Физика, 1 курс 1 семестр ТГМУ / Семинар 2. Механические волны. Акустика

Семинар 2. Механические волны. Акустика.

1) Механические волны- распространение колебаний в упругой среде.

Поперечные волны- смещение частиц происходит перпендикулярно. Распространяются только в твердой среде.

Продольные волны- смещение частиц вдоль направления распространения волны.

- уравнение волны

S-смещение w-круговая частота А-амплитуда волны Т-время Х-расстояние от источника колебаний до колеблющейся точки

Поток энергии- энергия, перенесенная волной в единицу времени через некоторую площадку S.

Е-энергия, Т-время

Вектор плотности потока энергии называется вектором Умова.

2) Длина волны -

Частота волны- число полных колебаний в единицу времени.

Скорость волны-

Интенсивность волны-

3) Звук- упругие колебания и волны в газах, жидкостях и твердых телах, воспринимаемые человеческим ухом.

Ультразвук- механические колебания и волны, частоты которых больше 20 кГц

Инфразвук- Механические колебания и волны с частотами меньше тех, которые воспринимает ухо человека.

4) Тон-звук, являющийся периодическим процессом. Определяется частотой или периодом волны.

Шум- звук, отличающийся сложной, неповторяющейся временной зависимостью.

Звуковой удар -кратковременное звуковое воздействие.

Характеристики звука: скорость -

звуковое давление-амплитуда тех изменений давления в среде, которые возникают при прохождении звуковой волны.

интенсивность-плотность потока энергии, переносимой звуковой волной.

частота-кол-во колебаний в единицу времени

Порог слышимости -минимальная интенсивность механической волны, которая вызывает слуховое ощущение.

Болевой порог -максимальная интенсивность механической волны, которая вызывает слуховые ощущения.

5) Громкость звука- интенсивность слухового ощущения.

Тембр- характеристика звукового ощущения, определяющаяся его гармоническим спектором. Зависит от обертонов.

Высота тона. Чем больше частота, тем более высоким воспринимается звук.Звук большей интенсивности воспринимается более низким.

6) Закон Вебера-Фехнера: если увеличивать раздражение в геометрической прогрессии. то ощущение этого раздражения возрастает в арифметической прогрессии. E = 10klg(I / I₀), 

где k - некоторый коэффициент пропорциональности, зависящий от частоты и интенсивности. Условно считают, что на частоте 1 кГц k = 1,

I₀ – порог слышимости на данной частоте, Е – громкость звука

7) Кривые равной громкости – это графическое отображение нелинейности восприятия звука человеком.

Кривые равной громкости или кривые Флетчера-Мэнсона показывают, какое звуковое давление необходимо создать, чтобы различные частоты воспринимались как одинаково громкие.

8) Аудиометрия-метод диагностики слуховых нарушений, при котором исследуется чувствительность к звуковым волнам, отличающимся по частоте.

Аудиограмма- специальный график, в котором отражена острота слуха человека.

9) Волновое сопротивление- акустический импеданс

υ – скорость распространения волны, ρ – средняя плотность среды

10) - коэффициент проникновения звуковых волн

I 1-интенсивность в первой среде, I 2- интенсивность во второй среде

, где z-волновое сопротивление

11) Наружное ухо- Прием звуковых волн, усиливает звуковой сигнал, Защитная функция сводится к охране барабанной перепонки от механических и термических воздействий, Ушная раковина способствует концентрации звуков

Среднее ухо- проведение звука к внутреннему уху, распределение давления по разным сторонам барабанной перепонки. С помощью среднего уха звук проходит во внутреннюю полость слухового органа, в котором колебания превращаются в электрический импульс. Он и передается в мозг.

Внутреннее ухо-  Слуховая функция. Процессы, отвечающие за слуховое восприятие, происходят в улитке.

 Ориентационная функция. За ориентацию в пространстве ответственны полукружные каналы и преддверие. 12) В медицинской диагностике метод ультразвуковой локации (УЗ-локации) позволяет определять наличие и местонахождение опухолей, гематом, абсцессов, камней и других патологических образований. В акушерско-гинекологической практике этот метод позволяет уверенно диагностировать многоплодие, гидроцефалию, правильность положения плода и др. Новые типы медицинских УЗ-приборов, работа которых основана на эффекте Доплера и акустической голографии, позволяют (при использовании компьютеров) получить четкое 2-мерное или даже объемное изображение внутренних структур организма, в том числе в динамике (работа сердца и др.).

Инфразвук мало применим в медицине, его частота близка к частоте колебаний большинства внутренних органов человека, поэтому он опасен возможностью резонанса внутренних органов. Кроме того, инфразвук способен оказывать неблагоприятное психологическое воздействие.

13) Эффект Доплера

где: V"- частота волны, воспринимаемая приемником V-скорость распространения волны в среде Vн и Vи- скорости движения приемника и источника волн

Эффект Доплера используют для определения скорости кровотока

Эффектом Доплера называют изменение частоты волны, воспринимаемой приемником волн, вследствии относительного движения источника волн и/или их приемника.

14) Вибрации -механические колебания, воспринимаемые человеком через касание вибрирующей поверхности. Частота: низкочастотные (от 8 до 16 Гц), среднечастотные (от 16 ло 120 Гц) и высокочастотные (от 120 до 1000 Гц) Виброскорость Виброускорение

15) Могут привести к вибрационной болезни. Умеренные уровни часто используют для стимулирующего массажа.