Лекция № 7

Звук

Волны

Характеристики волнового движения. Камень, брошенный в воду, создает вокруг себя концентрические круги, состоящие из горбов и впадин, которые распространяются с некоторой скоростью от точки падения камня в воду. Волновым образом распространяется свет, звук, радиоволны. Волной считается и частица[3]. Например, пучок электронов, проходя через щель, создает интерференционную или дифракционную картину. Виды волн (поперечные, продольные и поверхностные) представлены на рис.5.9.

Волной называют процесс распространения колебаний в пространстве с течением времени. Источником любой волны является колебание, которое распространяется от источника в виде волны. Если источник движется синусоидально, совершая гармонические колебания в абсолютно упругой среде, то волна будет иметь форму синусоиды.

Волны могут распространяться на большие расстояния, но частицы среды совершают колебания лишь в ограниченной области пространства. В случае, когда эти частицы колеблются вверх и вниз, то есть в направлении перпендикулярном (или поперечном) движению самой волны, волна называется поперечной (рис.5.9а). Поперечными являются электромагнитные волны.

Если же частицы колеблются в том же самом направлении, в котором распространяется сама волна, волна называется продольной (рис.5.9б). Примером продольной волны является звуковая волна в воздухе.

Существуют еще и волны третьего типа, называемые поверхностными волнами, которые распространяются на границе раздела двух сред (рис.5.9в). Волны на воде – один из примеров поверхностных волн, существующих на границе между водой и воздухом.

а)

б)

пучность впадина пучность впадина пучность в)

Рис.5.9. Виды волнового движения: поперечные волны (а), продольные - (б), поверхностные – (в).

Характеристиками волнового движения являются основные параметры, используемые для описания периодической синусоидальной волны (рис.5.9а): амплитуда, частота, период, длина волны, фаза и скорость распространения.

Амплитуда – это максимальная высота пучности или глубина впадины, измеренная относительно нулевого уровня. Расстояние между двумя соседними пучностями или впадинами называется длиной волны .

Частота - это число гребней, проходящих через данную точку за единицу времени (или число полных колебаний).

Периодом называется время, в течение которого волна совершает одно полное колебание:

(5.2.1)

Фазой называют положение точки на гармонической функции. Начальной фазой называют положение точки в начальный момент времени .

По виду фронта волны, то есть поверхности для всех точек которой фаза одиниковая волны классифицируются на плоские, сферические и цилиндрические. Сферическиеми называют волны, у которых повехность с одинаковой фазой представляет собой сферу. Пример такой волны - световая волна от точечного источника света. В плоской волне поверхность одинаковой фазы представляет плоскость. Так распрстраняется звук. Кроме того, фронт световой волны от точечного источника на большом расстоянии от него с хорошей точностью можно считать плоским. У цилиндрических волн поверхность равной фазы напоминает форму цилиндра. Примерами цилиндических являются волны от продолговатого источника.

Скоростью волны называется отношение перемещения гребня за время, равное периоду колебания. Поскольку за период гребень проходит расстояние, равное длине волны , скорость волны определяется соотношением:

(5.2.2)

или

(5.2.3)

Скорость, определяемая соотношением (5.2.3) называется фазовой, поскольку при движении волны происходит не перемещение вещества, а фазы, например, ее гребня или впадины.

Скорость распространения волн зависит от свойств среды, в которой она распространяется и определяется, прежде всего, характеристиками упругости вещества (например, воды, металла, воздуха и т.д.). В струне она зависит от силы натяжения струны (упругости металла из которого она сделана) и массы на единицу длины струны :

(5.2.4)

Скорость движения струны возрастает пропорционально корню из силы натяжения струны, которая определяется упругостью материала. Например, сталь можно использовать для изготовления струн, тогда как более тягучий алюминий для этой цели не пригоден. Хотя скорость распространения волны по алюминиевой струне при одинаковой упругости материалов была бы выше, чем в стальной.

