Hanghullámok 1984 Landau l
hanghullámok
Már mondtam az olvasó egy csomó információt a rezgések, mint az inga leng egy tavaszi labda, mik a mintákat a húr rezgés - Ezeket a kérdéseket az egyik A könyv fejezetei 1. Mi nem beszélünk arról, hogy mi történik a levegő vagy más adathordozón jelen benne test oszcillál. Kétségtelen, hogy a környezet nem maradhat közömbös ingadozása. Vibrációs objektum kitolja levegőt kiszorítja a levegő részecskék a pozíciók, ahol korábban. Az is nyilvánvaló, hogy az ügy nem korlátozódhat csupán a befolyása a közeli légréteg. A test tömöríteni legközelebb réteg, ez a réteg kitolja a következő - így, és rétegről rétegre, a részecske a részecske tartalmazza a teljes mozgás a környező levegő. Azt mondjuk, hogy a levegő jött be a vibrációs állapotba, vagy amelyek eredete rezgéseket a levegőben.
Felhívjuk a rezgéseket a közeg, de ez nem jelenti azt, hogy minden hanghullámok hallunk. Fizika fogalmát használja hanghullámokat tágabb értelemben. Amit hallunk rezgéseket - ez az alábbiakban ismertetjük.
Beszélünk a levegő egyszerűen azért, mert a hang leggyakrabban továbbítani a levegőben. De, persze, hogy nincsenek különleges tulajdonságai a levegőben, fordult hozzá kizárólagos jogot arra, hogy a rezgéseket. Rezgéseket megjelenhet bármilyen közegben képes csökkenteni, valamint egy összenyomhatatlan testek a természetben, az azt jelenti, hogy a részecskék lehetnek bármilyen anyagból ilyen körülmények között. A tanítás az ilyen ingadozások szokták akusztika.
Amikor az egyes rezgéseket részecskék átlagos levegő marad a helyén - teljesít csak körüli ingadozás egyensúlyi helyzetébe. A legegyszerűbb esetben a levegő részecske lehet, hogy egy harmonikus rezgés, amely, mint tudjuk, jön a szinusz törvény. Egy ilyen oszcilláció jellemzi a maximális elmozdulás az egyensúlyi helyzetből - az amplitúdó, időtartam oszcilláció, vagyis az az idő, hogy egy teljes lengés ...
Leírni tulajdonságainak rezgéseket gyakran használják a kifejezést frekvenciaingadozások mint az időszak. Frekvencia v = 1 / T a reciproka az időszak. Egység jelentése - inverz másodperc (sec -1), de ez a szó nem gyakori. Said - második a mínusz első fokú, vagy hertz (Hz). Ha a rezgési frekvencia 100 s -1. ez azt jelenti, hogy az egyik, egy második levegő részecskék teszik 100 teljes rezgések. Mivel a fizika elég gyakran kell foglalkozni a frekvenciák, amelyek sokszor nagyobb hertz, az egységek széles körben használt kilohertz (1 kHz = 10 3 Hz) és megahertzes (1 MHz = 10, 6 Hz).
Amikor elhaladnak az egyensúlyi helyzet a oszcilláló részecskesebesség maximális. Ezzel szemben, a szélsőséges helyzetben a V sebessége a részecskék természetesen nulla. Már mondta, hogy ha a részecske elmozdulás engedelmeskedik a törvény harmonikus rezgés, és a változás-ingadozások meg kell egyeznie törvény. Jelöljük az amplitúdó ellensúlyozta s0. amplitúdó és sebesség révén v0. majd v0 = 2πs0 / T Go # 957; 0 = 2πvs0. Hangos beszéd hatására levegő részecskék rezeg egy elmozdulás amplitúdója csak néhány milliomod centiméter. Az amplitúdó értéke a sebesség a sorrendben 0,02 cm / s.
Egy másik fontos fizikai mennyiség, hogy ingadozik együtt az elmozdulás és a sebesség a részecske, - ezt a túlnyomást, más néven hang. Hang levegő fluktuáció periodikus váltakozó tömörítés és ritkítás a közeg minden ponton. A légnyomás olyan helyen nagyobb vagy kisebb a nyomás, hogy volt hiányában hang. Ezt a felesleget a (vagy annak hiánya) nyomáson és nevezett hallható. Hangnyomás egy nagyon kis töredéke a normál légnyomás. A példánkban - a hangos beszélgetés - a hangnyomás amplitúdó egyenlő lesz a mintegy milliomod atmoszférában. Hangnyomás egyenesen arányos a részecske sebesség fluktuációk, és az arány ezen fizikai mennyiségek csak attól függ a tulajdonságait a közeg. Például, a hangnyomás levegőn 1 din / cm 2 megfelel a sebesség rezgések 0,025 cm / s.
