Колебательная скорость будет равна
То есть частота колебаний, увеличиваясь от частоты резонанса до бесконечности, заставляет расти полное механическое сопротивление, а колебательную скорость уменьшаться до нуля.
Из сопоставления результатов видно, что до частоты резонанса, на низких частотах, полное механическое сопротивление определяется упругим сопротивлением, то есть гибкостью подвеса колеблющегося элемента системы, гибкостью соединенного с подвижным элементом воздуха и другими элементами колебательной системы придающими дополнительную гибкость.
Выше частоты резонанса полное сопротивление определяется инерционным сопротивлением, то есть массой подвижной системы и соколеблющейся с ней массой воздуха.
На резонансной частоте полное сопротивление определяется активным механическим сопротивлением, например трением. Чем оно больше, тем меньше колебательная скорость.
Звуковые волны.
Звуком мы, люди, называем то, что мы слышим.
Физический процесс, который приводит к ощущению присутствия звука, сводится к тому, что на чувствительный элемент слухового аппарата человека воздействует изменение атмосферного давления воздуха, окружающего человека частотой от 20 герц до 20000 герц и в пределах нескольких паскалей.
Перенос такого изменения давления от источника звука (источника колебаний атмосферного давления) к его приемнику (слуховому аппарату человека) осуществляет волновой процесс – процесс переноса энергии из одной точки среды в другую с помощью волны, в данном случае звуковой.
Покажем распространение колебаний в воздушной среде на рисунке 5. Колеблющийся поршень перемещает частицы воздуха, создавая сжатие и разряжение воздушной среды.
На рисунке поршень совершает колебания от положения равновесия вправо и влево на величину х. У поверхности поршня, при его движении вправо, воздух сжимается, передавая энергию W частицам воздуха, которые начинают перемещаться вправо с ускорением х″. При движении поршня влево создается разряжение воздуха у поверхности поршня, и частицы воздуха получают отрицательное ускорение - х″, и их скорость замедляется. Изменение давления и распространение колебаний происходит по закону колебаний поршня. На рисунке показаны синусоидальные колебания.
Частотный диапазон звуковых колебаний, который воспринимается слуховым аппаратом человека, лежит в пределах от 16Гц до 20000Гц. Колебания ниже 16 Гц называются инфразвуком. Колебания частотой выше 20000Гц называются ультразвуковыми. Инфразвук и ультразвук не воспринимает человеческим ухом. Слышимый диапазон частот условно делится на три участка: участок, прилегающий к границе инфразвука, относят к низким частотам (НЧ); участок, прилегающий к границе ультразвука, относят к высоким частотам (ВЧ); участок, лежащий между низкими и высокими частотами, занимается средними звуковыми частотами (СЧ).
От источника звука волна распространяется во все, открытые для этого стороны. Направление распространение звуковой волны указывает звуковой луч.
Распространяясь в среде, звуковая волна теряет часть энергии. Причем чем большее расстояние проходит волна, тем больше энергии теряется. Однако именно поэтому обязательно найдется такая поверхность вокруг источника, которая объединит все точки среды с одинаковой энергией. В этих же точках, как правило, частицы среды колеблются в одной фазе. Эта поверхность называется фронт звуковой волны.
Фронт звуковой волны, это поверхность в которой все множество материальных частиц среды, принадлежащих этой поверхности, колеблются в одинаковой фазе.
Звуковой луч всегда перпендикулярен фронту звуковой волны.
Простейшие виды фронтов звуковой волны бывают: плоский, шаровой, цилиндрический. Плоский фронт волны можно рассматривать вблизи плоского звучащего тела, шаровой фронт при некоторых условиях можно наблюдать вокруг звучащего тела (Рис.6), цилиндрический фронт возникает вокруг длинного излучателя.
Тело, поверхность которого совершает колебания с частотой звука, называется звучащим телом.