Μπορεί να εμφανιστούν ηχητικές δονήσεις. Προσδιορισμός της συχνότητας ενός ηχητικού κύματος με τη μέθοδο συντονισμού. Πού μπορούν να εμφανιστούν ηχητικές δονήσεις;

Όργανα και αξεσουάρ:συγκοινωνούντα δοχεία γεμάτα με

μερικώς νερό, γεννήτρια ήχου,

Συσκευή FP - 42 A, παλμογράφος.

Σύντομη θεωρία

Η περιοδική απόκλιση του σώματος από τη θέση ισορροπίας ονομάζεται ταλάντωση. Οι ταλαντώσεις που βρίσκονται στην περιοχή από 20 έως 20.000 Hz έχουν την ιδιότητα να προκαλούν αισθήσεις ήχου και μπορούν να διακριθούν σε αυτή τη βάση σε ειδική ομάδα- μια ομάδα ηχητικών δονήσεων (ακουστικές δονήσεις), που ονομάζεται ήχος. Από φυσική άποψη, οι δονήσεις αυτών των συχνοτήτων δεν διαφέρουν από τις μηχανικές δονήσεις άλλων συχνοτήτων.

Εξετάστε τον μηχανισμό σχηματισμού κυμάτων. Ένα ταλαντούμενο σώμα σε ένα ελαστικό μέσο θέτει τα σωματίδια του μέσου σε επαφή μαζί του σε ταλαντωτική κίνηση, ως αποτέλεσμα της οποίας συμβαίνουν περιοδικές παραμορφώσεις στα στοιχεία του μέσου που γειτνιάζουν με αυτό το σώμα. Παραμορφώσεις (για παράδειγμα, συμπίεση ή τάση) οδηγούν στην εμφάνιση ελαστικών δυνάμεων που τείνουν να επαναφέρουν τα στοιχεία του μέσου στην αρχική τους κατάσταση ισορροπίας, δηλ. υπάρχουν ελαστικές ταλαντώσεις του μέσου, γιατί γειτονικά στοιχεία του μέσου αλληλεπιδρούν μεταξύ τους, τότε αυτές οι ελαστικές παραμορφώσεις θα μεταφερθούν από το ένα μέρος του μέσου στο άλλο.

Η διαδικασία διάδοσης της ταλαντευτικής κίνησης σε ένα μέσο ονομάζεται κύμα ή κυματική διαδικασία.

Τα κύματα είναι γεωγραφικού μήκους, εάν τα σωματίδια του μέσου ταλαντώνονται κατά μήκος των γραμμών διάδοσης των ταλαντώσεων, και εγκάρσιος, αν τα σωματίδια του μέσου ταλαντώνονται κάθετα προς την κατεύθυνση διάδοσης του κύματος. Όταν εμφανίζονται διαμήκη κύματα, παίζει ρόλο η παραμόρφωση της εναλλασσόμενης τάσης και συμπίεσης. Η περιοδικά ταλαντούμενη διατμητική παραμόρφωση παίζει ρόλο στην εμφάνιση εγκάρσιων κυμάτων σε ένα μέσο.

Στα στερεά, προκύπτουν ελαστικές παραμορφώσεις τάσης, συμπίεσης και διάτμησης, επομένως, διαμήκη και εγκάρσια κύματα μπορούν να διαδοθούν στα στερεά. Μόνο σε υγρά και αέρια διαμήκη κύματα, που διαδίδεται με τη μορφή εναλλασσόμενων συμπιέσεων και αραιώσεων (εξαίρεση είναι η επιφάνεια ενός υγρού). Δεδομένου ότι οι διατμητικές παραμορφώσεις σε υγρά και αέρια είναι ανελαστικές, δεν μπορούν να προκύψουν εγκάρσια κύματα σε αυτά. Εάν μετατοπίσετε ένα στρώμα σε σχέση με ένα άλλο, τότε, σε αντίθεση με τα στερεά, τα μετατοπισμένα στρώματα δεν τείνουν να επιστρέψουν στην αρχική τους θέση.

Ένα κύμα που διέρχεται από ένα δεδομένο σημείο του μέσου χαρακτηρίζεται από μια συγκεκριμένη κατεύθυνση διάδοσης. Η περιοχή του χώρου μέσα στην οποία ταλαντώνονται όλα τα σωματίδια του μέσου ονομάζεται κυματικό πεδίο.

Το όριο που χωρίζει τα ταλαντευόμενα σωματίδια από τα σωματίδια που δεν έχουν ακόμη αρχίσει να ταλαντώνονται ονομάζεται μέτωπο κύματος.

μέτωπο κύματοςονομάζεται ο τόπος των σημείων στα οποία έχουν φτάσει οι ταλαντώσεις σε μια δεδομένη στιγμή.

Η έννοια του μετώπου κύματος δεν πρέπει να συγχέεται με την έννοια της επιφάνειας κύματος.

Ο τόπος των σημείων που ταλαντώνονται στην ίδια φάση ονομάζεται επιφάνεια κύματος.

Η επιφάνεια του κύματος μπορεί να τραβηχτεί μέσω οποιουδήποτε σημείου στο χώρο που καλύπτεται από την κυματική διαδικασία. Κατά συνέπεια, υπάρχει άπειρος αριθμός επιφανειών κύματος, ενώ υπάρχει μόνο ένα μέτωπο κύματος ανά πάσα στιγμή.

