Hullám sebesség. Hullám jellemzői

Ha leengedjük az úszót a labdától bizonyos távolságra, akkor az is oszcillál. Amikor az oszcillációk idővel eltérnek az űrben, ezt a folyamatot hullámnak nevezzük.

A hang tulajdonságainak tanulmányozása (hullámhossz, hullámsebesség stb..), a jól ismert "Rainbow" vagy Happy Rainbow játék alkalmas.

Nyújtsuk ki a rugót, hagyjuk megnyugodni, majd élesen rázzuk fel-le mozgással. Látni fogjuk, hogy megjelent egy hullám, amely a tavasz mentén futott, majd visszatért. Ez azt jelenti, hogy tükröződött az akadályból. Megfigyeltük, hogyan terjedt a hullám a tavasz mentén az idő múlásával. A rugó részecskéi egyensúlyukhoz képest fel-le mozogtak, a hullám pedig balra-jobbra futott. Az ilyen hullámot keresztirányúnak nevezik. Ebben a terjedésének iránya merőleges a részecske oszcilláció irányára. Esetünkben a hullámterjedés közege tavasz volt.

Most nyújtsuk ki a rugót, hagyjuk megnyugodni, majd húzzuk előre-hátra. Látni fogjuk, hogy a rugó tekercsei összenyomódnak rajta. A hullám ugyanabba az irányba fut. Az egyik helyen a rugó jobban összenyomódik, a másikban jobban megnyúlik. Az ilyen hullámot hosszanti hullámnak nevezik. A részecskék oszcillációjának iránya egybeesik a terjedés irányával.

Képzeljünk el egy sűrű közeget, például egy szilárd anyagot. Ha eltolással deformáljuk, hullám keletkezik. A csak szilárd anyagokban ható rugalmas erők miatt jelenik meg. Ezek az erők visszatérő szerepet játszanak, rugalmas hullámot generálnak.

A folyadék eltolásával nem fog deformálódni. Gázokban és folyadékokban a keresztirányú hullám nem terjedhet. Egy másik dolog a hosszanti: minden olyan környezetben terjed, ahol rugalmas erők hatnak. A hosszanti hullámban a részecskék konvergálnak, majd elmozdulnak, és maga a közeg összenyomódik és ritkul.

Sokan azt gondolják, hogy a folyadékok összenyomhatatlanok, de ez nem így van. Ha vízzel nyomást gyakorol a fecskendő dugattyújára, az kissé összezsugorodik. A kompressziós-nyújtási deformáció gázokban is lehetséges. Amikor egy üres fecskendő dugattyúját megnyomják, a levegő összenyomódik.

Sebesség és hullámhossz

Térjünk vissza az animációhoz, amelyet a cikk elején vettünk figyelembe. Válasszunk egy tetszőleges pontot a feltételes labdától eltérő körök egyikén, majd kövessük. A lényeg távolodik a központtól. A sebesség, amellyel mozog, a hullámcsúcs sebessége. Megállapíthatjuk, hogy a hullám egyik jellemzője a hullám sebessége.

Az animáció azt mutatja, hogy a hullámhegyek azonos távolságban helyezkednek el. Ez a hullámhossz-egy másik jellemzője. Minél gyakoribbak a hullámok, annál rövidebb a hossza.

Miért nem minden mechanikus hullám hanghullám

Vegyünk egy alumínium vonalzót.

Rugalmas, ezért alkalmas a tapasztalatra. Helyezze a vonalzót az asztal szélére, majd nyomja meg a kezével, hogy erősen kinyúljon. Megnyomjuk a szélét, majd hirtelen elengedjük — a szabad rész rezegni kezd, de egyszerre nem lesz hang. Ha csak egy kicsit nyomja meg a vonalzót, a rövid él rezgései hangot hoznak létre.

Mit mutat ez a tapasztalat? Bemutatja, hogy a hang csak akkor fordul elő, ha a test elég gyorsan mozog, amikor a hullámsebesség a közegben magas. Mutassuk be a hullám egy másik jellemzőjét-a frekvenciát. Ez az érték azt mutatja, hogy egy test hány rezgést hajt végre másodpercenként. Amikor hullámot hozunk létre a levegőben, a hang bizonyos körülmények között — elég magas frekvencián-jelentkezik.