Скорость передачи продольной волны всплошном стержне зависит от плотности материала ρ и модуля упругости Юнга материала, из которого сделан стержень:

. (5.2.5)

Если материал обладает высокой степенью упругости Е, то скорость распространения звука в нем будет выше. Рост плотности материала приводит к уменьшению скорости передачи звуковой волны.

Модулем Юнга называется коэффициент пропорциональности между напряжением и относительным удлинением стержня длинной l и площадью S:

. (5.2.6)

где F - сила, приложенная к стержню площадью S. Размерность модуля Юнга определяется из формулы (5.2.5):

. (5.2.7)

Скорость распространения продольной волны в жидкости или газе пропорциональна корню квадратному модуля всестороннего сжатия жидкости (В), который тоже является характеристикой упругости, и обратно пропорциональна корню из ее плотности:

, (5.2.8)

Модуль всестороннего сжатия жидкости или газа играет ту же самую роль, что и модуль упругости, только он определяет упругость объема вещества. Отличие между ними обусловлено тем, что газ и жидкость обладают текучестью и сжать их можно, прикладывая силу со всех сторон их объема. Модуль объемного сжатия представляет собой аналогично модулю Юнга коэффициент пропорциональности между изменением давления , под действием которого происходит сжатие со всех сторон тела объемом V к относительному уменьшению объема тела :

. (5.2.9)

Из всех выражений (5.2.4) – (5.2.9) видно, что чем плотнее среда, тем медленнее в ней распространяются волны.

Энергия, переносимая волнами. Волны переносят энергию из одного места в другое, но не переносят вещество (массу) среды, в которой она распространяется. Когда волны распространяются через среду, энергия передается в виде энергии колебаний от одной частицы среды к другой.

В качестве примера еще раз рассмотрим колебания груза на пружине. В синусоидальной волне с частотой частицы среды совершают гармонические колебания, так что каждая частица обладает полной энергией:

. (5.2.10)

Так как частота груза, колеблющегося на пружине, согласно (5.1.7) описывается выражением:

, (5.2.11)

то коэффициент упругости составляет:

(5.2.12)

Таким образом, энергия волны имеет вид:

,

Учитывая, что , а объем вычисляется как произведение площади S, которую пересекает волна, на ее скорость v и на время движения волны t получаем:

(5.2.13)

Откуда видно, что энергия, переносимая волной, пропорциональна квадрату ее амплитуды, квадрату частоты.

Средняя мощность волны - это энергия, переносимая волной за единицу времени:

(5.2.14)

Интенсивность волны определяется как средняя ее мощность, переносимая через единицу площади поверхности, перпендикулярной направлению потока энергии:

(5.2.15)

По смыслу интенсивность – это энергия, падающая на единицу площади в единицу времени. Интенсивность волны тоже пропорциональна квадрату ее амплитуды.

Принимая во внимание, что площадь сферического волнового фронта (волновой фронт – линия или поверхность, все точки которой имеют одну и ту же фазу) , получаем, что отношение интенсивности волны на двух разных расстояниях от источника (рис.5.10) обратно пропорциональны площадям этих фронтов:

(5.2.16)

Волновое уравнение. Любая волна, движущаяся вдоль оси (такие волны называют бегущими), будет описываться выражением, если волна движется от начала вдоль положительного направления оси координат:

, (5.2.17)

а если волна движется к началу координат:

, (5.2.18)

где - смещение волны в точке , а - функция, определяющая форму или профиль волны. В простейших случаях функция Ф может быть представлена в виде гармонических функций sin и cоs. Функция Ф может быть описана суммой гармонических функций.

Для волн, уходящих от наблюдателя, координата увеличивается , то есть в аргументе выражения (5.2.7) , а когда волны движутся к наблюдателю, координата уменьшается : .

