ارتعاشات مکانیکی که در محیط پخش می شوند. انواع ارتعاشات

فرآیند انتشار ارتعاشات در یک محیط الاستیک را موج می گویند. مسافتی که موج در زمانی برابر با دوره نوسان طی می کند، طول موج نامیده می شود. طول موج مربوط به دوره نوسان ذرات است تیو سرعت انتشار موج υ نسبت

λ = υTیا λ = υ /ν,

جایی که ν = 1 / تیفرکانس ارتعاش ذرات محیط است.

اگر دو موج با فرکانس و دامنه یکسان به سمت یکدیگر منتشر شوند، در نتیجه برهم نهی آنها، در شرایط خاص، ممکن است یک موج ایستاده ایجاد شود. در محیطی که امواج ایستاده برقرار می‌شود، نوسانات ذرات با دامنه‌های مختلف رخ می‌دهد. در نقاط خاصی از محیط، دامنه نوسان صفر است، به این نقاط گره می گویند. در نقاط دیگر دامنه برابر است با مجموع دامنه های نوسانات اضافه شده، به چنین نقاطی پادگره می گویند. فاصله بین دو گره همسایه (یا پادگره) برابر با l/2 است، جایی که l طول موج در حال حرکت است (شکل 1).

هنگامی که امواج فرود و منعکس شده با هم همپوشانی دارند، یک موج ایستاده می تواند تشکیل شود. علاوه بر این، اگر انعکاس از محیطی چند برابر چگالی تر از محیطی که موج در آن منتشر می شود رخ دهد، در آن مکان

برنج. 1 بازتاب، جابجایی ذرات صفر است، یعنی تصویر

یک گره وجود دارد اگر موج از محیطی با چگالی کمتر منعکس شود، به دلیل اثر کندکننده ضعیف ذرات محیط دوم، نوساناتی با دامنه مضاعف در مرز ایجاد می شود، یعنی یک پادگره تشکیل می شود. در مواردی که چگالی رسانه ها کمی با یکدیگر متفاوت است، بازتاب جزئی امواج از سطح مشترک بین دو رسانه مشاهده می شود.

امواج ایستاده ای را در نظر بگیرید که در لوله ای با طول هوا تشکیل می شوند لاز هر دو طرف بسته شده است (شکل 1، آ). از طریق یک سوراخ کوچک در یک انتهای لوله، با استفاده از یک بلندگو، نوسانات فرکانس صوتی را تحریک می کنیم. سپس یک موج صوتی در هوای داخل لوله منتشر می شود که از انتهای بسته دیگر منعکس شده و به عقب باز می گردد. به نظر می رسد که یک موج ایستاده باید در هر فرکانس نوسانی ایجاد شود. با این حال، در یک لوله بسته از دو طرف، گره ها باید در انتها ایجاد شود. این شرط در صورتی محقق می شود که نیمی از طول موج در حال حرکت در لوله قرار گیرد: ل= l / 2 (شکل 1، ب). در اینجا، دامنه های جابجایی ذرات هوا به صورت عمودی رسم می شود. خط یکپارچه نشان دهنده موج در حال حرکت است، خط نقطه چین - یک موج منعکس شده. چنین موج ایستا در لوله نیز امکان پذیر است، جایی که یک گره دیگر نیز وجود دارد، در حالی که دو نیمه از طول موج انباشته شده اند: ل= 2l / 2 (شکل 1، v). موج ایستاده بعدی زمانی رخ می دهد که طول موج سیر شرایط را برآورده کند ل= 3λ / 2 (شکل 1، جی). بنابراین، در لوله ای که از دو طرف بسته شده است، هنگامی که عدد صحیحی از نصف طول موج در طول لوله قرار می گیرد، یک موج ایستاده تشکیل می شود:

جایی که متر= 1، 2، 3. بیان l از (1) و جایگزینی به فرمول ν = υ /λ,

فرمول حاصل، فرکانس طبیعی نوسانات ستون هوا را در یک لوله با طول بیان می کند. ل، جایی که متر= 1 مربوط به لحن اصلی است، متر= 2، 3 - مایه های رنگی. در حالت کلی، نوسان ستون هوا را می توان به عنوان برهم نهی نوسانات طبیعی نشان داد.

فصل 2. امواج

فرآیند موج. انواع امواج

اجسام جامد، مایع و گاز را می‌توان به‌عنوان رسانه‌ای متشکل از ذرات مجزا در تعامل با یکدیگر در نظر گرفت. اگر ارتعاشات ذرات را در یک ناحیه محلی از محیط تحریک کنیم، به دلیل نیروهای برهمکنش، ارتعاشات اجباری ذرات همسایه ایجاد می شود که به نوبه خود باعث ایجاد ارتعاشات ذرات مرتبط با آنها و غیره می شود. بنابراین، ارتعاشات برانگیخته شده در هر نقطه از محیط، بسته به ویژگی های محیط، با سرعت معینی در آن منتشر می شود. چگونه پایین تر ذرهاز منبع ارتعاش، بعداً او شروع به نوسان خواهد کرد... به عبارت دیگر، فاز نوسانات ذرات محیط به فاصله تا منبع بستگی دارد.

