ФИЗИКА
1.Механические волны. Уравнение плоской волны.
Механические волны – процесс распространения механических колебаний в среде (жидкой, твердой, газообразной); переносят энергию, форму, но не переносят массу. Особенность-распространение в материальных средах.
Различают два вида механических волн: поперечные и продольные.
1.Волны называются поперечными, если частицы среды колеблются перпендикулярно лучу волны.. Длина поперечной волны - расстояние между двумя ближайшими горбами или впадинами.
2.Если смещение частиц среды происходит в направлении распространения волны, то волна называется продольной. Длина продольной волны - расстояние между двумя ближайшими зонами сгущения или зонами разряжения.
Если механическая волна, распространяющаяся в среде, встречает на своем пути какое-либо препятствие, то она может резко изменить характер своего поведения.
УРАВНЕНИЕ ПЛОСКОЙ ВОЛНЫ.
S = A cos[w(t-x/v)] [w(t-x/v)] - фаза волны
А – амплитуда
S – смещение колеблющейся точки,
Амплитуда- наибольшее по модулю отклонение тела от положения равновесия.
Фаза - это величина, которая характеризует состояние колеблющегося тела в некоторый момент времени - его положение и направление движения. Обозначение - j. Измеряется в рад (радианы).
Начальная фаза. Чтобы маятник двигался, его можно толкнуть, когда он спокойно висит в положении равновесия, а можно отвести в сторону и отпустить. Вот это положение (в середине или в сторонке),с которого маятник начинает колебаться, и есть начальная фаза.
Частота-число колебаний в единицу времени. («ню», измеряется в Гц). При совпадении внешней частоты с внутренней возникает резкое увеличение амплитуды-резонанс.
Период-время одного полного колебания («Т», изм-ся в с).
Длина волны-расстояние,которое волна проходит за время периода Т.(«лямбда», изм-ся в м)
Скорость волны-скорость перемещения гребня волны в направлении ее распространения.
Круговая частота-число полных колебаний, совершающихся при периодическом колебательном процессе за 2π единиц времени.
2. Звук. Виды звуков.
Звук-механич.продольн.волна,к-ая распростр-ся в упругих средах, имеет частоту от 16Гц до 20кГц. Различают виды звуков:
1.простой тон- чисто гармоническ.колебание,излучаемое камертоном(металлич. инструмент,издающий при ударе звук):
2.сложный тон- не синусоидально, но периодическое колебание (излучается различными музык.инструментами).
По теореме Фурье такое сложное колебание можно представить набором гармонических составляющих с разными частотами. Наим.частота наз-ся основным тоном,а кратные частоты – обертонами. Набор частот с указанием их относительной интенсивности(плотности потока энергии волны) наз-ся акустическим спктром. Спктр сложного тона линейсатый.
3.шум- звук,к-ый получается от сложения множества несогласованных источников. Спектр- непрерывистый (сплошной)
4.звуковой удар- кратковременное звуковое воздействие.Н-р: хлопок, взрыв.
Волновое сопротивление-сопротивление, которое встречает волна при распространении вдоль однородной линии без отражения; отношение звукового давления в бегущей плоской звуковой волне к колебательной скорости частиц среды; оно равно произведению плотности среды на скорость звука в ней.
Коэффициентом проникновения звуковой волны называют величину равную отношению интенсивности преломленной волны к интенсивности падающей волны.
4. Эффект Доплера
Эффект Доплера-изменение частоты и длины волн, регистрируемых приёмником, вызванное движением их источника и/или движением приёмника.
Эффект Доплера легко наблюдать на практике, когда мимо наблюдателя проезжает машина с включённой сиреной. Предположим, сирена выдаёт какой-то определённый тон, и он не меняется. Когда машина не движется относительно наблюдателя, тогда он слышит именно тот тон, который издаёт сирена. Но если машина будет приближаться к наблюдателю, то частота звуковых волн увеличится (а длина уменьшится), и наблюдатель услышит более высокий тон, чем на самом деле издаёт сирена. В тот момент, когда машина будет проезжать мимо наблюдателя, он услышит тот самый тон, который на самом деле издаёт сирена. А когда машина проедет дальше и будет уже отдаляться, а не приближаться, то наблюдатель услышит более низкий тон, вследствие меньшей частоты (и, соответственно, большей длины) звуковых волн.
