Волна в среде: её характеристики и уравнение
Волна - процесс распространения колебательного движения частиц среды. С точки зрения соотношения направлений колебаний частиц в среде и распространения волны, различают волны продольные и поперечные. Поперечные волны существуют только в средах, упругих по отношению к деформации сдвига (волна на шнуре, на поверхности жидкости, электромагнитные волны). Продольные волны существуют в любых средах (волна сжатий - растяжений на пружине, звук, ударная волна и т.п.).
Длина волны (l) - расстояние, проходимое волной за период: l= ![]() ![]()
Интенсивность волны I (плотность потока энергии в волне) - отношение энергии W, переносимой волной через площадку S, перпендикулярную лучу, ко времени переноса
где n - концентрация частиц, Wo и Уравнение (бегущей) волны в среде.
Замечание: при распространении волны переноса вещества не происходит, переносится только энергия! Звук и его восприятие Звук - это продольные волны (плотности вещества или давления в нём) с частотой n=16¸20000 Гц в упругой среде (веществе). Скоростьзвука зависит от упругости и плотности среды. В газах J=0,2¸1,2 км/с, в жидкостях J=1,2¸2,0 км/с, в твёрдых телах J= 2¸5 км/с. Причём J~ Характеристики звука:
Восприятие и идентификация звука. Воспринимая звук, организм должен решить две основные задачи: 1) поглотить, по возможности, всю энергию воспринимаемой волны; 2) безошибочно идентифицировать введённую в организм звуковую волну. Для решения первой задачи надо каким-то образом избежать или компенсировать потери, возникающие на границе «воздух – жидкость», отделяющей окружающую среду от организма, наполненного жидкостью. Внешний звук вызывает колебания барабанной перепонки (2), отделяющей наружное ухо от среднего. Эти колебания через систему мелких косточек (молоточек, наковаленка, стремечко - 4, 5, 6) в среднем ухе, заполненном воздухом, вызывает колебания мембраны овального окна (8), отделяющей среднее от внутреннего уха, заполненного жидкостью (перилимфой). Система косточек в среднем ухе работает как рычаг, дающий выигрыш в силе в 1,3 раза. Так как площадь барабанной перепонки (2) в 20-30 раз больше площади овального окна, то получаем выигрыш в давлении на мембрану внутреннего уха в 26 раз, что и компенсирует потери на отражение от границы «воздух-
жидкость». Решение второй задачи (идентификации звука) реализуется во внутреннем ухе, внутри спиралевидной части которого (улитке) находится базальная мембрана, содержащая около 20000 разновеликих волокон с различными собственными частотами. Резонирующие на гармонические составляющие звуковой волны, волокна посылают электрические сигналы в мозг, который, анализируя совокупность этих сигналов, и идентифицирует звук. Немаловажной задачей является и определение направления прихода звуковой волны. Млекопитающие решают эту задачу, главным образом, по разности фаз звуковых колебаний, достигающих ушей не одновременно, а с некоторым разбросом во времени Dt, пропорциональным углу прихода плоской звуковой волны (бинауральный эффект); т.е природа использовала факт сравнительной малости скорости звука в воздухе (330 м/с) (в воде скорость звука примерно 1500 м/с и величина Dt в 5 раз меньше, чем в воздухе, и поэтому не может быть физиологически оценена).
Аудиограмма - зависимость предельных воспринимаемых ухом значений интенсивности звука от его частоты: снизу область слышимости ограничена порогом слышимости, сверху – болевым порогом, равным примерно I б. порог =1 Вт/м2. При I > I б. порог человек слышит, но теряет способность сравнивать громкость звуков. Закон Вебера-Фехнера: громкость звука (L) пропор-циональна логарифму отношения интенсивности I звуковой волны к пороговой интенсивности I о на данной частоте: L = Характерные уровни громкости: шёпот - 10 дБ; речь - 60 дБ; шум самолёта - 120 дБ. Методы звуковой диагностики(в медицине): 1) аускультация – выслушивание звуков в организме (фонендоскопы, фонокардиограммы); 2) перкуссия - выстукивание и выслушивание отклика, созданного звуковой волной. Эффект Доплера Состоит в изменении n и l сигнала при относительном движении приёмника (со скоростью В основе объяснения акустического эффекта Доплера лежит идея о том, что скорость звуковых волн
n = (-) - при сближении; (+) - при удалении. Заметим, что при q = 90о имеем: Dl = Dn = 0. При малых Инфра- и ультразвук 3.9.1. Инфразвук (n = 0,1¸16 Гц): 1) источники - колеблющиеся тела, детали машин, морские волны; 2) свойства: быстро затухает в воздухе, слабо в воде; 3) воздействие: а) вредное - вибрационная болезнь (при работе с отбойным молотком), вызывает ощущение страха (одна из гипотез о Бермудском треугольнике); б) полезное - массаж. 3.9.2. Ультразвук (n>20000 Гц): 1) источники: а) некоторые животные (дельфины, летучие мыши); б) производственные шумы; в) пьезоэлектрические излучатели, преобразующие высокочастотные колебания электрического напряжения в механическую волну; г) ультразвуковые свистки и сирены; 2) особенности: а) l~1 мкм (при n 3) применения:а) эхолокация – метод определение расстояния S до объекта в непрозрачной среде путём измерения времени Dt распространения волны от излучателя до объекта и обратно: S=
Популярное: Модели организации как закрытой, открытой, частично открытой системы: Закрытая система имеет жесткие фиксированные границы, ее действия относительно независимы... Почему стероиды повышают давление?: Основных причин три... ![]() ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (197)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |