FIZYKA „KONWENSATORIA”
I) FALE MECHANICZNE.
-Ruchn falowy polega na przekazywaniu energii.
a) Zasada (prawo) Huygensa (Hojgensa).
Każdy punkt ośrodka, do którego dociera fala, staje się źródłem nowej fali kulistej.
~ Fala- zaburzenie powstające w ośrodku sprężystym, które rozchodzi się na inne cząsteczki przekazując im energię.
~ Fala harmoniczna (sinusoidalna) - fala, w której drgania rozchodzą się sinusoidalnie w czsie.
~ Powierzchnia falowa- powierzchnia zawierająca wszystkie cząsteczki drgające w tej samej fazie.
~ Czoło fali- powierzchnia falowa najdalej wysunięta od źródła fali.
b) Rodzaje fal: ze względu na kierunek drgań:
~ Fale poprzeczne- cząsteczki ośrodka drgają prostopadle do kierunku rozchodzenia się fali (tylko w ciałach stałych).
~ Fale podłużne- cząsteczki ośrodka drgają równolegle do kierunku rozchodzenia się fali (w każdych ciałach).
c) Rodzje fal: ze względu na kierunek rozchodzenia się fal:
~ Fala płaska- zaburzenie rozchodzi się w jednym kierunku.
~ Fala kolista- zaburzenie rozchodzi się po płaszczyźnie.
~ Fala kulista- zaburzenie rozchodzi się w przestrzeni.
II) RÓWNANIE FALI.
y= A*sinΩ * ( t - τ )- drgania w punkcie A.
y= A * sinΩ * ( t - x/V )
y= A * sin2π * ( t/T - x/v*T )
y= A * sin2π * ( t/T - x/λ )
T- okres czsu ( sekunda ).
λ- (lambda)- długość fali (metr).
III) PODSTAWOWE WIELKOśCI.
a) Długość fali- jest to droga przebyta przez falę w ciągu jednego okresu.
λ= v * T
b) Częstotliwość fali- jest to ilość odcinków równych długości fali, przebytych przez falę w jednostce czasu.
f= 1/T f= V/λ
f-[ Hz ]- 1/s
c) Okres fali........
d) Prędkość rozchodzenia się fali ( prędkość fazowa ).
V= λ/T
e) Prędkość rozchodzenia się fali w ciałach stałych:
~ fale poprzeczne.
V= √G/ρ
G - modół sztywności (sprężystości postaci tego ośrodka).
ρ (ro)- gęstość.
~ fale podłużne:
V= √E/ρ
E - modół Younga ( sprężystości liniowej
f) Prędkość rozchodzenia się fali w cieczach.
V= √K/ρ
K - modół ściśliwości (sprężystości obiętościowej ).
WSZYSTKIE MODOLY MAJA TAKA SAMA JEDNOSTKE!!! .[ N/m2 ]
g) Prędkość rozchodzenia się fal w gazach.
V= √κ*p/ρ
p - ciśnienie gazu
κ - (kappa)- κ= Cp/Cv
Cp- ciepło właściwe gazu przy stałym ciśnieniu.
Cv- ciepło właściwe gazu przy stałej objętości.
h) Moc źródła fali- ilość energii wysyłana przez źródło w jednostce czasu.
P= E/t [W]
i) Strumień energii fali- ilość energii przenikająca przez daną powierzchnię w jednostce czasu.
φ= E/T [W]
j) Natężenie fali- wyraża ilość energii przenikającą przez jednostkową powierzchnię w jednostce czasu.
J= φ/S [ W/m2 ]
IV) ZJAWISKA, KTORYM ULEGAJA FALE.
~ odbicie
~ załamanie
~ rozproszenie
~ absorbcja
~ dyfrakcja \
~ interferencja --- dotyczy zjawisk, którym ulegają tylko fale.
