Контрольні запитання
Дайте визначення електромагнітної індукції.
У чому полягає сутність правила Ленца?
Розкрийте сутність теорії Максвелла.
Де можуть виникати струми Фуко та де вони використовуються?
У чому полягає балістичний метод визначення індукції магнітного поля Землі у точці спостереження?
Що таке вертикальна та горизонтальна складові вектора магнітної індукції поля?
Розкрийте принцип роботи осцилографа.
Як за допомогою осцилографа можна визначити індукцію магнітного поля Землі?
Лабораторна робота №11
ВИВЧЕННЯ звукових коливань
за допомогою ЕЛЕКТРОННОГО ОСЦИЛОГРАФА
Мета роботи: ознайомитися з принципом роботи електронного осцилографа та навчитися за його допомогою вимірювати амплітуду та частоту електричних коливань.
Прилади та матеріали: електронний осцилограф; джерело живлення ВС-24М; з’єднувальні дроти; мікрофон; камертон.
Теоретичні відомості
Звуковими (або акустичними) хвилями називають пружні хвилі, що поширюються в середовищі, котрі мають частоти в межах 16-20000 Гц. Хвилі зазначених частот, впливаючи на слуховий апарат людини, викликають відчуття звуку. Хвилі із ν<16 Гц (інфразвукові) та ν>20 кГц (ультразвукові) органами слуху людини не сприймаються.
Звукові хвилі в газах та рідинах можуть бути тільки поздовжніми, тому що ці середовища мають пружність лише відносно деформацій стиску (розтягування). У твердих тілах звукові хвилі можуть бути як поздовжніми, так і поперечними, тому що тверді тіла мають пружність відносно деформацій стиску (розтягування) та зсуву.
Інтенсивністю звуку (або силою звуку) називається величина, обумовлена середньою за часом енергією, перенесеною звуковою хвилею в одиницю часу крізь одиничну площу, перпендикулярну напрямку поширення хвилі:
. (11.1)
Одиниця інтенсивності звуку в СІ – ват на метр у квадраті (Вт/м2).
Чутливість людського вуха різна для різних частот. Для того, щоб викликати звукове відчуття, хвиля повинна мати деяку мінімальну інтенсивність, але якщо ця інтенсивність перевищує певну межу, то звук не чутний і викликає тільки больове відчуття. Таким чином, для кожної частоти коливань існує найменша (поріг чутливості) і найбільша (поріг болючості) інтенсивність звуку, що здатна викликати звукове сприйняття.
Якщо інтенсивність звуку є величиною, котра об’єктивно характеризує хвильовий процес, то суб’єктивною характеристикою звуку, пов’язаною з його інтенсивністю, є гучність звуку, яка залежить від частоти. За фізіологічним законом Вебера-Фехнера, з ростом інтенсивності звуку гучність зростає за логарифмічним законом. На цій підставі вводять об’єктивну оцінку гучності звуку за вимірюваним значенням його інтенсивності:
, (11.2)
де I0 – інтенсивність звуку на порозі чутливості, прийнята для всіх звуків рівною 10-12 Вт/м2. Величину L називають рівнем інтенсивності звуку й виражають в белах. Як правило користуються одиницями, в 10 разів менше, – децибелами (дБ).
Реальний звук є накладанням гармонійних коливань із більшим набором частот, тобто звук має акустичний спектр, що може бути суцільним (у деякому інтервалі присутні коливання всіх частот) і лінійчатим (присутні відділені одна від одної певні частоти).
Звукове відчуття характеризується крім гучності ще висотою й тембром. Висота звуку – якість звуку, яку визначає людина суб’єктивно на слух. Висота звуку залежить від частоти звуку. З ростом частоти висота звуку збільшується, тобто звук стає «вище». Характер акустичного спектра й розподілу енергії між певними частотами визначає своєрідність звукового відчуття, яке має назву тембр.
Джерелом звуку може бути будь-яке тіло, що коливається в пружному середовищі зі звуковою частотою (наприклад, у струнних інструментах джерелом звуку є струна, з’єднана з корпусом інструмента).
Здійснюючи коливання, тіло викликає коливання прилягаючих до нього часток середовища з такою ж частотою. Стан коливального руху послідовно передається до більш віддалених від тіла часток середовища, тобто в середовищі поширюється хвиля із частотою коливань, рівною частоті її джерела, і з певною швидкістю, яка залежить від густини та пружних властивостей середовища.