Тема 7. Механические волны

Процесс распространения колебаний в среде называется волновым процессом или волной.

Основное свойство всех волн – перенос энергии без переноса вещества.

Волны бывают продольные и поперечные. В продольных волнах частицы среды колеблются в направлении распространения волны. В поперечных волнах – в плоскостях, перпендикулярных направлению распространения волны. Продольные волны возникают при деформации сжатия и растяжения, поперечные волны возникают при деформации сдвига.

Волна называется гармонической, если соответствующие ей колебания частиц среды являются гармоническими.

Гармоническая поперечная волна

Этот график похож на график гармонических колебаний, но они различны по существу. График волны дает зависимость смещения всех частиц среды от расстояния до источника колебаний в данный момент времени, а график колебаний – дает зависимость смещения данной частицы от времени.

Расстояние между ближайшими точками, колеблющимися в одинаковой фазе называют длиной волны -  - [м]

Скорость распространения волн тем меньше, чем больше её плотность - .

Скорость продольной волны: Скорость поперечной волны:

где Е - модуль упругости или модуль Юнга;  - модуль сдвига.

  Пусть в точкеВ находится источник колеба-

l ний. Волны от источника колебания распро-

страняются вдоль прямой.

Уравнение колебаний точки В задано

х_В = Аsint = Аsin2

Точка С повторяет колебания точки В с некоторым запозданием. Тогда уравнение точки С х_С = Аsin2(t-)

ТочкаВ колеблется в течение времени t. Эти колебания дойдут до точки С через время , поэтому время колебаний точки С – (t-). Расстояние от точки В до точки С, равное l, волна проходит со скоростью

Отсюда

Тогда х = А sin2 (t - l/) или учитывая, что

- уравнение бегущей волны.

Бегущими называются волны, которые переносят в пространстве энергию.

Существуют еще стоячие волны – волны, образующиеся при наложении двух бегущих волн, распространяющихся навстречу друг другу с одинаковыми частотами и амплитудами.

Волны, распространяющиеся в любой среде и имеющие частоту в пределах от 16-20 до 20000 Гц, называются звуковыми волнами, которые воспринимает человеческое ухо.

Волны с частотой  16 Гц – инфразвуки, а с частотой  >20 кГц – ультразвуки.

Основными характеристиками звука являются высота, сила (интенсивность) и тембр звука.

Высота звука определяется частотой колебаний. Чем больше частота колебаний, тем выше звук.

Силой (интенсивностью) звука называется величина, определяемая энергией, переносимой звуковой волной в единицу времени сквозь единичную площадку, перпендикулярную направлению распространения волны.

Сила звука – энергетическая характеристика звуковой волны и мы субъективно оцениваем как громкость звука.

Для каждой частоты колебаний существует наименьшая - порог слышимости и наибольшая – порог болевого ощущения интенсивность звука, которая способна вызвать звуковое восприятие. Область между этими двумя порогами – область слышимости.

Тембр звука – оттенок или окраска звуковых колебаний.