[7 сем] Лекции по физике / lec2_new

ВОЛНЫ

ПРОСТЕЙШИЙ ВИД КОЛЕБАНИЙ – ГАРМОНИЧЕСКИЕ, ПРОИСХОДЯЩИЕ ПО ЗАКОНУ SIN ИЛИ COS

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ – АМПЛИТУДА ( А), ЧАСТОТА ( n ), ПЕРИОД КОЛЕБАНИЙ ( T )

ПРОЦЕСС РАСПРОСТРАНЕНИЯ КОЛЕБАНИЙ В УПРУГОЙ СРЕДЕ НАЗЫВАЕТСЯ ВОЛНОВЫМ ПРОЦЕССОМ.

ОБЛАСТЬ, ГДЕ РАСПРОСТРАНЯЕТСЯ ВОЛНА –

ЗВУКОВОЕ ПОЛЕ

ЗВУКОВЫЕ ВОЛНЫ (ЗВ)

ЗВ могут быть продольные и поперечные. Продольные – в воздухе, поперечные в твердых телах (распространение звука по конструкциям).

Скорость звука в воздухе приближенно можно определить как:

где t- температура в ^оС.

ДЛИНА ЗВУКОВОЙ ВОЛНЫ – РАССТОЯНИЕ, КОТОРОЕ ПРОХОДИТ ВОЛНА В СРЕДЕ ЗА ВРЕМЯ РАВНОЕ ПЕРИОДУ КОЛЕБАНИЙ.

Длина звуковой волны определяется как:

и изменяется в диапазоне от 17м до 0.017 м.

ПРИ РАСПРОСТРАНЕНИИ ВОЛН ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ ТОЛЬКО ПЕРЕНОС ЭНЕРГИИ

МАССА НЕ ПЕРЕНОСИТСЯ

ЧАСТИЦЫ СРЕДЫ СОВЕРШАЮТ КОЛЕБАТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНО ПОЛОЖЕНИЯ

РАВНОВЕСИЯ

ЗВУКОВЫК ВОЛНЫ:

- ПОПЕРЕЧНЫЕ ;

- ПРОДОЛЬНЫЕ

КОЛЕБАТЕЛЬНАЯ СКОРОСТЬ ЧАСТИЦ СРЕДЫ

ПОПЕРЕЧНАЯ ВОЛНА

ПРОДОЛЬНАЯ ВОЛНА

КОЛЕБАТЕЛЬНАЯ СКОРОСТЬ ЧАСТИЦ СРЕДЫ

=10 ^-2 м/с

СКОРОСТЬ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЗВУКА – U = 340 м/с

ЗВУКОВОЕ ДАВЛЕНИЕ –

РАЗНОСТЬ МЕЖДУ ДАВЛЕНИЕМ В ДАННОЙ ТОЧКЕ ЗВУКОВОГО ПОЛЯ И АТМОСФЕРНЫМ

, Па

ЗВУКОВОЕ ДАВЛЕНИЕ - ФУНКЦИЯ ВРЕМЕНИ И

КООРДИНАТ (СКАЛЯРНАЯ ВЕЛИЧИНА)

ЗВУКОВОЕ ДАВЛЕНИЕ ИЗМЕРЯЕТСЯ В ЭФФЕКТИВНЫХ ЗНАЧЕНИЯХ.

Среднеквадратическое значение амплитуды (СКЗ) равно квадратному корню из среднего квадрата амплитуды колебания. Для синусоидальной волны СКЗ в 1,41 раза меньше пикового значение

ЗВ можно рассматривать как волну давления

.

Диапазон изменения ЗВУКОВОГО ДАВЛЕНИЯ 10^-5-10² Па.

ПРИ РАСПРОСТРАНЕНИИ ВОЛНЫ - ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ ПЕРЕНОС ЭНЕРГИИ

ОБЩЕЕ КОЛИЧЕСТВО ЗВУКОВОЙ ЭНЕРГИИ, ИЗЛУЧАЕМОЙ ИСТОЧНИКОМ В ЕДИНИЦУ ВРЕМЕНИ – ЗВУКОВАЯ МОЩНОСТЬ (Вт) - W

В СВОБОДНОМ ПРОСТРАНСТВЕ ОТ ТОЧЕЧНОГО ИСТОЧНИКА РАСПРОСТРАНЯЕТСЯ СФЕРИЧЕСКАЯ ВОЛНА

ИНТЕНСИВНОСТЬ ВОЛНЫ - ЭНЕРГИЯ, ПЕРЕНОСИМАЯ ВОЛНОЙ В ЕДИНИЦУ ВРЕМЕНИ ЧЕРЕЗ ЕДИНИЧНУЮ ПЛОЩАДКУ ( Вт/ м²)

