امواج مکانیکی و خواص آنها موج

امواج. خواص عمومی امواج

موج - این پدیده انتشار در فضا در طول زمان تغییر (آشفتگی) یک کمیت فیزیکی است که انرژی را با خود حمل می کند.

صرف نظر از ماهیت موج، انتقال انرژی بدون انتقال ماده اتفاق می افتد. مورد دوم تنها می تواند به عنوان بوجود می آیند اثر جانبی. انتقال انرژی- تفاوت اساسی بین امواج و نوسانات، که در آن فقط تبدیل انرژی "محلی" رخ می دهد. امواج، به عنوان یک قاعده، می توانند مسافت قابل توجهی را از محل مبدا خود طی کنند. به همین دلیل گاهی اوقات امواج را « لرزش از امیتر جدا شده است».

امواج را می توان طبقه بندی کرد

طبیعتاً:

امواج الاستیک -انتشار امواج در مایع، جامد و گاز محیط های مختلف ah به دلیل عمل نیروهای کشسان.

امواج الکترومغناطیسی- اختلال (تغییر حالت) در انتشار میدان الکترومغناطیسی در فضا.

امواج روی سطح مایع- نامی مرسوم برای امواج مختلفی که در حد فاصل بین مایع و گاز یا مایع و مایع به وجود می آیند. امواج آب در مکانیسم اساسی نوسان (مویرگی، گرانشی و غیره) متفاوت است که منجر به قوانین پراکندگی متفاوت و در نتیجه رفتار متفاوت این امواج می شود.

در رابطه با جهت ارتعاش ذرات محیط:

امواج طولی -ذرات محیط مرتعش می شوند موازیدر جهت انتشار موج (به عنوان مثال، در مورد انتشار صدا).

امواج عرضی -ذرات محیط مرتعش می شوند عمود برجهت انتشار موج (امواج الکترومغناطیسی، امواج بر روی سطوح جداکننده رسانه).

الف - عرضی؛ ب - طولی.

امواج مختلط

با توجه به هندسه جبهه موج:

سطح موج (جبهه موج) مکان هندسی نقاطی است که اختلال در یک نقطه زمانی معین به آنها رسیده است. در یک محیط همسانگرد همگن، سرعت انتشار موج در همه جهات یکسان است، به این معنی که تمام نقاط جلو در یک فاز نوسان می کنند، جلو عمود بر جهت انتشار موج، مقادیر نوسان است. مقدار در تمام نقاط جلو یکسان است.

تختصفحات موج - فاز عمود بر جهت انتشار موج و موازی با یکدیگر هستند.

کرویموج - سطح فازهای مساوی یک کره است.

استوانه ایموج - سطح فازها شبیه یک استوانه است.

مارپیچموج - اگر یک منبع/منبع موج کروی یا استوانه ای شکل در طول یک منحنی بسته خاص در طول فرآیند تابش حرکت کند تشکیل می شود.

موج هواپیما

موجی مسطح نامیده می شود که سطوح موج آن صفحاتی موازی با یکدیگر و عمود بر سرعت فاز موج باشد.اگر محور مختصات x در امتداد سرعت فاز موج v باشد، بردار توصیف کننده موج یک خواهد بود. تابع تنها دو متغیر: مختصات x و زمان t (y = f(x,t)).

اجازه دهید یک موج سینوسی تک رنگ (یک فرکانس) مسطح را در نظر بگیریم که در یک محیط همگن بدون تضعیف در امتداد محور X منتشر می شود. اگر منبع (صفحه بینهایت) مطابق قانون y= نوسان کند، نوسان به نقطه ای با مختصات x می رسد. یک تاخیر زمانی. بنابراین،

،جایی که

سرعت فاز موج - سرعت حرکت سطح موج (جلو)،

- دامنه موج - مدول حداکثر انحراف یک کمیت در حال تغییر از موقعیت تعادل،

- فرکانس چرخه ای، T - دوره نوسان، - فرکانس موج (شبیه به نوسانات)

k عدد موج است، به معنای فرکانس مکانی است،

یکی دیگر از ویژگی های یک موج طول موج m است، این فاصله ای است که موج در یک دوره نوسانی در آن منتشر می شود، این به معنای دوره مکانی است، این کوتاه ترین فاصله بین نقاط در حال نوسان در همان فاز است.

طول موج با رابطه با عدد موج مرتبط است که مشابه رابطه زمانی است

عدد موج به فرکانس چرخه ای و سرعت انتشار موج مربوط می شود

ایکس
y
y

شکل ها یک اسیلوگرام (a) و یک عکس فوری (b) از یک موج را با دوره های زمانی و مکانی نشان داده شده نشان می دهند. برخلاف نوسانات ثابت، امواج دارای دو ویژگی اصلی هستند: تناوب زمانی و تناوب فضایی.

خواص کلی امواج:

امواج حامل انرژی هستند.

شدت موج، انرژی متوسط زمانی است که یک موج الکترومغناطیسی یا صوتی در واحد زمان از سطح واحدی که عمود بر جهت انتشار موج قرار دارد، منتقل می کند. شدت موج متناسب با مجذور دامنه آن است I=W/t∙S که در آن W انرژی، t زمان، S مساحت جلو است. I=[W/m2]. همچنین شدت هر موجی را می توان با I=wv تعیین کرد که v سرعت انتشار موج (گروهی) است.

2. امواج بر اجسام فشار وارد می کنند (تکانه دارند).

3. سرعت موج در یک محیط به فرکانس موج - پراکندگی بستگی دارد بنابراین امواج فرکانس های مختلفدر یک محیط با سرعت های مختلف (سرعت فاز) منتشر می شود.

4. امواج در اطراف موانع خم می شوند - پراش.

پراش زمانی اتفاق می افتد که اندازه مانع با طول موج قابل مقایسه باشد.

5. در حد فاصل بین دو رسانه، امواج منعکس و منکسر می شوند.

زاویه تابش برابر با زاویه بازتاب است و نسبت سینوس زاویه تابش به سینوس زاویه شکست یک مقدار ثابت برای دو محیط معین است.

