Állóhullámok - studopediya
Egy nagyon fontos zavarás esetén megfigyelt előíró sík hullámok amplitúdója azonos. Ennek hatására oszcilláció folyamatot nevezzük állóhullám.
Gyakorlatilag állóhullámok keletkeznek, amikor a visszavert hullámokat akadályokat. Támaszkodva a gáton, és a hullám fut feléje visszavert hullám egymásra, így állóhullám.
Tekintsük az eredménye beavatkozás két szinuszos síkhullámok egyenlő amplitúdójú utazik ellentétes irányban.
Az egyszerűség kedvéért feltételezzük, hogy mind a hullámok okozó rezgések a származási azonos fázisban.
Az egyenletek ilyen rezgések az űrlap:
Kombinálása a két egyenletet és átalakítjuk az eredmény, az alábbi képlet szerint az összege szinuszok kapjuk:
- állóhullám-egyenlet.
Összehasonlítva ezt az egyenletet, harmonikus rezgés, azt látjuk, hogy az amplitúdó a kapott oszcilláció:
Mivel, mint akkor.
Pontokon környezetben, ahol a rezgések jelen, azaz . Ezeket nevezik csomópontok az állóhullám.
Olyan helyeken, ahol a rezgés amplitúdója maximális értéke egyenlő. Ezeket nevezik a amplitúdópontját állóhullám. Koordináták amplitúdópontok talált a feltétel, mivel Aztán.
Hasonlóképpen, a koordinátái csomópontok feltételek:
Képletek koordináták csomópontok és amplitúdópontok, hogy az egymással szomszédos amplitúdópontok, valamint a távolság a szomszédos csomópontok egyenlő. A csomópontok és az anti-csomópontok vannak tolva egymáshoz képest egy negyedével hullámhosszon.
Vessük össze a karakter oszcillációk álló és mozgó hullám. Minden pont a haladó hullám oszcillál, az amplitúdó, amely különbözik a többi pont amplitúdó. De ingadozások különböző pontjain, különböző fázisok fordulnak elő.
Az állóhullám környezetet, az összes részecske között található két szomszédos csomópont oszcillál azonos fázisban, de eltérő az amplitúdója. Amikor áthalad a csomópont fázis ingadozások változik szakaszosan on, hiszen előjelet.
Grafikailag állóhullám leírható az alábbiak szerint:
Abban az időben, amikor az összes média maximális elmozdulás pont, fedélzeti ami előjele határozza meg. Ezen elmozdulások láthatók az ábrán a folyamatos nyilak.
A negyedévben az időszakban, amikor az elmozdulás minden pont nulla. A részecskék áthaladnak a vonalon különböző sebességgel.
Miután egy másik negyed periódussal, amikor a részecskék újra lesz egy maximális elmozdulás, de az ellenkező irányban (szaggatott nyíl).
A leíró folyamatok oszcilláló elasztikus rendszerek oszcilláló érték vehet nemcsak az elmozdulás, hanem a sebesség a részecskék, valamint a nagysága a relatív alakváltozás a közeg.
Ahhoz, hogy megtalálja a törvény változása az állóhullám sebesség megkülönböztetni őket állóhullám egyenlet megtalálása elmozdulás és a deformáció adóváltozások különbséget állni hullámegyenlet.
Elemezve ezeket az egyenleteket, azt látjuk, hogy a sebességet a csomópontok és amplitúdópontok egybeesik a csomópontok és amplitúdópontját elmozdulás; csomópontok és amplitúdópontok a törzs egybeesik a amplitúdópontok és csomópontok a sebesség és elmozdulás.
húr rezgés
A fix mindkét végén a feszített húr állóhullámok vannak beállítva megindítását keresztirányú rezgések, és olyan helyeken, a rögzítő a húr kell helyezni csomópontok. Ezért a húr ilyen rezgéseket gerjesztve csak a fele, amelynek hossza fektetjük a húr hossza egész szám alkalommal.
