Fale dźwiękowe

Zobacz slidy

Treść prezentacji

Slide 1

Fale dźwiękowe mgr Magdalena Sadowska ZS Kalisz

Slide 2

Fale poprzeczne

Slide 3

Fale podłużne

Slide 4

Co powinniśmy wiedzieć na początku? Termin dźwięk związany jest ze wszystkimi zjawiskami głosowymi słyszanymi przez człowieka. Ton to dźwięk wywołany przez drgania proste i przenoszony przez falę sinusoidalną. Hałas to zjawisko dźwiękowe, które w danych okolicznościach jest niepożądane, szkodliwe lub przeszkadzające. Długość fal dźwiękowych: 2 - 20 cm. Zakres dźwięków słyszanych przez człowieka: 16 Hz 20 kHz.

Slide 5

Powstawanie fal dźwiękowych. Źródła dźwięku dzieli się na naturalne sztuczne. i Fale dźwiękowe rozchodzą się w gazach, cieczach i ciałach stałych. Dźwięk jest falą podłużną. Fala kulista to fala, która rozchodzi się równomiernie we wszystkich kierunkach. Fala płaska w dużej odległości od źródła można pominąć kulistość fali.

Slide 6

Fala płaska.

Slide 7

Opis matematyczny. Cząsteczki powietrza drgając poruszają się ruchem harmonicznym, który opisuje równanie: x(t) A cos( t ) gdzie: 2T, T 1f, A amplituda, - częstość kołowa (kątowa), T okres, f częstość (częstotliwość).

Slide 8

Prędkość fal dźwiękowych w gazach. Prędkość fali dźwiękowej v jest stała dla każdego ośrodka gazowego. Zależy ona od gęstości gazu i panującego w nim ciśnienia p, co opisuje wzór Newtona: v 1,185(p ). Prędkość fali dźwiękowej w powietrzu zmierzył Ernest Chladini uwzględniając zależność ciśnienia od temperatury gazu t: v 20,08(t 273,15)

Slide 9

Prędkość fal dźwiękowych w powietrzu w zależności od panującej temperatury. Sz. Szczeniowski, Fizyka doświadczalna, Część I, PWN 1972

Slide 10

Prędkość fal dźwiękowych w innych gazach. Prędkość fal dźwiękowych w gazach waha się w szerokich granicach od 100 do 1300 ms. Sz. Szczeniowski, Fizyka doświadczalna, Część I, PWN 1972

Slide 11

Prędkość fal dźwiękowych w cieczach. W cieczach prędkość fali dźwiękowej wyraża się wzorem: v 10(K ), gdzie K to moduł ściśliwości objętościowej. Prędkość Prędkość ta waha się między 1000 a 1600 ms. fali dźwiękowej w cieczach zwiększa się z temperaturą. Tylko woda wykazuje anomalię, polegającą na tym, że prędkość fali w wodzie wzrasta tylko do 80C, po czym nieznacznie maleje.

Slide 12

Prędkość fal dźwiękowych w cieczach. Sz. Szczeniowski, Fizyka doświadczalna, Część I, PWN 1972

Slide 13

Prędkość fal dźwiękowych w ciałach stałych. Prędkość wzorem: podłużnej fali dźwiękowej określoną v 10(E ), gdzie E to moduł ściśliwości (moduł Younga). Prędkość przenoszenia się fali poprzecznej, powstającej na powierzchni ciała na wzór fal na powierzchni wody, jest niższą od prędkości fali podłużnej i zmienną proporcjonalnie do pierwiastka częstości.

Slide 14

Prędkość fal dźwiękowych w ciałach stałych Sz. Szczeniowski, Fizyka doświadczalna, Część I, PWN 1972

Slide 15

Odbicie i załamanie fal dźwiękowych. Odbicie i załamanie fal dźwiękowych zachodzi na granicy dwóch ośrodków. Tymi zjawiskami rządzą prawa: odbicia: α αI załamania: n1sinα n2sinβ, gdzie: α kąt padania, αI kąt odbicia, β kąt załamania, n1, n2 współczynniki załamania.

Slide 16

Dyfrakcja fal dźwiękowych. Uginanie się fal dźwiękowych następuje , gdy ich długość jest zbliżona do rozmiarów przedmiotów lub jest od nich większa. Dyfrakcja polega na tym, że pewna ilość energii fali dociera do tej części przestrzeni, która znajduje się w cieniu geometrycznym przedmiotu. Natrafiając na przeszkodę fala dźwiękowa opływa ją, docierając do takich elementów przestrzeni, gdzie fala świetlna tworzy cienie.

Slide 17

Interferencja fal dźwiękowych. W zależności od właściwości fal oddziałujących ze sobą może dojść do: całkowitego wygaszenia, powstania dudnienia, powstania fali stojącej.

Slide 18

Fale stojące. D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, Podstawy fizyki 2, str. 145, rys. 17.20

Slide 19

Rezonans akustyczny. Rezonans czyli współdrganie zachodzi, jeśli fala dźwiękowa napotykając na ciało sprężyste zdolne do drgań o takiej samej częstotliwości jak jej własna wprawi je w drgania. Wyróżnia się rezonans swobodny i wymuszony. Zjawisko to ma zastosowanie w działaniu instrumentów muzycznych.

Slide 20

Zjawisko Dopplera. Jeśli następuje zmiana odległości między źródłem fali dźwiękowej i obserwatorem, to słyszana częstość różni się od faktycznej częstotliwości źródła fali. Częstotliwość pozorna f i rzeczywista f 0 powiązane są następującą zależnością: f f0(1vv0), gdzie: v0 prędkość fali dźwiękowej; v prędkość względna źródła i obserwatora.

Slide 21

Bibliografia. M. Drobner, Akustyka muzyczna, Kraków, PWM 1973. D. Halliday, R. Resnick, Podstawy fizyki 2, Warszawa, PWN 2003. Sz. Szczeniowski, Fizyka doświadczalna, Część I, PWN 1972. F. Alton Everest, Podręcznik akustyki, Katowice, Wydawnictwo Sonia Draga 2004.