Механични вибрации, разпространяващи се в средата. Видове вибрации

Процесът на разпространение на вибрации в еластична среда се нарича вълна. Разстоянието, което вълната изминава за време, равно на периода на трептене, се нарича дължина на вълната. Дължината на вълната е свързана с периода на трептене на частиците Tи скорост на разпространение на вълната υ съотношение

λ = υTили λ = υ /ν,

където ν = 1 / TЕ честотата на вибрациите на частиците на средата.

Ако две вълни с еднаква честота и амплитуда се разпространяват една към друга, тогава в резултат на тяхното наслагване при определени условия може да възникне стояща вълна. В среда, където се установяват стоящи вълни, трептенията на частиците се появяват с различни амплитуди. В определени точки в средата амплитудата на трептенето е нула, тези точки се наричат ​​възли; в други точки амплитудата е равна на сумата от амплитудите на добавените трептения, такива точки се наричат ​​антивъзли. Разстоянието между два съседни възела (или антивъзли) е равно на l / 2, където l е дължината на бягащата вълна (фиг. 1).

Стояща вълна може да се образува, когато падащата и отразената вълни се припокриват. Освен това, ако отражението се случва от среда, много пъти по-плътна от средата, в която се разпространява вълната, тогава на мястото

Ориз. 1 отражение, изместването на частиците е нула, тоест изображението

е възел. Ако вълната се отрази от по-малко плътна среда, тогава поради слабия ефект на забавяне на частиците от втората среда на границата възникват трептения с двойна амплитуда, тоест се образува антивъзел. В случай, когато плътностите на средата се различават малко една от друга, се наблюдава частично отражение на вълните от границата между двете среди.

Помислете за стоящи вълни, които се образуват в тръба с въздух с дължина лзатворени от двете страни (фиг. 1, а). Чрез малък отвор в единия край на тръбата, с помощта на високоговорител, ние възбуждаме колебанията на звуковата честота. Тогава във въздуха вътре в тръбата ще се разпространи звукова вълна, която ще се отрази от другия затворен край и ще се върне обратно. Изглежда, че стояща вълна трябва да възникне при всяка честота на трептене. Въпреки това, в тръба, затворена от двете страни, в краищата трябва да се образуват възли. Това условие е изпълнено, ако половината от дължината на пътуващата вълна се побере в тръбата: л= l / 2 (фиг. 1, б). Тук амплитудите на изместване на въздушните частици са нанесени вертикално. Плътната линия представлява движещата се вълна, пунктираната - отразената. Възможна е и стояща вълна в тръбата, където има още един възел, докато две половини от дължината на вълната пасват: л= 2l / 2 (фиг. 1, v). Следващата стояща вълна се появява, когато дължината на пътуващата вълна удовлетворява условието л= 3λ / 2 (фиг. 1, Г). Така в тръба, затворена от двете страни, се образува стояща вълна, когато цяло число от половината дължини на вълната се побере по дължината на тръбата:

където м= 1, 2, 3. Изразяване на l от (1) и заместване във формулата ν = υ /λ,

Получената формула изразява собствените честоти на трептения на въздушния стълб в тръба с дължина л, където м= 1 съответства на основния тон, м= 2, 3 - обертонове. В общия случай трептенето на въздушния стълб може да се представи като наслагване на собствени трептения.

Глава 2. ВЪЛНИ

Вълнов процес. Видове вълни

Твърдите, течните и газообразните тела могат да се разглеждат като среда, състояща се от отделни частици, взаимодействащи помежду си. Ако възбудим вибрации на частици в локална област на средата, тогава поради силите на взаимодействие ще възникнат принудителни вибрации на съседни частици, което от своя страна ще предизвика вибрации на свързаните с тях частици и т.н. По този начин, трептения, възбудени във всяка точка на средата, ще се разпространяват в нея с определена скорост, в зависимост от свойствата на средата. Как по-надолу по частицатаот източника на вибрации, по-късно тя ще започне да се колебае... С други думи, фазата на трептения на частиците на средата зависи от разстоянието до източника.