Ezért a feltétel:
ahol - a húr hossza.
Mindegy. Ez hullámhossz megfelel frekvenciák esetében, ahol - a fázissebesség a hullám. Értékét által meghatározott húr a húzóerő és a tömege.
At - az alapfrekvencia.
Amikor - sajátfrekvenciák rezgő húr vagy felhangokkal.
Doppler-hatás
Tegyük fel, hogy egy rugalmas közegben bizonyos távolságban a vibrációk forrását az oszcilláció vevő. Amikor a rezgés forrás és a vevő stacionárius képest a közeg, a gyakorisága rezgések által érzékelt vevő egyenlő lesz a frekvenciája egy oszcillációs forrás. Ha a vibrációs forrás vagy egy vevő, vagy mindkettő mozog képest a közeg, a gyakorisága rezgések által érzékelt vevő eltérhet a frekvenciája egy oszcillációs forrás. Ezt a jelenséget nevezik a Doppler-effektus.
Tekintsük az egyszerű esetet, amikor a hullám forrás és a megfigyelő képest mozognak a közeg ugyanazon a vonalon:
1. A hangforrás képest mozog a közegben a hangsebesség vevő nyugszik.
Ebben az esetben az időszak rezgések akusztikus hullám távolodik a FORRÁS-nick a távolból, és a forrás elmozdul egyenlő távolság.
Ha a forrás eltávolítjuk a vevő, azaz a mozognak a irányával ellentétes irányba hullámterjedés, a hullámhossz.
Ha a hangforrás felé mozog a vevő, azaz abba az irányba hullámterjedés, majd.
A hang frekvenciája kapott detektor által:
Mi helyettesíti értéküket mindkét esetben:
Tekintettel arra a tényre, hogy amennyiben - a rezgés frekvenciája forrás, az egyenlet:
Osztjuk a számláló és a nevező e frakciót, akkor:
2. A hangforrás álló, és a vevő viszonyítva mozog a közeget a sebességet.
Ebben az esetben, a hullámhossz a közegben nem változtak és még mindig egyenlő. Azonban két egymást követő amplitúdója, amelyek eltérnek az időben egy rezgési periódus, elérve egy mozgó vevő különböző idő tekintetében a legfontosabb pillanatokban hullám találkozik a vevő az időtartam, amely nagyobb vagy kisebb attól függően, eltávolították, vagy közeledik a vevő a forrás hangzik. A hang utazik a távolból, és a vevő mozog a távolból. Ezek összege értékeket ad nekünk a hullámhossz:
Az az időszak, oszcillációk által érzékelt vevő kapcsolódó gyakorisága ezen rezgések által kapcsolatban:
Behelyettesítve az expresszió (1) egyenlet, megkapjuk:
mert Amennyiben - az alkalmazás gyakorisága oszcilláció forrás, majd:
3. A forrás és a hang vevő képest mozognak a közeg. Ötvözi a kapott eredményeket az előző két esetben, kapjuk:
A hanghullámok
Hang jellemezve pályán érzés, hangerő és hangszín. A pályán határozza meg a rezgési frekvenciája. Azonban a hangforrás bocsát nem egy, hanem egy egész frekvenciatartományban. Állítsa rezgésifrekvencia jelen a hang, az úgynevezett akusztikus spektruma. oszcilláció energia oszlik meg az összes frekvencián az akusztikus spektruma. A pályát úgy határozzuk meg, egy - az alapfrekvencia, ha az arány ennek gyakorisága szignifikánsan nagyobb mennyiségű energiát, mint az aránya más frekvenciákat.
Ha a spektrum sokaságából áll, a frekvenciák a frekvencia tartományban a, egy ilyen spektrumot nevezzük szilárd (például - zaj).
Ha a spektrum áll egy sor különálló rezgésifrekvencia ilyen spektrumot nevezzük vonal spektrum (például - zenei hangok).