6. هنگامی که امواج منسجم روی هم قرار می گیرند (تفاوت فاز این امواج در هر نقطه از نظر زمانی ثابت است)، آنها تداخل ایجاد می کنند - یک الگوی پایدار از حداقل و حداکثر تداخل تشکیل می شود.

اگر اختلاف فاز بین امواج به زمان بستگی نداشته باشد، امواج و منابعی که آنها را تحریک می کنند، منسجم نامیده می شوند. اگر اختلاف فاز بین امواج در طول زمان تغییر کند، امواج و منابعی که آنها را تحریک می کنند، نامنسجم نامیده می شوند.

فقط امواجی که فرکانس یکسان دارند و در امتداد یک جهت نوسان می کنند (یعنی امواج منسجم) می توانند تداخل داشته باشند. تداخل می تواند ثابت یا غیر ثابت باشد. فقط امواج منسجم می توانند یک الگوی تداخل ثابت ایجاد کنند. به عنوان مثال، دو موج کروی روی سطح آب که از دو منبع نقطه‌ای منسجم منتشر می‌شوند، بر اثر تداخل، موجی تولید می‌کنند. جلوی موج حاصله یک کره خواهد بود.

وقتی امواج تداخل می کنند، انرژی آنها جمع نمی شود. تداخل امواج منجر به توزیع مجدد انرژی ارتعاش بین ذرات مختلف محیط نزدیک می شود. این با قانون بقای انرژی مغایرتی ندارد زیرا به طور متوسط برای یک منطقه بزرگ از فضا، انرژی موج حاصله برابر با مجموع انرژی امواج مزاحم است.

هنگامی که امواج نامنسجم روی هم قرار می گیرند، میانگین مجذور دامنه موج حاصل برابر با مجموع دامنه های مجذور امواج روی هم قرار می گیرد. انرژی نوسانات حاصل از هر نقطه از محیط برابر است با مجموع انرژی های نوسانات آن که توسط همه امواج نامنسجم به طور جداگانه ایجاد می شود.

7. امواج توسط محیط جذب می شوند. با دور شدن از منبع، دامنه موج کاهش می یابد، زیرا انرژی موج تا حدی به محیط منتقل می شود.

8. امواج در یک محیط ناهمگن پراکنده می شوند.

پراکندگی به اختلالات میدان های موجی ناشی از ناهمگنی محیط و اجسام پراکنده قرار گرفته در این محیط می گویند. شدت پراکندگی به اندازه ناهمگنی ها و فرکانس موج بستگی دارد.

امواج مکانیکی صدا. ویژگی های صدا .

موج- اختلالی که در فضا منتشر می شود.

خواص کلی امواج:

انتقال انرژی؛
دارای تکانه (اعمال فشار بر بدن)؛
در مرز دو رسانه منعکس و شکسته می شوند.
توسط محیط جذب می شوند؛
انکسار؛
دخالت؛
پراکندگی؛
سرعت امواج بستگی به محیطی دارد که امواج از آن عبور می کنند.

امواج مکانیکی (الاستیک).

اگر ارتعاشات ذرات در هر مکانی در یک محیط کشسان (جامد، مایع یا گاز) برانگیخته شود، به دلیل برهمکنش اتم‌ها و مولکول‌های محیط، ارتعاشات شروع به انتقال از یک نقطه به نقطه دیگر با سرعت محدود می‌کنند. در مورد چگالی و خواص کشسانی محیط. این پدیده را موج مکانیکی یا الاستیک می نامند. توجه کنید که امواج مکانیکینمی تواند در خلاء انتشار یابد.

یک مورد خاص از امواج مکانیکی - امواج روی سطح مایع، امواجی که در امتداد سطح آزاد یک مایع یا در فصل مشترک دو مایع غیرقابل اختلاط ایجاد می شوند و منتشر می شوند. تحت تأثیر شکل گرفته اند نفوذ خارجی، در نتیجه سطح مایع از حالت تعادل خارج می شود. در این حالت، نیروهایی بوجود می آیند که تعادل را باز می گرداند: نیروهای کشش سطحی و گرانش.

دو نوع امواج مکانیکی وجود دارد

امواج طولی، همراه با تغییر شکل های کششی و فشاری، می توانند در هر محیط کشسانی منتشر شوند: گازها، مایعات و جامدات. امواج عرضی در محیط‌هایی که نیروهای الاستیک در طی تغییر شکل برشی ظاهر می‌شوند، یعنی در جامدات منتشر می‌شوند.

امواج هارمونیک یا سینوسی ساده برای تمرین مورد توجه هستند. معادله موج سینوسی صفحه:

- به اصطلاح شماره موج ,

– فرکانس دایره ای ,

آ - دامنه ارتعاش ذرات

شکل "عکس های فوری" از یک موج عرضی را در دو نقطه از زمان نشان می دهد: t و t + Δt. در طول زمان Δt موج در امتداد محور OX به فاصله υΔt حرکت کرد. این گونه امواج را معمولاً امواج مسافرتی می نامند.

طول موج λ فاصله بین دو نقطه مجاور در محور OX است که در همان فازها در نوسان هستند. فاصله، برابر طولموج λ، موج در یک دوره T حرکت می کند، بنابراین،

λ = υT، که υ سرعت انتشار موج است.

برای هر نقطه انتخاب شده در نمودار فرآیند موج (به عنوان مثال، برای نقطه A)، با گذشت زمان t مختصات x این نقطه تغییر می کند، و مقدار عبارت تغییر می کند. ωt – kxتغییر نمی کند. پس از یک دوره زمانی Δt، نقطه A در امتداد محور OX به یک فاصله معین Δx = υΔt حرکت می کند. از این رو: ωt – kx = ω(t + Δt) – k(x + Δx) = constیا ωΔt = kΔx.

این دلالت می کنه که:

بنابراین، یک موج سینوسی در حال حرکت دارای تناوب دو برابر است - در زمان و مکان. دوره زمانی برابر است با دوره نوسان T ذرات محیط، دوره مکانی برابر با طول موج λ است. عدد موج آنالوگ فضایی فرکانس دایره ای است.

صدا.