Для простейшего случая бегущая волна описывается гармонической функцией:

(5.2.19)

где фазовая скорость:

. (5.2.20)

В выражении (5.2.19) используется понятие волнового числа или волнового вектора, величины, обратной длине волны:

(5.2.21)

Если взять вторую производную от выражения (5.2.19) по времени t, получим:

, (5.2.22)

Рис. 5.10. Зависимость интенсивности волны от радиуса

а затем аналогичным образом, вторая производная по координате х составляет:

(5.2.23)

Учитывая, что:

(5.2.24)

и

(5.2.25)

Получаем из (5.2.22), (5.2.3) и (5.2.25), выражение, которое называют волновым уравнением:

, (5.2.26)

Это уравнение описывает распространение любых видов волн в пространстве. Волновое уравнение лежит в основе многих задач распространения звука, света, радиолокации, физики сверх высоких частот (СВЧ). Без использования этого уравнения, например, невозможно было бы создать теле и радиовещание, систему мобильной связи и многое другое. К этому уравнению мы еще вернемся в разделе о радиоволнах.

Принцип суперпозиции. Принцип суперпозиции заключается в том, что когда две или несколько волн одновременно проходят через одну и ту же область пространства, смещение в этой точке равно векторной (алгебраической) сумме смещений каждой из волн.

Базируясь на принципе суперпозиции, при попадании двух волн с одинаковой частотой в одну точку может происходить их наложение, которой называют интерференцией и дифракцией волн. Интерференция – это явление наложения волн, а дифракция – их способность огибать препятствия. Эти явления будут подробно описаны в лекции №11.

Стоячие волны. Стоячие волнывозникают, если бросить камень в воду между двумя препятствиями, например, в бочку с водой. Или, например, от камертона, если по нему ударить палочкой. Стоячими волнами формируется звук от гитары, скрипки или контрабаса – инструментов, имеющих полость ограниченных размеров. От размеров и формы полости зависят характеристики получаемого из нее звука. Стоячей волной называется волна, возникающая в результате интерференции бегущей и отраженной волны, и поэтому выглядит неподвижной, как видно на рис.5.11.

Точки гасящей интерференции называют узлами. Точки усиливающей интерференции называют пучностями. Частоты, на которых возникают стоячие волны, называют собственными частотами. Длины стоячих волн связаны с длиной полости (резонатора), в которой они возникают, простым соотношением:

(5.2.27)

где , - номер гармоники.

По смыслу моды – это целое число полуволн, которое укладывается между краями полости.

Рис.5.11. Стоячие волны.

Низшая частота – основная мода или первая гармоника, соответствует единственной пучности и двум узлам между границами полости (n=1). Следующая мода колебаний соответствует двум пучностям и трем узлам между границами полости (рис.5.10) и называется второй гармоникой (n=2).

Большинство природных процессов, происходящих в окружающем нас мире (как, впрочем, и работа практически любого, созданного руками человека устройства), сопровождается возбуждением акустических волн в среде. Появление в процессе эволюции у биологических объектов органов слуха позволило им улавливать звуки из окружающего мира и увеличило шансы на выживание. С помощью звуков была реализована возможность установления связи между биообъектами, определения местоположение источников звука. Звук (особенно у людей) превратился в мощное средство коммуникативного общения, способом обмена информацией.

Звук ассоциируется с понятием слуха, то есть физическим действием продольных волн на барабанные перепонки. Звук испускается источником звука, распространяется посредством продольных волн, и принимается приемником, то есть нашими ушами. Звуковыми волнами называют упругие волны, вызывающие у человека ощущение звука. Чтобы можно было слышать звук, между источником звука и ухом должна быть упругая среда. Мы слышим звуки, происходящие далеко от нас на улице, звуковая волна распространяется через воздух, проходит сквозь стены и окна. В современных квартирах используются «евроокна», в которых между стеклами воздух разряжен. Сквозь такие окна доносится меньше уличного шума. Это связано с тем, что интенсивность звука пропорциональна плотности среды, и, следовательно, в квартире становится тише. В вакууме звук вообще не распространяется, поскольку нет среды, через которую будут передаваться звуковые колебания.

Основные закономерности формирования и распространения звука изучают в акустике. При возбуждении колебаний в воздухе или каком-либо другом газе говорят о воздушном звуке (воздушная, или аэроакустика), в воде – подводном звуке (гидроакустика), а при колебаниях в твердых телах – звуковой вибрации. Распространение колебаний в земной коре изучает геоакустика (или сейсмоакустика). Низкочастотные колебания земной коры в литературе часто называются сейсмическими.

Акустические колебания и волны разделяют по частотному диапазону следующим образом:

Таблица 5.1. Диапазоны звуковых частот.

диапазон частот, Гц	название	Примечание
ниже 1	далекий инфразвук
1... 16 (20)	инфразвук
16 (20)... 2.10^4	Звук	диапазон частот, воспринимаемый человеческим ухом
1,2.10^4...10^5	ультразвук	Низко­­частотный	распространяется воздушным и контактным путем
1.10^5...10^9		Высоко­частотный	распространяется только конта­к­т­ным путем
10^9...10^13	гиперзвук	обычно наблюдается только в кри­с­таллических твердых телах

Звук (например, удар грома) слышен на большом расстоянии не сразу, а через некоторое время. Это связано с тем, что звук имеет конечную скорость распространения в среде (в вакууме звук не распространяется). При нормальных условиях (температуре 0⁰С, давлении 1 атмосфера) он распространяется со скоростью 331.3 м/с. Скорость звука, как уже отмечалось, зависит от модуля всестороннего сжатия и плотности вещества. В различных средах она сильно отличается. Например, в воде скорость звука составляет 1440 м/с, в стекле – 4500 м/с, в железе – 5000 м/с.

Характеристики звука. Чаще всего используются три характеристики звука – громкость, тембр и высота тона.

Громкость звука (рис.5.12.а) определяется физически измеримой величиной интенсивностью (формула (5.2.15)). Интенсивность или сила звука – энергия, переносимая плоской звуковой волной за единицу времени через единичную площадь. Интенсивность звука измеряется в единицах: . Она пропорциональна квадрату амплитуды как видно из (5.2.15).

Человек слышит звук выше некоторой его интенсивности, называемой порогом слышимости.

Человеческое ухо способно воспринимать звуки с интенсивностью выше порога слышимости вплоть до порога болевого ощущения или 120 дб. Например, обычный разговор происходит при интенсивности или 65 дб, а разговор шепотом происходит с интенсивностью (20дб).

д)

Рис. 5.12. Характеристики звука: громкость (а), тон (б), тембр (в). Пример (д) – тембр звука от фортепиано.

Уровень звука – величина, характеризующая численно мощность (гром­кость) звука.

Уровень громкости любого звука вычисляется по формуле:

, (5.3.1)

где - интенсивность данного звука, - порог слышимости, измеряется в децибелах [Дб]. При увеличении интенсивности в 10 раз уровень громкости увеличивается на 10 Дб.

Согласно (5.3.1) интенсивности волны соответствует уровень громкость звука в 30 дб, а интенсивности волны - 60 дб. Видно, что увеличению уровня громкости звука в 2 раза соответствует увеличение интенсивности звуковой волны в 1000 раз.

Тоном называется характеристика звука, являющаяся периодическим процессом с определенной частотой. Высота тона звука определяется частотой колебаний (рис.5.12.б), причем чем выше частота звука, тем выше его тон.

Звуковые колебания, не подчиняющиеся гармоническому закону, воспринимаются человеком как сложный звук, обычно называемый тембром. Тембр звука определяет его качество, например, инструмент, на котором этот звук получают (скрипка, пианино, гитара и т.д.). Тембр звука определяется формой периодической линии, представляющей спектр звуковой волны, который отражает колебания источника звука (рис.5.12.в). Гитара, скрипка и другие музыкальные инструменты имеют механический усилитель звука – полость, которую называют дека. Смысл этого устройства в том, что в контакт с воздухом приводится большая поверхность. Это аналогично, тому, когда в полый таз ставится будильник, чтобы его звук был громче. Каждая струна гитары имеют свой частотный спектр. На рис.5.12д представлена зависимость от времени интенсивности звука фортепиано, то есть его тембр. Именно тембром отличается голос людей. Похожие голоса у них встречаются достаточно редко.

Шумом называют звук, представляющий собой сложную неповторяющуюся временную зависимость. Спектр волн таких колебаний будет сплошным. Примером шума является горение костра, шум леса, вьюга. Еще одним представлением звука является звуковой удар, например, выстрел, взрыв, удар грома.

Пример 5.1. Фонендоскоп. Звук в медицине использовался еще во втором веке до нашей эры. Для прослушивания тела используется фонендоскоп (греч. - «слышать внутри звук»). Фонендоскоп, представленный на рис.5.13 состоит из полой капсулы с передающей звук мембраной. Она прикладывается к телу больного. Звуки внутри тела свои колебания передают мембране, а она, в свою очередь, колеблет воздух внутри полой капсулы и трубках, передавая врачу информацию о звуках внутри тела больного. По звуку внутренних органов человека медики научились определять большое количество болезней. Этот прибор и в настоящее время остается на вооружении у врачей.

Рис.5.13. Фонендоскоп.

Сложение звуковых волн, биения. Если от двух источников на приемник попадает две звуковые волны с разными частотами и одинаковой амплитудой, то суммарная волна будет иметь вид:

. (5.3.2)

Такая функция представляет собой биения – волну с меняющейся по гармоническому закону амплитудой (рис.5.14). По сути именно модуляция звука несет в себе информацию. Человек испускает звук определенной частоты и. модулируя его, превращает в слова.

Ультразвук. Ультразвуком[4] называют механические колебания и волны с частотой от 20 кГц до 10¹⁰ Гц. Если размеры источника звука много больше длины ультразвуковой волны, то возникает слабо расходящийся пучок, который широко используется в дефектоскопии и эхолокации.

С точки зрения физики ультразвука ткани человеческого тела близки по своим свойствам жидкой среде, поэтому давление на них ультразвуковой волны может быть описано как сила, действующая на жидкость.

В ультразвуковой диагностике основную информацию несут преимущественно продольные волны.

Звуковые волны являются механическими по своей природе, так как в основе их лежит смещение частиц упругой среды от точки равновесия. Именно за счет упругости и происходит передача звуковой энергии через ткань. Упругость – это возможность объекта после сжатия или растяжения вновь приобретать свой первоначальный размер и форму. Скорость распространения ультразвука зависит прежде всего от упругости и от плотности ткани. Чем больше плотность материала, тем медленнее должны распространяться в нем ультразвуковые волны.

Рис. 5.14. Сложение волн, биения.

В подводных лодках звук, отражаясь от препятствий, позволяет определить наличие и расстояние до препятствия. В медицине при облучении тканей ультразвуком часть волны отражается от некоторых слоев внутренних тканей, другая часть, преломляясь, проходит внутрь. Короткие интенсивные импульсы ультразвука используются для дробления камней в органах человека.

Ультразвуковое исследование. Прибор для ультразвукового диагностического исследования работает на физическом принципе отражения и преломления упругих механических волн в тканях. Суть заключается в том, что прохождение волн через объект, огибание препятствий существенно зависит от соотношения длины волны и препятствия. Так объект размером 1 метр является препятствием для волны длиной порядка миллиметров и его не заметят волны длиной более метра. Ультразвук разной длины отражается на разных видах тканей. УЗ хорошо отражается на границах тканей. Это позволяет определять их размер, наличие и параметры полостей.

Прибор ультразвукового исследования может работать на непрерывной и импульсной звуковой волне. В первом случае исследуется стоячая волна, возникшая при сложении падающей и отраженной волн. Во - втором, измеряется время прохождения ультразвукового импульса до объекта и обратно, то есть работает на отражении звуковых волн. По времени задержки между посланным и принятым импульсами определяют параметры объекта. Для того, чтобы звук не отразился на поверхности тела, головку прибора смазывают маслом. Это позволяет ликвидировать слой воздуха между головкой прибора и телом человека.

