plik


ÿþElementy akustyki Longitudinal, Transverse and Mixed Type Waves Wave Types Sounds Amazing ASA Level Physics Revision University of Salford - A Greater Manchester University Fala podBu\na w spr\ynie slinky Rozpatrujemy fale podBu\ne, dlatego y(x,t) jest wychyleniem podBu\nym zale\nym od poBo\enia na osi x i od momentu czasu t Dzwik Dzwik  mechaniczna fala podBu\na rozchodzca si w pBynach: cieczach, ciaBach staBych i gazach. Zakres sByszalny 20 Hz  20 000 Hz do 20 Hz  infradzwiki, powy\ej 20 kHz  ultradzwiki. http://paws.kettering.edu/~druss ell/Demos/rad2/mdq.html ModuB [ci[liwo[ci pBynu W ukBadzie odniesienia, w którym impuls spoczywa element objto[ci pBynu porusza si w stron impulsu, który charakteryzowany jest przez ci[nienie (p+"p) i objto[ (V+"V). Wzgldna zmiana objto[ci "V/V jest spowodowana przez zmian ci[nienia "p. ModuB [ci[liwo[ci objto[ciowej pBynu: "p B = - . "V / V ModuB [ci[liwo[ci o[rodka "p B = - . "V / V Poniewa\ powikszeniu ci[nienia towarzyszy zmniejszenie objto[ci ("p>0, "V<0), natomiast zmniejszeniu ci[nienia towarzyszy zwikszenie objto[ci ("p<0, "V>0), aby B>0 nale\y pomno\y iloraz "p/("V/V) przez (-1). Wymiar i jednostki moduBu [ci[liwo[ci p F p [ ] [ ] îø ùø B = = = p = = [ ] [ ] ïø úø "V / V "V / V S [ ] [ ] ðø ûø 1 L 1 = M / L2 = M . T2 T2L Jednostki: paskal 1N/1m2 . ModuB [ci[liwo[ci jest proporcjonalny do pochodnej ci[nienia wzgldem objto[ci "p dp B = - lim = -V . "V’!0 "V / V dV WspóBczynnik [ci[liwo[ci º jest odwrotno[ci moduBu [ci[liwo[ci 1 dV º = - . V dp WspóBczynnik [ci[liwo[ci º i moduB [ci[liwo[ci B charakteryzuj dany o[rodek. Jednostki w jakich mierzone jest ci[nienie i moduB [ci[liwo[ci Jednostka ci[nienia paskal Pa: 1Pa =1N / m2 . "p "p [ ] îø ùø B = = = "p . [ ] [ ] ïø úø "V / V "V / V [ ] ðø ûø ModuB [ci[liwo[ci jest mierzony w paskalach. Oscylacje harmoniczne y x, t = ym cos kx - Ét = ( ) ( ) 2À 2À 2À öø îø = ym cosëø x - t = ym cos x - vt ( )ùø ìø ÷ø ïø úø. » T » íø øø ðø ûø Wychylenie y jest równolegBe do osi x. Zmiana ci[nienia pBynu spowodowana rozchodzeniem si fali akustycznej: "V S"y "y "p = -B = -B = -B . V S"x "x Fala akustyczna biegnca w rurze prdko[ci v  przemieszczajcy si okresowy ukBad zagszczeD i rozrzedzeD. Zdjcie migawkowe Rozcignity poziomo widok krótkiego odcinka rury. Wychylenie warstwy "x z poBo\enia równowagi, sm ym ym maksymalne jej wychylenie. W granicy "x’!0 "p = -B"y / "x. y = ym cos kx - Ét . ( ) "y = -kym sin kx - Ét . ( ) "x "y "p = -B = Bkym sin kx - Ét . ( ) "x Ci[nienie zmienia si harmonicznie. Prdko[ propagacji dzwiku Dla liny: v = T / µ . Dla pBynu: v = B / Ám . Ám  gsto[ masy pBynu na zewntrz strefy zgszczenia. v2Ám = B. B / Ám . Wymiar fizyczny 1/ 2 ñø üø ML / T2 1/ 2 ôø ôø F / S ôø ôø îø ùø L2 îø B / Ám ùø = = = òø ýø ïø úø ðø ûø M m / V ðø ûø ôø ôø ôø ôø L3 óø þø 1/ 2 îø ùø M L3 = Å" = L2 / T2 = v . [ ] ïø úø LT2 M ðø ûø "p = Bkym sin kx - Ét . ( ) pa Amplituda ci[nienia: pa = Bkym = v2Ámkym . Fal dzwiku mo\na traktowa jako fal przemieszczeD albo jako fal ci[nienia: "p = pa sin kx - Ét . ( ) Wymiar fizyczny pa L2 M 1 ML3 M 2 îø pa = [ ] ðøv Ámkym ùø = T2 L3 L L = T2L4 = T2L . ûø Wymiar ci[nienia: F ML / T2 M îø ùø p = = = . [ ] ïøS úø L2 T2L ðø ûø pa = p . [ ] [ ] Dzwik Fale spr\yste rozchodzce si w powietrzu o czsto[ci z zakresu 16-20 000 Hz odbierane przez ucho czBowieka robi wra\enie dzwiku. Rzeczywisty dzwik nie jest prostym drganiem harmonicznym lecz zBo\eniem drgaD harmonicznych o okre[lonym zestawie czsto[ci. Ten zestaw nazywa si widmem akustycznym. Odebrane dzwiki rozró\niane s przez ludzi wedBug wysoko[ci, barwy i gBo[no[ci. Typy zestawów czsto[ci " W widmie wystpuj drgania o wszystkich czsto[ciach z przedziaBu od ½ do ½  widmo cigBe. S to szumy. " Dzwik skBada si z drgaD o czsto[ciach dyskretnych ½1, ½2, ½3, itd.  widmo liniowe. Dzwik taki nazywa si wielotonem. Najni\sza czsto[ wielotonu (np. ½1) nazywa si czsto[ci podstawow. Wzgldne nat\enie przytonów (dzwiku o czsto[ciach ½2, ½3, itd.) okre[la barw dzwiku. Fala w o[rodku spr\ystym Niech w o[rodku spr\ystym w kierunku x rozchodzi si fala: y x, t = ym cos Ét - kx + ± . ( ) ( ) Wydzielimy w o[rodku obszar &!"V o objto[ci "V, na tyle maBej, \e we wszystkich punktach tego obszaru prdko[ ruchu i odksztaBcenie s takie same i równe odpowiednio "y(x,t)/"t i "y(x,t)/"x. Ám jest gsto[ci masy o[rodka. Energia fali spr\ystej Energia kinetyczna o [rodka zgromadzona w obszarze &!"V: 2 Ám "y ëø öø "Wk = "V. ìø ÷ø 2 "t íø øø Energia spr\ysta o [rodka zgromadzona w 2 obszarze &!"v: E "y ëø öø "Wp = "V. ìø ÷ø 2 "x íø øø parametr deformacji ModuB Younga WspóBczynnik E nazywa si moduBem Younga. Zwizany jest on z gsto[ci masy o[rodka i prdko[ci fazow v fali: E = Ámv2 . ModuB Younga jest charakterystyk mechaniczn ciaB staBych. Wymiar moduBu Younga 2 2"Wp E "y ëø öø E = "Wp = "V 2 ìø ÷ø 2 "x "y ëø öø íø øø "V ìø ÷ø "x íø øø îø ùø ïø úø "Wp E ML2 / T2 M îø ùø 2 ïø úø îø ùø E = = = = = [ ] ïø úø ïøëø "y öø2 úø V L3 LT2 ðøÁmv ûø ðø ûø "V ïøìø úø ÷ø "x ïø úø íø øø ðø ûø M L2 M 2 îø [ ] ðøÁmv ùø = L3 T2 = LT2 = p . ûø CaBkowita energia obszaru &!"V 2 2 ùø Ám îøëø "y "y öø öø "W = "Wk + "Wp = "Wk = + v2 ëø "V. ïøìø úø ÷ø ìø ÷ø 2 "x íø øø ïøíø "t øø úø ðø ûø Gsto[ energii w: 2 2 ùø "W Ám îøëø "y "y öø öø w = = + v2 ëø ïøìø úø. ÷ø ìø ÷ø "V 2 "x íø øø ïøíø "t øø úø ðø ûø Gsto[ energii o[rodka spr\ystego dla fali harmonicznej "y x, t ( ) = ymÉsin kx - Ét , ( ) "t "y x, t ( ) v = -ym vk sin kx - Ét . ( ) ( ) "x É w x, t = ÁmymÉ2 sin2 kx - Ét . ( ) ( ) Zrednia gsto[ energii: wsr = ÁmymÉ2 / 2 . StrumieD energii Ilo[ energii "W przepBywajcej w interwale czasu "t przez powierzchni nazywamy strumieniem energii ¦: "W ¦ = . "t Jednostki strumienia: W/s. StrumieD energii jest wielko[ci wektorow. Gsto[ strumienia energii StrumieD energii jest wielko[ci zale\n od punktu w przestrzeni, w którym jest on mierzony. Gsto[ strumienia energii j: Energia przepBywajca przez element powierzchni o jednostkowym polu znajdujcy si w danym punkcie o[rodka. Element ten jest prostopadBy do kierunku, w którym przenoszona jest energia. Wzór okre[lajcy wielko[ gsto[ci