صدا- اینها آنهایی هستند که در محیط های الاستیک منتشر می شوند - گازها، مایعات و مواد جامد- ارتعاشات مکانیکی درک شده توسط اندام های شنوایی. صدا موجی با شدت نسبتاً کم است. دامنه فرکانس های صوتی قابل شنیدن تقریباً بین 20 هرتز تا 20 کیلوهرتز است. امواج با فرکانس کمتر از 20 هرتز نامیده می شوند مادون صوتو با فرکانس بیش از 20 کیلوهرتز – سونوگرافی. امواج با فرکانس تا هرتز نامیده می شوند فراصوت. شاخه ای از فیزیک به نام آکوستیک به مطالعه پدیده های صوتی می پردازد.

هر فرآیند نوسانی با این معادله توصیف می شود. همچنین برای ارتعاشات صوتی مشتق شده است:

ویژگی های اساسی امواج صوتی

درک ذهنی صدا

(حجم، گام، صدا)

مشخصات فیزیکی عینی صدا

(سرعت، شدت، طیف)

سرعت صوت در هر محیط گازی با فرمول محاسبه می شود:

β - تراکم پذیری آدیاباتیک محیط،

ρ - چگالی.

اعمال صدا

حیواناتی که توانایی اکولوکاسیون را دارند به خوبی شناخته شده اند - خفاش ها و دلفین ها. از نظر کمال، اکولوکاتورهای این حیوانات کمتر نیستند و از بسیاری جهات (از نظر قابلیت اطمینان، دقت، کارایی انرژی) نسبت به اکولوکاتورهای مدرن ساخته شده توسط انسان برتری دارند.

اکولوکاتورهایی که در زیر آب استفاده می شوند سونار یا سونار نامیده می شوند (نام سونار از آن گرفته شده است حروف اولیهسه کلمات انگلیسی: صدا - صدا; ناوبری - ناوبری؛ محدوده - محدوده). سونارها برای مطالعه بستر دریا (نمودار، عمق آن)، برای تشخیص و مطالعه اجسام مختلف در حال حرکت در اعماق زیر آب ضروری هستند. با کمک آنها، هم اشیاء یا حیوانات بزرگ منفرد و هم ماهی های کوچک یا صدف ها را می توان به راحتی تشخیص داد.

امواج فرکانس اولتراسونیک به طور گسترده در پزشکی استفاده می شود اهداف تشخیصی. اسکنرهای اولتراسوند به شما امکان معاینه را می دهند اعضای داخلیشخص اشعه اولتراسوند کمتر از اشعه ایکس برای انسان مضر است.

امواج الکترومغناطیسی

خواص آنها.

موج الکترومغناطیسی یک میدان الکترومغناطیسی است که در طول زمان در فضا منتشر می شود.

امواج الکترومغناطیسی فقط با بارهایی که به سرعت در حال حرکت هستند تحریک می شوند.

وجود امواج الکترومغناطیسی توسط فیزیکدان بزرگ انگلیسی جی. ماکسول در سال 1864 به صورت نظری پیش بینی شد. او تفسیر جدیدی از قانون پیشنهاد کرد القای الکترومغناطیسیفارادی و ایده های خود را بیشتر توسعه داد.

هر گونه تغییر در میدان مغناطیسی یک گرداب در فضای اطراف ایجاد می کند میدان الکتریکی، یک میدان الکتریکی متغیر با زمان یک میدان مغناطیسی در فضای اطراف ایجاد می کند.

شکل 1. یک میدان الکتریکی متناوب یک میدان مغناطیسی متناوب ایجاد می کند و بالعکس

خواص امواج الکترومغناطیسی بر اساس نظریه ماکسول:

امواج الکترومغناطیسی عرضی - بردارها و عمود بر هم هستند و در صفحه ای عمود بر جهت انتشار قرار دارند.

شکل 2. انتشار امواج الکترومغناطیسی

برقی و میدان مغناطیسیدر یک موج سفر آنها در یک فاز تغییر می کنند.

بردارها در یک موج الکترومغناطیسی در حال حرکت، به اصطلاح بردارهای سه گانه راست دست را تشکیل می دهند.

نوسانات بردارها در فاز رخ می دهد: در همان لحظه از زمان، در یک نقطه از فضا، پیش بینی قدرت میدان الکتریکی و مغناطیسی به حداکثر، حداقل یا صفر می رسد.

امواج الکترومغناطیسی در ماده با سرعت ترمینال

نفوذپذیری دی الکتریک و مغناطیسی محیط کجاست (سرعت انتشار موج الکترومغناطیسی در محیط به آنها بستگی دارد)

ثابت های الکتریکی و مغناطیسی

سرعت امواج الکترومغناطیسی در خلاء

چگالی شار انرژی الکترومغناطیسی یاشدت جی انرژی الکترومغناطیسی است که توسط یک موج در واحد زمان از سطح واحد سطح منتقل می شود:

با جایگزین کردن عبارات و υ در اینجا و با در نظر گرفتن برابری چگالی انرژی حجمی میدان های الکتریکی و مغناطیسی در موج الکترومغناطیسی، می توانیم به دست آوریم:

امواج الکترومغناطیسی می توانند قطبی شوند.

همچنین امواج الکترومغناطیسی تمام خصوصیات اولیه امواج را دارد : انرژی را انتقال می دهند، تکانه دارند، در فصل مشترک بین دو محیط منعکس و شکست می شوند، توسط محیط جذب می شوند، خواص پراکندگی، پراش و تداخل را از خود نشان می دهند.

آزمایشات هرتز (تشخیص تجربی امواج الکترومغناطیسی)

برای اولین بار امواج الکترومغناطیسی به صورت تجربی مورد مطالعه قرار گرفتند

هرتز در سال 1888 او طراحی موفقی برای یک مولد نوسانات الکترومغناطیسی (ویبراتور هرتز) و روشی برای تشخیص رزونانس آنها ایجاد کرد.

ویبراتور از دو هادی خطی تشکیل شده بود که در انتهای آنها توپ های فلزی وجود داشت که شکاف جرقه ای را تشکیل می دادند. هنگامی که ولتاژ بالا از سیم پیچ القایی به سلف اعمال شد، جرقه ای از شکاف پرید و شکاف را کوتاه کرد. در طول احتراق آن، مدار تجربه کرد تعداد زیادی ازتردید. گیرنده (رزوناتور) از یک سیم با شکاف جرقه تشکیل شده است. وجود رزونانس در وقوع جرقه در شکاف جرقه تشدید کننده در پاسخ به جرقه ای که در ویبراتور ایجاد می شود بیان شد.

