2. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего излучения I и линейно возрастает с увеличением частоты падающего излучения (вто­рой закон фотоэффекта).

3. Для каждого вещества существует граничная частота νmin такая, что излучение меньшей частоты не вызывает фотоэффек­та, какой бы ни была интенсивность падающего излучения (третий закон фотоэффекта).

Эта минимальная частота излучения ν_min называется красной границей фотоэффекта.

Математическое обьяснение фотоэффекта было дано Альбертом Энштейном : энергия кванта света , падающего на поверхность вещества расходуется на работу выхода а по вырыванию электронов и на сообщение им кинетической энергии .

Таким образом, уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэф­фекта является следствием закона изменения энергии в этом процессе: h ν = A_вых + mυ²/2

Работу, которую необходи­мо совершить для того, чтобы электрон вылетел с поверхности вещества. Она называется работой выхода (A_вых);

Отметим, что mυ²/2 - кинетическая энергия электрона, которой он может обладать, вылетев с поверхности вещества..

Билет №25

Распространение колебаний. Волны. Продольные и поперечные волны. Звук. Элементы акустики.

Волнами называются всякие возмущения состояния вещества или поля, распространяющиеся в пространстве с течением времени.

При распространении волны отсутству­ет перенос вещества, т. е. частицы только колеблются вблизи положений равновесия.

Упругими волнами называются механические возмуще­ния (деформации), которые распространяются в упругой сре­де. Тела, вызывающие эти возмущения в среде, называются источниками волн (колеблющиеся камертоны, струны музы­кальных инструментов и т.д.). Упругие волны называются звуковыми или акустическими, если соответствующие им механические деформации среды имеют малые амплитуды.

в направлении распростране­ния волны, называется лучом. Луч указывает направление распространения волны.

Основные параметры волны:

амплитуда (А) — модуль максимального смещения точек среды

из положений равновесия при колебаниях;

период (Т) — время полного колебания (период колеба­ний

точек среды равен периоду колебаний источника волны);

частота (v) — число гребней (или число полных колеба­ний), проходящих через данную точку за единицу времени; частота волн определяется частотой источника;

скорость (υ) — скорость перемещения гребня волны (это не скорость частиц!).

υ= λ/Т или υ= λν

длина волны (λ) — наименьшее расстояние между двумя точками, колебания в которых происходят в одинаковой фазе.

Волна называется продольной (рис а), если колебания частиц среды происходят вдоль направления распространения волны.

Волна называется поперечной (рис. 139), если частицы среды колеб­лются в направлениях, перпендикулярных к направлению рас­пространения волн. Поперечные волны вызывают звучание струн музы­кальных инструментов при их возбуждении.

а) Продольная

Раздел физики, занимающийся изучением звуковых явлений, называется акустикой.

Звуковая волна — механическая волна, представляющая со­бой зоны сжатия и разрежения среды (например, воздуха), распространяющиеся в пространстве с течением времени.

Звуковые волны классифицируются по частоте следующим образом:

- инфразвук (v <16 Гц);

- слышимый человеком звук (16< v <20 000 Гц);

- ультразвук (20 000< v <10⁹ Гц);

- гиперзвук (10⁹< v <10¹²-10¹³ Гц).

Звуковые волны приносят человеку жизненно важную инфор­мацию — с их помощью мы общаемся, наслаждаемся прекрас­ными мелодиями, узнаем по голосу знакомых людей.

Одной из важнейших характеристик звуковых сигналов явля­ется спектр.

Спектром называется набор волн различных частот, образующих данный звуковой сигнал. Спектр может быть сплошным или дискретным. Сплошной спектр означает, что в данном наборе присутствуют волны, частоты которых непре­рывным образом заполняют весь заданный спектральный диапа­зон. Дискретный спектр означает наличие конечного числа волн с определенными частотами и амплитудами, которые образуют рассматриваемый сигнал.

По типу спектров звуки разделяются на шумы и музыкаль­ные тона:

Шум — совокупность множества кратковременных разнооб­разных звуков (хруст, шелест, шорох, стук и т. п.). Он представ­ляет собой сложение очень большого числа гармонических коле­баний с близкими амплитудами, но различными частотами (имеет сплошной спектр).

Музыкальный тон создается периодическими колебаниями специального звучащего тела (камертон, поющий голос, струна) и представляет собой гармоническое колебание одной частоты. Музыкальный звук (созвучие) — результат наложения не­скольких одновременно звучащих музыкальных тонов, из кото­рых можно выделить основной тон, соответствующий наимень­шей частоте. Любой звук, помимо частоты, характеризуется интенсив­ностью, уровнем интенсивности.

Интенсивность любой волны определяется как мощность, переносимая ею через единичную площадку, расположенную пер­пендикулярно к направлению распространения волны. Иначе, интенсивность — это энергия, переносимая волной в единицу времени через поперечное сечение площадью 1 м². В СИ интен­сивность волны измеряется в ваттах на метр в квадрате.

Уровень интенсивности звука L_P обычно определяют, исполь­зуя логарифмическую шкалу, единицей которой является бел (1Б) или, что гораздо чаще, децибел (1дБ) (одна десятая бела).

Основными субъективными характеристиками звука мож­но считать его громкость, высоту и тембр.

Громкость (степень слышимости звука) определяется как интенсивностью звука (амплитудой колебаний в звуковой волне), так и чувствительностью человеческого уха на разных частотах, т. е. его способностью улавливать звуки различных частот.

Высота звука определяется частотой звуковых колебаний, обладающих наибольшей интенсивностью в спектре.

Тембр (оттенок звука) зависит от того, сколько обертонов присоединяются к основному тону и какова их интенсивность и частота.

Скорость звука зависит от упругих свойств, плотности и тем­пературы среды.. Для сравнения приведем скорости звука в воз­духе, в воде и в железе при t = 20° С: υ_воздух = 343 м/с, υ_вода = 1490 м/с,

υ_железо = 5850 м/с.

Звуковые волны (особенно ультразвуковых частот) находят очень широкое применение в науке и технике. Например, с их помощью соединяют мельчайшие проводники в микроэлектрони­ке, где традиционная пайка исключена, они используются в ме­дицине в диагностических целях (так называемые УЗИ-сканеры, позволяющие исследовать внутренние органы человека. В отли­чие от излучения рентгеновских аппаратов ультразвуковое излу­чение безвредно для человека).

Способ ориентации или исследования окружающих объектов, основанный на излучении ультразвуковых импульсов с последу­ющим восприятием эха от них, называется эхолокацией, а со­ответствующие приборы — эхолокаторами. Наиболее известные животные, обладающие способностью к эхолокации,— летучие мыши и дельфины. По своему совершенству эхолокаторы этих животных не уступают, а во многом и превосходят современные эхолокаторы, созданные человеком.

Эхолокаторы, используемые под водой, называются гидроло­каторами или сонарами (название sonar образовано из началь­ных букв трех английских слов: sound — звук, navigation — навигация, range — дальность). Сонары незаменимы при иссле­дованиях морского дна (его профиля, глубины), для обнаруже­ния и исследования различных объектов, движущихся глубоко под водой. При их помощи могут быть легко обнаружены как отдельные большие предметы или животные, так и стаи неболь­ших рыб или моллюсков.

31