strumienia energii "S¥" - pole powierzchni elementu prostopadBego ¥" ¥" ¥" do kierunku rozchodzenia si fali. W czasie "t przepBywa energia "W: "¦ "W j = = . "S¥" "S¥""t Wielko[ gsto[ci strumienia energii Przez powierzchni "S¥" podstawy "S¥" walca w interwale czasu "t prze- v noszona jest energia "W zawarta wewntrz walca o polu podstawy v"t "S¥" i wysoko[ci v"t. Je\eli roz- miary walca s na tyle maBe, \e gsto[ energii w nim zawartej jest staBa, to: "W = w"S¥"v"t. "W w"S¥"v"t j = = = vw. "S¥""t "S¥""t Wektor gsto[ci strumienia energii v - wektor o dBugo[ci równej prdko[ci fazowej fali i kierunku zgodnym z kierunkiem jej rozchodzenia si. Wektor gsto[ci strumienia energii: j = wv. Zrednia warto[ tego wektora: 1 jsr = wsrv = Ámy2 É2v. m 2 £ powierzchnia, przez któr przepBywa energia Dzielimy powierzchni £, przez któr przepBywa "£"S energia, na elementy "£"S v"t Elementarny walec, przez który przepBywa energia £ ( t + " t £ ) ( t ) CaBkowity strumieD energii przepBywajcej przez powierzchni Znamy w ka\dym punkcie powierzchni £S o j polu S. RozkBadamy powierzchni na elementy "£"S o polu "S. Æ n Õ j Podstawa walca: "£"S Widok v"t  elementar- Objto[ walca: "V=v"t"ScosÕ, nego walca zawarta w nim energia: "W=w"V: od strony powierzchni "W = wv"t"Scos Õ = j"Scos Õ"t . bocznej Zorientowany element powierzchni Æ n Niech bdzie wektorem ¥" do elementu "£"S Æ "£"S n Æ wtedy: "S = "Sn. "W = j"Scos Õ"t = j Å" "S "t. "W "¦ = = j Å""S . "t CaBkowity strumieD energii przez powierzchni £S ¦ = dS Å" j. +" £S Zrednia warto[ strumienia energii przez dowoln powierzchni falow fali kulistej o promieniu r. W tym przypadku wektor wodzcy danego punktu powierzchni || strumienia j "S energii . ( ) Konsekwencje tej obserwacji. Zrednia warto[ strumienia energii przez dowoln powierzchni falow fali kulistej W tym przypadku wektor wodzcy danego j "S. punktu powierzchni || strumienia energii: ¦sr = jsrdS = jsrS = jsr 4Àr2 = +" S 1 ëø Ámy2 É2vöø 4Àr2 = 2Àr2ÁmÉ2y2 v. m m ìø ÷ø 2 íø øø Fala kulista  zwizek pomidzy amplitud fali ym i promieniem powierzchni falowej r Poniewa\ caBkowity strumieD przez powierz- chni kuli o dowolnym promieniu jest staBy, to ym = r-1 y2 r2 = const. m 1 1 jsr = Ámy2 É2v = Ámr-2É2v. m 2 2 Zrednia gsto[ strumienia energii fali kulistej maleje z kwadratem promienia powierzchni falowej. GBo[no[ dzwiku Nat\enie I dzwiku jest [redni po czasie gsto[ci strumienia energii, któr niesie fala dzwikowa. GBo[no[ dzwiku jest wielko[ci subiektywn . Poziom gBo[no[ci L: L = log I / I0. I0  przyjty umownie poziom odniesienia gBo[no[ci: I0 =10-12 W / m2 , wybrany tak, aby próg sByszalno[ci dla czsto[ci 103 Hz odpowiadaB L=0. 