فرآیند انتشار نوسانات در یک محیط خاص را فرآیند موج یا موج می گویند.

ذرات محیطی که موج در آن منتشر می شود، حرکت نوسانی در مورد موقعیت های تعادلی خود انجام می دهند. هنگام توزیع امواج یک ذره از یک محیط توسط یک موج حمل نمی شود.همراه با موج حرکت ارتعاشی و انرژی آن از ذره ای به ذره ی محیط منتقل می شود.بدین ترتیب، خاصیت اصلی امواج، صرف نظر از ماهیت آنها، انتقال انرژی بدون انتقال ماده است.

انواع زیر در طبیعت و فناوری یافت می شود: امواج مویرگی گرانشی(امواج روی سطح مایع)، امواج الاستیک(انتشار اغتشاشات مکانیکی در محیط الاستیک) و الکترومغناطیسی(تکثیر در محیط اختلالات الکترومغناطیسی).

امواج الاستیک هستند طولیو عرضی... در امواج طولی ذرات محیط در جهت انتشار موج مرتعش می شوند، به صورت عرضی - در صفحات عمود بر جهت انتشار موج(شکل 2.1.1، الف؛ ب).

· ارتعاشات رایگانتحت تأثیر نیروهای داخلی سیستم پس از خارج شدن سیستم از وضعیت تعادل انجام می شود. برای هارمونیک بودن نوسانات آزاد، لازم است که سیستم نوسانی خطی باشد. معادلات خطیحرکت)، و هیچ اتلاف انرژی وجود نداشت (این دومی باعث میرایی می شود).

· ارتعاشات اجباریتحت تأثیر یک نیروی تناوبی خارجی انجام می شود. برای هارمونیک بودن آنها کافی است که سیستم نوسانی خطی باشد (که با معادلات حرکتی خطی توصیف می شود) و خود نیروی خارجی در طول زمان به عنوان یک نوسان هارمونیک تغییر می کند (یعنی وابستگی زمانی این نیرو سینوسی است).

یک نقش خاصدر فرآیندهای نوسانی دارد ساده ترین نمایتردید - ارتعاشات هارمونیکارتعاشات هارمونیک زیربنای یک رویکرد یکپارچه برای مطالعه ارتعاشات با طبیعت های مختلف است، زیرا ارتعاشات موجود در طبیعت و فناوری اغلب نزدیک به هارمونیک هستند و فرآیندهای دوره ای با شکل متفاوتی را می توان به عنوان برهم نهی ارتعاشات هارمونیک نشان داد.

ارتعاشات هارمونیک به چنین نوساناتی گفته می شود که در آن کمیت نوسانی هر از گاهی طبق قانون تغییر می کند.سینوسی یاکسینوس .
معادله هارمونیک به نظر می رسد:

,
جایی که A - دامنه ارتعاش (مقدار بیشترین انحراف سیستم از موقعیت تعادل); -فرکانس دایره ای (چرخه ای). تغییر دوره ای آرگومان کسینوس - نامیده می شود فاز نوسان ... فاز نوسان جابجایی کمیت نوسانی را از موقعیت تعادل در زمان معین t تعیین می کند. ثابت φ مقدار فاز در زمان t = 0 است و فراخوانی می شود مرحله اولیه نوسان ... مقدار فاز اولیه با انتخاب نقطه مرجع تعیین می شود. مقدار x می تواند مقادیری از -A تا + A را به خود بگیرد.
فاصله زمانی T که در آن حالت های خاصی از سیستم نوسانی تکرار می شود، دوره نوسان نامیده می شود ... کسینوس تابع تناوبی با پریود 2π است، بنابراین برای بازه زمانی T که پس از آن فاز نوسانات افزایشی برابر با 2π پیدا می کند، وضعیت سیستمی که نوسانات هارمونیک را انجام می دهد، تکرار می شود. این بازه زمانی T را دوره نوسانات هارمونیک می نامند.
دوره نوسانات هارمونیک است : T = 2π /.
تعداد ارتعاشات در واحد زمان نامیده می شود فرکانس ارتعاش ν.
فرکانس هارمونیک برابر است با: ν = 1 / T. واحد فرکانس هرتز(هرتز) - یک نوسان در ثانیه.
فرکانس دایره ای = 2π / T = 2πν، تعداد نوسانات را در 2π ثانیه نشان می دهد.

از نظر گرافیکی، نوسانات هارمونیک را می توان به صورت وابستگی x به t نشان داد (شکل 1.1.A)، و روش دامنه چرخشی (روش نمودار برداری)(شکل 1.1.B) .

