе. Мин знач интенс звука, превыш кот вызыв болевое ощущ, наз. болевым порогом. Знач различ порогов различны для различн частот

Рис

1-е различимое к-во звука–громкость. Измен громкости звука вызыв измен амплитуды колеб. Происх это потому, что энергия, переносимая волной, пропорц квадрату амплитуды ( Е ~ А²).

2-е кач-во звука- высота тона. Звук, соответств строго определ частоте колеб-тон. Чем больше час-та звука, тем более высоким явл тон. Получить звуки различ тонов можно с пом камертона.

3-е кач-во звука-тембр. В жизни мы часто узнаем знаком чел по голосу, еще не видя его. Мы легко отлич звуки скрипки от звуков рояля, хотя они могут быть одного тона. Качество звука, позвол определ источ его образов-тембр. Тембр различ источн звука не одинаков. Объясн это образов дополнит стоячих волн в самом источн звука, кот дают дополнит тона. Дополнит тона источн звука, более высокие, чем основ тон-высшие гармонич тона или обертоны.

Кажд источн звука имеет определ число обертонов. Они и придают звуку свой хар-ый оттенок – тембр.

Шум отлич от муз звука лишь тем, что в нем присутств колеб всевозмож частот с разн амплитудами.

На границе раздела 2-х сред звук волны претерп частич или полн отраж-е. Возвращ звук волны после отраж -эхо. Явл-е отраж звук волн широко использ в акустике. Сравн-но слаб затух ультразвуков волн в воде позволило использ их в целях гидролокации–обнаруж предметов и определ расстоян от источн звука до предметов. Гидролокатор (эхолот) – измер глуб и рельеф морс дна, расстоян до айсберга, косяков рыбы и т.д. Примеры: pобототехника, УЗИ.

t = 2l /V, откуда l = tV/2