Процесът на разпространение на трептения в определена среда се нарича вълнов процес или вълна.

Частиците на средата, в която се разпространява вълната, извършват осцилаторно движение около своите равновесни позиции. При разпространението вълните на частица от среда не се носят от вълна.Заедно с вълната вибрационното движение и неговата енергия се предават от частица на частица на средата.Поради това, основното свойство на вълните, независимо от тяхната природа, е преносът на енергия без пренасяне на материя.

В природата и технологиите се срещат следните видове вълни: гравитационно-капилярни вълни(вълни върху повърхността на течността), еластични вълни(разпространение на механични смущения в еластична среда) и електромагнитни(разпространение в околната среда на електромагнитни смущения).

Еластични вълни са надлъжнаи напречен... В надлъжни вълни частиците на средата вибрират в посоката на разпространение на вълната, напречно - в равнини, перпендикулярни на посоката на разпространение на вълната(фиг. 2.1.1, а; б).

· Безплатни вибрациисе извършват под действието на вътрешните сили на системата след извеждане на системата от равновесно положение. За да бъдат свободните трептения хармонични, е необходимо осцилаторната система да е линейна (описано линейни уравнениядвижение) и нямаше разсейване на енергията (последното би причинило затихване).

· Принудителни вибрациисе извършват под въздействието на външна периодична сила. За да бъдат хармонични, достатъчно е осцилаторната система да е линейна (описана с линейни уравнения на движението), а самата външна сила се променя във времето като хармонично трептене (тоест зависимостта на тази сила от времето е синусоидална).

Специална роляв осцилаторните процеси има най-простият изгледколебание - хармонични вибрации.Хармоничните вибрации са в основата на единен подход към изследването на вибрации от различно естество, тъй като вибрациите, намиращи се в природата и технологиите, често са близки до хармоничните, а периодичните процеси с различна форма могат да бъдат представени като наслагване на хармонични вибрации.

Хармонични вибрации се наричат ​​такива колебания, при които флуктуиращото количество се променя от време на време според законасинус иликосинус .
Хармонично уравнение изглежда като:

,
къде - амплитуда на вибрациите (стойността на най-голямото отклонение на системата от равновесното положение); -кръгова (циклична) честота. Периодично променящ се косинус аргумент - наречен фаза на трептене ... Фазата на трептене определя изместването на осцилиращата величина от равновесното положение в даден момент t. Константата φ е фазовата стойност в момент t = 0 и се извиква началната фаза на трептението ... Стойността на началната фаза се определя от избора на референтната точка. Стойността на x може да приеме стойности, вариращи от -A до + A.
Интервалът от време T, през който се повтарят определени състояния на осцилаторната система, наречен период на трептене ... Косинусът е периодична функция с период 2π, следователно, за интервал от време T, след който фазата на трептенията ще придобие приращение, равно на 2π, състоянието на системата, извършваща хармонични трептения, ще се повтори. Този период от време T се нарича период на хармонични трептения.
Периодът на хармоничните трептения е : T = 2π /.
Броят на вибрациите за единица време се нарича честота на вибрации ν.
Хармонична честота е равно на: ν = 1 / T. Честотна единица херц(Hz) - едно трептене в секунда.
Кръговата честота = 2π / T = 2πν дава броя на трептенията за 2π секунди.

Графично хармоничните трептения могат да бъдат изобразени като зависимост на x от t (фиг. 1.1.A), и метод на въртяща се амплитуда (метод на векторна диаграма)(Фигура 1.1.B) .