~ polaryzacja /
a) Odbicie:
α- kąt padania- kąt zawarty pomiędzy promieniem padającym a normalną.
β- kąt odbicia- kąt zawarty pomiędzy normalną a promieniem odbitym.
1) Prawo odbicia- kąt padania równa się kątowi odbicia, przy czym promień padania, normalna oraz promień odbicia leżą w jednej płaszczyźnie.
b) Załamanie:
β - kąt załamania między promieniem załamanym a normalną.
~ Prawo załamania- sinus kąta padania do sinusa kąta załamania jest równy stosunkowi prędkości V1 rozchodzenia się fali w ośrodku pierwszym do prędkości V2 rozchodzenia się fali w ośrodku drugim. Wszystkie trzy promienie leżą w jednej płaszczyźnie.
sinα/sinβ = V1/V2 = n2,1 - Prawo Snelliusa.
n2,1 - współczynnik załamania ośrodka pierwszego do ośrodka drugiego względem pierwszego.
c) Dyfrakcja fali (ugięcie fali).
d) Interferencja fal - zjawisko nakładania się dwóch lub więcej fal. Zjawisko interferencji zachodzi w przypadku nakładania się fal spójnych. W wyniku interferencji może dojść do wzmocnienia lub wygaszenia fali.
~ Fale spójne - fale o tej samej częstotliwości i stałym przesunięciu fazowym.
~ Maksymalne wzmocnienie - gdy różnica dróg równa jest całkowitej wielokrotności długości fali.
~ Maksymalne wygaszenie - gdy różnica dróg równa jest nieparzystej wielokrotności połowy długości fali.
N1 - N2= (2n + 1) λ/2
e) Polaryzacja fali - jest to sprowadzenie drgań ośrodka do jednej płaszczyzny.
~ Zjawisko polegające na uporządkowaniu drgań falowych do jednej płaszczyzny nazywamy polaryzacją.
Takie uporządkowanie uzyskujemy przepuszczając falę przez polaryzator. Gdy falę spolaryzowaną przepuścimy przez drugi polaryzator, ale ustawiony poprzecznie (analizator) uzyskamy wygaszenie fali.
~AKUSTYKA~
1) Podstawowe pojęcia:
a) Dźwięk - fale periodyczne.
b) Szmer - fale nieperiodyczne.
c) Zakres słyszalności.
infradźwięki< 20Hz - 20 000Hz <ultradźwięki
d) Cechy dźwięku:
~ głośność (miarą jest natężenie fali).
~ wysokość (miarą jest częstotlwość fali).
~ barwa (zależy od widma fali).- pozwala rozpoznawać żródło dźwięku (np. głos kogoś znajomego).
e) Tony - dźwięki o ściśle określonej częstotliwości.
2) Ciśnienie akustyczne.
p= pm * cos2 * π * ( t/T - x/λ )
pm= A * Ω * V * ρ
pm - maksymalna wartość ciśnienia.
A - amplituda fali.
Ω - pulsacja fali.
ρ - gęstość ośrodka.
V - prędkość rozchodzenia się fali w danym ośrodku.
3) Opór akustyczny.
R= ρ * V
[R]= kg/m3 * m/s= kg*m/s2 * s/m3 = N/m3 * s= Pa * s
Pa - pascal
4) Natężenie dżwięku.
I= P/S [W/m2] I= 1/2ρ * v * Ω2 * A2
P - moc.
S - pole powierzchni.
5) Poziom natężenia dźwięku.
L= lg * I/I0 [B]- bel. L= 10lg * I/Io [dB]- decybel.
6) Długość fali stojącej w rurze o długości „l”.
a) Obustronnie otwartej lub obustronnie zamkniętej (także pręt o długści l obustronnie lub w połowie umocowany).
l - długość rury lub pręta.
n - przyjmuje wartości liczb całkowitych.
b) Jednostronnie zamkniętej (także pręt o długości l jednostronnie umocowany).
7