Уравнение плоской гармонической волны
Пусть t0– время, за которое волна проходит путь у; t – время колебаний частиц, тогда уравнение плоской волны принимает вид:
,
или:
,
где
x
– смещение; A
– амплитуда;
- скорость волны; ω - циклическая частота.
Так
как
,
то:
3. Интенсивность плоской волны или плотность потока энергии
При волновом движении происходит перенос энергии, которая состоит из кинетической и потенциальной.
Плотность потока энергии - это величина, равная количеству энергии перенесенной волной через единицу поверхности перпендикулярно распространению волны за единицу времени.
Уравнение интенсивности плоской волны:
где
J
- интенсивность плоской волны или
плотность потока,
;
W– энергия волны;
S – площадь, через которую идет волна;
t – время.
Интенсивность плоской волны не меняется при удалении от источника колебаний.
В сферической волне колебание распространяется по всем направлениям в области сферы и интенсивность обратно пропорциональна квадрату расстояния до источника колебаний:
J~
.
Амплитуда сферической волны обратно пропорциональна расстоянию до источника колебаний:
A
~
.
Характеристики морских волн
|
(м) |
(м) |
1. Каспийское и Черное моря |
60 |
6 - 7 |
2. Средиземное море |
250 |
9 |
3.Атлантический океан |
500 |
12 - 15 |
V. Акустика
Акустика - раздел физики, изучающий упругие колебания и волны в широком диапазоне, в частности - звуковые колебания.
1. Природа звука
Звук - механические волны в упругой среде с частотой в диапазоне от 16 до 20 000 Гц. (диапазон восприятия звука слуховым аппаратом человека).
Звуковые колебания представляют собой распространение колебаний плотности и давления среды, т.е. сгущений и разряжений среды.
Слышимый звук – явление субъективного восприятия акустических волн человеком или животным.
В человеческое ухо звук попадает по воздуху в виде продольной волны.
У различных животных неодинаковый предел слышимых частот:
- собаки =(40 - 100) кГц;
-
летучие мыши и киты
кГц;
-
комариный писк
10
кГц;
- рев быка =50Гц.
Источником звука может быть любое колеблющееся тело со звуковой частотой (струна, камертон). Скорость звука зависит от плотности среды.
-
в воздухе;
-
в жидкости;
-
в твердых телах.
В мягких тканях человека и животных скорость примерно такая же, как в воде. В музыкальных инструментах источником звука являются колебания струн, мембран, пластин, столба воздуха.
Скорость распространения звука в воздухе, в зависимости от температуры:
где
- скорость звука в воздухе при
,
-
температура (по Цельсию).
2. Интенсивность звуковой волны
Интенсивность звука - это энергетическая характеристика звука:
Звуковое (акустическое) давление –добавочное давление,образующееся на участках сгущения среды.
где
J
- интенсивность звуковой волны; P
- давление;
– плотность среды; 
- скорость волны.
Произведение
называется
акустическим
сопротивлением
.
Рыбы хорошо слышат звук потому, что величина избыточного давления значительна, а скорость звука больше по сравнению со скоростью воздуха.
В толщах воды, земной коры и воздуха имеются особые слои, по которым звук распространяется с наиболее максимальной скоростью. Эти слои называют волноводы.В океане волноводы находятся на глубине 1 - 1,5 км, через них, в частности, идет получение предупреждения о цунами. В земной коре такие волноводы находятся на глубине 100-200 км, в атмосфере - на высоте 15-20 км, и на высоте 75-85 км.