Природа звука и его физические характеристики

Свободные и вынужденные механические колебания

Колебательное движение – движение, при котором тело или система тел, многократно отклоняясь от состояния равновесия, вновь возвращается к нему.

Колебания бывают свободными и вынужденными.

Свободными (собственными) колебаниями называются такие, при которых, тело, выведенное из состояния равновесия, предоставлено самому себе. Такие колебания являются затухающими, так как всегда сопровождаются трением.

Для того чтобы в системе существовали незатухающие колебания необходимо восполнять потери энергии внешним воздействием. Можно воздействовать на тело с периодической силой, частота которой отлична от собственной частоты. Такая сила называется вынуждающей, и колебания в системе происходят именно с такой частотой.

Т.о. вынужденными называются такие колебания, в процессе которых колеблющаяся система подвергается воздействию внешней периодически изменяющейся силы.

Любой даже самый сложный колебательный процесс можно разложить на ряд простейших гармонических колебаний.

Гармоническое колебание – колебание, происходящее по закону синуса или косинуса.

Закон синуса: x = A sin(ωt-φ₀),

где А – амплитуда колебания, ω – круговая частота, t – время, φ₀ – начальная фаза.

Звуковые колебания и волны – частный случай механических колебаний и волн. Однако в связи с важностью акустических понятий для оценки слуховых ощущений, а также и в связи с медицинскими приложениями, целесообразно некоторые вопросы разобрать специально.

Принято различать следующие звуки: 1) тонны, или музыкальные звуки; 2) шумы; 3) звуковые удары.

Тоном называется звук, являющийся периодическим процессом. Если этот процесс гармонический, то тон называется простым или чистым. Ангармоническому колебанию соответствует сложный тон. Простой тон издает, например, камертон, сложный тон создается музыкальными инструментами аппаратом речи (гласные звуки) и т.п.

Шумом называют звук, отличающийся сложной неповторяющийся временной зависимостью.

К шуму относятся звуки от вибрации машин, аплодисменты, шорох, скрип, согласные звуки речи и т.п. Шум можно рассматривать как сочетание беспорядочно изменяющихся сложных тонов.

Звуковой удар – это кратковременное звуковое воздействие (хлопок, взрыв и т.п.).

Энергетической характеристикой звука, как механической волны, является интенсивность.

На практике для оценки звука удобнее использовать не интенсивность, а звуковое давление, дополнительно возникающее при прохождении звуковых волн в жидкой и газообразной среде. Для плоской волны интенсивность связана со звуковым давлением Р зависимостью

I = P²/(2ρc)

где ρ – плотность среды, с – скорость звука.

Нормальное человеческое ухо воспринимает довольно широкий диапазон интенсивностей звука: так, например, на частоте 1 кГц от I₀ = 10^-12 В/м² или Р₀ = 2·10^-5 Па (порог слышимости) до I_max = 10 Вт/м² или Р_max = 60 Па (порог болевого ощущения).

Дата добавления: 2014-12-07