Механические и звуковые волны. Основные положения

Волновой процесс — процесс переноса энергии без переноса вещества.

Механическая волна — возмущение, распространяющееся в упругой среде.

Наличие упругой среды — необходимое условие распространения механических волн.

Перенос энергии и импульса в среде происходит в результате взаимодействия между соседними частицами среды.

Волны бывают продольные и поперечные.

Продольная механическая волна — волна, в которой движение частиц среды происходит в направлении распространения волны. Поперечная механическая волна — волна, в которой частицы среды перемещаются перпендикулярно направлению распространения волны.

Продольные волны могут распространяться в любой среде. Поперечные волны в газах и жидкостях не возникают, так как в них

отсутствуют фиксированные положения частиц.

Периодическое внешнее воздействие вызывает периодические волны.

Гармоническая волна — волна, порождаемая гармоническими колебаниями частиц среды.

Длина волны — расстояние, на которое распространяется волна за период колебаний ее источника:

[v — скорость распространения волны].

Скорость механической волны — скорость распространения возмущения в среде. Поляризация — упорядоченность направлений колебаний частиц в среде.

Плоскость поляризации — плоскость, в которой колеблются частицы среды в волне. Линейно-поляризованная механическая волна — волна, частицы которой колеблются вдоль определенного направления (линии).

Поляризатор — устройство, выделяющее волну определенной поляризации.

Стоячая волна — волна, образующаяся в результате наложения двух гармонических волн, распространяющихся навстречу друг другу и имеющих одинаковый период, амплитуду и поляризацию.

Пучности стоячей волны — положение точек, имеющих максимальную амплитуду колебаний.

Узлы стоячей волны — неперемещающиеся точки волны, амплитуда колебаний которых равна нулю.

На длине l струны, закрепленной на концах, укладывается целое число п полуволн поперечных стоячих волн:

Такие волны называются модами колебаний.

Мода колебаний для произвольного целого числа n > 1 называется n-й гармоникой или n-м обертоном. Мода колебаний для n = 1 называется первой гармоникой или основной модой колебаний. Звуковые волны — упругие волны в среде, вызывающие у человека слуховые ощущения.

Частота колебаний, соответствующих звуковых волнам, лежит в пределах от 16 Гц до 20 кГц.

Скорость распространения звуковых волн определяется скоростью передачи взаимодействия между частицами. Скорость звука в твердом теле vп, как правило, больше скорости звука в жидкости vж, которая, в свою очередь, превышает скорость звука в газе vг.

Звуковые сигналы классифицируют по высоте, тембру и громкости. Высота звука определяется частотой источника звуковых колебаний. Чем больше частота колебаний, тем выше звук; колебаниям малых частот соответствуют низкие звуки. Тембр звука определяется формой звуковых колебаний. Различие формы колебаний, имеющих одинаковый период, связано с разными относительными амплитудами основной моды и обертоном. Громкость звука характеризуется уровнем интенсивности звука. Интенсивность звука — энергия звуковых волн, падающая на площадь 1 м2 за 1 с.

Единица интенсивности звука — ватт на квадратный метр (Вт/м2). Уровень интенсивности

где I — интенсивность звука, I0 = 10-12 Вт/м2 — интенсивность, соответствующая порогу слышимости.

Порог слышимости характеризуется минимальной интенсивностью звука, которая может фиксироваться человеческим ухом.

Единица уровня интенсивности — децибел (дБ).

Наверх