1 .Звук. Объективные характеристики звука. Интенсивность звука. Абсолютная и

относительная шкалы единиц измерения интенсивности звука. Классификация звуков.

Субъективные характеристики восприятия звука, их связь с объективными характеристиками звука.

При распространении звуковых колебаний в среде возникают механические волны, которые соответственно называются звуковыми. В акустике термином звук обозначаются как звуковые колебания, так и звуковые волны.

В звуковых волнах колебания частиц происходят вдоль направления распространения волны, поэтому звуковые волны являются волнами продольными.

Как и в любой механической волне, смещение частиц среды, в которой распространяются звуковые волны определяется выражением (уравнение волны):

S(x,t) = S₀ sin ω (υ t – х/υ),

где S₀ - максимальное смещение частиц среды от положения равновесия (амплитуда колебаний), ω - круговая частота звука, х - координата частицы, относительно точки – источника звука, υ - скорость распространения звуковой волны.

Скорость звуковой волны, как скорость любой механической волны за­висит от свойств среды, в которой распространяется волна, и определяется коэффициентом упругости среды α и ее плотностью ρ: υ = 1/√αρ.

Еще одной характеристикой звуковой волны является длина волны. Длиной волны называется расстояние, которое проходит волна за время одного периода λ=υ*T=υ/f

При распространении звука происходит передача энергии от источника звука частицам среды, в которой распространяется звук. С энергетической точки зрения звуковые волны характеризуются потоком энергии и плотностью потока энергии.

Потоком энергии волны называется величина, численно равная энергии, переносимой волной за единицу времени через данную площадь: Ф=Е/t системе единиц СИ поток энергии волны измеряется в ваттах.

Плотностью потока энергии волны называется величина, численно рапная энергии, переносимой волной за единицу времени через единицу площади, перпендикулярной направлению распространения волны: I=E/St=Ф/S

В системе единиц СИ плотность потока энергии волны измеряется в ваттах па квадратный метр (Вт/м²).

В акустике плотность потока энергии звуковой волны имеет специальное название - интенсивность звуковой волны (звука).

Важной характеристикой звуковых волн является звуковое (акустическое) давление. При распространении звуковых колебаний в жидкостях и газах частицы среды совершают колебательное движение. При этом в одних точках среды частицы приближаются друг к другу, происходит сгущение частиц среды. В других точках среды частицы расходятся, происходит разряжение частиц среды. Участки сгущения и разряжения периодически меняются местами. В местах, где происходит сгущение частиц среды давление увеличивается. Это дополнительное (избыточное) давление и называется звуковым давлением. Интенсивность звуковой волны и звуковое давление связаны соотношением

I=P²эфф/2ρυ, где Рэфф - эффективное значение звукового давления (звуковое давление в разных точках среды разное), р - плотность среды, υ- скорость звука в данной среде.

Рассмотренные характеристики звуковых колебаний и звуковых волн (смещение, амплитуда, круговая и линейная частоты, период, фаза, скорость распространения волны, поток энергии и плотность потока энергии волны, интенсивность звуковой волны, звуковое давление) являются объективными характеристиками: их значения могут быть определены с помощью приборов и они не зависят от субъекта (человека). В то же время, звуковые колебания вызывают специфические ощущения в органах слуха человека. Основываясь на этих ощущениях, человек может дать свои субъективные характеристики воспринимаемым звукам.

Субъективные характеристики звука

В сознании человека под действием нервных импульсов, поступающих от звуковоспринимающего органа, формируются слуховые ощущения, кото­рые субъект может охарактеризовать определенным образом.

Существуют три субъективные характеристики звук, основанные на ощущениях, которые данный звук вызывает у субъекта: высота звука, тембр звука и громкость звука.

Понятием высота субъект оценивает звуки разных частот: чем больше частота звука, тем более высоким называется данный звук. Однако между частотой звука и его высотой нет однозначного соответствия. На восприятие высоты звука влияет его интенсивность. Из двух звуков одинаковой частоты звук большей интенсивности воспринимается как более низкий.

Тембром звука называется качественная характеристика звука (своеобразная "окраска" звука) связанная с его спектральным составом. Голоса разных людей различаются между собой. Это различие определяется разным спектральным составом звуков, воспроизводимых разными людьми. Существуют специальные названия для голосов разного тембра: бас, тенор, сопрано и др.. По этой же причине люди различает одинаковые ноты, воспроизведенные на разных музыкальных инструментах: у разных инструментов разный спектральный состав звуков.

Громкость - это субъективная характеристика звука, определяющая уровень слухового ощущения: чем выше уровень слухового ощущения возникающий у субъекта, тем более громким называет субъект данный звук.

