Презентація з фізики на тему Механічні хвилі

механічні хвилі Розробила: Свириденко Олена Федорівнавикладач Хорольського агропромислового коледжу Полтавської державної академії Хвиля – процес поширення коливань у просторі з часом. Як і коливання, хвилі за своєю фізичною природою поділяють на механічні та електромагнітні. Види хвиль за природою Механічна хвиля – це процес поширення механічних коливань у пружному середовищі. Пружним називають середовище між частиками якого діють сили взаємодії, внаслідок чого виникають пружні деформації цього середовища Джерело хвилі – це коливальна система, яка під час коливань передає частину своєї енергії в навколишнє середовище.Хвильова поверхня – геометричне місце точок, що коливаються в однаковій фазіФронт хвилі – передня хвиля, найбільш віддалена від джерела.Промінь – лінія, вздовж якої поширюється фронт хвилі. В ізотропному середовищі промінь перпендикулярний до фронту хвилі. Види хвиль:Поперечні - частинки пружного середовища коливаються в площині, перпендикулярній до напряму поширення хвилі (в твердих тілах або на поверхні рідин)Поздовжні - частинки середовища коливаються в тій самій площині, в якій поширюється і сама хвиля (в твердих тілах, рідинах і газах) Параметри хвиль  Графік коливань показує, як змінюється координата однієї точки, що коливається, з часом. У хвилі коливаються всі точки, що її утворюють. Тому графік хвилі показує, як залежить координата всіх точок хвилі від їх положення у хвилі. Довжина хвилі λ (м) – найкоротша відстань між точками хвилі, які коливаються в однакових фазах і дорівнює відстані, яку проходить хвильова поверхня за один період. Фазова швидкість υ (м/с) – швидкість поширення коливань у пружному середовищі Довжина хвиліВідстань між найближчими точками, що коливаються в однаковій фазі Зв’язок параметрів хвиль або Під час виникнення хвиль їх частота визначається частотою коливань джерела хвиль, а швидкість залежить від властивостей середовища. Тому хвилі однієї і тієї ж частоти мають різну довжину в різних середовищах. Рівняння хвилі Джерело хвиль (точка О) коливається за гармонічним законом x = Asinωt. Точка М середовища знаходиться на відстані у від джерела хвиль. Швидкість поширення хвилі – величина скінченна, тому чим далі знаходиться ця точка середовища від джерела, тим більше часу потрібно для того, щоб хвиля надійшла до цієї точки, і тим пізніше в ній почнуться коливання. Отже, – це час запізнення початку коливань в заданій точці середовища порівняно з джерелом хвиль. Хвильові властивостіПринцип Гюйгенса Кожна точка поверхні, якої досягла в даний момент хвиля, є точковим джерелом вторинних хвиль, причому поверхня, дотична до цих вторинних хвиль, буде хвильовою поверхнею в наступний момент часу. Поглинання зменшення енергії, яку переносить хвиля внаслідок зменшення внутрішнього тертя середовища.   Відбивання частина енергії падаючої хвилі відбивається назад у перше середовище на межі поділу середовищ.   Заломлення зміна напряму поширення хвилі при переході з одного середовища в інше. Інтерференція – явище додавання (накладання) двох когерентних хвиль у просторі, внаслідок чого відбувається стійке в часі їх взаємне підсилення в одних точках простору і ослаблення в інших, залежно від співвідношення між фазами цих хвиль. Когерентні хвилі збуджуються джерелом, які коливаються з однаковою частотою і постійною у часі різницею фаз. {3C2FFA5D-87B4-456A-9821-1D502468CF0F}Максимум інтерференційної картини{3C2FFA5D-87B4-456A-9821-1D502468CF0F}Мінімумінтерференційної картини {3C2FFA5D-87B4-456A-9821-1D502468CF0F}Максимум інтерференційної картини{3C2FFA5D-87B4-456A-9821-1D502468CF0F}Мінімумінтерференційної картини Інтерференція хвиль на воді Інтерференція двох кругових когерентних хвиль у залежності від довжини хвилі та відстані між джерелами Дифракція – явище порушення закону прямолінійного поширення хвиль в однорідному середовищі або огинання хвилями перешкод. Дифракція хвиль на водіd >> λλ ~ d Принцип Гюйгенса-ФренеляДифракція зумовлена інтерференцією вторинних хвиль Звуки Звукові хвилі Звук – механічні хвилі, які збуджуються тілами, що коливаються з частотою в діапазоні 16 – 20 000 Гц і сприймаються органами слуху людини і тварини. Акустика – розділ фізики, який вивчає звукові (акустичні) хвилі і все, що з ними пов’язане. Джерела звукуприродні (голос, шелест листя, шум прибою)штучні (камертон, струна, дзвін, мембрана)Коливання тіл викликають коливання повітря. Камертон - металева "рогатка", укріплена на шухлядці, у якої немає однієї стінки. Якщо спеціальним гумовим молоточком вдарити по "ніжкам" камертона, то він буде видавати звук, названий музичним тоном.