С увеличением расстояния интенсивность волны уменьшается ПРОПОРЦИОНАЛЬНО КВАДРАТУ

РАДИУСА

ФАКТОР НАПРАВЛЕННОСТИ

ЗВУКОВОЕ ПОЛЕ (ЗП)

На открытом пространстве РАСПРОСТРАНЯЕТСЯ бегущая волна.

В свободном звуковом поле волны распространяются в одном направлении.

Отношение ЗД к колебательной скорости частиц среды v называется акустическим сопротивлением среды или импедансом и определяется как:

где - плотность воздуха, U- фазовая скорость волны

При распространении звука в воздухе импеданс равен 410 кг/ м² с.

ЗП – описывается волновым уравнением.

Античный театр в Эпидавре (Epidaurus), Греция. Построенный в IV веке до н.э.

полукруглая чаша античного театра представляет собой идеальный звуковой фильтр.

Если исполнитель стоит в середине сцены, то каждое его слово могут явственно расслышать все 15 тыс. зрителей.

Ребристые каменные скамьи театра служили своего рода акустическими фильтрами, подавляя низкочастотные звуки, которые являются основной составляющей постороннего шума, и усиливая голоса исполнителей, которые отличаются относительно высокой частотой. Граница между подавляемыми низкочастотными звуками и усиливаемыми высокочастотными лежит на частоте примерно в 500 Гц.

В ПОМЕЩЕНИЯХ ФОРМИРОВАНИЕ ЗВУКОВОГО ПОЛЯ

ПРОИСХОДИТ ВСЛЕДСТВИЕ МНОГОКРАТНЫХ ОТРАЖЕ-

НИЙ И СЛОЖЕНИЙ ЗВУКОВЫХ ВОЛН

Падая на поверхность, звуковая волна частично отражается от нее, частично поглощается материалом поверхности, переходя в тепловую энергию; частично проходит в соседнее помещение.

коэффициент пропускания

коэффициент звукопоглощения

коэффициент отражения

звукоизоляция

СЛОЖЕНИЕ ВОЛН

 ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ ЗВУКОВЫХ ВОЛН

(сложение когерентных волн)

Стоячая волна энергию не переносит.

Стоячие волны – частный случай интерференции. Стоячие волны образуются в результате наложения двух волн одинаковой амплитуды, фазы и частоты, распространяющихся в противоположных направлениях.

Амплитуда в пучностях стоячей волны равна удвоенной амплитуде каждой из волн. Поскольку интенсивность волны пропорциональна квадрату ее амплитуды, то интенсивность в пучностях в 4 раза больше интенсивности каждой из волн. Закон сохранения энергии НЕ НАРУШАЕТСЯ, поскольку в узлах интенсивность равна нулю.

ТИПЫ КОЛЕБАНИЙ трубы, открытой с обоих концов:

а – основной тон; б – первый обертон. Продольные смещения для наглядности показаны как поперечные.

ТИПЫ КОЛЕБАНИЙ трубы, открытой с одного конца: а – основной тон; б – первый обертон.

 

Стоячие волны тесно связаны с явлением резонанса.

Биения. Возможна также интерференция гармонических волн разных частот. Когда две частоты мало различаются, возникают так называемые биения. Биения – это изменения амплитуды звука, происходящие с частотой, равной разности исходных частот.

ДИФРАКЦИЯ ЗВУКОВЫХ ВОЛН

ДИФРАКЦИЯ ЗВУКОВЫХ ВОЛН на отверстии. Слева – длина волны намного больше диаметра отверстия, волновой фронт за отверстием имеет вид полусферы; справа – длина волны значительно меньше диаметра отверстия, волна почти не расходится в стороны.

Диффузное ЗП – равновероятный приход ЗВ из любого направления.

Суммарная интенсивность ЗВ в диффузном ЗП в любой точке равна нулю.

Основной параметр ЗП – объемная плотность энергии w, которая определяется как:

, Дж/м³

Интенсивность волны можно определить как:

где А – амплитуда колебаний, которую можно заменить амплитудным значением звукового давления (Р_о).

Интенсивность волны I пропорциональна квадрату звукового давления Р².