Методът на въртящата се амплитуда ви позволява да визуализирате всички параметри, включени в уравнението на хармоничните трептения. Наистина, ако амплитудният вектор Асе намира под ъгъл φ спрямо оста x (виж Фигура 1.1. B), тогава проекцията му върху оста x ще бъде: x = Acos (φ). Ъгълът φ е началната фаза. Ако векторът Азавъртете с ъглова скорост, равна на кръговата честота на трептения, тогава проекцията на края на вектора ще се движи по оста x и ще приеме стойности в диапазона от -A до + A, а координатата на тази проекция ще се промени във времето според закона:
.
По този начин дължината на вектора е равна на амплитудата на хармоничното трептене, посоката на вектора в началния момент образува ъгъл с оста x, равен на началната фаза на трептения φ, а промяната в ъгъла на посоката с времето е равна на фазата на хармоничните трептения. Времето, през което амплитудният вектор прави един пълен оборот, е равно на периода T на хармоничните трептения. Броят на оборотите на вектора в секунда е равен на честотата на трептене ν.

1. Разпространение на вибрации в биологични среди. Срязващи и надлъжни вълни

Ако на някое място на твърда, течна или газообразна среда се възбуждат вибрации на частици, тогава поради взаимодействието на атоми и молекули на средата вибрациите започват да се предават от една точка в друга с ограничена скорост. Процесът на разпространение на вибрации в среда се нарича вълна.

Механичните вълни са различни видове... Ако във вълна частиците на средата изпитват изместване в посока, перпендикулярна на посоката на разпространение, тогава вълната се нарича напречна. Пример за вълна от този вид са вълните, движещи се по протежение на опъната гумена лента (фиг. 2.6.1) или по протежение на струна.

Ако изместването на частиците на средата става в посока на разпространение на вълната, тогава вълната се нарича надлъжна. Вълни в еластична пръчка (фигура 2.6.2) или звукови вълни в газ са примери за такива вълни.

Вълните на повърхността на течността имат както напречни, така и надлъжни компоненти.

И при напречните, и при надлъжните вълни преносът на материята в посоката на разпространение на вълната не се осъществява. В процеса на разпространение частиците на средата осцилират само около равновесните позиции. Въпреки това, вълните пренасят вибрационната енергия от една точка на средата в друга.

Характерна особеностмеханичните вълни е, че те се разпространяват в материални среди(твърдо, течно или газообразно). Има вълни, които могат да се разпространяват в празнота (например светлинни вълни). За механичните вълни е необходима среда, която има способността да съхранява кинетична и потенциална енергия. Следователно средата трябва да има инертни и еластични свойства. В реална среда тези свойства са разпределени в целия обем. Така, например, всеки малък елемент от твърдо тяло има маса и еластичност. В най-простия едномерен модел твърдоможе да се представи като колекция от топки и пружини (фиг. 2.6.3).

Ако на някое място от еластична среда (твърда, течна или газообразна) се възбудят вибрациите на нейните частици, тогава поради взаимодействието между частиците тази вибрация ще започне да се разпространява в средата от частица на частица с определена скорост v.

Например, ако осцилиращото тяло е поставено в течна или газообразна среда, тогава осцилаторното движение на тялото ще се предаде на съседните частици на средата. Те от своя страна включват съседни частици в осцилаторно движение и т.н. В този случай всички точки на средата вибрират с една и съща честота, равна на честотата на вибрациите на тялото. Тази честота се нарича честотата на вълната.

Вълната е процес на разпространение механични вибрациив еластична среда.

Честотата на вълната е честотата на трептенията на точките на средата, в която се разпространява вълната.

Вълната е свързана с преноса на вибрационна енергия от източника на вибрации към периферните области на средата. В този случай в околната среда има

периодични деформации, които се пренасят с вълна от една точка на средата в друга. Самите частици на средата не се движат с вълната, а осцилират около равновесните си позиции. Следователно разпространението на вълната не е придружено от пренос на материя.

В съответствие с честотата механичните вълни са разделени на различни диапазони, които са посочени в табл. 2.1.

Таблица 2.1.Механична вълнова скала

В зависимост от посоката на вибрация на частиците спрямо посоката на разпространение на вълната се разграничават надлъжни и напречни вълни.

Надлъжните вълни са вълни, при чието разпространение частиците на средата вибрират по същата права линия, по която се разпространява вълната. В този случай областите на компресия и изпускане се редуват в средата.