روش دامنه چرخشی به شما امکان می دهد تمام پارامترهای موجود در معادله نوسانات هارمونیک را تجسم کنید. در واقع، اگر بردار دامنه آدر زاویه φ نسبت به محور x قرار دارد (شکل 1.1. B را ببینید)، سپس طرح آن بر روی محور x خواهد بود: x = Acos (φ). زاویه φ فاز اولیه است. اگر بردار آبا سرعت زاویه ای برابر با فرکانس دایره ای نوسان بچرخید، سپس برآمدگی انتهای بردار در امتداد محور x حرکت می کند و مقادیری از -A تا + A را می گیرد و مختصات این برجستگی تغییر می کند. در طول زمان طبق قانون:
.
بنابراین، طول بردار برابر با دامنه نوسان هارمونیک است، جهت بردار در لحظه اولیه زاویه ای با محور x برابر با فاز اولیه نوسانات φ و تغییر در زاویه جهت با زمان برابر با فاز نوسانات هارمونیک است. زمانی که در طی آن بردار دامنه یک دور کامل می کند برابر با دوره T نوسانات هارمونیک است. تعداد دور بردار در ثانیه برابر است با فرکانس نوسان ν.

1. انتشار ارتعاشات در محیط زیستی امواج برشی و طولی

اگر در جایی از یک محیط جامد، مایع یا گاز، ارتعاشات ذرات برانگیخته شود، به دلیل برهمکنش اتم ها و مولکول های محیط، ارتعاشات شروع به انتقال از یک نقطه به نقطه دیگر با سرعت محدود می کنند. فرآیند انتشار ارتعاشات در یک محیط را موج می گویند.

امواج مکانیکی هستند انواع متفاوت... اگر در یک موج، ذرات محیط در جهت عمود بر جهت انتشار جابجا شوند، آن موج را عرضی می نامند. نمونه ای از این نوع موج، امواجی است که در امتداد یک نوار لاستیکی کشیده (شکل 2.6.1) یا در امتداد یک رشته حرکت می کنند.

اگر جابجایی ذرات محیط در جهت انتشار موج اتفاق بیفتد، به آن موج، طولی می گویند. امواج در یک نوار الاستیک (شکل 2.6.2) یا امواج صوتی در گاز نمونه هایی از این امواج هستند.

امواج روی سطح مایع دارای اجزای عرضی و طولی هستند.

هم در امواج عرضی و هم در امواج طولی، انتقال ماده در جهت انتشار موج صورت نمی گیرد. در فرآیند انتشار، ذرات محیط فقط در اطراف موقعیت های تعادلی در نوسان هستند. با این حال، امواج انرژی ارتعاشی را از یک نقطه از محیط به نقطه دیگر منتقل می کنند.

ویژگی مشخصهامواج مکانیکی این است که در آن منتشر می شوند محیط های مادی(جامد، مایع یا گاز). امواجی وجود دارند که می توانند در پوچی منتشر شوند (مثلاً امواج نور). برای امواج مکانیکی، محیطی مورد نیاز است که توانایی ذخیره انرژی جنبشی و پتانسیل را داشته باشد. در نتیجه، محیط باید دارای خواص بی اثر و الاستیک باشد. در محیط های واقعی، این ویژگی ها در سراسر حجم توزیع می شوند. بنابراین، برای مثال، هر عنصر کوچکی از یک جسم صلب دارای جرم و کشش است. در ساده ترین مدل تک بعدی جامدرا می توان به عنوان مجموعه ای از توپ ها و فنرها نشان داد (شکل 2.6.3).

اگر در هر مکانی از یک محیط کشسان (جامد، مایع یا گاز) ارتعاشات ذرات آن برانگیخته شود، به دلیل برهمکنش بین ذرات، این ارتعاش در محیط از ذره ای به ذره با سرعت معینی شروع به انتشار می کند. v

به عنوان مثال، اگر یک جسم نوسانی در یک محیط مایع یا گاز قرار گیرد، آنگاه حرکت نوسانی جسم به ذرات مجاور محیط منتقل می شود. آنها به نوبه خود ذرات مجاور را در حرکت نوسانی درگیر می کنند و غیره. در این حالت، تمام نقاط محیط با فرکانس یکسان، برابر با فرکانس ارتعاش بدنه می لرزند. این فرکانس نامیده می شود فرکانس موج

موج فرآیند انتشار است ارتعاشات مکانیکیدر یک محیط الاستیک

فرکانس موج فرکانس نوسانات نقاط محیطی است که موج در آن منتشر می شود.

این موج با انتقال انرژی ارتعاشی از منبع ارتعاش به نواحی پیرامونی محیط همراه است. در این مورد، در محیط وجود دارد

تغییر شکل های دوره ای، که توسط یک موج از یک نقطه از محیط به نقطه دیگر منتقل می شود. ذرات محیط خود با موج حرکت نمی کنند، بلکه در اطراف موقعیت های تعادلی خود در نوسان هستند. بنابراین انتشار موج با انتقال ماده همراه نیست.

بر اساس فرکانس، امواج مکانیکی به محدوده های مختلفی تقسیم می شوند که در جدول نشان داده شده است. 2.1.