Принципиальная схема прибора УЗИ - исследования и его конструктивное исполнение представлено соответственно на рис.5.15. и рис.5.16. Генератором ультразвуковых волн является передатчик, который одновременно играет роль приемника отраженных эхосигналов. Он работает в импульсном режиме, посылая около 1000 импульсов в секунду. В промежутках между генерированием ультразвуковых волн пьезодатчик фиксирует отраженные сигналы.

УЗИ - прибор состоит из источника УЗ и приемника. Приемник УЗ работает на принципе обратного пьезоэффекта, когда электрическое поле приводит к механической деформации стержня и возникновению высокочастотных звуковых колебаний. Для этой цели используют вещества с выраженными пьезоэлектрическими свойствами, например, кварц. Если к электродам приложить высокочастотное переменное напряжение, то это приведет к колебаниям кварцевого стержня. УЗ - приемник работает на использовании прямого пьезоэффекта, превращающего механические колебания стержня в электрические импульсы. Звук в кварцевом стержне создает упругие волны, которые в результате пьезоэффекта приводят к генерации переменного электрического поля.

Рис.5.15. К объяснению физического принципа действия прибора ультразвукового исследования.

На этом принципе работает в ультразвуковой кардиографии прибор УЗ – исследования сердца. В эхо – энцефалографии на этом принципе определяют наличие опухолей и отека головного мозга.

Ультразвук применяется и в УЗ – физиотерапии при частоте примерно 800 кГц. Воздействие на организм осуществляется механически и тепловым способом.

Инфразвук. Инфразвуком называют механические волны с частотой, меньшей, чем 20 Гц, которую способно воспринимать ухо. Инфразвук издает море, землетрясение, грозовой разряд. Он слабо поглощается и поэтому распространяется на большое расстояние. Этот факт позволяет предсказать землетрясение, определить место подземного ядерного взрыва. Инфразвук[5] оказывает неблагоприятное влияние на функциональное состояние человека.

а) б)

Рис.5.16. Общий вид прибора УЗИ (а)и изображение объекта исследований(б)на нем.

Эффект Доплера. Эффект Доплера заключается в том, что движение источника звука или приемника вызывает изменение высоты звука. Если источник звука и приемник сближаются, то высота звука растет; если же они удаляются друг от друга, то высота звука понижается (рис.5.17).

Длина волны источника звука с частотой , движущегося к приемнику со скоростью составляет:

. (5.3.3)

Учитывая, что:

(5.3.4)

получаем частоту приближающегося источника звука:

, (5.3.5)

аналогично для удаляющегося источника:

(5.3.6)

Примером действия эффекта Доплера является движение поезда или автомобиля. Если они движутся по направлению к вам, то частота звука, а, следовательно, и высота тона будут выше. Если движение происходит от вас, то частота звука и высота тона будут ниже.

а)

б)

Рис. 5.17. К выводу эффекта Доплера (а) и пример действия эффекта Доплера при движении автомобиля (б).

Пример 5.2. Рассчитать скорость кровотока (эритроцотов) на основе метода ультразвуковой расходометрии.

С этой целью воспользуемся (5.3.6) формулой для расчета зависимости частоты звука , регистрируемой приемником, от скорости источника звука , имеющего частоту f (для приближающегося источника звука):

,

где - скорость звука.

При движении навстречу друг к другу наблюдателя и источника формула (5.3.6) приобретает вид:

Изменение частоты источника f и приемника , называемой доплеровским сдвигом частоты, который в этом случае составляет:

Поскольку скорость ультразвука значительно больше скорости движения объекта () изменение частоты ультразвука составляет:

По изменению частоты ультразвука определяют скорость движения эритроцитов , а также скорость движения клапанов и стенок сердца и других органов. В этом последнем случае метод получил название доплеровской эхокардиографии.

Эффект Доплера широко применяется в медицинских исследованиях. Так, например в доплеровской эхокардиографии, по изменению частоты отраженного ультразвука судят о динамике движения различных частей сердца (его клапанов и стенок). Кроме того, с помощью ультразвука можно определить скорость движения крови в сосудах, например, при ультразвуковом исследовании сосудов головного мозга.

