Тема 2 Механические волны. Акустика.

Тема 2
Механические волны.
Акустика.
Тема 2
Механические волны – процесс
распространения механических
колебаний в среде (жидкой,
твердой, газообразной).
Могут быть поперечными
(направление колебания частиц
перпендикулярно скорости
волны) и продольными
(направление колебаний частиц
параллельно скорости волны)
Тема 2
Уравнение волны
r
x = A ⋅ sin ω (t − τ ) = A sin ω (t − )
υ
,
где х – смещение от положения
равновесия,
А – амплитуда,
ω – циклическая частота колебаний,
υ – скорость волны,
r - расстояние от источника колебаний.
Тема 2
Основные характеристики волны:
х – смещение,
А – амплитуда,
f – частота,
Т – период,
ω – циклическая частота: ω = 2 ⋅ π ⋅ν = 2 ⋅ π
,
T
υ – скорость,
λ – длина волны – расстояние между двумя точками, фазы
которых в один и тот же момент времени отличаются на
2π: λ = υ ⋅ T ,
φ – фаза волны :
.t r
r
r
2 ⋅π
⋅ (t − ) = 2 ⋅ π ⋅ ( − )
ϕ = ω ⋅ (t − ) =
υ
T
υ
T λ
Тема 2
Фронт волны – совокупность точек имеющих
одновременно одинаковую фазу.
Поток энергии равен энергии, переносимой волнами
через некоторую поверхность за единицу времени:
Φ=
E
t
[Φ ] =
Дж
= Вт
c
Интенсивность − это энергия, переносимая за
единицу времени через единичную площадь:
E
Дж Вт
[
]
I
=
= 2
I=
2
м ⋅с м
S ⋅t
r
r
Вектор Умова:
I = ω ⋅υ
Тема 2
Произведение скорости звука на плотность среды
(х = ρ·υ), в которой распространяется этот звук,
называют акустическим или волновым сопротивлением
среды.
На границе двух сред происходит
отражение
волн.
Отношение
интенсивности волны во второй
среде к интенсивности падающей
волны определяется по формуле
Рэлея.
x
4⋅
1
I2
x2
=
2
I1 

x
1 + 1 
 x2 
Тема 2
Поглощение механических волн происходит
по экспоненциальному закону:
−α ⋅ L
I = I0 ⋅ e
,
где α – коэффициент поглощения,
L – расстояние от поверхности раздела двух
сред.
Тема 2
Эффект Доплера
Если источник волн движется к
наблюдателю или от него, то частота
волн, которые получает наблюдатель,
отличается от начальной.
Тема 2
ν′
ν
υ
υн
υи
- частота волн, принимаемых наблюдателем
- частота волн, излучаемых источником
- скорость волны
- скорость наблюдателя
- скорость источника
Верхние знаки относятся к случаю сближения
источника и наблюдателя. Нижние – к
расхождению.
Тема 2
Звук — это распространение продольных
механических волн в твёрдой, жидкой или
газообразной среде.
Обычно человек слышит колебания, передаваемые по
воздуху, в диапазоне частот от 16 − 20 Гц до 15 000 −
20 000 Гц. Звук ниже диапазона слышимости человека
называют инфразвуком (0 – 20 Гц). Звук с частотой
выше диапазона слышимости называют ультразвуком
(до 1 ГГц ), от 1 ГГц − гиперзвуком.
Тема 2
Различают следующие звуки:
1) тоны, или музыкальные звуки – периодический
процесс;
2) шумы – сложная непериодическая зависимость;
3) звуковые удары – кратковременное звуковое
воздействие.
Тема 2
Физические характеристики звука
Скорость звука – скорость распространения звуковых
волн в среде. В среднем в идеальных условиях в воздухе
скорость звука составляет 340—344 м/с, в воде – 1500 м/с.
Частота звука – от 20 Гц до 20 кГц
Длина волны
Звуковое давление – показывает на сколько даление в
звуковой волне больше атмосферного
Тема 2
Интенсивность звука. Амплитуда избыточного давления,
возникающего при обычном разговоре, составляет примерно
одну миллионную атмосферного давления, что соответствует
акустической интенсивности звука порядка 10-9 Вт/см2. Полная
же мощность звука, издаваемого при обычном разговоре, –
порядка всего лишь 0,00001 Вт.
Уровень интенсивности I по отношению к некоторой
условно выбранной интенсивности I0 равен
I
L = 10 ⋅ lg
I0
Уровень интенсивности измеряют в Беллах. Минимальная
воспринимаемая человеческим ухом интенсивность – порог
слышимости – 10-12 Вт/м2, максимальная, которую способно
выдержать человеческое ухо – порог слухового ощущения – 10
Вт/м2.
Тема 2
Тема 2
Cубъективные
характеристики
звукового
ощущения.
Высота звука −
зависит от частоты
основного тона.
Тембр звука
определяется
спектральным
составом.
Тема 2
Громкость − субъективная оценка звука, которая
характеризует уровень слухового ощущения.
Закон Вебера- Фехнера: громкость относительно
связана с интенсивностями следующим образом: E =
k·lg(I / I0), где k − некоторый коэффициент
пропорциональности, зависящий от частоты и
интенсивности. Измеряется в фонах.
Тема 2
Звуковые методы исследования:
1. Аускультация – выслушивание звуков,
производимых органами
2. Перкуссия – простукивание органов
3. Фонокардиография – запись звуков,
производимых сердцем
4. Аудиометрия – определение остроты слуха.