جدول 2.1.مقیاس موج مکانیکی

بسته به جهت ارتعاش ذرات نسبت به جهت انتشار موج، امواج طولی و عرضی تشخیص داده می شوند.

امواج طولی امواجی هستند که در حین انتشار آنها ذرات محیط در امتداد همان خط مستقیمی که موج در امتداد آن منتشر می شود به ارتعاش در می آیند. در این حالت، نواحی فشرده سازی و تخلیه در محیط به طور متناوب تغییر می کنند.

امواج مکانیکی طولی ممکن است رخ دهد در همهمحیط (جامد، مایع و گاز).

امواج عرضی به امواجی گفته می شود که در حین انتشار آنها ذرات عمود بر جهت انتشار موج ارتعاش می کنند. در این حالت، تغییر شکل های برشی دوره ای در محیط رخ می دهد.

در مایعات و گازها نیروهای ارتجاعی فقط در هنگام فشردگی به وجود می آیند و در هنگام برش ایجاد نمی شوند، بنابراین امواج عرضی در این محیط ها ایجاد نمی شود. استثنا امواج روی سطح مایع است.

ارتعاشات، امواج، صدا

هارمونیک گناه یا cos

1. جابجایی (ها)

2. دامنه (A)حداکثر جابجایی است.

3. دوره (T)

4. فرکانس خطی (v) ... v = 1 / T.

ω = 2πv .

6. فاز نوسان (φ) φ = ωt + φ 0

1. رایگان

2. مرطوب شده

3. اجباری

4. خود نوسانات

s = Asin ωt

سپس کل انرژی برابر است با:

طولی

: λ = υT، λ = υv

: S = A sinωt

s = آسین (ωt-2πх / λ) 2πх / λ = φ 0

W = (mω 2 A 2) / 2

ε = W 0 / V

جایی که W o = εV

ε = n 0 W = n 0 mω 2 A 2/2 ، ولی n o m = p ، سپس ε = (pω 2 A 2) / 2

Ps = W 0 / t (W)

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

J = Ps / s (W / m2)

لگاریتمی J (c) = LgJ / J 0 (W / m 2)

فشار صدا.

هدف، واقعگرایانه ذهنی

گام صدا

تن صدا

جلد وبر-فچنر:

E = kLg J / J 0

1. شنوایی سنجی

2. سمع

3. ضربی

قوانین بازتاب

محیطی که در تمام نقاط آن سرعت انتشار نور یکسان است، محیط نوری همگن نامیده می شود. مرز دو محیط سطحی است که دو محیط نوری ناهمگن را از هم جدا می کند. زاویه α بین پرتو تابشی و عمود بر مرز دو محیط در نقطه تابش، زاویه تابش نامیده می شود. زاویه β بین پرتو بازتاب شده و عمود بر سطح مشترک بین دو محیط در نقطه تابش، زاویه بازتاب نامیده می شود.

قانون I: یک پرتو فرود، یک عمود بر سطح مشترک بین دو رسانه در نقطه تابش، و پرتو منعکس شده در یک صفحه قرار دارد.

قانون دوم: زاویه برخورد برابر با زاویهبازتاب: α = β

قانون I: یک پرتو فرودی، یک عمود بر سطح مشترک بین دو محیط در نقطه تابش، و پرتو شکسته شده در یک صفحه قرار دارد.

قانون I I: نسبت سینوس زاویه تابش به سینوس زاویه شکست برای این دو محیط یک مقدار ثابت است و ضریب شکست محیط دوم نسبت به اولی نامیده می شود:

sinα / sinγ = const = n 21

لنزها

عدسی جسم شفافی است که توسط دو سطح کروی محدود شده است و از نظر ضریب شکست متفاوت است محیط.

خط مستقیمی که از مرکز سطوح کروی که عدسی را محدود می کند (SS ") می گذرد، محور نوری اصلی نامیده می شود.

نقطه تقاطع محور نوری اصلی با صفحه انکسار را مرکز نوری عدسی (O) می گویند. هر خط مستقیمی که از مرکز نوری عدسی عبور کند، محور نوری (AA) نامیده می شود. پرتوهای موازی با محور اصلی نوری، پس از شکست در عدسی، در یک نقطه جمع می شوند که کانون اصلی عدسی (F) نامیده می شود. نقطه تقاطع محور نوری با صفحه کانونی را فوکوس جانبی (F ") می گویند.

چنین لنزهایی نامیده می شوند جمع آوری.یک پرتو موازی از پرتوها پس از شکست در عدسی می تواند پراکنده شود، سپس در یک نقطه، به نام خیالیتمرکز، پسوند این اشعه ها جمع می شوند. چنین لنزهایی نامیده می شوند پراکندگی.

صفحه عمود بر محور نوری اصلی و عبور از کانون اصلی عدسی، صفحه کانونی نامیده می شود.

در جمع آوری لنزها، تصویر به موقعیت جسم بستگی دارد. اگر سوژه بین مرکز اپتیکی لنز و فوکوس اصلی باشد، آنگاه تصویر تخیلی، مستقیم و بزرگ‌نمایی می‌شود.

اگر سوژه بین فوکوس و فوکوس دوگانه باشد، تصویر واقعی، معکوس، بزرگ‌نمایی می‌شود.

اگر سوژه بین فوکوس دو و سه و بیشتر باشد، تصویر واقعی، معکوس، کاهش یافته است.

لنزهای دیفیوژن همیشه یک تصویر شبح، مستقیم و کاهش یافته می دهند.

فاصله مرکز نوری لنز تا کانون اصلی نامیده می شود فاصله کانونی F... متقابل فاصله کانونی نامیده می شود قدرت نوریلنزها: D = 1 / F

قدرت نوری لنز با دیوپتر (دیوپتر) اندازه گیری می شود. یک دیوپتر قدرت نوری چنین عدسی است که فاصله کانونی آن 1 متر است . برای لنزهای جمع آوری مثبت و برای عدسی های پراکنده منفی است. در عمل، از فرمول لنز نازک برای تعیین فاصله کانونی و قدرت نوری یک لنز استفاده می شود: D = 1 / F = 1 / d + 1 / f ,

جایی که d فاصله شی تا عدسی است، f فاصله عدسی تا تصویر است.

تصاویر گرفته شده با یک لنز با خود سوژه تفاوت دارند. در این مورد، آنها در مورد تحریف تصویر صحبت می کنند. انحراف کرویبه این دلیل است که لبه‌های عدسی پرتوها را بیشتر از قسمت مرکزی منحرف می‌کنند.

در نتیجه، تصویر نقطه نورانی روی صفحه نمایش به شکل یک نقطه تار به دست می آید و تصویر یک شی گسترش یافته واضح و تار نمی شود. برای از بین بردن انحراف کروی، از سیستم های نوری متمرکز استفاده می شود که از عدسی های همگرا و پخش کننده تشکیل شده است. مرکز سیستمی از لنزهایی است که دارای یک محور نوری اصلی مشترک هستند. .

انحراف رنگیناشی از پراکندگی نور است، زیرا لنز را می توان به عنوان یک منشور در نظر گرفت. در این مورد، فاصله کانونی برای پرتوهای با طول موج های مختلف یکسان نیست.

بنابراین، هنگام روشن کردن یک جسم با یک نور پیچیده، به عنوان مثال، نور سفید، یک نقطه از صفحه به صورت یک نقطه رنگی قابل مشاهده است و تصویر یک شی گسترده نیز رنگی و غیر واضح خواهد بود. انحراف رنگی را می توان با ترکیب عدسی های جمع کننده و پخش کننده ساخته شده از انواع مختلف شیشه با پراکندگی نسبی متفاوت از بین برد. این سیستم های لنز نامیده می شوند آکرومات ها... دلیل آستیگماتیسمشکست نابرابر پرتوها در سطوح مختلف نصف النهار عدسی است. دو نوع آستیگماتیسم وجود دارد. اولین مورد، به اصطلاح آستیگماتیسم پرتوهای مایل، در عدسی هایی رخ می دهد که سطح کروی دارند، اما پرتوها با زاویه قابل توجهی نسبت به محور نوری اصلی روی عدسی می افتند. در این حالت، پرتوها در صفحات عمود بر یکدیگر به طور نابرابر شکسته می شوند و نقطه ای از صفحه به صورت یک خط قابل مشاهده خواهد بود و شکل یک جسم کشیده مخدوش می شود، مثلاً یک مربع به صورت مستطیل قابل مشاهده است.

نوع دوم آستیگماتیسم، درست، زمانی به وجود می آید که سطح عدسی از سطح کروی منحرف شود، زمانی که شعاع انحنای نابرابر در امتداد سطوح مختلف نصف النهار وجود دارد، یعنی. شکل سطح در این صفحه کروی نیست. آستیگماتیسم پرتوهای مورب با چرخاندن عدسی به سمت جسم تصویربرداری شده از بین می رود. آستیگماتیسم صحیح با تنظیم شعاع انحنا و قدرت نوری سطوح در حال شکست از بین می رود. اینها اغلب لنزهای استوانه ای هستند. سیستم نوری اصلاح شده برای آستیگماتیسم علاوه بر انحرافات کروی و رنگی نامیده می شود. آناستیگماتوم.