بنابراین، آزمایش های هرتز مبنای محکمی برای نظریه ماکسول فراهم کرد. امواج الکترومغناطیسی پیش‌بینی‌شده توسط ماکسول به صورت تجربی محقق شدند.

اصول ارتباطات رادیویی

ارتباط رادیویی - انتقال و دریافت اطلاعات با استفاده از امواج رادیویی.

در 24 مارس 1896، در جلسه ای از بخش فیزیک انجمن فیزیکوشیمیایی روسیه، پوپوف با استفاده از ابزار خود، به وضوح انتقال سیگنال ها را در فاصله 250 متری نشان داد و اولین رادیوگرام دو کلمه ای جهان "هاینریش هرتز" را مخابره کرد. .

دیاگرام گیرنده A.S. POPOV

پوپوف از ارتباط رادیو تلگراف (انتقال سیگنال با مدت زمان های مختلف) استفاده کرد، چنین ارتباطی فقط با استفاده از یک کد انجام می شود. یک فرستنده جرقه با ویبراتور هرتز به عنوان منبع امواج رادیویی استفاده می شد و یک منسجم، یک لوله شیشه ای با براده های فلزی، که مقاومت آن صدها بار با برخورد موج الکترومغناطیسی به آن کاهش می یابد، به عنوان گیرنده عمل می کرد. برای افزایش حساسیت منسجم، یک سر آن به زمین متصل شد و سر دیگر آن به سیمی که بالای زمین بلند شده بود وصل شد، طول کل آنتن یک چهارم طول موج است. سیگنال فرستنده جرقه به سرعت محو می شود و در فواصل طولانی قابل انتقال نیست.

برای ارتباطات رادیویی تلفنی (انتقال گفتار و موسیقی) از سیگنال مدوله شده با فرکانس بالا استفاده می شود. سیگنال فرکانس پایین (صدا) اطلاعات را حمل می کند، اما عملاً منتشر نمی شود و سیگنال فرکانس بالا به خوبی منتشر می شود، اما اطلاعات را حمل نمی کند. مدولاسیون برای ارتباطات رادیویی تلفن استفاده می شود.

مدولاسیون - فرآیند ایجاد یک مطابقت بین پارامترهای سیگنال های HF و LF.

در مهندسی رادیو از چندین نوع مدولاسیون استفاده می شود: دامنه، فرکانس، فاز.

مدولاسیون دامنه - تغییر در دامنه ارتعاشات (الکتریکی، مکانیکی و غیره) که در فرکانس بسیار کمتر از فرکانس خود ارتعاشات رخ می دهد.

یک نوسان هارمونیک فرکانس بالا ω در دامنه توسط یک نوسان هارمونیک فرکانس پایین Ω مدوله می شود (τ = 1/Ω دوره آن است)، t زمان است، A دامنه نوسان فرکانس بالا، T دوره آن است.

مدار ارتباط رادیویی با استفاده از سیگنال AM

ژنراتور مدولاسیون دامنه

دامنه سیگنال RF مطابق با دامنه سیگنال LF تغییر می کند، سپس سیگنال مدوله شده توسط آنتن فرستنده تابش می شود.

در گیرنده رادیویی، آنتن گیرنده امواج رادیویی را دریافت می کند؛ در مدار نوسانی، به دلیل تشدید، سیگنالی که فرکانس مدار به آن تنظیم می شود (فرکانس حامل ایستگاه فرستنده) جدا و تقویت می شود، پس لازم است. برای جداسازی جزء فرکانس پایین سیگنال.

رادیو آشکارساز

تشخیص - فرآیند تبدیل سیگنال فرکانس بالا به سیگنال فرکانس پایین. سیگنال دریافت شده پس از تشخیص مطابق با سیگنال صوتی است که روی میکروفون فرستنده عمل می کند. پس از تقویت، ارتعاشات فرکانس پایین می توانند به صدا تبدیل شوند.

آشکارساز (دمودولاتور)

دیود برای اصلاح جریان متناوب استفاده می شود

الف) سیگنال AM، ب) سیگنال شناسایی شده

رادار

تشخیص و تعریف دقیقمحل اجسام و سرعت حرکت آنها با استفاده از امواج رادیویی نامیده می شود رادار . اصل رادار بر اساس خاصیت بازتاب امواج الکترومغناطیسی از فلزات است.

1 - آنتن دوار؛ 2 - سوئیچ آنتن; 3 - فرستنده; 4 - گیرنده; 5 - اسکنر; 6 - نشانگر فاصله; 7 - نشانگر جهت.

امواج رادیویی با فرکانس بالا (VHF) برای رادار استفاده می شود که با کمک آنها یک پرتو هدایت شده به راحتی تشکیل می شود و قدرت تابش زیاد است. در محدوده متر و دسی متر سیستم های ویبراتور شبکه ای وجود دارد، در محدوده سانتی متر و میلی متر تابش های سهموی وجود دارد. مکان یابی می تواند هم در حالت پیوسته (برای تشخیص هدف) و هم در حالت پالسی (برای تعیین سرعت یک شی) انجام شود.

زمینه های کاربرد رادار:

هوانوردی، فضانوردی، نیروی دریایی: ایمنی تردد شناورها در هر آب و هوا و در هر زمانی از روز، جلوگیری از برخورد، ایمنی برخاستن و غیره. فرود هواپیما
امور نظامی: شناسایی به موقع هواپیما یا موشک دشمن، تنظیم خودکار آتش ضد هوایی.
رادار سیارات: اندازه گیری فاصله تا آنها، روشن شدن پارامترهای مدار آنها، تعیین دوره چرخش، مشاهده توپوگرافی سطح. در اتحاد جماهیر شوروی سابق (1961) - رادار زهره، عطارد، مریخ، مشتری. در ایالات متحده آمریکا و مجارستان (1946) - آزمایشی برای دریافت سیگنال منعکس شده از سطح ماه.

تلویزیون

مدار مخابرات در اصل همان مدار ارتباط رادیویی است. تفاوت این است که، علاوه بر این سیگنال صوتیسیگنال های تصویر و کنترل (تغییر خط و تغییر فریم) برای همگام سازی عملکرد فرستنده و گیرنده ارسال می شوند. در فرستنده، این سیگنال ها مدوله و ارسال می شوند، در گیرنده توسط آنتن دریافت می شوند و هر کدام برای پردازش به مسیر خود می روند.

بیایید یکی از طرح های ممکن برای تبدیل یک تصویر به امواج الکترومغناطیسی با استفاده از یک آیکونوسکوپ را در نظر بگیریم:

با استفاده از یک سیستم نوری، یک تصویر بر روی صفحه نمایش موزاییکی نمایش داده می شود؛ به دلیل اثر فوتوالکتریک، سلول های صفحه بار مثبت متفاوتی به دست می آورند. تفنگ الکترونی یک پرتو الکترونی تولید می کند که در سراسر صفحه حرکت می کند و سلول های دارای بار مثبت را تخلیه می کند. از آنجایی که هر سلول یک خازن است، تغییر در شارژ منجر به ظهور یک ولتاژ در حال تغییر - یک نوسان الکترومغناطیسی می شود. سپس سیگنال تقویت شده و به دستگاه تعدیل کننده ارسال می شود. در یک کینسکوپ، سیگنال ویدئویی دوباره به تصویر تبدیل می شود (به روش های مختلف بسته به اصل عملکرد کینسکوپ).

از آنجایی که سیگنال تلویزیونی اطلاعات بسیار بیشتری از رادیو حمل می کند، کار در فرکانس های بالا (متر، دسی متر) انجام می شود.

انتشار امواج رادیویی
موج رادیویی -یک موج الکترومغناطیسی در محدوده (10 4

هر بخش از این محدوده در جایی استفاده می شود که بتوان از مزایای آن به بهترین وجه استفاده کرد. امواج رادیویی با دامنه های مختلف در فواصل مختلف حرکت می کنند. انتشار امواج رادیویی به خواص جو بستگی دارد. سطح زمین، تروپوسفر و یونوسفر نیز تأثیر زیادی بر انتشار امواج رادیویی دارند.

انتشار رادیوییفرآیند انتقال نوسانات الکترومغناطیسی محدوده رادیویی در فضا از یک مکان به مکان دیگر، به ویژه از یک فرستنده به یک گیرنده است.
امواج با فرکانس های مختلف رفتار متفاوتی دارند. اجازه دهید ویژگی های انتشار امواج بلند، متوسط، کوتاه و فوق کوتاه را با جزئیات بیشتری در نظر بگیریم.
انتشار امواج بلند.

امواج بلند (> 1000 متر) منتشر می شوند:

در فواصل تا 1-2 هزار کیلومتر به دلیل پراش در سطح کروی زمین. قادر به دور زدن است زمین(شکل 1). سپس انتشار آنها به دلیل عملکرد هدایت کننده موجبر کروی، بدون بازتاب رخ می دهد.

برنج. 1

کیفیت اتصال:

ثبات پذیرش کیفیت پذیرایی به زمان روز، سال یا شرایط آب و هوایی بستگی ندارد.

ایرادات:

به دلیل جذب قوی موج در حین انتشار سطح زمینبه یک آنتن بزرگ و یک فرستنده قدرتمند نیاز دارد.

تخلیه های جوی (رعد و برق) تداخل ایجاد می کند.

استفاده:

این محدوده برای پخش رادیویی، ارتباطات رادیویی تلگراف، خدمات ناوبری رادیویی و ارتباطات با زیردریایی ها استفاده می شود.
تعداد کمی از ایستگاه های رادیویی وجود دارد که سیگنال های زمان و گزارش های آب و هوا را پخش می کنند.

انتشار موج متوسط

امواج متوسط ( = 100..1000 متر) منتشر می شوند:

آنها مانند امواج بلند قادر به خم شدن در اطراف سطح زمین هستند.
مانند امواج کوتاه، آنها همچنین می توانند به طور مکرر از یونوسفر منعکس شوند.

در فواصل دور از فرستنده، دریافت ممکن است در طول روز ضعیف باشد، اما دریافت در شب بهبود می یابد. قدرت پذیرایی نیز به زمان سال بستگی دارد. بنابراین، در روز به صورت کوتاه و در شب به عنوان بلند پخش می شوند.

کیفیت اتصال:

برد ارتباطی کوتاه ایستگاه های موج متوسط را می توان در برد هزاران کیلومتر شنید. اما سطح بالایی از تداخل جوی و صنعتی وجود دارد.

استفاده:

آنها برای ارتباطات رسمی و آماتور و همچنین عمدتاً برای پخش استفاده می شوند.

در حال گسترشکوتاه امواج

امواج کوتاه (=10..100 متر) منتشر می شوند:

به طور مکرر از یونوسفر و سطح زمین منعکس شده است (شکل 2)

کیفیت اتصال:

کیفیت دریافت در امواج کوتاه بسیار به فرآیندهای مختلف در یونوسفر مرتبط با سطح فعالیت خورشیدی، زمان سال و زمان روز بستگی دارد. بدون نیاز به فرستنده توان بالا آنها برای ارتباط بین ایستگاه های زمینی و فضاپیماها نامناسب هستند، زیرا از یونوسفر عبور نمی کنند.

استفاده:

برای ارتباط از راه دور. برای پخش تلویزیونی، رادیویی و ارتباط رادیویی با اجسام متحرک. ایستگاه های رادیویی تلگراف و تلفن دپارتمان فعالیت می کنند. این محدوده "پرجمعیت ترین" است.

توزیع اولتراکوتاهامواج

امواج فوق کوتاه (

گاهی اوقات می توانند از ابرها، ماهواره های مصنوعی یا حتی از ماه منعکس شوند. در این حالت، دامنه ارتباط ممکن است کمی افزایش یابد.

کیفیت اتصال:

دریافت امواج فوق کوتاه با قابلیت شنیدن ثابت، عدم محو شدن و کاهش تداخل های مختلف مشخص می شود.

ارتباط بر روی این امواج فقط در یک فاصله دید ممکن است L(شکل 7).