Могат да възникнат надлъжни механични вълни във всичкосреди (твърди, течни и газообразни).

Напречните вълни са вълни, при чието разпространение частиците вибрират перпендикулярно на посоката на разпространение на вълната. В този случай в средата възникват периодични деформации на срязване.

В течности и газове еластичните сили възникват само по време на компресия и не възникват по време на срязване; следователно в тези среди не се образуват напречни вълни. Изключение правят вълните на повърхността на течността.

ВИБРАЦИИ, ВЪЛНИ, ЗВУК

Хармоничен sin или cos.

1. Преместване (и)

2. Амплитуда (A)е максималното изместване.

3. Период (T)

4. Линейна честота (v) ... v = 1 / T.

ω = 2πv .

6. Фаза на трептене (φ) φ = ωt + φ 0

1. Безплатно

2. Заглушен

3. Принуден

4. Автоколебания

s = Asin ωt

Тогава общата енергия е:

надлъжна.

: λ = υT, λ = υv

: S = A sinωt

s = Asin (ωt-2πх / λ) 2πх / λ = φ 0

W = (mω 2 A 2) / 2

ε = W 0 / V

където W o = εV

ε = n 0 W = n 0 mω 2 A 2/2 , но n o m = p , тогава ε = (pω 2 A 2) / 2

Ps = W 0 / t (W)

J = Ps / s = W 0 / st (W)

J = Ps / s (W / m2)

логаритмичен. J (c) = LgJ / J 0 (W / m 2)

звуково налягане.

обективен субективен.

Наклон

тембър

Сила на звука Вебер-Фехнер:

E = kLg J / J 0

1. Аудиометрия

2. Аускултация

3. Ударни

Закони за отражението

Среда, във всички точки на която скоростта на разпространение на светлината е еднаква, се нарича оптически хомогенна среда. Границата на две среди е повърхността, която разделя две оптически нехомогенни среди. Ъгълът α между падащия лъч и перпендикуляра, възстановен към границата на двете среди в точката на падане, се нарича ъгъл на падане. Ъгълът β между отразения лъч и перпендикуляра на границата между двете среди в точката на падане се нарича ъгъл на отражение.

I закон: падащ лъч, перпендикуляр, възстановен на интерфейса между две среди в точката на падане, и отразеният лъч лежат в една и съща равнина.

Закон II: Ъгъл на падане равно на ъгълаотражение: α = β

I закон: падащ лъч, перпендикуляр, възстановен на интерфейса между две среди в точката на падане, и пречупеният лъч лежат в една и съща равнина.

I I закон: Съотношението на синуса на ъгъла на падане към синуса на ъгъла на пречупване е постоянна стойност за тези две среди и се нарича коефициент на пречупване на втората среда спрямо първата:

sinα / sinγ = const = n 21

лещи

Лещата е прозрачно тяло, ограничено от две сферични повърхности и различаващо се по показател на пречупване от околната среда.

Правата линия, минаваща през центровете на сферичните повърхности, ограничаващи лещата (SS "), се нарича главна оптична ос.

Точката на пресичане на главната оптична ос с рефракционната равнина се нарича оптичен център на лещата (O). Всяка права линия, минаваща през оптичния център на лещата, се нарича оптична ос (AA). Лъчи, успоредни на главната оптична ос, след пречупване в лещата, се събират в една точка, наречена основен фокус на лещата (F). Точката на пресичане на оптичната ос с фокалната равнина се нарича страничен фокус (F ").

Такива лещи се наричат събиране.Паралелен лъч от лъчи след пречупване в лещата може да бъде разпръснат в една точка, наречена въображаемфокус, разширенията на тези лъчи ще се съберат. Такива лещи се наричат разпръскване.

Равнината, перпендикулярна на главната оптична ос и минаваща през основния фокус на лещата, се нарича фокална равнина.

При колекционерските лещи изображението зависи от позицията на обекта. Ако обектът е между оптичния център на обектива и основния фокус, тогава изображението ще бъде въображаемо, директно и увеличено.

