Hitrost valov. Značilnosti valov

Če na določeni razdalji od žogice spustimo plovec, bo tudi ta nihal. Ko se nihanje v času širi po prostoru, se ta proces imenuje valovanje.

preučevanje lastnosti zvoka (valovna dolžina, hitrost valovanja itd.).) ustreza znameniti igrači Rainbow ali Happy Rainbow.

Raztegnite vzmet, počakajte, da se umiri, in jo močno stresite z gibanjem navzgor in navzdol. Videli bomo, da se je pojavil val, ki je stekel po izviru navzdol in se nato vrnil nazaj. To pomeni, da se odbije od ovire. Opazovali smo, kako se val sčasoma širi skozi vzmet. Delci vzmeti so se gibali navzgor in navzdol glede na svoje ravnovesje, val pa je tekel levo in desno. To valovanje se imenuje prečno valovanje. V njej je smer njenega širjenja pravokotna na smer nihanja delcev. V našem primeru je medij za širjenje valovanja vzmet.

Zdaj raztegnite vzmet, počakajte, da se umiri, in jo povlecite naprej in nazaj. Videli bomo, da se tuljave vzmeti ob njej stiskajo. Val potuje v isti smeri. Vzmet je na enem mestu bolj stisnjena, na drugem pa bolj raztegnjena. Imenuje se vzdolžni val. Smer nihanja njegovih delcev sovpada s smerjo širjenja.

Predstavljajmo si gost medij, kot je trdna snov. Če ga deformiramo s striženjem, nastane val. Pojavi se zaradi elastičnih sil, ki delujejo le v trdnih snoveh. Te sile delujejo kot povratna sila in ustvarijo elastični val.

S striženjem ne morete deformirati tekočine. V plinih in tekočinah se prečno valovanje ne more širiti. Druga značilnost vzdolžnih valov je, da se širijo v vseh medijih, kjer delujejo elastične sile. Pri vzdolžnem valovanju se delci približujejo in oddaljujejo drug od drugega, sam medij pa se krči in širi.

Veliko ljudi misli, da so tekočine nestisljive, vendar ni tako. Če potisnete bat brizge z vodo, se ta nekoliko skrči. Plin se lahko deformira tudi s krčenjem in raztezanjem. Ko bat prazne brizge potisnemo navzdol, se zrak stisne.

Hitrost in valovna dolžina

Vrnimo se k animaciji, ki smo jo obravnavali na začetku članka. Izberimo poljubno točko na enem od krogov, ki se oddaljujejo od pogojne krogle, in jo začrtajmo. Točka se oddaljuje od središča. Hitrost, s katero potuje, je hitrost grebena vala. Sklepamo lahko, da je ena od značilnosti valovanja hitrost valovanja.

V animaciji lahko vidite, da so grebeni valov med seboj enako oddaljeni. To je valovna dolžina - druga značilnost valovne dolžine. Čim pogostejši so valovi, tem krajša je njihova dolžina.

Zakaj ni vsako mehansko valovanje zvočno valovanje?

Vzemite aluminijasto ravnilo.

Je elastičen, zato je primeren za eksperimentiranje. Položimo ravnilo na rob mize in ga pritisnemo z roko, da močno štrli. Če pritisnete na rob vala in ga hitro spustite, začne prosti del vibrirati, vendar to ne povzroči zvoka. Če le malo potisnete ravnilo, bodo vibracije kratkega roba ustvarile zvok.

Kaj kaže ta poskus? Dokazuje, da se zvok pojavi le, če se telo giblje dovolj hitro, ko je hitrost valovanja v mediju velika. Predstavimo še eno značilnost valovanja - frekvenco. Ta vrednost pove, koliko vibracij telo naredi na sekundo. Ko v zraku ustvarimo valovanje, se pod določenimi pogoji pojavi zvok - pri dovolj veliki frekvenci.

