Brzina talasa. Karakteristike talasa

Ako spustimo plovak na određenoj udaljenosti od lopte, ona će takođe oscilirati. Kada se vibracije razilaze kroz prostor tokom vremena, ovaj proces se naziva talas.

Za proučavanje svojstava zvuka (talasna dužina, brzina talasa, itd..), pogodna je poznata igračka "Rainbow", ili Sretna duga.

Istegnimo oprugu, neka se smiri i naglo protrese gore-dolje. Videćemo da se pojavio talas koji je išao duž proleća, a zatim se vratio nazad. To znači da se odrazilo sa prepreke. Posmatrali smo kako se talas vremenom širio duž proleća. Čestice opruge su se kretale gore-dole u odnosu na njihovu ravnotežu, a talas je tekao levo i desno. Takav talas se naziva poprečnim. U njemu je smjer njegovog širenja okomit na smjer oscilacije čestica. U našem slučaju, medij širenja talasa bio je izvor.

Sada istegnimo oprugu, neka se smiri i povucite je naprijed-nazad. Vidjet ćemo da su zavojnice opruge stisnute duž nje. Talas ide u istom smjeru. Na jednom mestu opruga je više komprimovana, na drugom je više rastegnuta. Takav talas se naziva longitudinalni talas. Smjer oscilacije njegovih čestica poklapa se sa smjerom širenja.

Zamislite gusti medij, na primjer, čvrstu. Ako ga deformišemo pomeranjem, nastaće talas. Pojaviće se usled elastičnih sila koje deluju samo u čvrstim materijama. Ove sile igraju ulogu povratka i stvaraju elastični talas.

Neće biti moguće deformisati tečnost smicanjem. U gasovima i tečnostima, poprečni talas se ne može širiti. Druga stvar je uzdužna: širi se u svim okruženjima u kojima djeluju elastične sile. U uzdužnom talasu, čestice se zatim konvergiraju, a zatim se udaljavaju, a sam medij se komprimira i razrijeđuje.

Mnogi ljudi misle da su tečnosti nestišljive, ali to nije slučaj. Ako pritisnete klip šprica sa vodom, malo će se smanjiti. Kompresijsko-rastezljiva deformacija je takođe moguća kod gasova. Kada se pritisne klip prazne šprice, vazduh se komprimuje.

Brzina i talasna dužina

Vratimo se animaciji koju smo razmatrali na početku članka. Odaberimo proizvoljnu tačku na jednom od krugova koji se razilaze od uslovne lopte i slijedimo je. Tačka se udaljava od centra. Brzina kojom se kreće je brzina grebena talasa. Možemo zaključiti da je jedna od karakteristika talasa brzina talasa.

Animacija pokazuje da se vrhovi talasa nalaze na istoj udaljenosti. Ovo je talasna dužina - još jedna karakteristika za to. Što su talasi češći, to je njihova dužina kraća.

Zašto nije svaki mehanički talas zvučni talas

Uzmimo aluminijumski lenjir.

Elastičan je, pa je pogodan za iskustvo. Stavite ravnalo na rub tabele i pritisnite ga rukom tako da snažno viri. Pritisnemo njegovu ivicu i naglo je otpustimo — slobodni deo će početi da vibrira, ali neće biti zvuka u isto vreme. Ako samo malo pritisneš ravnalo, vibracije kratke ivice će stvoriti zvuk.

Šta ovo iskustvo pokazuje? On pokazuje da se zvuk javlja samo kada se tijelo kreće dovoljno brzo, kada je brzina talasa u mediju velika. Hajde da predstavimo još jednu karakteristiku talasa — frekvenciju. Ova vrijednost pokazuje koliko vibracija tijelo čini u sekundi. Kada stvorimo talas u vazduhu, zvuk se javlja pod određenim uslovima — na dovoljno visokoj frekvenciji.

Važno je shvatiti da zvuk nije talas, iako je povezan sa mehaničkim talasima. Zvuk je osjećaj koji se javlja kada zvučni (akustični) talasi uđu u uho.

Vratimo se vladaru. Kad se većina dijela proširi, vladar fluktuira i ne čini zvuk. Da li ovo stvara Val? Naravno, ali ovo je mehanički talas, a ne zvučni talas. Sada možemo definirati zvučni Val. Ovo je mehanički uzdužni talas, čija je frekvencija u rasponu od 20 Hz do 20 hiljada. Hz. Ako je frekvencija manja od 20 Hz ili veća od 20 kHz, onda je nećemo čuti, iako će doći do fluktuacija.

Sound sound

Izvor akustičnih talasa može biti bilo koje oscilirajuće telo, za to je potreban samo elastični medij, na primer, vazduh. Ne samo čvrsto tijelo može vibrirati, već i tečnost i gas. Vazduh kao mešavina nekoliko gasova može biti ne samo medij širenja — on sam može da generiše akustični talas. , Njegove vibracije su u osnovi zvuka duvačkih instrumenata. Flauta ili truba ne osciliraju. Ovaj vazduh je razređen i komprimovan, daje određenu brzinu talasu, usled čega čujemo zvuk.

Širenje zvuka u različitim okruženjima

Otkrili smo da zvuče različite supstance: tečnost, čvrsta, gasovita. Isto vrijedi i za sposobnost provođenja akustičnog vala. Zvuk se širi u bilo kojem elastičnom mediju (tečnom, čvrstom, gasovitom), osim u vakuumu. U prostoru bez vazduha, recimo na Mesecu, nećemo čuti zvuk vibrirajućeg tela.

Većina zvukova koje ljudi percipiraju distribuiraju se u vazduhu. Ribe, meduze čuju akustični talas koji zrači kroz vodu. Ako zaronimo pod vodu, Čut ćemo i buku motornog čamca koji prolazi u blizini. Štaviše, talasna dužina i brzina talasa biće veće nego u vazduhu. To znači da će zvuk motora prvi čuti osoba koja roni pod vodom. Ribar koji sedi u svom čamcu na istom mestu čuće buku kasnije.

U čvrstim materijama zvuk se širi još bolje, a brzina talasa je veća. Ako stavite čvrsti predmet, posebno od metala, na uvo i pokucate po njemu, jako ćete ga dobro čuti. Drugi primer je vaš vlastiti glas. Kada prvi put čujemo naš govor unaprijed snimljen na diktafon ili sa videa, čini se da je glas tuđi. Zašto se ovo dešava? Jer u životu ne čujemo toliko zvučne vibracije iz usta, koliko vibracije talasa koji prolaze kroz kosti naše lobanje. Zvuk koji se reflektuje od ovih prepreka donekle varira.

Brzina zvuka

Brzina zvučnog talasa, ako uzmemo u obzir isti zvuk, biće različita u različitim okruženjima. Što je medij gušći, zvuk brže dopire do našeg uha. Voz možda putuje toliko daleko od nas da se zvuk točkova još neće čuti. Međutim, ako stavimo uho na šine, jasno ćemo čuti zujanje.

Ovo sugeriše da zvučni talas radi brže u čvrstim materijama nego u vazduhu. Slika prikazuje vrijednosti brzine zvuka u različitim medijima.

Talasna jednačina

Brzina, frekvencija i talasna dužina su međusobno povezane. Za tijela koja vibriraju na visokoj frekvenciji, talas je kraći. Niskofrekventni zvukovi se čuju na većoj udaljenosti jer imaju duži talas. Postoje dvije talasne jednačine. Oni ilustruju međuzavisnost talasnih karakteristika jedna od druge. Znajući bilo koje dvije veličine iz jednačina, možete izračunati treću:

c = v × λ,

gdje je c brzina, v je frekvencija, λ je talasna dužina.

Druga jednačina akustičnog talasa:

sa = λ / T,

gdje je T period,. tj. vrijeme tokom kojeg tijelo čini jednu oscilaciju.