Камертон - винайдений в 18 столітті для настроювання музичних інструментів. {5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}Акустичні (фізичні)Фізіологічні Швидкість поширенняЧастота Висота Інтенсивність Гучність Амплітуда Тембр Характеристика звуку Швидкість звукуs – відстань від джерела до приймача звуку,t – час поширення звуку від джерела до приймача звуку, Т – період, ν – частота, λ – довжина звукової хвилі. Інтенсивність звуку Характеризує перенесення енергії W звуковою хвилею за одиницю часу t через одиницю площі S, яка перпендикулярна до напряму поширення звуку , де – інтенсивність джерела звуку. Інтенсивності відповідає психофізіологічна характеристика – гучність, яка вимірюється у децибелах. 31Основи акустики Гучність звуку – це фізіологічна інтенсивність звуку. Поняття інтенсивності і гучності звуку не рівнозначні. Гучність зростає значно повільніше, ніж інтенсивність звуку. Суб’єктивна гучність звуку не піддається точному кількісному вимірюванню. Висота звуку визначається його частотою. Чим більша частота, тим більша висота звуку. Тембр звуку визначається його спектральним складом. Сприйняття людиною звуківрізної гучності і частоти 33 Акорд – це одночасне звучання двох або кількох звуків (може викликати приємне – консонанс – та неприємне – дисонанс – слухове відчуття). Шум – це аперіодична складна суміш звуків, спектр якої в певному інтервалі частот є безперервним. Звуковий тиск. Під час поширення звуку відбувається коливання тиску в околі середнього значення характерного для даного середовища. Звуковий тиск – це змінна частина тиску, яка виникає в середовищі під час проходження звука. Шкала звукових коливаньЧастота, ГцНайменуванняЗасоби збудженняЗастосування0 – 20ІнфразвукиКоливання води у великих водоймах, биття серцяПередбачення погоди, діагностика захворювань серця16 – 2·104Чутні звукиГолос людини та тварин, музикальні інструменти, свистки, сирени, гучномовці, тощоДля зв’язку та сигналізації, а також вимірювання відстаней (звукометрія)2·104 – 1010УльтразвукиМагнітострикційні та п’єзоелектричні випромінювачі, свисток, також деякими тваринами та комахами (летючі миші, цвіркуни, сарана тощо)Гідролокація, очищення деталей, дефектоскопія деталей та будівельних конструкцій, прискорення хімічних реакцій, медичні та біологічні дослідження, молекулярна фізика1011 і більшеГіперзвукиТеплові коливання молекулУ наукових дослідженнях Властивості звуку Відбивання ЗаломленняАкустичний резонансЕфект ДопплераІнтерференція Дифракція Властивості звукових хвильПоглинання - матеріали, в яких звукові коливання швидко затухають для звукоізоляції приміщень. Чим більше предметів у приміщенні, тим більше коефіцієнт поглинання звуку. Оштукатурювання стін поглинає близько 8% енергії звукових хвиль, килими – до 20%. Відбивання - луна повернення звукової хвилі до свого джерела після відбивання від поверхні, яка розміщена перпендикулярно до променя цієї хвилі. Особливо ефектне це явище на великих відкритих ділянках лісів, в ущелинах гір. Властивості звукових хвильІнтерференція звуку   Дифракція звуку на отворі  λ >> d λ >> d фронт хвилі за хвиля майже не отвором – півсфера розходиться в сторони Реверберація - залишкове звучання в закритому приміщенні.Чим більше предметів у приміщенні, тим менше час реверберації. Ефект Доплера Труба Рубенсавізуалізує стоячу звукову хвилю;дозволяє визначити λ звукової хвилі ІнфразвукКоливання з частотами < 16 Гц Ультразвук Коливання з частотами > 20000 Гц