Húr rezeg jog sinus vezet, és a levegő részecskék harmonikus rezgés. Zajok és zenei akkordokat vezet egy sokkal összetettebb képet. Ábra. 6.9 ábra egy rögzítési hang rezgések, azaz a hangnyomás az idő függvényében. Ez a görbe egy kicsit, mint egy szinuszhullám. Kiderült azonban, hogy bármilyen tetszőlegesen összetett rezgés is képviselteti magát a szuperpozíció egyik a másik nagy számú szinusz hullámok különböző amplitúdójú és frekvenciájú. Ezek az egyszerű rezgések mondta, hogy ki a spektrumot a komplex rezgéseket. Egy egyszerű példa az összeadás rezgések ábrán látható. 6.10.
Ha a hang terjedését azonnal, minden a levegőben található részecskék között mozgott, mint egy. De a hang nem terjed azonnal és mennyiségű levegőt fekvő vonal szaporítás mozgásba egy időben, mintha felvette a hullámokat a forrástól. Ugyanígy a szelet fekszik csendben a víz, amíg a kör alakú hullámokban egy dobott kavics nem fogta őt, és nem eredményezi a rezgés.
Megállunk a figyelmet az egyik rezgő részecske viselkedését, és hasonlítsa össze a mozgás más részecskék, feküdt ugyanabban a sorban a hang. A szomszédos részecskék jönnek be a swing egy kicsit később, a következő - még később. A késleltetés növeli, míg végül, találkozunk a részecske mögött egy pont, és ezért rezgő időben az eredeti. Eddig mögött az egész tartományban rossz futó átjuthat a célvonalat, ugyanakkor a vezető. A mi távolság találkozunk egy pont oszcilláló időben az eredeti? Nem nehéz kitalálni, hogy mi az a távolság # 955; egyenlő a termék a hang sebessége a rezgési periódus T. A távolság # 955; úgynevezett hullámhossz:
réseken # 955; találkozunk ingadozó időben a lényeg. Pont található, a parttól # 955; / 2. teszi a mozgást az egyik a másikhoz képest, mint egy tárgy, egy rezgő merőleges a tükör képest a képet.
Ha az általunk képviselt elmozdulás (vagy a sebesség vagy a hangnyomás) minden ponton, amely a vonal harmonikus hang terjedési, majd kapcsolja ismét szinuszos.
Ne keverd össze a grafikonok hullámmozgás és rezgéseket. Ábra. 6.11 és 6.12 nagyon hasonló, de az első vízszintes tengelyen a távolság, és a második - az időt. Egy ábra egy időalap ingadozás, és a többi - a pillanatnyi „kép” a hullám. Összehasonlítása alapján ezek a számok azt mutatják, hogy a hullámhossz is nevezhetjük annak térbeli időszak: a szerepe a T idő játszik tér értéke # 955;.
Ábra akusztikai hullám részecske elmozdulás ábrázoltuk mentén függőleges és az irányt a hullámterjedés, amely mentén a távolság mérése vízszintes. Ez ahhoz vezethet, hogy a rossz gondolat, hogy a részecskék mozognak irányára merőleges hullámterjedés. Tény, hogy a részecskék a levegő mindig rezegnek mentén a hang irányába. Egy ilyen hullámot nevezzük hosszirányú.
A fény sokkal gyorsabb, mint a hang - szinte azonnal. Mennydörgés és villámlás történhet egyidejűleg, de a villám látjuk pillanatában az esemény, és a Sound of Thunder jön hozzánk sebességgel körülbelül egy kilométerre három másodperc alatt (hangsebesség levegőben 330 m / s). Tehát, ha hallja a mennydörgés, villámlás veszély elmúlt.
Ismerve a hangsebesség, akkor általában meghatározza, milyen messze van a vihar elvonul. Ha attól a pillanattól kezdve, hogy villám villám eltelt 12, ez azt jelenti, hogy a vihar el 4 km.
Hangsebesség gázokban körülbelül megegyezik az átlagos sebessége a gázmolekulák. Ez attól is függ a gáz sűrűsége és arányos a négyzetgyök az abszolút hőmérséklet. Folyadékok vezetik hang gyorsabb, mint a gáz. A víz, a hang utazik sebességgel 1450 m / s. t. e. 4,5-szer gyorsabb, mint a levegő. Még több hangsebesség szilárd, mint a vas - mintegy 6000 m / s.
Amikor a hang átmegy egyik közegből a másikba, a változó a terjedési sebesség. De ugyanakkor van egy másik érdekes jelenség - részleges tükrözi hangot a határ a két környezetben. Milyen arányban visszavert hang - ez nagyban függ a sűrűség arányú. Abban az esetben, hang előfordulási levegőből szilárd vagy folyékony felületre, vagy éppen ellenkezőleg, a sűrű közegben, hogy a levegő hang tükröződik szinte teljesen. Amikor a hang belép a vizet a levegőből, vagy éppen ellenkezőleg, a víz a levegőben, majd bejut a második közeg csak 1 / 1000. a hang teljesítmény. Ha mind a környezet sűrű ^ közötti arány a tompított és a visszavert hang is lehet. Például, a víz a acél vagy acél tartandó 13% víz és 87% visszavert hang.
visszhang jelenség széles körben használják a navigációt. Ez alapján a készülék mélység mérő készülék - szilárdabb. Az egyik oldalon a hajó víz alatti hangforrást helyezünk (ábra. 6.13). Pukkanó hangot produkál hanghullámokat, hogy proberutsya a vízoszlop a tenger fenekére, vagy a folyó, tükröződik az alsó, és néhány hang visszatér a hajóra, ahol a rögzítés érzékeny eszközök. Pontos óra jelzi, hogy mennyi ideig tartott, amíg a hang ezen az úton. A hang sebessége a vízben, ismert, és egy egyszerű számítással kaphat pontos információkat mélységben.
Irányítja hang le, és előre vagy oldalra, akkor lehet az ő segítségével állapítsa meg, van egy hajó a veszélyes víz alatti sziklák vagy mély süllyesztett jéghegyek. Minden levegő részecskék körül a hangzó test állapotban vannak a rezgés. Ahogy azt kifejtettük a könyvben 1, ingadozó a törvény szerint a szinusz anyagi pont van egy határozott és állandó teljes energia.
Amikor az oszcilláló pont áthalad az egyensúlyi helyzet, a sebessége maximális. Mivel az elmozdulás a pont ebben a pillanatban egyenlő nullával, az összes energia csökken kinetikus:
Ezért a teljes energia négyzetével arányos az amplitúdó értéke a fordulatszám ingadozás.
Ez igaz a levegő részecskék oszcilláló hanghullámok. Azonban részecskék levegő - ez valami határozatlan. Ezért a hang energia említett egységnyi térfogatban. Ez az érték lehet nevezni egy szonikus energiasűrűség.
Mivel az egységnyi térfogatra eső tömege a sűrűség # 961;, akkor a sűrűsége hang energia
Beszéltünk fent a másik fontos fizikai mennyiség, oszcilláló szinusz törvény ugyanazon a frekvencián, mint a sebesség. Ez - a hang vagy túlnyomás. Mivel ezek az értékek arányosak, akkor azt mondhatjuk, hogy az energia sűrűsége négyzetével arányos az amplitúdó értéke a hangnyomás.
Az amplitúdó a rezgéseket a hangos beszéd sebessége egyenlő 0,02 cm / s. 1 cm3 levegő súlya körülbelül 0,001 g így az energia sűrűsége egyenlő
Hagyja, hogy a hangforrás változik. Tanul az akusztikus energia a környező levegőben. Energiát, mint amennyit „folyik” a hangzó test. Keresztül minden pad merőleges vonal hang egy pillanatra fordul elő egy bizonyos mennyiségű energiát. Ez az érték az úgynevezett energia áramlását, amely áthalad a területen. Ha emellett figyelembe pad 1 cm 2. Az eltelt energia mennyiségét nevezzük a hanghullám intenzitása.
Könnyen belátható, hogy a hang intenzitása I egyenlő a termék energiasűrűség w a hangsebesség c. Ábrázoljuk a henger az 1 cm magasságú és 1 cm-es terület a 2 alaptag generátorok párhuzamosak a terjedési irányát hang. Munkahenger tartalmaz ilyen energia w teljesen hagyja az idő 1 / s. Így, az energia egységnyi területre W / (1 / c) zajlanak egységnyi idő alatt. m. f. w c. Energia mintha mozog a hangsebességet.
A hangos beszélgetés hangerősség mellett a tárgyalópartnerek megközelítőleg egyenlő (fogjuk használni kapott szám fent)