13 сент 2013

Лекция по физике 13.09.13

Баврина Анна Петровна

Акустика.

Гармоническое колебание-это колебание при котором смещение изменяется со временем по законам синуса или косинуса.

x=A*sin(ŵt+ƥ₀)

Смещение-величина,отклонение от положения устойчивого равновесия.(м)

А-амплитуда(величина макс смещения)

Омега- круговое смещение.

ŵ=2πϒ=

Фи0-начальная фаза колебания.

ƥ=ŵT

Волна-процесс распространения колебаний в упругой среде.

Различают 2 типа волн:

1. поперечные.-Волны в которых частицы среда колеблются в направлениях,перпендикулярных направлению распространению волны.(напр. Свет)

2. продольные волны- волны в которых частицы среды колеблются вдоль направления распространения волны.(напр. Звук)

Механическая волна-механическое возмущение,распространяющееся в пространстве и несущее энергию.

Уравнение плоской волны

S=A*cos[ŵ(t-)]

s-смещение

х-координата.

Звук-это упругие колебания среды, воспринимаемые человеческим ухом с частотой от 16 герц до 20 килогерц.

Виды звуков:

1. тон(простой,сложный)-периодическое колебание,которое может быть простым(гармоническим) и сложным(ангармоническим). Простой тон может быть получен с помощью камертона или звукового генератора, а сложный тон-звуки музыкальных инструментов и гласные звуки речи.

Акустический спектр-это набор частот с указанием их интенсивности или амплитудой.

Вт/м² Вт/м²

ϒ, Гц ϒ,Гц

Теорема Фурье-любое сложное периодической колебание может быть представлено суммой простых гармонических колебаний, периоды(частоты) которых кратны периоду(частоте) данного сложного колебания

2. шум-это звук со сложной,неповторяющейся временной зависимостью(непериодическое колебание)(напр. Шорох,скрип, согласные звуки речи) рис.2

3. звуковой удар-краткое звуковое воздейтсвие(напр хлопок) спектр удара тоже сплошной. Рис 3

Рис 4.

Объективные характеристики звука-звук,параметры котороо можно измерить:

1. интенсивность(ватт на метр в квадрате) (и)

2. частота(герц)(ню)

3. звуковое давление(пэ)-переменное давление в среде, обусловленное акустическими колебаниями. На расстояние в половину длинны волны амплитудное значение давления (пэ)+ становится (пэ)-, т.е. разница давления в двух точках на расстоянии длинны волны=2(пэ)

P=2πϒρCA

4. поток энергии звуковой волны(эф)(ватт).

Субъективные характеристики звука:

1. высота-частота колебаний оцениваются ухом как высота звука, чем больше частота, тем более высоким является звук.

2. Громкость- зависит от интенсивностью. Между громкостью и интенсивностью нет прямой зависимости из-за адаптации уха к силе раздражения. Так же громкость зависит от частоты звука.

Соотношение между объективными и субъективными характеристиками звука

объективные	субъективные
L=log(), Где I0-порог слышимости	E=k*10lg() На частоте 1 кГц к=1, Е=L.

Психофизический закон Вебера-Фехнера: Если раздражение увеличивается в геометрической прогрессии aJa, то ощущение этого раздражения увеличивается в арифметической прогрессии

3. Тембр – качественна характеристика слухового ощущения, обусловленная акустическим спектром. (см рисунок 1-сложный тон). Для нахождения соответствия между интенсивностью и громкостью звука на разных частотах, используются кривые равной громкости.

Дб

ϒ,Гц

Данный метод называется аудиометрии,

а кривые-аудиограммами.

Ультразвук

-упругие колебания с частотой более 20 кГц.

Среды, которые проводит ультразвук, характеризуются акустическим сопротивлением(импеданс(Z)).

Z=ρc

Чем больше Z,тем больше степень сжатия и разряжения частиц.

Скорость зависит от плотности и упругих свойств среды. В жидких и твердых телах, скорость ультразвука выше чем в воздухе.

Скорость в воде=1500м/с, костные ткани=3350м/с.

При распространении ультразвуковых волн изменяется по мере удаления от источника излучения по экспоненциальному закону.(форм7)

I=I₀*e^-2ax

Выделяют три диапозона интенсивности:

1. 0,05-0,6 Ватт/см² нризкий

2. 0,6-1,2 сверхтерапевтическое

3. 1,2-и более-высокий

1. Механическое действие-обусловлено переменным акустическим давление,которое вызвает микровибрацию.эффект: увеличение скорости дуффузии и осмоса, изменение кислотно-основного равновесия

2. Физико-Химическое- связана с пространственной перестройкой внутриклеточных молекулярных комплексов, повышается активность ферментов, происходит образование биологически активных веществ

3. Тепловое- связано с переходом механической энергии в тепловую в результате чего происходит ускорение биохимических процессов.

При использовании ультразвука с интенсивностью 10 Ватт/см и выше появляется КАВИТАЦИЯ-разрыв сплошности жидкости с образование вакуумных пузырьков, которые появляются и схлопываются с частотой ультразвука.(ингаляция и стерильзация веществ)

Эффект Доплера: изменение частоты волн, воспринимаемых наблюдателем вследствие относительного движения источника волн и наблюдателя:два случая:

1. Наблюдатель приближается к источнику волн, при этом он встречает за тот же интервал больше волн, чем при отсутствии движения. Поэтому воспринимаема частота(вэ ню штрих) больше частоты звука.

ϒ¹=

2. Источник волн движется со скоростью относительно неподвижного наблюдателя.

Так как источник движется за испускаемой волной,то частота будет менбше.

ϒ=

3. Относительно движения друг к другу

4. При одновременном удалении.

При медицинских исследованиях скорость ультразвука значительно больше скорости движения объекта,поэтому формула имеет вид.

Ṽ_d=

Эффект Доблера используется для измерения скорости кровотока, скорости движения клапанов и стенок сердца.

д/з:получение ультразвука, изучить инфразвук.