Fontos megérteni, hogy a hang nem hullám, bár a mechanikai hullámokhoz kapcsolódik. A hang olyan érzés, amely akkor fordul elő, amikor a hang (akusztikus) hullámok belépnek a fülbe.

Menjünk vissza az uralkodóhoz. Amikor a legtöbb hosszabb, a vonalzó ingadozik, és nem ad hangot. Ez létrehoz egy hullámot? Természetesen, de ez egy mechanikus hullám, nem hanghullám. Most meghatározhatjuk a hanghullámot. Ez egy mechanikus hosszanti hullám, amelynek frekvenciája 20 Hz - től 20 ezerig terjed. Hz. Ha a frekvencia kisebb, mint 20 Hz vagy több, mint 20 kHz, akkor nem halljuk, bár ingadozások fordulnak elő.

Hangforrás

Az akusztikus hullámok forrása bármilyen oszcilláló test lehet, ehhez csak rugalmas közegre, például levegőre van szükség. Nem csak egy szilárd test rezeghet, hanem egy folyadék és egy gáz is. A levegő több gáz keverékeként nemcsak terjedési közeg lehet — maga is képes akusztikus hullám létrehozására. , A rezgések képezik a fúvós hangszerek hangját. A fuvola vagy a trombita nem oszcillál. Ez a levegő elvékonyodik és összenyomódik, bizonyos sebességet ad a hullámnak, aminek következtében hangot hallunk.

Hangterjedés különböző környezetekben

Megállapítottuk, hogy különböző anyagok hangzik: folyékony, szilárd, gáznemű. Ugyanez vonatkozik az akusztikus hullám vezetésére is. A hang bármilyen rugalmas közegben (folyékony, szilárd, gáznemű) terjed, kivéve a vákuumot. Egy légtelen térben, mondjuk a Holdon, nem halljuk a rezgő test hangját.

Az emberek által érzékelt hangok többsége a levegőben oszlik el. A halak, a medúza akusztikus hullámot Hall a vízen keresztül. Ha a víz alá merülünk, akkor a közelben elhaladó motorcsónak zaját is halljuk. Ráadásul a hullám hullámhossza és sebessége nagyobb lesz, mint a levegőben. Ez azt jelenti, hogy a motor hangját először egy víz alatt búvárkodó személy hallja. Egy halász, aki ugyanabban a helyen ül a hajójában, később hallja a zajt.

Szilárd anyagokban a hang még jobban terjed, a hullámsebesség pedig nagyobb. Ha egy szilárd tárgyat, különösen fémből készült, a füléhez kopogtat, akkor nagyon jól hallja. Egy másik példa a saját hangja. Amikor először halljuk beszédünket diktafonon vagy videón előre rögzítve, úgy tűnik, hogy a hang valaki másé. Miért történik ez? Mert az életben nem annyira hang rezgéseket hallunk a szájunkból, mint a koponyánk csontjain áthaladó hullámok rezgéseit. Az ezekből az akadályokból visszaverődő hang némileg változik.

A hang sebessége

A hanghullám sebessége, ha ugyanazt a hangot vesszük figyelembe, a különböző környezetekben eltérő lesz. Minél sűrűbb a közeg, annál gyorsabban éri el a hang a fülünket. Lehet, hogy a vonat olyan messze halad tőlünk, hogy a kerekek hangja még nem hallható. Ha azonban a fülünket a sínekre helyezzük, egyértelműen hallani fogjuk a zümmögést.

Ez arra utal, hogy a hanghullám gyorsabban fut szilárd anyagokban, mint a levegőben. Az ábra a hangsebesség értékeit mutatja különböző környezetekben.

Hullámegyenlet

A sebesség, a frekvencia és a hullámhossz összefügg egymással. A magas frekvencián rezgő testek esetében a hullám rövidebb. Az alacsony frekvenciájú hangok nagyobb távolságban hallhatók, mert hosszabb hullámuk van. Két hullámegyenlet létezik. Ezek szemléltetik a hullámjellemzők egymástól való kölcsönös függőségét. Az egyenletekből bármelyik két mennyiség ismeretében kiszámíthatja a harmadikat:

c = v ons,

ahol c a sebesség, v A frekvencia, az Anavar a hullámhossz.

Az akusztikus hullám második egyenlete:

s = onlin / T,

ahol T az időszak,. azaz. az az idő, amely alatt a test egy oszcillációt hajt végre.