Οι επιφάνειες κυμάτων μπορεί να έχουν οποιοδήποτε σχήμα. Στις απλούστερες περιπτώσεις έχουν σχήμα επιπέδου ή σφαίρας. Αντίστοιχα, σε αυτές τις περιπτώσεις το κύμα ονομάζεται επίπεδο ή σφαιρικό. σε ένα αεροπλάνο κύμα επιφάνειες κυμάτωνείναι ένα σύστημα επιπέδων παράλληλα μεταξύ τους, σε ένα σφαιρικό - ένα σύστημα ομόκεντρων σφαιρών.

Όσο υπάρχει το κύμα, τα σωματίδια ταλαντώνονται γύρω από τις θέσεις ισορροπίας τους, με διαφορετικά σωματίδια να ταλαντώνονται με μετατόπιση φάσης.

Η απόσταση μεταξύ των πλησιέστερων σωματιδίων που ταλαντώνονται εξίσου (στην ίδια φάση) ονομάζεται μήκος κύματος λ.

Το μήκος κύματος είναι ίσο με την απόσταση στην οποία διαδίδεται το κύμα σε μια περίοδο

Οπου υ είναι η ταχύτητα διάδοσης του κύματος, Τ- περίοδος

Κάθε κύμα χαρακτηρίζεται από τρία κύρια μεγέθη: μήκος κύματος λ, ταχύτητα υ και συχνότητα v.

κυματική εξίσωση

Έστω κάποιο σημείο Ο να συμμετέχει σε αρμονική ταλαντωτική κίνηση με πλάτος και κυκλική (κυκλική) συχνότητα ω. Τότε η μετατόπισή του από τη θέση ισορροπίας μπορεί να περιγραφεί από την εξίσωση:

Οι ταλαντώσεις που διαδίδονται στο μέσο θα φτάσουν στο σημείο ΕΝΑ, ρύζι. 2 ξαπλωμένοι σε απόσταση rαπό το σημείο Ο, μέσα στο χρόνο

. (2)

Ταχύτητα υ έχει θετικό πρόσημο αν η κατεύθυνση της ταχύτητας συμπίπτει με την κατεύθυνση του άξονα rκαι - αρνητικό εάν η ταχύτητα είναι στραμμένη ενάντια στον άξονα.

Αν το κύμα δεν διασπαστεί από το σημείο Οπρος το σημείο ΕΝΑ, χωρίζεται από Οσε μια απόσταση r, μετά η μετατόπιση του σημείου ΕΝΑκαθορίζεται από τον τύπο (1), αλλά σε ένα νέο μεταγενέστερο χρονικό σημείο (το νέο σημείο θα ταλαντώνεται με κάποια καθυστέρηση από το χρόνο ), τότε

λαμβάνοντας υπόψη το (2), παίρνουμε:

Η έκφραση (3) είναι η εξίσωση ενός επίπεδου κύματος που διαδίδεται κατά μήκος μιας ευθείας γραμμής ΟΑ, που αλλιώς ονομάζεται εξίσωση ενός επιπέδου που ταξιδεύει κύμα. Καθορίζει για οποιαδήποτε χρονική στιγμή t την απόκλιση από τη θέση ισορροπίας των ταλαντούμενων σωματιδίων.

Λαμβάνουμε υπόψη τις γνωστές σχέσεις

όπου ν είναι η συχνότητα, είναι η περίοδος ταλάντωσης.

Και μετά μπορείτε να γράψετε:

Η έκφραση (3) μπορεί να μετατραπεί στη μορφή:

.

Τα ηχητικά κύματα μπορεί να παρεμβαίνουν.

Εξετάστε την περίπτωση παρεμβολής δύο κυμάτων ίδιας συχνότητας, μήκους και πλάτους που διαδίδονται σε αντίθετες κατευθύνσεις. Πειραματικά, αυτό μπορεί να γίνει εάν τοποθετηθεί ένα καλά ανακλαστικό φράγμα στη διαδρομή του κινούμενου κύματος κάθετα προς την κατεύθυνση διάδοσης. Ως αποτέλεσμα της παρεμβολής του προσπίπτοντος κύματος και του ανακλώμενου κύματος, προκύπτει ένα λεγόμενο στάσιμο κύμα. Εξάγουμε την εξίσωση στάσιμο κύμα.

Ένα προσπίπτον (ταξιδεύον) κύμα που διαδίδεται κατά μήκος του άξονα r περιγράφεται από την εξίσωση:

και αντανακλάται

Στις αγκύλες (–) άλλαξε σε (+) λόγω του γεγονότος ότι η ταχύτητα του ανακλώμενου κύματος άλλαξε κατεύθυνση προς το αντίθετο (το ανακλώμενο κύμα κινείται ενάντια στον άξονα r).

Η εξίσωση στάσιμου κύματος προκύπτει προσθέτοντας τις εξισώσεις των κυμάτων που κινούνται και ανακλώνται:

Παίρνοντας τον κοινό παράγοντα α και χρησιμοποιώντας τον τύπο για το άθροισμα δύο συνημίτονων, βρίσκουμε:

, επειδή

Οτι .

Η εξίσωση στάσιμου κύματος θα γραφεί:

(4)

Σε αυτή την εξίσωση, ο πολλαπλασιαστής

ανεξάρτητα από το χρόνο, εκφράζει το προκύπτον πλάτος Α

(5)

Δεδομένου ότι η συνάρτηση μπορεί να λάβει τιμές που κυμαίνονται από το μηδέν έως το ένα, τα σημεία στο στάσιμο κύμα για τα οποία

θα έχει το μεγαλύτερο πλάτος: . Τέτοια σημεία ενός στάσιμου κύματος ονομάζονται αντικόμβοι, οι συντεταγμένες τους καθορίζονται από την ισότητα (6)

Τα σημεία για τα οποία , έχουν πλάτος ίσο με μηδέν και ονομάζονται κόμβοι στάσιμου κύματος. Οι συντεταγμένες τους βρίσκονται από την συνθήκη

, από όπου (8)

Από τις σχέσεις (7) και (8) προκύπτει ότι η απόσταση μεταξύ γειτονικών κόμβων (ή γειτονικών αντικόμβων) σε ένα στάσιμο κύμα είναι ίση με . Από το (5) προκύπτει ότι το πλάτος του στάσιμου κύματος εξαρτάται από τη συντεταγμένη r του σημείου ταλάντωσης, δηλ. διαφορετικά σημεία του μέσου έχουν διαφορετικά πλάτη, κάτι που δεν παρατηρείται σε ένα κινούμενο κύμα.

Στην εξίσωση στάσιμου κύματος, ο πολλαπλασιαστής αλλάζει πρόσημο όταν διέρχεται από τη μηδενική τιμή, σύμφωνα με αυτό, η φάση ταλάντωσης στις απέναντι πλευρές του κόμβου διαφέρει κατά , δηλ. Τα σημεία που βρίσκονται στις απέναντι πλευρές του κόμβου ταλαντώνονται σε αντιφάση και όλα τα σημεία που περικλείονται μεταξύ δύο γειτονικών κόμβων ταλαντώνονται στη φάση (δηλαδή στην ίδια φάση).

Στο σχ. Το σχήμα 4 δείχνει μια σειρά από στιγμιότυπα αποκλίσεων σημείων από τη θέση ισορροπίας. Η πρώτη αντιστοιχεί στη στιγμή που οι αποκλίσεις φτάνουν στη μέγιστη απόλυτη τιμή τους. Τα ακόλουθα σχέδια γίνονται ανά τέταρτο.

Το δεύτερο αντιστοιχεί στην ταυτόχρονη διέλευση σωματιδίων από τη θέση ισορροπίας. Η τρίτη φωτογραφία αντιστοιχεί στην ταυτόχρονη εκτροπή των σωματιδίων, αλλά προς την αντίθετη κατεύθυνση (τα βέλη δείχνουν τις ταχύτητες των σωματιδίων).

Ας εξετάσουμε αρκετά παραδείγματα ταλαντώσεων συνεχών συστημάτων. Σε μια χορδή που είναι τεντωμένη και στα δύο άκρα, όταν διεγείρονται οι εγκάρσιες δονήσεις, δημιουργούνται στάσιμα κύματα και πρέπει να τοποθετούνται κόμβοι στα σημεία που στερεώνεται η χορδή. Επομένως, μόνο τέτοιες δονήσεις διεγείρονται στη χορδή, το μισό μήκος κύματος της οποίας ταιριάζει στο μήκος της χορδής ακέραιο αριθμό φορές. Αυτό συνεπάγεται την προϋπόθεση

πού είναι το μήκος της χορδής, και

Με παρόμοιο τρόπο, μπορεί κανείς να εξετάσει τις φυσικές ταλαντώσεις μιας στήλης αέρα που περικλείεται σε έναν σωλήνα με ανοιχτά άκρα. Στην περίπτωση αυτή, στα άκρα σχηματίζονται αντικόμβοι στάσιμου κύματος, επειδή αντανακλάται από ένα λιγότερο πυκνό μέσο, ​​το κύμα δεν αλλάζει φάση στο σημείο ανάκλασης. Όπως και στην προηγούμενη περίπτωση, ένας ακέραιος θα χωρέσει σε όλο το μήκος της στήλης αέρα

Σε ένα σύστημα με διαφορετικές συνθήκες ανάκλασης κυμάτων στα άκρα, για παράδειγμα, στο στρώμα αέρα ενός σωλήνα κλειστού μόνο στο ένα άκρο, είναι επίσης δυνατό να διεγείρονται φυσικές ταλαντώσεις. Τα στάσιμα κύματα σε αυτή την περίπτωση έχουν έναν αντικόμβο στο ανοιχτό άκρο και έναν κόμβο στάσιμου κύματος στο κλειστό άκρο. Σε όλο το μήκος της στήλης αέρα, θα ταιριάζει είτε , είτε , είτε , κ.λπ., δηλ. τα μήκη των στάσιμων κυμάτων που δημιουργούνται σε μια στήλη αέρα ανοιχτή στο ένα άκρο πρέπει να πληρούν την προϋπόθεση:

Η περίπτωση εμφάνισης στάσιμου κύματος σε στήλη αέρα χρησιμοποιείται για να βρεθεί η συχνότητα αυτών των ταλαντώσεων.

Η πηγή του ήχου σε αυτό το έργο είναι μια γεννήτρια ήχου. Για τον προσδιορισμό του μήκους κύματος του ήχου που εκπέμπεται από τη γεννήτρια, χρησιμοποιούνται στάσιμα κύματα, τα οποία σχηματίζονται σε έναν γυάλινο σωλήνα, ο οποίος κλείνει στο ένα άκρο με ένα κινητό φράγμα. Εάν ένα τηλέφωνο συνδεδεμένο με μια γεννήτρια ήχου τοποθετηθεί στο ανοιχτό άκρο του σωλήνα, τότε οι δονήσεις της μεμβράνης του μεταδίδονται στη στήλη αέρα του σωλήνα. Η στήλη αέρα θα αντηχεί μόνο εάν η περίοδος των φυσικών της ταλαντώσεων συμπίπτει με την περίοδο ταλάντωσης του ήχου που εκπέμπεται από τη γεννήτρια (φαινόμενο συντονισμού). Ένα ηχητικό κύμα από ένα τηλέφωνο που βρίσκεται στο ανοιχτό άκρο του σωλήνα, που διαδίδεται στον αέρα, θα φτάσει στο φράγμα που βρίσκεται στο δεύτερο άκρο του σωλήνα, θα αλλάξει φάση σε αντιφάση και θα πάει προς το κύμα που κινείται. Τα κινούμενα και ανακλώμενα κύματα θα δημιουργήσουν ένα στάσιμο κύμα. Ένας κόμπος σχηματίζεται πάντα στην επιφάνεια του φραγμού και ένας αντίκόμβος σχηματίζεται πάντα στο ανοιχτό άκρο του σωλήνα. Ανάλογα με το ύψος της στήλης αέρα, καθώς και με τη συχνότητα των δονήσεων της μεμβράνης, ένας ή άλλος αριθμός κόμβων και αντικόμβων του στάσιμου κύματος θα βρίσκεται στον σωλήνα. Ο ήχος της μεμβράνης ενισχύεται όταν βρίσκεται στους αντικόμβους ενός στάσιμου κύματος. Το μήκος της συντομότερης στήλης αέρα που αντηχεί με την τηλεφωνική μεμβράνη έχει έναν κόμπο στην απόφραξη και έναν αντικόμβο στο ανοιχτό άκρο του σωλήνα. Επομένως, το μήκος του είναι ίσο με το ένα τέταρτο του μήκους ενός ηχητικού κύματος στον αέρα. Εάν ο σωλήνας είναι αρκετά μακρύς, τότε ο συντονισμός στο σωλήνα μπορεί να επαναληφθεί όταν το ύψος της στήλης αέρα είναι ίσο με τρία, πέντε ή άλλο περιττό αριθμό των τετάρτων του μήκους του ηχητικού κύματος στον αέρα. Πρέπει να σημειωθεί ότι το ανοιχτό άκρο του σωλήνα έχει πάντα κάποια μετατόπιση των αντικόμβων. Για να ληφθεί υπόψη, κατά τη μέτρηση εισάγεται η λεγόμενη διόρθωση ανοιχτού άκρου, η οποία δεν εξαρτάται από το μήκος κύματος και είναι περίπου 0,6R, όπου R είναι η ακτίνα του σωλήνα. Εάν - το μήκος της πρώτης, συντομότερης στήλης αέρα, που δίνει συντονισμό. είναι το μήκος του δεύτερου, λοιπόν

Από εδώ. Αντικαθιστώντας αυτήν την έκφραση σε (10), λαμβάνουμε τον τύπο εργασίας:

πού είναι η ταχύτητα του ήχου σε μια δεδομένη θερμοκρασία. Για τον προσδιορισμό της ταχύτητας του ήχου σε μια δεδομένη θερμοκρασία tχρησιμοποιήστε τον τύπο

όπου = 332 είναι η ταχύτητα του ήχου στο

Αντικατάσταση αυτού στην εργασία

(12)

1 επιλογή εργασίας

Περιγραφή της συσκευής

Η συσκευή για τον προσδιορισμό του μήκους ενός ηχητικού κύματος φαίνεται στο σχ. 7. Πρόκειται για δοχεία επικοινωνίας, που αποτελούνται από γυάλινους σωλήνες Α και Β που συνδέονται με ελαστικό σωλήνα. Οι σωλήνες Α και Β είναι τοποθετημένοι σε ένα κατακόρυφο ράφι με ένα πρότυπο εκατοστών και το δοχείο Β μπορεί εύκολα να μετακινηθεί και να τοποθετηθεί οπουδήποτε στο ράφι. Το νερό χύνεται σε δοχεία επικοινωνίας. Η στάθμη του νερού στο σωλήνα Α χρησιμεύει ως κινούμενο εμπόδιο. Πάνω από το ανοιχτό άκρο αυτού του σωλήνα, στερεώνεται μια μεμβράνη τηλεφώνου, η οποία δονείται με την ίδια συχνότητα με τη συχνότητα του ήχου που εκπέμπει η γεννήτρια.

Ολοκλήρωση της εργασίας

Ενεργοποιήστε τη γεννήτρια ήχου ρυθμίζοντάς την σε μια συγκεκριμένη συχνότητα. Ανυψώστε το δοχείο Β έτσι ώστε η στάθμη του νερού στο σωλήνα Α να φτάσει στο πάνω άκρο του.

Μετακινώντας το δοχείο Β, βρείτε μια τέτοια θέση της στάθμης του νερού στον σωλήνα Α, στην οποία η στήλη αέρα σε αυτό θα αντηχούσε σε μια δεδομένη συχνότητα ταλάντωσης. Αυτό θα αντιστοιχεί σε ένα σταθερό στάσιμο κύμα. Σε αυτή την περίπτωση, σχηματίζεται ένας αντικόμβος στο ανοιχτό άκρο του σωλήνα, ο οποίος ανιχνεύεται με την ενίσχυση του ήχου. Για κλίμακα εντός 0,5 cm, προσδιορίστε το μήκος της στήλης αέρα συντονισμού. Αφήστε την να είναι. Αφήνοντας το σκάφος Β, βρείτε το δεύτερο μήκος της στήλης συντονισμού . Κάθε μήκος της στήλης αέρα προσδιορίζεται τρεις φορές. Παρόμοιες μετρήσεις θα πρέπει να γίνουν για δύο ακόμη συχνότητες ταλάντωσης.

Προσδιορίστε τη θερμοκρασία στην οποία διεξάγεται το πείραμα. Καταγράψτε τα αποτελέσματα των μετρήσεων σε πίνακα.

2 επιλογή εργασίας

Περιγραφή της συσκευής FP - 42 A

Η συσκευή είναι ένας οριζόντιος σωλήνας σε βάσεις, μέσα στον οποίο κινείται μια κάψουλα DEMSh-1 A. Ένα βύσμα με μια άλλη κάψουλα MD-201 βρίσκεται μπροστά από το ανοιχτό άκρο του σωλήνα. Το βύσμα μπορεί να κλείσει το άνοιγμα του σωλήνα. Μία από τις κάψουλες (τηλέφωνο) τροφοδοτείται με τάση συχνότητας ήχου από τη γεννήτρια ήχου ZG-1. Οι ηχητικές δονήσεις που μετατρέπονται από μια άλλη κάψουλα (μικρόφωνο) σε ηλεκτρικό σήμα τροφοδοτούνται στην κατακόρυφη έξοδο ενός ηλεκτρονικού παλμογράφου τύπου EOT. Περιστρέφοντας τη λαβή που βρίσκεται στα δεξιά, η κάψουλα μετακινείται στον σωλήνα και βρίσκονται οι θέσεις της στις οποίες το πλάτος του σήματος στην οθόνη του παλμογράφου είναι μέγιστο. Αυτή η θέση αντιστοιχεί στην απόσταση μεταξύ των εκκινητών (εάν ο σωλήνας είναι κλειστός) ή μεταξύ του ασταριού και της άκρης του σωλήνα (αν ο σωλήνας είναι ανοιχτός), πολλαπλάσιο του αριθμού των μισών κυμάτων. Το μήκος του ήχου που κερδίζεται ορίζεται ως το διπλάσιο της διαφοράς στις ενδείξεις στην κλίμακα μεταξύ δύο διαδοχικών μέγιστων.

Απαντήσεις: 1) 0,44 m; 2) 2,35 μ. 3) 0,8 m; 4) 1,32 μ. 5) 0,75 μ.

2. Προσδιορίστε το μήκος κύματος λ εάν η απόσταση Δℓ μεταξύ του πρώτου και του τέταρτου κόμβου του στάσιμου κύματος είναι 30 cm.

Απαντήσεις: 1) 23,8 cm; 2) 15,8 cm; 3) 30 εκ. 4) 20 cm; 5) 18 εκ.

3. Οι ηχητικές δονήσεις διαδίδονται στο νερό με ταχύτητα 1480 m/s και στον αέρα με ταχύτητα 340 m/s. Πόσες φορές αλλάζει το μήκος κύματος ενός ηχητικού κύματος όταν ο ήχος περνά από τον αέρα στο νερό.

Απαντήσεις: 1) 7,32; 2) 4,35; 3) 9.3; 4) 2,78; 5) 5,26.

4. Βρείτε τη διαφορά φάσης μεταξύ δύο σημείων του ηχητικού κύματος, χωρισμένα μεταξύ τους σε απόσταση 25 cm, εάν η συχνότητα ταλάντωσης είναι 680 Hz. Η ταχύτητα του ήχου στον αέρα είναι 340 m/s.

Απαντήσεις: 1) π/2; 2) pi; 3) 2 π; 4) pi; 5) σελ.

5. Η απόσταση μεταξύ του δεύτερου και του έκτου αντικόμβου του στάσιμου κύματος είναι 20 εκ. Προσδιορίστε το μήκος του στάσιμου κύματος.

Απαντήσεις: 1) 0,22 m; 2) 0,1 m; 3) 0,33 μ. 4) 0,42 μ. 5) 0,11 μ.

6. Η ταχύτητα του ήχου στο νερό είναι 1450 m/s. Σε ποια απόσταση μεταξύ τους κατά τη διεύθυνση διάδοσης του κύματος βρίσκονται τα σημεία που ταλαντώνονται σε αντίθετες φάσεις εάν η συχνότητα ταλάντωσης είναι 731 Hz.

Απαντήσεις: 1) 0,533 m; 2) 0,78 μ. 3) 0,63 μ. 4) 0,992 μ. 5) 1,10 μ.

Ερωτήσεις ελέγχου

1. Τι ονομάζεται μηχανική ταλάντωση;

2. Ποιες δονήσεις ονομάζονται ήχος;

3. Τι ονομάζεται περίοδος, συχνότητα, φάση, μετατόπιση, πλάτος της ταλαντωτικής κίνησης;

4. Τι ονομάζεται μήκος κύματος; Ποια κύματα ονομάζονται εγκάρσια και διαμήκη κύματα.

5. Τι είναι το φαινόμενο της παρεμβολής;

6. Τι είναι στάσιμο κύμα. Γράψτε την εξίσωση στάσιμου κύματος.

7. Τι ονομάζεται κόμβος, αντικόμβος στάσιμου κύματος;

8. Τι είναι το φαινόμενο του συντονισμού του ήχου;

9. Γράψτε έναν τύπο για την εξάρτηση της ταχύτητας του ήχου από τη θερμοκρασία.

10. Ποια είναι η προϋπόθεση για την εμφάνιση στάσιμου κύματος;

11. Πώς κυμαίνονται τα σημεία ενός στάσιμου κύματος:

12. α) συνάπτεται μεταξύ δύο γειτονικών κόμβων.

13. β) ξαπλωμένος σε αντίθετες πλευρές του κόμβου;

14. Παραγωγή του τύπου εργασίας.

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

1. Saveliev I.V. Course of general physics, τ. 2. Μ.: Nauka, 1989. σσ. 274–277, 289–291.

2. Zisman G. A., Todes O. M. Course of general physics, τ. 1, Nauka, 1972.

3. Trofimova T. I.μάθημα φυσικής. Μ.: Ανώτατο Σχολείο, 2002, σ. 284–291.

Εργαστήριο 1.18

Έτσι, ο ήχος είναι μηχανικοί κραδασμοί που διαδίδονται σε ελαστικά μέσα - αέρια, υγρά και στερεά. Εδώ όμως, μας φαίνεται, πρέπει να κάνουμε μια διευκρίνιση. Από καιρό συνηθίζεται να ονομάζουμε ήχο μόνο αυτό που ακούμε. Άρα η λέξη «ήχος» έχει δύο βασικές έννοιες. Σε μια περίπτωση, είναι ένας όρος για ένα φυσικό φαινόμενο, και αυτό το φαινόμενο υπάρχει στη φύση ανεξάρτητα από εμάς. σε μια άλλη περίπτωση, ονομάζουμε αυτή τη λέξη, στην ουσία, την αντίληψή μας για ένα φυσικό φαινόμενο - αυτό που ακούμε, αυτό στο οποίο αντιδρούμε με τον ένα ή τον άλλο τρόπο. Γι 'αυτό, όπως αναφέρθηκε ήδη, εμφανίστηκε η διαίρεση των ήχων σε ηχητικούς και μη, ο διαχωρισμός, πρέπει να πω, δεν είναι αρκετά αυστηρός, έστω και μόνο επειδή αντιλαμβανόμαστε τους ήχους διαφορετικά - σε ένταση, σε τόνο, σε ύψος και "χρώμα". ήχος - χροιά. Από αυτό είναι σαφές ότι η υποκειμενική μας αντίληψη δεν μπορεί να χρησιμεύσει ως αντικειμενική βάση για την αξιολόγηση των φυσικών παραμέτρων του ήχου.
Σκεφτείτε τι είναι ο ήχος από αντικειμενική άποψη. Εδώ, για παράδειγμα, κέρδισε ένα ραδιόφωνο. Ο κώνος του ηχείου μεταδίδει τους κραδασμούς του στα γύρω σωματίδια αέρα. Τη στιγμή της ταλάντωσης του διαχύτη, τα μικρότερα σωματίδια αέρα, μόρια, που ωθήθηκαν από την ώθηση, μετατοπίστηκαν. Αλλά τα μόρια δεν πάνε μακριά. Γέρνοντας απότομα προς τα εμπρός, ανακατεύονται με τα μόρια των στρωμάτων αέρα που βρίσκονται μπροστά τους, και τα «στριμώχνουν». Επομένως, στα γειτονικά στρώματα του αέρα, για μια ασήμαντη στιγμή, θα υπάρχουν πολλά περισσότερα μόρια από αυτά που υπήρχαν πριν. Κατά συνέπεια, η πίεση πάνω τους θα αυξηθεί στιγμιαία, ο αέρας θα γίνει πιο πυκνός. Όταν ο διαχύτης κινείται προς την αντίθετη κατεύθυνση, η μετατόπιση των μορίων οδηγεί στο γεγονός ότι στο στρώμα που βρίσκεται δίπλα στο συμπιεσμένο, για μια στιγμή θα υπάρχει έλλειψη μορίων. Ως αποτέλεσμα, δίπλα στο παχύ στρώμα, εμφανίζεται ένα στρώμα αυξημένης πίεσης, ένα σπάνιο στρώμα, με μειωμένη πίεση.
Ενώ ο ραδιοφωνικός δέκτης λειτουργεί, ο ελέφαντας των συμπυκνώσεων και των εκκενώσεων, δηλαδή οι ελαστικοί κραδασμοί του μέσου (στην περίπτωση αυτή, του αέρα), θα εξαπλώνονται όλο και πιο μακριά. Η είσοδος στο ανθρώπινο αυτί, η εναλλασσόμενη συμπίεση και η αραίωση προκαλούν μια αίσθηση ήχου. Έτσι, αυτό που ονομάζουμε ήχο είναι μια ταχεία διαδοχή εναλλασσόμενων συμπιέσεων και αραιώσεων αέρα. Σε αυτή την περίπτωση, τα σωματίδια του αέρα δεν κινούνται με ήχο που διαδίδεται. Ωθούμενοι από πεπιεσμένο αέρα, ταλαντώνονται μόνο, κινούμενοι εναλλάξ μπρος-πίσω σε πολύ μικρές αποστάσεις. Δεν υπάρχουν μεμονωμένες ταλαντώσεις ενός σώματος. Σε κάθε μέσο, ​​ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης μεταξύ των σωματιδίων, οι δονήσεις μεταδίδονται σε όλο και περισσότερα νέα σωματίδια, ενώ το ίδιο το μέσο ως σύνολο παραμένει ακίνητο και τα ηχητικά κύματα διαδίδονται σε αυτό.
Είναι ευκολότερο να κατανοήσουμε την έννοια των ηχητικών κυμάτων εάν, αντί για μια πραγματική πηγή ήχου, θεωρήσουμε μια πηγή με τη μορφή μιας περιοδικά διαστελλόμενης και συσταλτικής μπάλας. Η σφαίρα, που διαστέλλεται, συμπιέζει το αμέσως παρακείμενο στρώμα του μέσου, το οποίο, με τη σειρά του, μεταφέρει αυτή τη συμπίεση στο επόμενο στρώμα. Αυτή η συμπίεση περνά σε όλο το μέσο. Την επόμενη στιγμή, η μπάλα συστέλλεται και τα συμπιεσμένα σωματίδια του μέσου που γειτνιάζουν με αυτήν έχουν την ευκαιρία να απομακρυνθούν το ένα από το άλλο. Η επέκταση περνά και από όλο τον χώρο.
Από φυσική άποψη, ο ήχος είναι εναλλασσόμενη συμπίεση και αραίωση του μέσου, που διαδίδεται προς όλες τις κατευθύνσεις.
Ένα καλό παράδειγμα είναι τα κύματα στην επιφάνεια του νερού. Εάν ρίξετε μια πέτρα στο νερό, πρώτα εμφανίζεται μια κοίλωμα, μετά μια ανύψωση και μετά εμφανίζονται κύματα, τα οποία εναλλάσσονται διαδοχικά κορυφογραμμές και γούρνες. Αυξάνονται κατά μήκος του μετώπου, διαδίδονται προς όλες τις κατευθύνσεις, αλλά μεμονωμένα σωματίδια δεν κινούνται μαζί με τα κύματα, αλλά ταλαντώνονται μόνο εντός μικρών ορίων γύρω από κάποια αμετάβλητη θέση. Μπορείτε να το επαληθεύσετε, για παράδειγμα, παρακολουθώντας έναν φελλό να αναπηδά στα κύματα. Θα ανεβαίνει και θα πέφτει, δηλαδή θα ταλαντώνεται περνώντας ένα ταξιδιωτικό κύμα από κάτω του *. Στην επιφάνεια του νερού, η κορυφή του κύματος ακολουθείται από μια κοιλότητα και στον αέρα στον οποίο διαδίδεται ο ήχος, η συμπύκνωση των μορίων αντικαθίσταται από την αραίωση. Και στις δύο περιπτώσεις, μεμονωμένα σωματίδια μιας ουσίας εκτελούν ταλαντωτικές κινήσεις. Λόγω της ομοιότητας στην κίνηση των σωματιδίων του αέρα και του νερού, η εναλλασσόμενη συμπίεση και η αραίωση στον αέρα ονομάζονται ηχητικά κύματα. Όταν ένα ηχητικό κύμα φτάσει σε ένα ορισμένο σημείο στο διάστημα, τα σωματίδια της ύλης, που πριν από αυτό δεν εκτελούσαν διατεταγμένες κινήσεις, αρχίζουν να ταλαντώνονται. Οποιοδήποτε κινούμενο σώμα, συμπεριλαμβανομένου ενός ταλαντευόμενου, είναι ικανό να κάνει εργασία, δηλαδή έχει ενέργεια. Επομένως, η διάδοση ενός ηχητικού κύματος συνοδεύεται από τη διάδοση της ενέργειας.
Για να δείξουν ξεκάθαρα ποια είναι η ουσία της ταλαντευτικής κίνησης, συνήθως καταφεύγουν σε ένα εκκρεμές. Το ίδιο θα κάνουμε.
Εάν το εκκρεμές (ή ένα βάρος που αιωρείται σε ένα νήμα) εκτραπεί από τη θέση ισορροπίας και στη συνέχεια απελευθερωθεί, τότε θα ταλαντωθεί ελεύθερα. Υπό την επίδραση της βαρύτητας, το εκκρεμές επιστρέφει στην αρχική του θέση, περνά από το σημείο εκκίνησης με αδράνεια και ανεβαίνει, ενώ η βαρύτητα θα επιβραδύνει την κίνησή του. Στο σημείο της μέγιστης εκτροπής, το εκκρεμές θα σταματήσει για μια στιγμή και θα αρχίσει να κινείται προς την αντίθετη κατεύθυνση. Οι κύκλοι των ταλαντώσεων του εκκρεμούς επαναλαμβάνονται συνεχώς και είμαστε μάρτυρες της ταλαντωτικής κίνησης.
Τα ανθρώπινα όργανα ακοής είναι ικανά να αντιλαμβάνονται ήχους με συχνότητα 15-20 δονήσεων ανά δευτερόλεπτο έως 16-20 χιλιάδες *. Αντίστοιχα, οι μηχανικοί κραδασμοί με τις υποδεικνυόμενες συχνότητες ονομάζονται ήχοι ή ακουστικοί.
Τα θέματα με τα οποία ασχολείται η ακουστική είναι πολύ διαφορετικά. Μερικά από αυτά σχετίζονται με τις ιδιότητες και τα χαρακτηριστικά των οργάνων ακοής.
Η γενική ακουστική μελετά την προέλευση, τη διάδοση και την απορρόφηση του ήχου.
Η φυσική ακουστική ασχολείται με τη μελέτη των ίδιων των ηχητικών δονήσεων και τις τελευταίες δεκαετίες έχει αγκαλιάσει δονήσεις που βρίσκονται πέρα ​​από τα όρια της ακοής (υπερακουστική). Ταυτόχρονα, χρησιμοποιεί ευρέως μια ποικιλία μεθόδων για τη μετατροπή των μηχανικών κραδασμών σε ηλεκτρικές δονήσεις και αντίστροφα. Όσον αφορά τις ηχητικές δονήσεις, τα καθήκοντα της φυσικής ακουστικής περιλαμβάνουν τη μελέτη φυσικών φαινομένων που καθορίζουν ορισμένες ποιότητες ήχου που μπορούν να ακουστούν στο αυτί.Η ηλεκτροακουστική ασχολείται με τη λήψη, μετάδοση, λήψη και ηχογράφηση ήχων με χρήση ηλεκτρικών συσκευών.
Η αρχιτεκτονική ακουστική μελετά τη διάδοση του ήχου στα δωμάτια, την επίδραση στον ήχο του μεγέθους και του σχήματος των δωματίων, τις ιδιότητες των υλικών που καλύπτουν τοίχους και οροφές κ.λπ.
Η μουσική ακουστική εξερευνά τη φύση των μουσικών ήχων, καθώς και τους μουσικούς συντονισμούς και τα συστήματα. Διακρίνουμε, για παράδειγμα, μουσικούς ήχους (τραγούδι, σφύριγμα, κουδούνισμα, ήχο εγχόρδων) και θορύβους (κράξιμο, χτύπημα, τρίξιμο, σφύριγμα, βροντή). Οι μουσικοί ήχοι είναι πιο απλοί από τους θορύβους. Ένας συνδυασμός μουσικών ήχων μπορεί να παράγει μια αίσθηση θορύβου, αλλά κανένας συνδυασμός θορύβων δεν θα παράγει έναν μουσικό ήχο.
Η Υδροακουστική ασχολείται με τη μελέτη φαινομένων που συμβαίνουν στο υδάτινο περιβάλλον που σχετίζονται με την εκπομπή, τη λήψη και τη διάδοση ακουστικών κυμάτων. Περιλαμβάνει την ανάπτυξη και τη δημιουργία ακουστικών συσκευών που προορίζονται για χρήση στο υδάτινο περιβάλλον.
Η ατμοσφαιρική ακουστική μελετά τις ηχητικές διεργασίες στην ατμόσφαιρα, ιδίως τη διάδοση των ηχητικών κυμάτων, τις συνθήκες για τη διάδοση του ήχου εξαιρετικά μεγάλης εμβέλειας.
Η φυσιολογική ακουστική διερευνά τις δυνατότητες των οργάνων ακοής, τη δομή και τη δράση τους. Μελετά την παραγωγή ήχων από τα όργανα του λόγου και την αντίληψη των ήχων από τα όργανα ακοής. Τα τελευταία χρόνια, σε σχέση με την ανάπτυξη της κυβερνητικής, η φυσιολογική ακουστική έχει αντιμετωπίσει ένα πολύ περίπλοκο, αλλά εξαιρετικά σημαντικό πρόβλημα της ανάλυσης και σύνθεσης της ανθρώπινης ομιλίας. Η δημιουργία συστημάτων ικανών να αναλύουν την ανθρώπινη ομιλία είναι ένα σημαντικό στάδιο στο σχεδιασμό μηχανών, ιδιαίτερα ρομποτικών χειριστών και ηλεκτρονικών υπολογιστών, υπάκουων στις προφορικές οδηγίες των χειριστών. Η συσκευή για τη σύνθεση ομιλίας μπορεί να δώσει μεγάλο οικονομικό αποτέλεσμα. Εάν όχι τα ίδια τα σήματα ομιλίας μεταδίδονται μέσω τηλεφωνικών καναλιών μεγάλων αποστάσεων, αλλά οι κωδικοί λαμβάνονται ως αποτέλεσμα της ανάλυσής τους και η ομιλία συντίθεται στην έξοδο των γραμμών, πολλές φορές περισσότερες πληροφορίες μπορούν να μεταδοθούν μέσω του ίδιου καναλιού. Είναι αλήθεια ότι ο συνδρομητής δεν θα ακούσει την πραγματική φωνή του συνομιλητή, αλλά οι λέξεις θα είναι ίδιες με αυτές που ειπώθηκαν στο μικρόφωνο. Φυσικά, αυτό δεν είναι απολύτως κατάλληλο για οικογενειακές συνομιλίες, αλλά είναι βολικό για επαγγελματικές συνομιλίες και είναι αυτοί που υπερφορτώνουν τα κανάλια επικοινωνίας.
Η Βιολογική ακουστική εξετάζει τα ζητήματα της ηχητικής και υπερηχητικής επικοινωνίας των ζώων και μελετά τον μηχανισμό εντοπισμού που χρησιμοποιούν, διερευνά επίσης τα προβλήματα του θορύβου, των κραδασμών και την καταπολέμηση τους για τη βελτίωση του περιβάλλοντος.

"Ήχος, υπέρηχος, υπέρηχος"