Если
источник волн движется относительно
среды, то расстояние между гребнями
волн (длина волны) зависит от скорости
и направления движения. Если источник
движется по направлению к приёмнику,
то есть догоняет испускаемую им волну,
то длина волны уменьшается, если удаляется
— длина волны увеличивается:
.
Частота,
регистрируемая неподвижным приёмником
5. Ультразвук
Ультразвук-упругие волны высокой частоты, которым посвящены специальные разделы науки и техники. Человеческое ухо воспринимает распространяющиеся в среде упругие волны частотой приблизительно до 20 000 колебаний в секунду (Гц); колебания с более высокой частотой представляют собой ультразвук (за пределом слышимости). Обычно ультразвуковым диапазоном считают полосу частот от 20 000 до нескольких миллиардов герц.
Источниками УЗ явл-ся спец электромеханические излучатели. Один тип изл-ей работают на основе явления магнитострикции, когда в переменном магнитном поле изменяются размеры некоторых тел (никелевого стержня). Такие излучатели помогают получить колебания с частотами от 20 до 80 КГц.
Второй тип излучателей работает на основе пьезоэффекта, когда в переменном электрическом поле изменяются размеры некоторых тел-материалов из сегнетоэлектриков. Такие излучатели помогают получить колебания с частотами до 500 МГц.
И в первом, и во втором случае УЗ излучается вследствие колебаний боковых граней стержня, в последнем случае эти грани металлизированы для подведения тока к образцу.
6. Идеальная жидкость
Идеальная жидкость-воображаемая жидкость, лишённая вязкости и теплопроводности. В и. ж. отсутствует внутр. трение, т. е. нет касат. напряжений между двумя соседними слоями, она непрерывна и не имеет структуры.
Закон
Бернулли:
Давление в жидкости, текущей в трубе,
больше в тех частях, где скорость ее
движения меньше, и наоборот, в тех частях,
где скорость больше, давление меньше.
Уравнение неразрывности струи: V1A1 = V2A2 Объемный расход во всякой трубке тока, ограниченной соседними линиями тока, должен быть в любой момент времени одинаков во всех ее поперечных сечениях
7. Понятия стационарного потока
Стационарный поток- поток, скорость которого в любом месте жидкости никогда не изменяется.
Ламинарное течение - упорядоченное течение жидкости или газа, при котором жидкость (газ) перемещается как бы слоями, параллельными направлению течения.
Турбулентное течение - форма течения жидкости или газа, при которой их элементы совершают неупорядоченные, неустановившиеся движения по сложным траекториям, что приводит к интенсивному перемешиванию между слоями движущихся жидкости или газа.
Линии – линии, касательные к которым совпадают во всех т. с направлением скорости в этих точках. При стационарном течении линии тока не меняются со временем.
.Рейнольдса число - характеризующее соотношение между инерционными силами и силами вязкости: Re =rdv/m, где r — плотность, m — динамический коэффициент вязкости жидкости или газа, v — скорость потока.При Rе < Rekр возможно лишь ламинарное течение жидкости, а при Re > Rekр течение может стать турбулентным.
Кинематический коэффициент вязкости - отношение динамической вязкости жидкости или газа к их плотности.
8.Вязкоть жидкости
Вязкость - внутреннее трение, свойство текучих тел (жидкостей и газов) оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой
Уравнение Ньютона: F = (dv/dx)Sη.
Коэффициент вязкости - Коэффициент пропорциональности, зависящий от сорта жидкости или газа. Число, служащее для количественной характеристики свойства вязкости. Коэффициент внутреннего трения.
Неньютоновской жидкостью называют жидкость, при течении которой её вязкость зависит от градиента скорости, течение которых подчиняется уравнению Ньютона. (Полимеры, крахмал, жидкое мыло кровь)
Ньютоновская - Если в движущейся жидкости её вязкость зависит только от её природы и температуры и не зависит от градиента скорости. (Вода и дизельное топливо)