13.12.10 g. 10 Jednostki gBo[no[ci Bele (B) i decybele: L = log I / I0 . ( ) Stosunek dwóch nat\eD w decybelach: I1 L =10log . I2 Wra\enie dzwiku dla (10-12  101) W/m2: dla I =10-12 W / m2 : L =10log I0 / I0 = 0, ( ) dla I =101 W / m2 : L =10log 10 /10-12 =120 db. ( ) yródBo I.W. Sawieliew WkBady z fizyki t. 2 Zale\no[ progu bólu i progu sByszalno[ci od czsto[ci dzwiku Prawo Webera-Fechnera Relacja pomidzy B - fizyczn miar bodzca, a w - reakcj ukBadu biologicznego. Dotyczy ono reakcji na bodzce takich zmysBów jak wzrok, sBuch czy odczucie temperatury. Jest to prawo fenomenologiczne bdce wynikiem wielu obserwacji praktycznych i znajdujca wiele zastosowaD technicz- nych. Matematyczna posta prawa Webera-Fechnera B I w = k log =10log , B0 I0 w - reakcja ukBadu biologicznego (wra\enie zmysBowe), B - nat\enie danego bodzca, B0 - warto[ progowa nat\enia danego bodzca (najni\sza warto[ bodzca rejestrowanego przez ludzkie zmysBy), ( dla dzwiku I0 = 10-12 W/m2). Ocena gBo[no[ci dzwiku zale\y od logarytmu ci[nienia akustycznego na membranie bbenka ucha. Inn konsekwencj prawa Webera- Fechnera jest fakt, \e aby uzyska liniow skal, np. w pokrtle gBo[no[ci radia (dwa razy dalsza pozycja daje dwa razy gBo[niejszy dzwik), nale\y stosowa potencjometr logarytmiczny. Oszacowanie ym dla progów bólu i sByszalno[ci i ½=1000 Hz + Próg bólu Próg sByszalno[ci + Oszacowanie ym ym = pa/ qÁmv2 Ám =1, 22 kg / m3 ( ) Dla ½= 1000 s-1 (Hz) 2À 2À½ 2À×1000 1/s k = = = C" 18,5 m-1 » v 340 m/s 25 N / m2 ( ympb) = H" 9,6Å"10-6 m 18,5 m-1 Å"1, 22 kg / m3 Å"3402 m2 / s2 2Å"10-5 N / m2 ( ymps) = H" 7,7 Å"10-12 m 18,5 m-1 Å"1, 22 kg / m3 Å"3402 m2 / s2 Nat\enie fali emitowanej przez punktowe zródBo dzwiku o mocy P i rozchodzcej si w o[rodku izotropowym P P I = = . S 4ÀR2 Nat\enie dzwików pochodzcych z dwóch zródeB punktowych P1 P2 I = I1+I2 = + P1 4À R2 4À R2 1 2 R1 P2 R2 Fale rozchodzce si w strunie o gsto[ci liniowej µ Zwizki pomidzy charakterystykami fali: v v » = vT = ’! ½ = . ½ » Prdko[ propagacji dzwiku wyra\a si przez wielko[ siBy F i liniow gsto[ masy struny µ: 14.12.10 g 14 v = F / µ . Najprostsza fal dzwikowa w rurze 13.12.10 g. 14 Fale stojce sBupa powietrza Fale stojce w rurach i odpowiadajce im stany struny. Obydwa koDce rury otwarte. Mo\liwe jest wzbudzenie ka\dej harmonicznej. Fale stojce w rurze, której jeden z koDców jest zamknity. Mo\na wzbudzi tylko nieparzyste harmoniczne. DBugo[ci fal stojcych sBupa powietrza w rurze » / 2 = L / 2 Ò! » = L » / 2 = L / 3 Ò! » = 2L / 3 » / 2 = L / 4 Ò! » = L / 2 » / 2 = 2L Ò! » = 4L » / 2 = 2L / 3 Ò! » = 4L / 3 13.12.10 g.14 Czsto[ci fal stojcych w sBupach powietrza otwartych z obydwu koDców v v ½1 = = »1 2L v v ½2 = = = 2½1 »2 L v 3v ½3 = = = 3½1 »3 2L v 4v ½4 = = = 4½1 »4 2L v nv ½n = = = n½1 »n 2L Fala stojca w rurze zamknitej z jednego koDca v v ½1 = = »1 4L 3v ½3 = = 3½1 4L 5v ½5 = = 5½1 4L 7v ½7 = = 7½1 4L (2n +1)v ½n = = (2n +1)½1 4L fale stojce struny v v ½1 = = »1 2L v v ½2 = = = 2½1 »2 L v 3v ½3 = = = 3½1 »3 2L v 2v ½4 = = = 4½1 »4 L v ½n = = n½1 »n Czsto[

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
wyklad 10 14 12 2010
29 12 10 am2 2006 k1
Praca kontrolna sem IV LO 14 15 10 V
Hormony (14 12)
dictionary 14 12
27 12 10H egzamin analiza 09 1
elementy prawa pytania 09 10
14 4 12
Analiza Wykład 10 (09 12 10) ogarnijtemat com
1 212010 12 10 WIL Wyklad 10
Wykład 3 14,4,12
29 12 10 am2 2006 k2
(05,12 10 2012r )

więcej podobnych podstron