Akusztikus hangspektrumnak függően jellege és elosztása energia frekvenciák között meghatározza az eredetiség hang érzékelés, az úgynevezett hangszín a hang. Különböző hangszerek különböző akusztikai spektruma, vagyis a különböző hangjelzés.
jellemezte a hang intenzitása időben személyes mennyiségek: a rezgések a közeg részecskéi, a sebesség, a nyomás erők, feszültségek, stb őket.
Ez jellemzi az oszcilláció amplitúdója minden ilyen változók. Mivel azonban ezek az értékek egymással, célszerű bevezetni egy egységes erő választ. Ez jellemző hullámok bármilyen javasolta 1877-ben. NA Minds.
Vágja ki mentálisan utazó hullám előtt pad. Idővel ez a platform átkerül a távolság, ahol - terjedési sebesség.
Jelöljük az energia mennyisége rezgő környezetben egység. Ekkor az energia a teljes térfogat egyenlő lesz.
Ez az energia átkerült során hullám terjesztő át a területet.
Elosztjuk ezt a kifejezést, megkapjuk az energiát szállító hullám egységnyi területen, egységnyi idő. Ez az érték jelöli, és az úgynevezett vektor Umov
Hangzáskép Umov az úgynevezett hatalom a hang.
hang intenzitása egy fizikai jellemző a hang intenzitása. Úgy becsüljük, hogy szubjektív, mint a kötet. Az emberi fül érzékeli a hang, akinek ereje meghaladja a minimális érték, amely különbözik a különböző frekvenciákon. Ez az érték az úgynevezett küszöb hallhatóságát hang. Elrendelni középfrekvenciás hallásküszöböt nagyságrendű Hz.
Amikor nagyon nagy rendelést hangteljesítmény hang érzékelt kivéve fül szervek az érintés, és a füle fájdalmat okoz.
Az érték a intenzitása, amikor ez előfordul az úgynevezett küszöb fájdalom. A küszöb a fájdalom, valamint a küszöb hallhatósággal, frekvenciafüggő.
A férfi egy meglehetősen bonyolult berendezés a megítélése hangokat. Rezgéseket gyűjtik a fülkagyló és hallójárat hatással a dobhártyát. A rezgések egy kis üreg, az úgynevezett belső fül. A cochleában egy nagy számú szál, különböző hosszúságú és a feszültség, és ezért különböző természetes frekvenciákat. Ha a hanghatás mindegyik szál rezonál a hang frekvenciája egybeesik a természetes frekvenciája rost. A készlet rezonancia frekvenciák a hallókészülék és egy olyan területet határoz érzékelhető kapcsolati rezgéseket.
Szubjektív értékelte a fülünkbe, a kötet lassabban emelkednek, mint az intenzitás a hanghullámokat. Abban az időben, az intenzitás exponenciálisan növekszik - a térfogata növekszik egy számtani sorozat. Ezen az alapon a hangerőt úgy definiáljuk, mint a logaritmus arányának intenzitása a hang intenzitásának elfogadott eredeti
A térfogat egységet nevezzük fehér. És használja kisebb egységek - decibelben (10-szer kevesebb széles).
Az érték a hangerőt decibelben adott:
A hangnyomásszint dB van társítva a hangnyomás amplitúdó arány:
ahol - az amplitúdó hangnyomás, amikor a térfogata nulla.
A belső súrlódás és a hővezető képessége a közeg vezető a felszívódását akusztikus energia és folyamatos csökkenése szaporító hanghullám. Ha első hang teljesítmény volt, áthaladás után a hossza, a hang intenzitása lesz egyenlő:
ahol - a hangelnyelési tényező.
Nagysága a hangelnyelési tényező arányosan növekszik a tér a frekvencia a hang, így a mély hangokat terjednek tovább magas.