Аналогом эффекта Доплера является в астрофизике закон Хаббла. В астрономии, используя этот закон, по смещению частоты световых волн определяют скорость движения звезд, планет, галактик и других космических объектов.

Ударные волны. Если источник звука движется со скоростью большей скорости звука, то возникает эффект, называемый ударной волной. Гребни волн налагаются друг на друга и образуют один огромный гребень. Реактивный самолет, преодолевая звуковой барьер, создает мощную звуковую волну.

Ударная волна возникает, по существу, благодаря усиливающей интерференции большого числа волн, которые складываются в единый ударный фронт. Ударная волна образует конус с вершиной, располагающейся на источнике звука (рис.5.18).

Угол раствора конуса , как видно на рис.5.18 определяется отношением скорости звука к скорости тела:

, (5.3.11)

где - скорость тела (источника), а - скорость звука в среде. Звук распространяется перпендикулярно волновому фронту.

Рис.5.18. Ударные волны.

Контрольные вопросы к лекции №5:

1. Периодические и непериодические колебания. Гармонические колебания и их характеристики.

2. Вычислить частоту колебаний груза на пружине.

3. Вычислить частоту колебаний математического маятника.

4. Физический маятник и его отличие от математического.

5. Затухающие гармонические колебания. Вычислить частоту затухающих колебаний.

6. Вынужденные колебания, их амплитуда и начальная фаза.

7. Резонанс. Условия его возникновения. Добротность.

8. Сложение двух гармонических колебаний. Приведите примеры фигур Лиссажу.

9. Энергия гармонического осциллятора.

10. Волны. Виды волнового движения. Назовите характеристики волнового движения.

11. От каких параметров зависит скорость распространения волны в струне, сплошном стержне, жидкости и газе?

12. От каких параметров зависит энергия, переносимая волнами?

13. Что такое интенсивность волны, и от каких параметров она зависит?

14. Дайте определение бегущей волны, и как математически она описывается?

15. Получить волновое уравнение, описывающее распространение волн.

16. Стоячие волны и их характеристики.

17. Звук и его деление по частоте.

18. Какие Вы знаете характеристики звука? Что такое уровень громкости и порог слышимости?

19. Ультразвук и его применение в медицине. Принцип действия прибора для ультразвукового исследования.

20. Инфразвук.

21. Эффект Доплера. Как меняется частота в зависимости от скорости источника?

22. Ударные волны. Их физический смысл.

[1] Вращательное движение является периодическим движением. Его можно рассматривать как колебательное движение вдоль диаметра орбиты вращения.

[2] Малым обычно считается угол менее 5⁰.

[3] Пожробно корпускулярно – волновй дуализм будет описан в лекции №13.

[4] Пьезоэффект, благодаря которому получают ультразвуковые колебания, был открыт в 1881 году братьями П. Кюри и Ж.-П. Кюри. Свое применение он нашел во время первой мировой войны, когда К.В. Шиловский и П. Ланжевен разработали сонар, использовавшийся для навигации судов, определения расстояния для цели и поиска подводных лодок. В 1929 году С.Я. Соколов применил ультразвук для неразрушающего контроля в металлургии (дефектоскопия). Этот крупнейший советский физик-акустик явился родоначальником ультразвуковой интроскопии и автором наиболее часто используемых и совершенно различных по своей сути методов современного звуковидения.

Попытки использования ультразвука в целях медицинской диагностики привели к появлению в 1937 году одномерной эхоэнцефалографии. Однако лишь в начале пятидесятых годов удалось получить ультразвуковое изображение внутренних органов и тканей человека. С этого момента ультразвуковая диагностика стала широко применяться в лучевой диагностике многих заболеваний и повреждений внутренних органов. Сейчас трудно представить медицинское учреждение, не имеющее УЗИ – прибора.

[5] Существуют гипотезы, согласно которым появление кораблей – призраков в Бермудском треугольнике могло быть связано с воздействием на психику человека низкочастотного инфразвука, возникающего во время шторма. Это могло приводить к тому, что моряки под его воздействием покидали суда и погибали.

Дата добавления: 2014-01-07