Ако обектът е между фокус и двоен фокус, изображението е реално, обърнато, увеличено.

Ако обектът е между двоен и троен фокус и по-нататък, изображението е реално, обърнато, намалено.

Дифузионните лещи винаги дават призрачно, директно и намалено изображение.

Разстоянието от оптичния център на лещата до основния фокус се нарича фокусно разстояние F... Реципрочната стойност на фокусното разстояние се нарича оптична мощностлещи: D = 1 / F

Оптичната сила на лещата се измерва в диоптри (диоптри). Един диоптър е оптичната сила на такава леща, чието фокусно разстояние е 1 m . За събирателни лещи е положителен, за разсейващи лещи е отрицателен. На практика формулата за тънка леща се използва за определяне на фокусното разстояние и оптичната сила на лещата: D = 1 / F = 1 / d + 1 / f ,

където d е разстоянието от обекта до лещата, f е разстоянието от лещата до изображението.

Изображенията, направени с един обектив, обикновено се различават от самия обект. В този случай те говорят за изкривяване на изображението. Сферична аберациявъзниква, защото ръбовете на лещата отклоняват лъчите повече от централната част.

В резултат на това изображението на светещата точка на екрана се получава под формата на замъглено петно, а изображението на разширен обект става не рязко, замъглено. За премахване на сферичната аберация се използват центрирани оптични системи, състоящи се от събирателни и разсейващи лещи. Центриран е система от лещи, които имат обща основна оптична ос. .

Хроматичната аберацияпричинено от разсейване на светлината, тъй като лещата може да бъде представена като призма. В този случай фокусното разстояние за лъчи с различни дължини на вълната не е същото.

Следователно, когато осветявате обект със сложна светлина, например с бяла светлина, точка на екрана ще се вижда като цветно петно, а изображението на разширен обект също ще бъде оцветено и замъглено. Хроматичната аберация може да бъде елиминирана чрез комбиниране на събирателни и дифузионни лещи, направени от различни видове стъкло с различни относителни дисперсии. Такива системи от лещи се наричат ахромати... Причината астигматизъме неравномерното пречупване на лъчите в различни меридионални равнини на лещата. Има два вида астигматизъм. Първият, така нареченият астигматизъм на косите лъчи, се среща при лещи, които имат сферична повърхност, но лъчите падат върху лещата под значителен ъгъл спрямо главната оптична ос. В този случай лъчите във взаимно перпендикулярни равнини се пречупват неравномерно и точка на екрана ще се вижда като линия, а формата на разширен обект е изкривена, например квадратът ще се види като правоъгълник.

Вторият тип астигматизъм, правилен, възниква, когато повърхността на лещата се отклонява от сферичната, когато има неравен радиус на кривина по различни меридионални равнини, т.е. формата на повърхността в тази равнина не е сферична. Астигматизмът на косите лъчи се елиминира чрез завъртане на лещата към изобразения обект. Правилният астигматизъм се елиминира чрез регулиране на радиусите на кривината и оптичните сили на пречупващите повърхности. Това най-често са цилиндрични лещи. Оптична система, коригирана за астигматизъм в допълнение към сферични и хроматични аберации, се нарича анастигматом.