Pomembno je razumeti, da zvok ni valovanje, čeprav ima nekaj skupnega z mehanskim valovanjem. Zvok je občutek, ki nastane, ko zvočni (akustični) valovi pridejo v uho.

Nazaj k vladarju. Ko je velik del razširjen, ravnilo niha in ne proizvaja zvoka. Ali ustvarja val? Seveda, vendar je to mehanski val in ne zvočni val. Zdaj lahko definiramo zvočni val. Gre za mehansko vzdolžno valovanje s frekvenco od 20 Hz do 20.000 Hz. Hz. Če je frekvenca nižja od 20 Hz ali višja od 20 kHz, je ne slišimo, čeprav vibrira.

Vir zvoka

vibrirajoče telo, ampak potrebuje le elastičen medij, kot je zrak. Vibrirajo lahko ne le trdne snovi, temveč tudi tekočine in plini. Zrak kot mešanica več plinov je lahko več kot le medij za širjenje zvoka - sam po sebi lahko ustvarja akustične valove. Vibracije so gonilo zvoka pihalnih instrumentov. Flavta ali trobenta ne niha. Zrak je tisti, ki se redči in stiska, s čimer valovanje dobi določeno hitrost, kar povzroči zvok, ki ga slišimo.

Širjenje zvoka v različnih medijih

Ugotovili smo, da različne snovi oddajajo zvoke: tekočine, trdne snovi, plini. Enako velja za sposobnost vodenja akustičnega valovanja. Zvok potuje v vsakem elastičnem mediju (tekočina, trdna snov, plin), razen v vakuumu. V brezvetrju, na primer na Luni, ne bi slišali zvoka vibrirajočega telesa.

Večina zvoka, ki ga zaznava človek, potuje po zraku. Ribe in meduze slišijo akustični val, ki se širi po vodi. Tudi mi, če se potopimo pod vodo, bomo slišali zvok mimoidočega motornega čolna. Valovna dolžina in hitrost valovanja sta večji kot v zraku. To pomeni, da zvok motorja najprej sliši potapljač. Ribič, ki sedi v čolnu na istem mestu, bo hrup slišal pozneje.

V trdnih snoveh se zvok še bolje širi in hitrost valovanja je večja. Če k ušesu prislonite trden predmet, zlasti kovinski, in nanj potrkate, ga boste zelo jasno slišali. Drug primer je naš lastni glas. Ko se prvič slišimo govoriti, vnaprej posneti ali posneti, se nam glas zdi tuj. Zakaj je tako?? Ker v življenju ne slišimo toliko vibracij zvoka iz naših ust, temveč vibracije valov, ki potujejo skozi kosti naše lobanje. Zvok, ki se odbija od teh ovir, se rahlo spremeni.

Hitrost zvoka

Hitrost zvočnega vala, če upoštevamo isti zvok, v različnih medijih ni enaka. Gostejši kot je medij, hitreje pride zvok do naših ušes. Vlak bo morda vozil tako daleč od nas, da še ne bomo slišali udarcev koles. Če pa prislonimo uho k tirnicam, lahko jasno slišimo šumenje.

To kaže, da v trdnih snoveh zvočni val potuje hitreje kot v zraku. Slika prikazuje hitrost zvoka v različnih medijih.

Valovna enačba

Hitrost, frekvenca in valovna dolžina so medsebojno povezane. Telesa, ki vibrirajo z visoko frekvenco, imajo krajšo valovno dolžino. Nizke zvoke slišimo na večjih razdaljah, ker imajo daljšo valovno dolžino. Obstajata dve valovni enačbi. Ponazarjajo medsebojno odvisnost značilnosti valov. Če iz enačb poznamo kateri koli dve količini, lahko izračunamo tretjo:

c = ν × λ,

kjer s - hitrost, ν - frekvenca, λ - valovna dolžina.

Druga enačba akustičnega vala:

c = λ / T,

kjer je T obdobje, t. е. čas, ki ga telo potrebuje za eno nihanje.