سیستم نوری چشم

چشم انسان نوعی وسیله نوری است که جایگاه ویژه ای در اپتیک دارد. این، اولاً با این واقعیت توضیح داده می شود که بسیاری از ابزارهای نوری برای ادراک بصری طراحی شده اند، و ثانیاً، چشم انسان یک حیوان است) که در روند تکامل بهبود یافته است. سیستم بیولوژیکی، ایده هایی برای طراحی و بهبود سیستم های نوری به ارمغان می آورد. چشم را می توان به عنوان یک سیستم نوری متمرکز که توسط قرنیه (P)، مایع توسط محفظه قدامی (K) و عدسی (X) تشکیل شده است، که از جلو توسط محیط هوا و از پشت توسط بدن زجاجیه محدود شده است، نشان داد. محور نوری اصلی (MA) از مراکز نوری قرنیه و عدسی می گذرد. علاوه بر این، محور بینایی چشم نیز متمایز است (30) که جهت بالاترین حساسیت به نور را تعیین می کند و از مراکز عدسی و ماکولا (G) عبور می کند. زاویه بین محورهای نوری و بینایی اصلی حدود 5 است. «شکست اصلی نور در مرز خارجی قرنیه رخ می دهد که قدرت نوری آن تقریباً 40 دیوپتر، عدسی حدود 20 دیوپتر و کل چشم است. حدود 60 دیوپتر انطباق چشم با دید واضح اجسام مختلف دور را تطبیق می گویند. در یک بزرگسال فرد سالمهنگامی که جسمی تا فاصله 25 سانتی متری به چشم نزدیک می شود، تطبیق بدون تنش انجام می شود و به دلیل عادت به نگاه کردن به اشیاء در دست، چشم اغلب دقیقاً در این فاصله قرار می گیرد که به آن فاصله بهترین دید می گویند. . برای مشخص کردن قدرت تفکیک چشم، از کوچکترین زاویه دید استفاده می شود که در آن چشم انسان هنوز دو نقطه از جسم را تشخیص می دهد. در پزشکی، وضوح چشم با دقت بینایی ارزیابی می شود. یکی به عنوان هنجار حدت بینایی در نظر گرفته می شود، در این مورد کوچکترین زاویه دید 1 اینچ است.

ارتعاشات، امواج، صدا

هر گونه انحراف بدن فیزیکییا پارامتر حالت آن، اکنون در یک جهت یا در جهت دیگر از موقعیت تعادل، حرکت نوسانی یا به سادگی نوسان نامیده می شود.

حرکت نوسانی در صورت مقادیر دوره ای نامیده می شود مقادیر فیزیکی، تغییر در روند نوسانات، در فواصل منظم تکرار می شود.

هارمونیک به ارتعاشاتی گفته می شود که طبق قانون رخ می دهد گناه یا cos

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

آنها تحت تأثیر نیروهای شبه الاستیک، یعنی. نیروهای متناسب با جابجایی

ویژگی های اصلی ارتعاشات عبارتند از:

1. جابجایی (ها)- این فاصله ای است که سیستم نوسانی در یک زمان معین از موقعیت تعادل منحرف می شود.

2. دامنه (A)حداکثر جابجایی است.

3. دوره (T)- زمان یک نوسان کامل.

4. فرکانس خطی (v)- این تعداد نوسانات در واحد زمان است که بر حسب هرتز اندازه گیری می شود - این یک نوسان در ثانیه است. ... v = 1 / T.

5. فرکانس چرخه ای یا دایره ای (ω).با رابطه زیر به فرکانس خطی مربوط می شود: ω = 2πv .

6. فاز نوسان (φ)وضعیت سیستم نوسانی را در هر زمان مشخص می کند: φ = ωt + φ 0 ، φ 0 - فاز اولیه نوسان.

فرآیند نوسانی را می توان به صورت گرافیکی در قالب یک نمودار بسط یافته یا برداری نشان داد.

نمودار گسترش یافته نموداری از یک موج سینوسی یا کسینوس است که از آن می توانید جابجایی یک سیستم نوسانی را در هر زمان تعیین کنید.

با این حال، هر ارتعاش پیچیده را می توان به عنوان مجموع ارتعاشات هارمونیک نشان داد. این ماده یک روش تشخیصی خاص - تجزیه و تحلیل طیفی را تعریف می کند.

مجموعه ای از اجزای هارمونیک که یک ارتعاش پیچیده در آنها تجزیه می شود، طیف هارمونیک این ارتعاش نامیده می شود.

نوسانات به انواع اصلی زیر تقسیم می شوند:

1. رایگان- اینها ارتعاشات ایده آلی هستند که در طبیعت وجود ندارند، اما به درک ماهیت سایر حالت های ارتعاش و تعیین ویژگی های یک سیستم ارتعاشی واقعی کمک می کنند. آنها با یک فرکانس طبیعی رخ می دهند که فقط به ویژگی های خود سیستم نوسانی بستگی دارد. فرکانس طبیعی و دوره با v 0 و T در حدود نشان داده می شود.

2. مرطوب شده- اینها نوساناتی هستند که دامنه آنها با گذشت زمان کاهش می یابد و فرکانس تغییر نمی کند و نزدیک به خودش است. انرژی یکبار به سیستم تامین می شود. کاهش دامنه در واحد زمان با ضریب میرایی β = r / 2m مشخص می شود، جایی که r ضریب اصطکاک است، m جرم سیستم نوسانی است. کاهش دامنه در طول دوره با کاهش میرایی لگاریتمی δ = βΤ مشخص می شود. کاهش میرایی لگاریتمی لگاریتم نسبت دو دامنه مجاور است: δ = log (At / A t + T).

