fale akustyczne- podłużne fale mechaniczne, mogące rozchodzić się w ciałach stałych, cieczach i gazach
drgania harmoniczne; fale o częstotliwościach mniejszych od fal dźwiękowych nazywamy infradźwiękami
(poddźwiekowe), a fale o częstotliwościach większych ultradźwiękami (naddźwiękowe); powstają w wyniku
drgań strun, drgań słupów powietrza oraz drgań różnych płyt i membran.

Prędkość dźwięku w powietrzu: v=

;

- prędkość dźwięku w temperaturze

=273,16 K

Fale dźwiękowe okresowe dzielimy na tony i dźwięki złożone. Tony wywołują zmiany ciśnienia w ośrodku o
przebiegu drgań harmonicznych prostych. Dźwięki złożone powstają w wyniku wzajemnego nakładania się
różnych drgań harmonicznych. Dźwięki charakteryzujemy: wysokością, barwą i natężeniem. Wysokość dźwięku
rośnie ze wzrostem częstotliwości. Barwa dźwięku jest związania z zawartością w fali dźwiękowej wielu drgan o
różnych przebiegach i częstotliwościach. Natężenie dźwięku zależy od amplitudy fali dźwiękowej. Dźwiękom o
większym natężeniu odpowiada fala dźwiękowa o większej amplitudzie drgań.

Natężenie fali: I=

Prędkość rozchodzenia się fal:

-Podłużna: v=

;

- gęstość; E- moduł Younga

-poprzeczna:v=

; G- moduł sprężystości postaciowej (sztywności)

Drgania harmoniczne

okres drgań harmonicznych: T=

częstotliwość drgań: f=

prędkość: v=

sin

przyspieszenie: a

!

cos

Drgania swobodne: równanie różniczkowe drgań swobodnych:

$

%

E

k

=

&

&

'()

E

p

=

*+

*

,-'

Całkowita energia mechaniczna: E=

*

zależność x(t)

zależność v(t)

zależność a(t)

zależność Ek(t) i Ep(t)

Zjawisko Dopplera: gdy obserwator porusza się w kierunku spoczywającego źródła dźwięku, słyszy dźwięk wyższy niż wtedy, gdy jest w
spoczynku, gdy zaś oddala się od tego źródła, słyszy dźwięk niższy
a) źródło jest nieruchome

b) źródło zbliża się do obserwatora

Zjawiska falowe
-Zasada Huygensa tłumaczy w geometryczny sposób rozchodzenie się fal w ośrodku sprężystym (obowiązuje
również dla fal elektromagnetycznych) i wyjaśnia takie zjawiska falowe, jak: odbicie, załamanie czy ugięcie fali.
Formułuje się ją następująco:Każdy punkt ośrodka, do którego dociera fala, staje się źródłem nowej fali
kolistej względnie kulistej.
-Odbicie fali – jeżeli fala pada na przeszkodę, to ulega odbiciu, przy czym kąt
padania, normalna do powierzchni odbijającej oraz promień odbity leżą w jednej
płaszczyźnie. Kąt padania jest równy kątowi odbicia.

-Załamanie fali – jeżeli fala przechodzi przez granicę dwóch ośrodków, różniących się prędkością rozchodzenia
się fali, to ulega załamaniu. Kąt padania, normalna do powierzchni granicznej i kąt
załamania leżą w jednej płaszczyźnie oraz gdzie: v1, v2 – prędkości rozchodzenia się
fal w ośrodku pierwszym i drugim.

-Ugięcie (dyfrakcja) – jeżeli rozchodząca się fala napotyka na swej drodze przeszkodę o
rozmiarach zbliżonych do jej długości λ, to ulega na niej dyfrakcji. Dyfrakcja polega na
zaburzeniu prostoliniowego rozchodzenia się fali w danym ośrodku.

-Interferencja to nakładanie się fal rozchodzących się z dwóch lub większej liczby źródeł. Nakładanie się fal
zachodzi bezkolizyjnie, fale przenikają się nawzajem. W wyniku interferencji może wystąpić wzmocnienie lub
wygaszenie fali . Interferencja możliwa jest tylko dla fal o tych samych długościach (częstotliwościach) i stałej
różnicy faz. Wzmacnianie zachodzi w miejscach, w których spotykają się dwa grzbiety lub dwie doliny fal.
Wygaszenie występuje w miejscach spotkania się doliny jednej fali
z grzbietem drugiej fali.
W punkcie S zachodzi wygaszenie.

W punkcie S zachodzi wzmocnienie.



Z1, Z2 – miejsca wzbudzenia fal; r1, r2 – drogi przebyte przez fale od miejsca wzbudzenia do punktu nałożenia
S.
-Wzmocnienie interferencyjne zachodzi wówczas, gdy spełniony jest warunek:Δr = r1 – r2 = nλ, gdzie n = 0, 1,
2, 3...
-Wygaszenie interferencyjne zachodzi wówczas, gdy spełniony jest warunek:
gdzie n = 1, 2, 3...
-Dudnienia są szczególnym przypadkiem interferencji dwóch fal
o minimalnie różniących się częstotliwościach (np. f1 = 400 Hz i f2 = 410 Hz). W wyniku takiej interferencji
powstaje fala o okresowo zmiennej amplitudzie.
Częstotliwość dudnień f

d

wyraża się wzorem:

Td – okres dudnień.