از آنجایی که امواج فوق کوتاه فراتر از افق منتشر نمی شوند، نیاز به ساخت بسیاری از فرستنده های میانی - تکرار کننده ها وجود دارد.

تکرار کننده- دستگاهی که در نقاط میانی خطوط ارتباط رادیویی قرار دارد و سیگنال های دریافتی را تقویت می کند و آنها را بیشتر ارسال می کند.

بازپخش- دریافت سیگنال ها در یک نقطه میانی، تقویت و انتقال آنها در همان جهت یا جهت دیگر. رله برای افزایش برد ارتباطی طراحی شده است.

دو روش رله وجود دارد: ماهواره ای و زمینی.

ماهواره:

یک ماهواره رله فعال سیگنالی را از یک ایستگاه زمینی دریافت می کند، آن را تقویت می کند و از طریق یک فرستنده جهت دار قدرتمند سیگنال را در همان جهت یا جهت دیگری به زمین ارسال می کند.

زمین:

سیگنال به یک ایستگاه رادیویی آنالوگ یا دیجیتال زمینی یا شبکه ای از این ایستگاه ها ارسال می شود و سپس در همان جهت یا جهت دیگری به سمت جلو ارسال می شود.

1 - فرستنده رادیویی

2 – آنتن فرستنده، 3 – آنتن گیرنده، 4 – گیرنده رادیویی.

استفاده:

برای ارتباط با ماهواره های زمین مصنوعی و

موشک های فضایی به طور گسترده برای پخش تلویزیونی و رادیویی (باندهای VHF و FM)، ناوبری رادیویی، رادار و ارتباطات سلولی استفاده می شود.

VHF به محدوده های زیر تقسیم می شود:

امواج متری - از 10 تا 1 متر، برای ارتباطات تلفنی بین کشتی ها، کشتی ها و خدمات بندری استفاده می شود.

دسی متر - از 1 متر تا 10 سانتی متر، برای ارتباطات ماهواره ای استفاده می شود.

سانتی متر - از 10 تا 1 سانتی متر، مورد استفاده در رادار.

میلی متر - از 1 سانتی متر تا 1 میلی متر، عمدتاً در پزشکی استفاده می شود.

سخنرانی – 14. امواج مکانیکی.

2. موج مکانیکی.

3. منبع امواج مکانیکی.

4. منبع نقطه ای امواج.

5. موج عرضی.

6. موج طولی.

7. جبهه موج.

9. امواج دوره ای.

10. موج هارمونیک.

11. طول موج.

12. سرعت انتشار.

13. وابستگی سرعت موج به خواص محیط.

14. اصل هویگنس.

15. انعکاس و شکست امواج.

16. قانون بازتاب موج.

17. قانون شکست موج.

18. معادله موج مسطح.

19. انرژی و شدت موج.

20. اصل برهم نهی.

21. نوسانات منسجم.

22. امواج منسجم.

23. تداخل امواج. الف) شرط حداکثر تداخل، ب) شرط حداقل تداخل.

24. تداخل و قانون بقای انرژی.

25. پراش موج.

26. اصل هویگنز-فرنل.

27. موج پلاریزه.

29. حجم صدا.

30. زیر و بم صدا.

31. طناب صدا.

32. سونوگرافی.

33. مادون صوت.

34. اثر داپلر.

1.موج -این فرآیند انتشار ارتعاشات با هر کمیت فیزیکی در فضا است. به عنوان مثال، امواج صوتی در گازها یا مایعات نشان دهنده انتشار نوسانات فشار و چگالی در این رسانه ها است. موج الکترومغناطیسی فرآیند انتشار نوسانات در قدرت میدان های مغناطیسی الکتریکی در فضا است.

انرژی و تکانه را می توان با انتقال ماده در فضا منتقل کرد. هر جسم متحرکی دارای انرژی جنبشی است. بنابراین با انتقال ماده انرژی جنبشی را منتقل می کند. همان جسم، با گرم شدن، حرکت در فضا انرژی حرارتی را منتقل می کند و ماده را منتقل می کند.

ذرات یک محیط الاستیک به هم متصل هستند. اختلالات، یعنی انحراف از موقعیت تعادل یک ذره به ذرات مجاور منتقل می شود، یعنی. انرژی و تکانه از یک ذره به ذرات همسایه منتقل می شود، در حالی که هر ذره نزدیک به موقعیت تعادل خود باقی می ماند. بنابراین انرژی و تکانه در طول یک زنجیر از یک ذره به ذره دیگر منتقل می شود و هیچ گونه انتقال ماده رخ نمی دهد.

بنابراین، فرآیند موج، فرآیند انتقال انرژی و تکانه در فضا بدون انتقال ماده است.

2. موج مکانیکی یا موج الاستیک– انتشار اختلال (نوسان) در محیط الاستیک. محیط الاستیکی که امواج مکانیکی در آن منتشر می شود هوا، آب، چوب، فلزات و سایر مواد الاستیک است. امواج الاستیک را امواج صوتی می نامند.

3. منبع امواج مکانیکی- جسمی که در یک محیط الاستیک حرکت نوسانی انجام می دهد، به عنوان مثال، چنگال های تنظیم ارتعاشی، سیم ها، تارهای صوتی.

4. منبع موج نقطه ای –منبع موجی که اندازه آن در مقایسه با مسافتی که موج طی می کند نادیده گرفته می شود.

5. موج عرضی -موجی که در آن ذرات محیط در جهتی عمود بر جهت انتشار موج نوسان می کنند. مثلاً امواج روی سطح آب، امواج عرضی هستند، زیرا ارتعاشات ذرات آب در جهتی عمود بر جهت سطح آب رخ می دهد و موج در امتداد سطح آب منتشر می شود. یک موج عرضی در امتداد بند ناف منتشر می شود که یک سر آن ثابت است و دیگری در صفحه عمودی در نوسان است.

یک موج عرضی فقط می تواند در امتداد سطح مشترک بین رسانه های مختلف منتشر شود.