Величина слухового ощущения (громкость) зависит от интенсивности звука и- чувствительности слухового аппарата субъекта. Чем выше интенсивность звука, тем выше величина слухового ощущения (громкость) при прочих равных условиях.

Слуховой аппарат человека способен воспринимать звуки, интенсив­ность которых меняется в весьма широких пределах. Для появления слухового ощущения интенсивность звука должна превышать некоторое определенное значение /₀ Минимальное значение интенсивности звука /₀, воспринимаемое слуховым аппаратом субъекта, называется пороговой интенсивностью, или порогом слышимости. У разных людей величина порога слышимости имеет разное значение и меняется при изменении частоты звука. В среднем для людей с нормальным слухом на частотах 1-3 кГц и порог слышимости Iо принимается равным 10"¹²Вт/м".

С другой стороны, При превышении интенсивности звука некоторого предела в органе слуха вместо слухового ощущения возникает ощущение боли.

Максимальное значение интенсивности звука I_Maxi еще воспринимаемого субъектом как звуковое ощущение, называется порогом болевого ощущения. Величина порога боле­вого ощущения примерно равна 10 Вт/м". Порог слышимости 1₀ и порог болевого ощущения 1_мах определяют интервал интенсивностей звуков, создающих у субъекта слуховое ощущение.

2. Колебательный контур. Частота.

3. Оптические линзы. Основные характеристики линз: главная и побочные оси, фокус и 4 фокусное расстояние. Оптическая сила линзы. Построение изображения в линзе (пример

построения).

БИЛЕТ 27

1. Ультразвуковые волны. Особенности ультразвуковых волн по сравнению с волнами

звуковых частот. Закон поглощения ультразвукового излучения ( УЗИ ). Акустический

импеданс. Отражение ультразвука. Явление кавитации.

Физические основы применения УЗИ в диагностике (теневой метод и метод биоэхолокации).

2. Явление и закон электромагнитной индукции. Электродвижущая сила индукции. Вихревой характер индуцированного электрического поля. Явление самоиндукции. Индуктивность, единицы её измерения.

3. Уравнение Бернулли, статическое, гидростатическое, динамическое и полное давления текущей жидкости.

Уравнение Бернулли имеет вид: р + рv² + pgh = const.

где р - давление жидкости, р - её плотность, V - скорость движения, g - ускорение свободного падения, h - высота, на которой находится элемент жидкости.

Согласно уравнению Бернулли, в случае установившегося течения, для которого не имеют существенного значения все другие характеристики текущей среды, кроме плотности (удельного веса), полный напор одинаков во всех поперечных сечениях трубки тока. Если к отверстию в стенке трубы присоединить манометрическую трубку, то жидкость в такой трубке поднимется на высоту, равную гидростатическому напору. Если манометрическую трубку выставить навстречу потоку, то жидкость в манометре поднимется на дополнительную высоту, равную скоростному напору. Трубка, имеющая одновременно торцевое и боковые манометрические отверстия, называется трубкой Пито и используется для определения скорости течения по измеренному скоростному напору. Трубки Пито входят в комплект измерительного оборудования всех самолетов, а также широко применяются для измерений скорости течения в трубопроводах, вентиляционных воздуховодах, в аэро- и гидродинамических трубах.

Если скорость течения равна нулю (т.е. среда не движется), то уравнение Бернулли сводится к простому уравнению гидростатики.

Согласно этому уравнению, увеличению высоты в неподвижной среде жидкости или газа соответствует равное уменьшение гидростатического напора. Поэтому давление в любой точке неподвижной жидкости равно глубине этой точки под свободной поверхностью, умноженной на удельный вес жидкости. На основе этого соотношения вычисляется давление жидкости на стенки резервуаров, а также проводится анализ плавучести и остойчивости морских и речных судов.

В тех случаях, когда скорость течения отлична от нуля, уравнение Бернулли совместно с уравнениями неразрывности и закона сохранения количества движения позволяет решать практически важные задачи - о расходе среды, текущей через измерительные диафрагмы, поверх измерительных и водосбросных водосливов и под затворы шлюзовых галерей; о траектории струи жидкости; о форме, скорости и силе волн, действующих на суда и волноломы. Хотя в таких задачах обычно рассматривается течение воды под атмосферным слоем воздуха, аналогичные процессы гравитационного характера имеют место в случае течения более холодной (и, следовательно, более плотной) воды под более теплой, как и других жидкостей и газов разной плотности. Таким образом, водным потокам в реках аналогичны океанские течения и ветры, поскольку все гравитационные явления подчиняются одним и тем же законам гидроаэромеханики.

БИЛЕТ 28