Оптична система на окото

Човешкото око е вид оптично устройство, което заема специално място в оптиката. Това се обяснява, първо, с факта, че много оптични инструменти са предназначени за визуално възприятие, и второ, човешкото око е животно), както е подобрено в процеса на еволюция биологична система, носи някои идеи за проектиране и подобряване на оптични системи. Окото може да бъде представено като центрирана оптична система, образувана от роговицата (P), течност от предната камера (K) и лещата (X), ограничена отпред от въздушната среда, а отзад от стъкловидното тяло. Главната оптична ос (МА) минава през оптичните центрове на роговицата и лещата. Освен това се отличава и зрителната ос на окото (30), която определя посоката на най-високата фоточувствителност и преминава през центровете на лещата и макулата (G). Ъгълът между основната оптична и зрителна ос е около 5". Основното пречупване на светлината се случва на външната граница на роговицата, чиято оптична сила е около 40 диоптъра, лещата е около 20 диоптъра, а цялото око е около 60 диоптъра. Адаптирането на окото към ясно виждане на различно отдалечени обекти се нарича акомодация. При възрастен здрав човеккогато обект се приближава до окото на разстояние до 25 см, акомодацията се извършва без напрежение и благодарение на навика да се гледат предмети в ръцете, окото най-често приспособява точно това разстояние, наречено дистанция на най-доброто зрение. За да се характеризира разделителната способност на окото, се използва най-малкият зрителен ъгъл, при който човешкото око все още различава две точки на обекта. В медицината разделителната способност на окото се оценява по зрителната острота. Един се приема като норма за зрителна острота, в този случай най-малкият зрителен ъгъл е 1".

ВИБРАЦИИ, ВЪЛНИ, ЗВУК

Всякакви отклонения физическо тялоили параметърът на неговото състояние, сега в едната или в другата посока от равновесното положение, се нарича осцилаторно движение или просто трептене.

Осцилаторното движение се нарича периодично, ако стойностите физически величини, променящи се в процеса на трептения, се повтарят на равни интервали.

Хармоничен се наричат ​​вибрации, които възникват според закона sin или cos.

s = Asin (ωt + φ 0), s = Acos (ωt + φ 0)

Те се извършват под действието на квазиеластични сили, т.е. сили, пропорционални на преместването

Основните характеристики на вибрациите са:

1. Преместване (и)- това е разстоянието, на което осцилиращата система се отклонява в даден момент от равновесното положение.

2. Амплитуда (A)е максималното изместване.

3. Период (T)- времето на едно пълно трептене.

4. Линейна честота (v)- това е броят на трептения за единица време, измерен в Hz - това е едно трептене в секунда ... v = 1 / T.

5. Циклична или кръгова честота (ω).Тя е свързана с линейната честота чрез следната връзка: ω = 2πv .

6. Фаза на трептене (φ)характеризира състоянието на осцилиращата система по всяко време: φ = ωt + φ 0 , φ 0 - началната фаза на трептението.

Осцилационният процес може да бъде представен графично под формата на разширена или векторна диаграма.

Разширената диаграма е графика на синусоидална или косинусова вълна, от която можете да определите изместването на осцилираща система по всяко време.

Всяка сложна вибрация обаче може да бъде представена като сбор от хармонични. Тази разпоредба определя специален диагностичен метод - спектрален анализ.

Съвкупността от хармонични компоненти, на които се разлага сложна вибрация, се нарича хармоничен спектър на тази вибрация.

Флуктуациите са разделени на следните основни видове:

1. Безплатно- това са идеални вибрации, които не съществуват в природата, но помагат да се разбере същността на другите видове вибрации и да се определят свойствата на реална вибрационна система. Те възникват със собствена честота, която зависи само от свойствата на самата трептяща система. Естествената честота и периодът ще бъдат обозначени с v 0 и T около.

2. Заглушен- това са трептения, чиято амплитуда намалява с времето, а честотата не се променя и е близка до собствената си. Енергията се подава към системата еднократно. Намаляването на амплитудата за единица време се характеризира с коефициента на затихване β = r / 2m, където r е коефициентът на триене, а m е масата на осцилиращата система. Намаляването на амплитудата през периода се характеризира с логаритмичен декремент на затихване δ = βТ. Логаритмичният декремент на затихване е логаритъмът на съотношението на две съседни амплитуди: δ = log (At / A t + T).

3. Принуден- това са вибрации, които възникват под въздействието на периодично променяща се външна сила. Изпълняват се с честотата на принуждаващата сила. Явлението на рязко увеличаване на амплитудата на трептенията, когато честотата на движещата сила се доближи до естествената честота на системата, се нарича резонанс. Това увеличение ще зависи от амплитудата на движещата сила, масата на системата и коефициента на затихване.