3. اجباری- اینها ارتعاشاتی هستند که تحت تأثیر یک نیروی خارجی به طور دوره ای در حال تغییر رخ می دهند. آنها با فرکانس نیروی اجباری انجام می شوند. پدیده افزایش شدید دامنه نوسانات هنگامی که فرکانس نیروی محرکه به فرکانس طبیعی سیستم نزدیک می شود، تشدید نامیده می شود. این افزایش به دامنه نیروی محرکه، جرم سیستم و ضریب میرایی بستگی دارد.

4. خود نوساناتنوسانات پیوسته ای نامیده می شوند که در هر سیستمی در غیاب تأثیرات متغیر خارجی وجود دارند و خود سیستم ها را خود نوسانی می نامند. دامنه و فرکانس خود نوسانات به ویژگی های خود سیستم خود نوسانی بستگی دارد. سیستم خود نوسانی از سه عنصر اصلی تشکیل شده است: 1) خود سیستم نوسانی. 2) منبع انرژی؛ 3) مکانیسم بازخورد. نمونه بارز چنین سیستمی در زیست شناسی قلب است.

اجازه دهید انرژی جسمی به جرم m را که نوسانات هارمونیک آزاد با دامنه A و فرکانس چرخه ای ω انجام می دهد، تعیین کنیم.

s = Asin ωt

انرژی کل مجموع انرژی پتانسیل و جنبشی است:

Wn = ks 2/2 = (kA 2/2) sin 2 ωt، که در آن k = mω

W = mυ 2/2، با در نظر گرفتن υ = ds / dt = Aωcosωt

ما Wk = (mω 2 A2 / 2) * cos 2 ωt را دریافت می کنیم

سپس کل انرژی برابر است با:

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

فرآیند انتشار ارتعاشات در فضا را حرکت موجی یا به سادگی موج می نامند.

دو نوع امواج وجود دارد: مکانیکی و الکترومغناطیسی. امواج مکانیکی فقط در محیط های الاستیک منتشر می شوند. امواج مکانیکی به دو نوع عرضی و طولی تقسیم می شوند.

اگر ارتعاشات ذرات بر جهت انتشار موج عمود باشد به آن عرضی می گویند.

اگر ارتعاشات ذرات با جهت انتشار موج منطبق باشد به آن می گویند. طولی

ویژگی های اصلی حرکت موج را در نظر بگیرید. این شامل:

1. تمام پارامترهای فرآیند نوسانی (s، A، v، ω، T، φ).

2. پارامترهای اضافی که فقط حرکت موج را مشخص می کند:

الف) سرعت فاز (υ) سرعت انتشار نوسانات در فضا است.

ب) طول موج (λ) کوچکترین فاصله بین دو ذره از فضای موج است که در همان فازها در نوسان هستند یا فاصله ای که موج در طول یک دوره پخش می شود. خصوصیات مرتبط هستند : λ = υT، λ = υv

حرکت نوسانی هر ذره در فضای موج توسط معادله موج تعیین می شود. اجازه دهید در نقطه O نوسانات طبق قانون رخ دهد : S = A sinωt

سپس، در یک نقطه دلخواه C، قانون نوسان به صورت زیر است: s c = sinω (t-∆t)، که در آن ∆t = x / υ = x / λv، xc = Asin (2πv t- (2πvx / λx))

s = آسین (ωt-2πх / λ)معادله موج است قانون نوسان را در هر نقطه از فضای موج تعیین می کند 2πх / λ = φ 0 فاز اولیه نوسان در یک نقطه دلخواه در فضا نامیده می شود.

3. خصوصیات انرژی موج:

آ. انرژی ارتعاش یک ذره: W = (mω 2 A 2) / 2

ب انرژی ارتعاشی تمام ذرات موجود در یک واحد حجم فضای موج نامیده می شود چگالی انرژی حجمی: ε = W 0 / V

جایی که W o = εV انرژی کل تمام ذرات ارتعاشی در هر حجمی است.

اگر n 0 غلظت ذرات باشد، پس ε = n 0 W = n 0 mω 2 A 2/2 ، ولی n o m = p ، سپس ε = (pω 2 A 2) / 2

انرژی ارتعاش به طور مداوم در جهت انتشار موج به ذرات دیگر منتقل می شود.

مقداری که از نظر عددی برابر با مقدار متوسط ​​انرژی حمل شده توسط موج در واحد زمان از یک سطح معین عمود بر جهت انتشار موج است، شار انرژی در این سطح نامیده می شود.

Ps = W 0 / t (W)

شار انرژی در واحد سطح را چگالی شار انرژی یا شدت موج می گویند.

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

امواج صوتی مورد خاصی از امواج مکانیکی هستند:

امواج صوتی ارتعاشات ذراتی هستند که در محیط های الاستیک به صورت امواج طولی با فرکانس 16 تا 20000 هرتز منتشر می شوند.

برای امواج صوتی، همان ویژگی های هر فرآیند موجی معتبر است، با این حال، برخی از ویژگی های خاص وجود دارد.

