2.Звуковые волны.

Поперечные волны, которые способно улавливать человеческое ухо называются звуковыми волнами. Раздел физики, занимающийся изучением звуковых явлений, называется акустикой. Звуковые волны в воздухе представляют собой распространяющиеся в пространстве чередующиеся области повышенного и пониженного давления (повышенной и пониженной плотности).

Диапазон частот воспринимаемых человеческим ухом  = 15-20 000 Гц.

Диапазон соответствующих длин волн  = 22 м – 1,65 см.

Скорость звука в воздухе примерно 330 м/c. Скорость звука сильно зависит от плотности и упругих свойств среды (в жидкости или металле скорость звука больше чем в воздухе).

Звук с частотой ниже минимальной частоты _min=15 Гц, которую способно слышать человеческое ухо, называется инфразвук. Звук с частотой выше максимальной частоты _max=20 000 Гц, которую способно слышать человеческое ухо, называется ультразвук.

Звук, как правило, состоит из основной частоты и нескольких различных гармоник или обертонов.

Громкость звука определяется амплитудой колебаний, высота звука определяется частотой. Совокупность различных частот (спектр) тембр звука. Шумы обладают сплошным спектром, т.е. частоты содержащихся в них синусоидальных волн образуют непрерывный ряд значений, целиком заполняющий некоторый интервал.

Громкость звука связана с интенсивностью звуковой волны, которая выражается в единицах энергии, которую звуковая волна передает единичной площадке поверхности за единицу времени. Громкость звука определяется в белах или децибелах. Если уровень интенсивности некоторого звука выше на 1 бел, чем другого, то отношение их интенсивностей равно 10.

Зависимость частоты волн, воспринимаемой приемником, от скоростей движения источника волн и приемника по отношению к среде в которой распространяется волна - называется эффект Доплера. Если источник волн, колеблющийся с частотой ₀, движется относительно среды со скоростью u₁, а наблюдатель - со скоростью u₂, то частота  воспринимаемая наблюдателем равна

где c – скорость волн в неподвижной среде, ₁ и ₂ - углы образованные векторами и с вектором , соединяющий приемник с источником волн.

В том случае, когда и , справедлива приближенная формула

где u – относительная скорость источника и приемника ( ), - угол между векторами и .

Если приемник и наблюдатель сближаются, то угол  тупой, cos  < 0 и  > ₀; если источники удаляются друг от друга, то угол  острый, cos  > 0 и  < ₀

3. Электромагнитные волны

Из теории Максвелла следует не только возможность существования электромагнитных волн, но она позволяет установить и все их основные свойства:

	1. Векторы , и (скорость волны) взаимно перпендикулярны и образуют правовинтовую систему, не зависящую ни от какой координатной системы.
	2. Векторы и всегда колеблются в одинаковых фазах, причем между мгновенными значениями и в любой точке существует определенная связь: одновременность max, 0 и min.

3. Длина волны (расстояние между двумя ближайшими точками, колеблющимися в одинаковой фазе) определяется уравнением:

λ = V·T, где Т – период колебания, зависящий от параметров источника, можно определить по формуле Томсона:

4. Скорость распространения зависит от среды и равна:

,

где С– скорость света в вакууме;

ε и μ – диэлектрическая и магнитная проницаемости среды.

Так как – показатель преломления среды, то

-----Закон Максвелла

5. Уравнение плоской электромагнитной волны описывает закон изменения или :

,

где – волновое число;

«–» – волна распространяется вдоль оси

«+» – волна распространяется в противоположном направлении от оси

6. Распространение электромагнитных волн сопровождается переносом энергии, характеризующей электромагнитное поле.

Плотность энергии для:

1) электрического поля:

2) магнитного поля:

Следовательно в единице объема электромагнитного поля должна содержатся энергия, равная сумме этих объемных плотностей:

Умножив получим – поток энергии через единицу площади в единицу времени (вектор плотности энергии):

Учитывая, что можно получить:

Вектор был впервые введен в 1874 году русским физиком Николаем Алексеевичем Умовым. В 1884 году понятие о потоке электромагнитной энергии ввел английский физик Дж.Пойтинг, поэтому его называют вектором Умова-Пойтинга (направлен в сторону распространения волны).