4. Автоколебаниясе наричат ​​непрекъснати трептения, които съществуват във всяка система при липса на променливо външно влияние, а самите системи се наричат ​​автоосцилаторни. Амплитудата и честотата на собствените трептения зависят от свойствата на самата автоколебателна система. Автоосцилиращата система се състои от три основни елемента: 1) самата осцилираща система; 2) източник на енергия; 3) механизъм за обратна връзка. Ярък пример за такава система в биологията е сърцето.

Нека определим енергията на тяло с маса m, извършващо свободни хармонични трептения с амплитуда A и циклична честота ω.

s = Asin ωt

Общата енергия е сумата от потенциалната и кинетичната енергия:

Wn = ks 2/2 = (kA 2/2) sin 2 ωt, където k = mω

W = mυ 2/2, като се има предвид, че υ = ds / dt = Aωcosωt

получаваме Wk = (mω 2 A2 / 2) * cos 2 ωt

Тогава общата енергия е:

W = (mω 2 A 2/2) (sin 2 ωt + cos 2 ωt) = (mω 2 A 2) / 2

Процесът на разпространение на вибрации в пространството се нарича вълново движение или просто вълна.

Има два вида вълни: механични и електромагнитни. Механичните вълни се разпространяват само в еластични среди. Механичните вълни са разделени на два вида: напречни и надлъжни.

Ако вибрациите на частиците са перпендикулярни на посоката на разпространение на вълната, тогава тя се нарича напречна.

Ако вибрациите на частиците съвпадат с посоката на разпространение на вълната, тогава тя се нарича надлъжна.

Помислете за основните характеристики на вълновото движение. Те включват:

1. Всички параметри на осцилаторния процес (s, A, v, ω, T, φ).

2. Допълнителни параметри, които характеризират само движението на вълната:

а) Фазовата скорост (υ) е скоростта, с която трептенията се разпространяват в пространството.

b) Дължината на вълната (λ) е най-малкото разстояние между две частици от вълновото пространство, които осцилират в едни и същи фази, или разстоянието, през което вълната се разпространява за един период. Характеристиките са свързани : λ = υT, λ = υv

Осцилаторното движение на всяка частица от вълновото пространство се определя от вълновото уравнение. Нека в точка O се случват трептения според закона : S = A sinωt

Тогава, в произволна точка C, законът на трептене е: s c = sinω (t-∆t), където ∆t = x / υ = x / λv, xc = Asin (2πv t- (2πvx / λx))

s = Asin (ωt-2πх / λ)е уравнението на вълната. Той определя закона за трептене във всяка точка от вълновото пространство 2πх / λ = φ 0 се нарича начална фаза на трептене в произволна точка от пространството.

3. Енергийни характеристики на вълната:

а. Енергия на вибрация на една частица: W = (mω 2 A 2) / 2

б. Нарича се вибрационната енергия на всички частици, съдържащи се в единица обем вълново пространство обемна енергийна плътност: ε = W 0 / V

където W o = εV е общата енергия на всички вибриращи частици във всеки обем.

Ако n 0 е концентрацията на частиците, тогава ε = n 0 W = n 0 mω 2 A 2/2 , но n o m = p , тогава ε = (pω 2 A 2) / 2

Енергията на вибрациите непрекъснато се предава на други частици в посоката на разпространение на вълната.

Величина, числено равна на средната стойност на енергията, пренесена от вълна за единица време през определена повърхност, перпендикулярна на посоката на разпространение на вълната, се нарича енергиен поток през тази повърхност.

Ps = W 0 / t (W)

Енергийният поток на единица повърхност се нарича плътност на енергийния поток или интензитет на вълната.

J = Ps / s = W 0 / st (W)

Звуковите вълни са специален случай на механични вълни:

Звуковите вълни са вибрации на частици, които се разпространяват в еластична среда под формата на надлъжни вълни с честота от 16 до 20 000 Hz.