6. موج طولی -موجی که در آن نوسانات در جهت انتشار موج رخ می دهد. یک موج طولی در یک فنر مارپیچ بلند رخ می دهد اگر یک انتهای آن در معرض اختلالات دوره ای در امتداد فنر قرار گیرد. یک موج الاستیک که در امتداد یک فنر جریان دارد نشان دهنده یک توالی در حال انتشار از فشرده سازی و گسترش است (شکل 88).

یک موج طولی فقط می تواند در داخل یک محیط الاستیک منتشر شود، به عنوان مثال، در هوا، در آب. در جامدات و مایعات، امواج عرضی و طولی می توانند به طور همزمان منتشر شوند، زیرا یک جامد و یک مایع همیشه توسط یک سطح محدود می شوند - رابط بین دو رسانه. به عنوان مثال، اگر یک میله فولادی در انتها با یک چکش مورد اصابت قرار گیرد، تغییر شکل الاستیک شروع به گسترش در آن می کند. یک موج عرضی در امتداد سطح میله جریان خواهد داشت و یک موج طولی (فشرده شدن و کمیاب شدن محیط) در داخل آن منتشر می شود (شکل 89).

7. جبهه موج (سطح موج)- مکان هندسی نقاط در حال نوسان در همان فازها. در سطح موج، فازهای نقاط نوسانی در لحظه در زمان مورد بررسی دارای ارزش یکسانی هستند. اگر سنگی را به داخل دریاچه ای آرام پرتاب کنید، امواج عرضی به شکل دایره شروع به پخش شدن در سطح دریاچه از محل سقوط آن می کنند و مرکز آن در محل سقوط سنگ است. در این مثال، جبهه موج یک دایره است.

در یک موج کروی، جبهه موج یک کره است. چنین امواجی توسط منابع نقطه ای تولید می شوند.

در فواصل بسیار زیاد از منبع می توان از انحنای جلو چشم پوشی کرد و جبهه موج را صاف در نظر گرفت. در این حالت موج را صفحه می نامند.

8. پرتو - مستقیمخط نرمال به سطح موج در یک موج کروی، پرتوها در امتداد شعاع کره ها از مرکز، جایی که منبع امواج قرار دارد، هدایت می شوند (شکل 90).

در یک موج صفحه، پرتوها عمود بر سطح جلو هدایت می شوند (شکل 91).

9. امواج دوره ایوقتی در مورد امواج صحبت می کنیم، منظور ما یک اختلال واحد بود که در فضا منتشر می شود.

اگر منبع امواج نوسانات مداوم انجام دهد، امواج الاستیکی که یکی پس از دیگری حرکت می کنند در محیط ظاهر می شوند. به چنین امواجی دوره ای می گویند.

10. موج هارمونیک- موجی که توسط نوسانات هارمونیک ایجاد می شود. اگر منبع موج می سازد ارتعاشات هارمونیک، سپس امواج هارمونیک تولید می کند - امواجی که در آنها ذرات طبق قانون هارمونیک ارتعاش می کنند.

11. طول موج.اجازه دهید یک موج هارمونیک در امتداد محور OX منتشر شود و نوسانات در آن در جهت محور OY رخ دهد. این موج عرضی است و می تواند به صورت موج سینوسی به تصویر کشیده شود (شکل 92).

چنین موجی را می توان با ایجاد ارتعاشات در صفحه عمودی انتهای آزاد بند ناف به دست آورد.

طول موج فاصله بین دو نزدیکترین نقطه است الف و ب،نوسان در همان فازها (شکل 92).

12. سرعت انتشار موج – کمیت فیزیکیاز نظر عددی برابر با سرعت انتشار ارتعاشات در فضا است. از شکل 92 نتیجه می شود که زمانی که در طی آن نوسان از نقطه ای به نقطه دیگر منتشر می شود آبه نقطه که در، یعنی در یک فاصله طول موج برابر با دوره نوسان است. بنابراین سرعت انتشار موج برابر است

13. وابستگی سرعت انتشار موج به خواص محیط. فرکانس نوسانات هنگام وقوع موج فقط به خواص منبع موج بستگی دارد و به خواص محیط بستگی ندارد. سرعت انتشار موج به خواص محیط بستگی دارد. بنابراین، هنگام عبور از رابط بین دو رسانه مختلف، طول موج تغییر می کند. سرعت موج به ارتباط بین اتم ها و مولکول های محیط بستگی دارد. پیوند بین اتم ها و مولکول ها در مایعات و جامدات بسیار محکم تر از گازها است. بنابراین سرعت امواج صوتی در مایعات و جامدات بسیار بیشتر از گازها است. در هوا سرعت صوت در شرایط عادیبرابر با 340، در آب 1500 و در فولاد 6000.

سرعت متوسط حرکت حرارتیمولکول های موجود در گازها با کاهش دما کاهش می یابد و در نتیجه سرعت انتشار موج در گازها کاهش می یابد. در یک محیط متراکم تر و در نتیجه بی اثر تر، سرعت موج کمتر است. اگر صدا در هوا حرکت کند، سرعت آن به چگالی هوا بستگی دارد. در جایی که چگالی هوا بیشتر باشد، سرعت صوت کمتر است. و برعکس، جایی که چگالی هوا کمتر است، سرعت صوت بیشتر است. در نتیجه، هنگام انتشار صدا، جبهه موج دچار اعوجاج می شود. در بالای باتلاق یا بالای دریاچه، به خصوص در هنگام غروب، چگالی هوا در نزدیکی سطح به دلیل بخار آب بیشتر از ارتفاع معین است. بنابراین سرعت صوت در نزدیکی سطح آب کمتر از یک ارتفاع معین است. در نتیجه جبهه موج به گونه ای باز می شود که قسمت بالاجلو بیشتر و بیشتر به سمت سطح دریاچه خم می شود. به نظر می رسد که انرژی موجی که در امتداد سطح دریاچه حرکت می کند و انرژی موجی که با زاویه ای نسبت به سطح دریاچه حرکت می کند، جمع می شود. بنابراین، در هنگام غروب صدا به خوبی از سراسر دریاچه عبور می کند. حتی یک مکالمه آرام را می توان شنید که در ساحل مقابل ایستاده است.

14. اصل هویگنس- هر نقطه از سطحی که به آن رسیده است این لحظهموج منبع امواج ثانویه است. با رسم یک سطح مماس بر جلوی همه امواج ثانویه، جبهه موج را در لحظه بعدی در زمان به دست می آوریم.

