Механические волны

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лекция

Тема: «МЕХАНИЧЕСКИЕ ВОЛНЫ»

1. Волны. Продольные и поперечные волны

Среда, частицы которой связаны между собой так, что изменение положения одной из них ведёт к изменению положения других частиц, называется упругой.

Процесс распространения колебаний в упругой среде называется волной.

Различают продольные и поперечные волны.

Продольной называется волна, в которой частицы колеблются вдоль направления распространения волны.

Такие волны могут распространяться в любой среде.

Пружина. Если по концу свободно висящей пружины ударить снизу вверх, то по пружине пробежит волна, состоящая из сгущений и разрежений.

Рисунок 1

Расстояние между центрами 2-х ближайших сгущений или разрежений называется длинной волны. л (лямда).

Рисунок 2

Поперечной называется волна, у которой частицы колеблются перпендикулярно направлению распространения волны.

Поперечные волны могут распространяться только в твёрдых телах и на поверхности жидкости.

Если по свободному концу висящей пружины ударить слева- направо, то по пружине распространится синусоида.

Рисунок 3

(Рассмотреть свойства упругой среды в виде белых шариков на стенде).

2. Скорость распространения волн

В однородной среде волны распространяются равномерно, поэтому скорость распространения волны можно определить по формуле. .

Если рассматривать движение волны за один период, т.е t = T, то пройденное расстояние равно длине волны л.

- скорость распространения волны через период. Т.к то

- скорость распространения волны через частоту.

Скорость распространения волны зависит от свойств упругой среды, в которой волна распространяется.

, где E - модуль Юнга среды, - плотность среды.

Какие волны распространяются в среде: продольные или поперечные, зависит от упругих свойств среды. В жидкости и газе распространяются только продольные волны. В твердых телах продольные могут существовать наряду с поперечными.

3. Характеристики звуковых волн

Звук представляет собой колебания упругой среды, воспринимаемые нашими органами слуха. Человеческое ухо способно воспринимать колебания, частота которых лежит в пределах от 16 до 20000 Гц.

Музыкальным тоном мы называем звук, которому соответствует одна строго определенная частота. Высота тона определяется частотой колебания, чем больше частота, тем выше тон.

Звуки с различными частотами получили название шумов.

Для характеристики звука целесообразнее ввести энергетическую характеристику. Интенсивностью звука называется величина равная энергии переносимой звуковой волной в единицу времени через единицу площади поверхности, перпендикулярной направлению распространения звука, т.е. модуль среднего значения плотности потока энергии

.

Если интенсивность звука является объективной величиной, характеризующей волновой процесс, то субъективной характеристикой звука, связанной с его интенсивностью, является громкость звука. По физиологическому закону Вебера-Фехнера, с ростом интенсивности звука, громкость возрастает по логарифмическому закону, т.е. при увеличении интенсивности в 100 раз громкость возрастает в 2 раза.

Поэтому для оценки громкости звука вводится величина L, называемая уровнем громкости

волна звук колебание закон

где порог слышимости. Громкость звука измеряется в белах.

На практике обычно используется единица в 10 раз меньшая - децибел.

4. Волны в упругих средах

Рассмотрим среду, частицы которой связаны между собой так, что изменение положения одной из них ведет к изменению положения других частиц. Такая среда называется упругой.

Распространение колебательного движения в упругой среде называется волной. Различают продольные и поперечные волны.

Продольной называется волна, в которой частицы колеблются вдоль направления распространения волны.

Пружина. Если по концу свободно висящей пружины ударить снизу вверх, то по пружине пробежит волна, состоящая из сгущений и разрежений.

Расстояние между центрами двух ближайших сгущений или разрежений называется длиной волны .

Поперечной называется волна, у которой частицы колеблются перпендикулярно направлению распространения волны. Если по свободному концу висящей пружины ударить слева-направо, то по пружине распространится синусоида.

(Рассмотрим свойства упругой среды в виде белых шариков на стенде.)

Продольная и поперечная волна

В однородной среде волны распространяются равномерно, поэтому скорость распространения волны можно определить по формуле .

Если рассматривать движение волны за один период, то есть t = T, то пройденное расстояние равно длине волны .

(20)

скорость распространения волны, выраженная через период

Так как

, то

(21)

скорость распространения волны, выраженная через частоту

Скорость распространения волны зависит от свойств упругой среды, в которой волна распространяется.

,(22)

Где Е - модуль Юнга среды;

- плотность среды.

Какие волны распространяются в среде - продольные или поперечные - зависит от упругих свойств среды. В жидкости и газе распространяются только продольные волны. В твердых телах продольные могут существовать наряду с поперечными.

Размещено на Allbest.ru