Az építészeti akusztika nagy területek fontos szerepet játszik reverb vagy gulkost telephelyén. Hangok, tapasztalt többszörös gondolatok a bezáró felületek, a hallgató által érzékelt a meglehetősen hosszú ideig. Ez növeli az erőt a hang eléri a számunkra, azonban, ha túl sokáig visszhang egyes hangok átfedik egymást, és ez már nem érzékelhető egyértelműen. Ezért a falon van bevonva speciális szobákat hangelnyelő anyagok csökkentik a visszhang.
A forrás a rezgéseket lehet bármilyen ingadozó szerv: harang nyelve, hangvilla, hegedű húr, az oszlop a levegő a fúvós, stb E szervek is szolgálhat vevők hang, amikor jönnek mozgásba hatása alatt környezeti ingadozások a közeg.
ultrahang
Ha útvonaltervet, azaz közel a lapos sugárzó mérete a hullámok kell sokszor nagyobb, mint a hullámhossz. A hanghullámok a levegőben van egy hossza legfeljebb 15 m, a folyékony és a szilárd anyagok hullámhossz még tovább. Ezért, hogy építsenek egy adó, amely képes létrehozni egy ilyen irányú hullám hossza, ez szinte lehetetlen.
Két jelenség gerjesztésére használt ultrahang inverz piezoelektromos hatás és magnetostrikció.
Fordított piezoelektromos hatás az, hogy néhány, a lemezes kristályok (Rochelle-só, kvarc, bárium-titanát, stb) Az intézkedés alapján az elektromos mező enyhén deformálódik. Helyezi fémlemezek közötti, amelyhez váltakozó feszültséget alkalmazunk, akkor kényszerű rezgések a lemez. Ezek a rezgések a környezetet, és ezáltal egy ultrahang hullám benne.
Magnetostrikciós az, hogy a ferromágneses anyag (vas, nikkel, ezek ötvözetei, stb) hatása alatt a mágneses mező deformált. Ezért, forgalomba egy ferromágneses magot egy váltakozó mágneses tér lehet gerjeszteni mechanikai rezgések.
Nagy értékek akusztikus sebesség és a gyorsulás, valamint a jól kidolgozott módszerek tanulmányozása és a fogadó ultrahang rezgések, amely lehetővé teszi számukra, hogy megoldja a sok technikai probléma. Íme néhány közülük.
1928-ban a szovjet tudós SJ Sokolov javasolt az ultrahang vizsgálat céljaira, azaz felismerni rejtett belső hibák, például üregek, repedések, mikroporozitás, salak zárványok és mtsai., fém termékek. Ha a hiba mérete meghaladja a hossza az ultrahang hullám, az ultrahangos impulzus visszaverődik a hiba, és visszavezetjük. Elküldésével a termék uitrahangimpuizusok és rögzítjük a visszavert visszhangokat, akkor nem csak jelenlétének kimutatására hibák a termékek, hanem, hogy megítélje a mérete és elhelyezkedése ezeket a hibákat. Jelenleg ezt a módszert széles körben használják az iparban.
Fókuszált ultrahang gerendák széles körben használják a helyét célra, azaz felismerni tárgyakat vízben és távolság meghatározására nekik. Az ötlet az volt, hogy megmutassa az ultrahang helyüket kiváló francia fizikus P. Langevin és fejlesztette azokat a második világháború idején észlelni tengeralattjárók. Jelenleg az elvek szonár kimutatására használják jéghegyek, halrajok, stb ezek a módszerek is mélysége határozza meg a tenger alatt a hajó alját (szonár).
Ultrahang hullámok nagy amplitúdójú széles körben használják jelenleg a szakterületen a megmunkálási kemény anyagok, tisztító kis tárgyak (részei mozgások, csővezetékek, stb) helyezzük folyadék outgassing stb
Létrehozása áthaladása erős nyomásingadozások a közegben, az ultrahang hullámok okozhat számos specifikus jelenségek: őrlés (diszperzió) a részecskék folyadékban szuszpendált, az emulzió-, a gyorsulás a diffúziós folyamatok, az aktiváló kémiai reakciók, a hatás a biológiai objektumok, stb