1. شدت موج صوتی را توان صوت می گویند. J = Ps / s (W / m2)

برای این مقدار، واحدهای اندازه گیری ویژه اتخاذ شده است - Bela (B) و دسی بل (dtsB). مقیاس شدت صوت که در B یا dcB بیان می شود، نامیده می شود لگاریتمیبرای تبدیل از SI به مقیاس لگاریتمی از فرمول زیر استفاده می شود: J (c) = LgJ / J 0 (W / m 2)

که در آن J o = 10 -12 W / m 2 - مقداری شدت آستانه.

2. برای توصیف امواج صوتی از کمیتی استفاده می شود که به آن می گویند فشار صدا.

فشار صوت یا آکوستیک فشار اضافی (بیش از فشار متوسط ​​محیط) در مکان هایی با بیشترین غلظت ذرات در موج صوتی.

در سیستم SI با Pa اندازه گیری می شود و واحد خارج از سیستم 1 بار صوتی = 10-1 Pa است.

3. شکل ارتعاشات ذرات در یک موج صوتی که توسط طیف هارمونیک ارتعاشات صوتی (∆v) تعیین می شود نیز حائز اهمیت است.

همه فهرست شده است مشخصه های فیزیکیصدا نامیده می شوند هدف، واقعگرایانه، یعنی مستقل از ادراک ما آنها با استفاده از ابزار فیزیکی تعیین می شوند. سمعک های ما قادر به تمایز (تمایز) صداها هستند بر اساس گام، صدا و حجم.این ویژگی های تجربه شنیداری نامیده می شود ذهنیتغییر در درک صدا توسط گوش همیشه با تغییر در پارامترهای فیزیکی موج صوتی همراه است.

گام صداعمدتاً توسط فرکانس ارتعاشات در یک موج صوتی تعیین می شود و کمی به قدرت صدا بستگی دارد. هر چه فرکانس بالاتر باشد، زیر و بمی صدا بیشتر می شود. از این نظر، محدوده صداهای درک شده توسط سمعک به اکتاو تقسیم می شود: 1- (16-32) هرتز. 2 - (32-64) هرتز; 3- (64-128) هرتز; و غیره، در کل 10 اکتاو.

اگر ارتعاشات ذرات در یک موج صوتی هارمونیک باشد، چنین تن صدایی ساده یا خالص نامیده می شود. چنین صداهایی توسط یک چنگال تنظیم و یک تولید کننده صدا تولید می شوند.

اگر ارتعاشات هارمونیک نباشند، بلکه دوره ای باشند، چنین لحن صدا پیچیده ای نامیده می شود. ...

اگر ارتعاشات صوتی پیچیده به طور دوره ای شدت، فرکانس و فاز خود را تغییر ندهند، چنین صدایی معمولاً نویز نامیده می شود.

آهنگ های پیچیده یک گام، که در آن حالت ارتعاش متفاوت است، توسط یک فرد متفاوت درک می شود (به عنوان مثال، یک نت مشابه در آلات موسیقی مختلف). این تفاوت در ادراک نامیده می شود تن صداصدا. توسط طیف فرکانس ارتعاشات هارمونیک که یک صدای پیچیده را می سازند تعیین می شود.

جلددرک صدا عمدتاً به قدرت صدا و همچنین فرکانس بستگی دارد. این وابستگی توسط قانون روانی مشخص می شود وبر-فچنر:

با افزایش تصاعدی شدت صدا (J, J 2, J 3, ...)، احساس بلندی صدا در همان فرکانس افزایش می یابد. پیشرفت حسابی(E, 2E, ZE, ...).

E = kLg J / J 0

که در آن k ضریب بسته به فرکانس صدا است. بلندی صدا به همان روشی که قدرت صدا در Belah (B) و دسی بل (dcB) اندازه گیری می شود. دسی بل بلندی صدا را در مقابل دسی بل قدرت صدا پس زمینه (F) می نامند. به طور معمول اعتقاد بر این است که برای فرکانس 1000 هرتز، مقیاس های بلندی و شدت صدا کاملاً منطبق هستند، یعنی. k = 1.

استفاده از روش های صوتی در تشخیص

1. شنوایی سنجی- روشی برای اندازه گیری حدت شنوایی با درک صداهای استاندارد شده در فرکانس و شدت.

2. سمع- گوش دادن به صداهای ناشی از کار اندام های مختلف (قلب، ریه ها، رگ های خونی و غیره)

3. ضربی- گوش دادن به صدای تک تک اعضای بدن هنگام ضربه زدن به آنها.

اولتراسوند فرآیند انتشار ارتعاشات در یک محیط فشرده به شکل امواج طولی با فرکانس بیش از 20 کیلوهرتز است.

اولتراسوند با استفاده از دستگاه های ویژه بر اساس پدیده های مغناطیسی - در فرکانس های پایین و اثر پیزوالکتریک معکوس - در فرکانس های بالا به دست می آید.