За звуковите вълни са валидни същите характеристики като за всеки вълнов процес, но има някои специфични характеристики.

1. Интензитетът на звукова вълна се нарича звукова мощност. J = Ps / s (W / m2)

За тази стойност са приети специални мерни единици - бела (B) и децибели (dtsB). Скалата на интензитета на звука, изразена в B или dcB, се нарича логаритмичен.За преобразуване от SI в логаритмична скала се използва следната формула: J (c) = LgJ / J 0 (W / m 2)

където J o = 10 -12 W / m 2 - някакъв прагов интензитет.

2. За описание на звуковите вълни се използва величина, която се нарича звуково налягане.

Звуково или акустично налягане се нарича допълнително налягане (превишение над средното налягане на околната среда) в местата с най-голяма концентрация на частици в звукова вълна.

В системата SI се измерва в Pa, а извънсистемната единица е 1 акустичен бар = 10 -1 Pa.

3. Важна е и формата на вибрациите на частиците в звукова вълна, която се определя от хармоничния спектър на звуковите вибрации (∆v).

Всички изброени физически характеристикизвук се наричат обективен, т.е. независимо от нашето възприятие. Те се определят с помощта на физически инструменти. Нашите слухови апарати са в състояние да различават (различават) звуци по височина, тембър и сила на звука.Тези характеристики на слуховото преживяване се наричат субективен.Промяната във възприемането на звука от ухото винаги е свързана с промяна във физическите параметри на звуковата вълна.

Наклонсе определя главно от честотата на вибрациите в звуковата вълна и леко зависи от силата на звука. Колкото по-висока е честотата, толкова по-висока е височината на звука. В това отношение диапазонът от звуци, възприемани от слуховия апарат, се разделя на октави: 1- (16-32) Hz; 2 - (32-64) Hz; 3-(64-128) Hz; и т.н., общо 10 октави.

Ако вибрациите на частиците в звукова вълна са хармонични, тогава такъв тон на звука се нарича прост или чист. Такива звуци се произвеждат от камертон и звуков генератор.

Ако вибрациите не са хармонични, а периодични, тогава такъв тон на звука се нарича сложен. ...

Ако сложните звукови вибрации не променят периодично своя интензитет, честота и фаза, тогава такъв звук обикновено се нарича шум.

Сложните тонове с една и съща височина, при които режимът на вибрация е различен, се възприемат различно от човек (например една и съща нота на различни музикални инструменти). Тази разлика във възприятието се нарича тембързвук. Определя се от спектъра на честотите на хармоничните вибрации, които образуват сложен звук.

Сила на звукаВъзприемането на звука зависи главно от силата на звука, както и от честотата. Тази зависимост се определя от психофизичния закон Вебер-Фехнер:

Тъй като интензитетът на звука нараства експоненциално (J, J 2, J 3, ...), усещането за сила на звука при същата честота се увеличава с аритметична прогресия(E, 2E, ZE, ...).

E = kLg J / J 0

където k е коефициент в зависимост от честотата на звука. Силата на звука се измерва по същия начин като силата на звука в белах (B) и децибелите (dcB). dB на силата на звука се нарича фон (F) за разлика от dB на звуковата мощност. Обикновено се смята, че за честота от 1000 Hz скалите на силата на звука и интензитета на звука напълно съвпадат, т.е. k = 1.

Използване на звукови методи в диагностиката

1. Аудиометрия- метод за измерване на остротата на слуха чрез възприемане на звуци, стандартизирани по честота и интензитет.

2. Аускултация- слушане на звуци, произтичащи от работата на различни органи (сърце, бели дробове, кръвоносни съдове и др.)

3. Ударни- слушане на звука на отделни части на тялото при почукване по тях.

Ултразвукът е процес на разпространение, вибрации в компактна среда под формата на надлъжни вълни с честота над 20 kHz.

Ултразвукът се получава с помощта на специални устройства, базирани на явленията магнитострикция - при ниски честоти и обратния пиезоелектричен ефект - при високи честоти.