Механические волны по физике Раздел: «КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ»
advertisement
по физике Механические волны Раздел: «КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ» Проверочная работа 1 вариант X, см 10 50 t, с 5- 2 4 6 8 10 12 14 10 2 вариант X, мм 14 70 t, с 714 - 6 12 18 16 1. Определите по графику период, частоту, циклическую частоту и амплитуду. Запишите закон по которому совершаются колебания. 1 вариант 2. Координата колеблющегося тела, выраженная в единицах СИ, изменяется по закону х = 2 Сos πt/16. Постройте график для данного колебания. 2 вариант 2. Координата колеблющегося тела, выраженная в единицах СИ, изменяется по закону х = 4 Cos πt. Постройте график для данного колебания. 3. Груз массой 250г колеблется на пружине и совершает за минуту 200 колебаний. Чему равна жесткость пружины? 3. Определите ускорение свободного падения на земле, если маятник длиной 9см за минуту совершил 100 колебаний. Механические волны Волна – колебания, распространяющиеся в пространстве с течением времени. Механическая волна – процесс распространения механических колебаний в среде с течением времени. Главные особенности волн: •волны переносят энергию (без переноса вещества). •в пространстве со временем переносится форма волны. Источник механических волн – колеблющееся тело. Направление колебания частицы среды Поперечные волны Продольные волны Направление колебания частицы среды волны Поперечные волны Продольные волны Деформация сдвига Сжатие и растяжение Горб - впадина Сгущение растяжение На границе двух сред Внутри среды Длина волны – расстояние между двумя ближайшими частицами, колеблющимися в одинаковых фазах. Скорость волны – перемещение впадины или гребня в поперечной волне. Рисунок волны - расстояние, проходимое волной за период. Волновая поверхность Плоская волна (поверхность одинаковой фазы) Луч – вектор волновой поверхности 1 2 3 4 (показывает направление распростране ния волны) Сферическая волна Амплитуда колебаний в сферической волне обязательно убывает по мере удаления от источника. СВОЙСТВА ВОЛН ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ - сложение в пространстве волн, при котором образуется постоянное во времени распределение амплитуд результирующих колебаний Условия максимума и минимума d=k Для образования устойчивой интерференционной картины необходимо, чтобы источники волн имели одинаковою частоту, и разность фаз их Волны несут энергию. Наличиеколебаний была постоянной. минимума в данной точке интерференционной картины означает, что энергия сюда не Источники, поступает совсем. Вследствие удовлетворяющие этим интерференции происходит условиям, называются перераспределение энергии в когерентными. пространстве. Она не Когерентными распределяется равномерно по называют и созданные всем частицам среды, а ими волны.z концентрируется в максимумах за счет того, что в минимумы не поступает совсем. ДИФРАКЦИЯ - отклонение от прямолинейного распространения волн, т.е. огибание волнами препятствий. Дифракция волн проявляется особенно отчетливо в случаях, когда размеры препятствий меньше длины волны или сравнимы с ней. Звуковые волны Акустические волны – колебания которые могут восприниматься человеческим ухом, т.е. колебания, вызываемые источником звука. Источник звука – любое тело, колеблющееся со звуковой частотой (от 17 до 20 000 Гц). В вакууме звуковые волны распространятся не могут !!! Шкала звуковых волн. Скорость звука зависит от среды Скорость звука зависит от температуры Звука в твёрдых телах > Звука в воздухе > Звука в жидкостях = 331 М С Звука в газах (0 С) о Звукоизоляторы – вещества, которые плохо проводят звук. Скорость распространения звука в различных средах: в газах < в жидкостях < в твёрдых телах Воздух v = 331 м/с Водяной пар v = 494 м/с Вода обычная v = 1497 м/с Ртуть v = 1451 м/с Железо v = 5850 м/с Медь v = 4700 м/с Впервые скорость звука была измерена в 1827 г. на Женевском озере в Швейцарии. На одной лодке поджигали порох и одновременно ударяли в подводный колокол. Другая лодка находилась на расстоянии 14 км от первой. Звук улавливался с помощью рупора, опущенного в воду. По разности времени между вспышкой света и приходом звукового сигнала определили скорость звука. При температуре 8 градусов по Цельсию скорость звука в воде равна 1435 м/с Самые длинные волны, воспринимаемые ухом человека, имеют длину =19 м, а самые короткие – длину =17 мм. Характеристики звука Физиологические Физические • Высота •Частота • Громкость •Амплитуда • Тембр •Набор доп. частот При переходе из одной среды в другую меняется скорость волны (меняется длина, частота волны остаётся неизменной). Громкость звука Громкость звука определяется его амплитудой. Звуковые волны с большой амплитудой изменения звукового давления воспринимаются человеческим ухом как громкие звуки, с малой – как тихие, т.е., чем больше амплитуда колебаний в звуковой волне, тем звук громче. График зависимости громкости звука от амплитуды колебаний A1 A2 Громкий звук А1 > А 2 Тихий звук За единицу громкости звука принят 1 Бел (в честь Александра Грэхема Белла, изобретателя телефона). Громкость звука равна 1 Б, если его мощность в 10 раз больше порога слышимости. На практике громкость измеряют в децибелах (дБ). 1 дБ = 0,1Б. 10 дБ – шепот; 20–30 дБ – норма шума в жилых помещениях; 50 дБ – разговор средней громкости; 70 дБ – шум пишущей машинки; 80 дБ – шум работающего двигателя грузового автомобиля; 120 дБ – шум работающего трактора на расстоянии 1 м 130 дБ – порог болевого ощущения. Звук громкостью свыше 180 дБ может даже вызвать разрыв барабанной перепонки. Высота звука Высота звука определяется его частотой. Звуковые колебания высокой частоты называются звуками высокого тона, низкой – низкого тона, т.е., чем больше частота колебаний в звуковой волне, тем выше звук. График зависимости высоты звука от частоты колебаний А 1 Т1 А Низкий звук Т >T 1 2 Т2 2 Высокий звук v <v 1 2 ( A1 = A2 ) Звуки человеческого голоса по высоте делят на несколько диапазонов: бас – 80–350 Гц, баритон – 110–149 Гц, тенор – 130–520 Гц, дискант – 260–1000 Гц, сопрано – 260–1050 Гц, колоратурное сопрано – до 1400 Гц. ЧАСТОТНЫЙ ДИАПАЗОН ЗВУКОВ, ВОСПРИНИМАЕМЫХ ЖИВОТНЫМИ Бабочка 8 000 - 160 000 Гц Дельфин Кошка Кузнечик Летучая мышь Медведь Попугай Собака Человек 40 - 200 000 Гц 250 - 100 000 Гц 50 - 50 000 Гц 2 000 - 150 000 Гц 300 - 70 000 Гц 300 - 15 000 Гц 200 - 50 000 Гц 16 - 20 000 Гц Эхо и реверберация Эхо – это звуковые волны, отражённые от какого-либо препятствия и возвратившиеся к своему источнику. Реверберация – увеличение длительности звука, вызванное его отражениями от различных препятствий. Эффект эха Когда звуковые волны встречают на пути твёрдую преграду, часть из них отражаются назад. При этом звуковые волны устремляются через воздух обратно к первоначальному источнику звука. Использование эха в рыболовной отрасли. Лучшее эхо бывает от коротких и громких звуков Акустический резонанс Камертон Звуковые волны, встречаясь с любым телом, вызывают вынужденные колебания. Если частота собственных свободных колебаний тела совпадает с частотой звуковой волны, то условия для передачи энергии от звуковой волны телу оказываются наилучшими, амплитуда вынужденных колебаний при этом достигает максимального значения – наблюдается акустический резонанс. Камертон Резонаторный ящик (для усиления звука) Наблюдать акустический резонанс можно в опыте с двумя одинаковыми камертонами на резонаторных ящиках. Сейсмические волны – волны в земной коре, возникающие при землетрясениях. В упругой земной коре возможно распространение как продольных, так и поперечных волн. Продольные сейсмические волны называют Р-волнами (v = 8-10 км/c), а поперечные – S-волнами (v = 5 км/с). Также есть L-волны – волны, распространяющиеся во все стороны от эпицентра по поверхности земли.