برای مثال، موجی را در نظر می گیریم که از یک نقطه در امتداد سطح آب منتشر می شود در باره(شکل 93) اجازه دهید در لحظه زمان تیجلو به شکل دایره ای با شعاع بود آردر یک نقطه متمرکز شده است در باره. در لحظه بعد از زمان، هر موج ثانویه یک جبهه به شکل دایره ای با شعاع خواهد داشت که در آن V- سرعت انتشار موج با رسم یک سطح مماس بر جبهه امواج ثانویه، جبهه موج را در لحظه زمان بدست می آوریم (شکل 93).

اگر موجی در یک محیط پیوسته منتشر شود، جبهه موج یک کره است.

15. انعکاس و شکست امواج.هنگامی که موجی روی سطح مشترک بین دو رسانه مختلف می افتد، هر نقطه از این سطح، طبق اصل هویگنز، منبع امواج ثانویه می شود که در دو طرف سطح منتشر می شوند. بنابراین، هنگام عبور از سطح مشترک بین دو رسانه، موج تا حدی منعکس شده و تا حدی از این سطح عبور می کند. زیرا چون رسانه ها متفاوت هستند، سرعت امواج در آنها متفاوت است. بنابراین، هنگام عبور از رابط بین دو رسانه، جهت انتشار موج تغییر می کند، یعنی. شکست موج رخ می دهد. اجازه دهید بر اساس اصل هویگنز، فرآیند و قوانین بازتاب و شکست را در نظر بگیریم.

16. قانون بازتاب موج. اجازه دهید یک موج صفحه روی یک رابط مسطح بین دو رسانه مختلف بیفتد. اجازه دهید ناحیه بین دو پرتو را انتخاب کنیم و (شکل 94)

زاویه تابش - زاویه بین پرتو فرودی و عمود بر سطح مشترک در نقطه تابش.

زاویه بازتاب زاویه بین پرتو بازتاب شده و عمود بر سطح مشترک در نقطه تابش است.

در لحظه ای که پرتو به نقطه مشترک می رسد، این نقطه به منبع امواج ثانویه تبدیل می شود. جبهه موج در این لحظه با یک قطعه خط مستقیم مشخص شده است AC(شکل 94). در نتیجه، در این لحظه پرتو هنوز باید مسیر رابط را طی کند NE. بگذارید پرتو این مسیر را در زمان طی کند. پرتوهای فرود و منعکس شده در یک طرف سطح مشترک منتشر می شوند، بنابراین سرعت آنها یکسان و برابر است. V.سپس .

در طول زمان موج ثانویه از نقطه آراه را خواهد رفت. از این رو . مثلث های قائم الزاویهو برابر هستند، زیرا - هیپوتانوز و پاها معمولی. از تساوی مثلث ها تساوی زوایا به دست می آید . اما همچنین، یعنی. .

حال اجازه دهید قانون بازتاب موج را فرموله کنیم: پرتو فرودی، پرتو بازتابی , عمود بر رابط بین دو رسانه، بازیابی شده در نقطه بروز، آنها در یک صفحه قرار دارند. زاویه تابش برابر با زاویه بازتاب است.

17. قانون شکست موج. اجازه دهید یک موج صفحه از یک رابط مسطح بین دو رسانه عبور کند. علاوه بر اینزاویه تابش با صفر متفاوت است (شکل 95).

زاویه شکست زاویه بین پرتو شکست و عمود بر سطح مشترک است که در نقطه تابش بازیابی می شود.

اجازه دهید سرعت انتشار امواج را در رسانه های 1 و 2 نیز نشان دهیم. در لحظه ای که پرتو به نقطه مشترک می رسد. آ، این نقطه به منبع انتشار امواج در محیط دوم - پرتو تبدیل می شود و پرتو هنوز باید راه خود را به سطح سطح طی کند. بگذارید زمان سفر پرتو باشد NE،سپس . در همان زمان، در محیط دوم پرتو مسیر را طی خواهد کرد. زیرا ، سپس و .

مثلث‌ها و مستطیل‌های با فرض مشترک و = مانند زوایایی هستند که اضلاع آن‌ها بر هم عمود هستند. برای زاویه ها و تساوی های زیر را می نویسیم

با توجه به اینکه،، دریافت می کنیم

حال اجازه دهید قانون شکست موج را فرموله کنیم: پرتو فرود، پرتو شکست و عمود بر سطح مشترک بین دو محیط، بازیابی شده در نقطه تابش، در یک صفحه قرار دارند. نسبت سینوس زاویه تابش به سینوس زاویه شکست یک مقدار ثابت برای دو محیط معین است و به آن ضریب شکست نسبی برای دو محیط داده می گویند.

18. معادله موج صفحه.ذرات محیط واقع در فاصله اساز منبع امواج تنها زمانی که موج به آن می رسد شروع به نوسان می کند. اگر Vسرعت انتشار موج است، سپس نوسانات با تاخیر زمانی آغاز می شوند

اگر منبع امواج بر اساس قانون هارمونیک نوسان کند، برای ذره ای که در فاصله ای قرار دارد اساز منبع، قانون نوسانات را به شکل می نویسیم

بیایید مقدار را وارد کنیم ، شماره موج نامیده می شود. این نشان می دهد که چند طول موج در یک فاصله مناسب است برابر با واحدطول. حالا قانون نوسانات یک ذره از یک محیط واقع در فاصله اساز منبعی که در فرم خواهیم نوشت

این معادله جابجایی یک نقطه نوسان را تابعی از زمان و فاصله از منبع موج تعیین می کند و معادله موج صفحه نامیده می شود.

19. انرژی و شدت موج. هر ذره ای که موج به آن می رسد مرتعش می شود و بنابراین انرژی دارد. اجازه دهید یک موج با دامنه در حجم معینی از یک محیط الاستیک منتشر شود آو فرکانس چرخه ای یعنی میانگین انرژی ارتعاش در این حجم برابر است با

جایی که m -جرم حجم اختصاص داده شده از محیط.

چگالی انرژی متوسط (متوسط بیش از حجم) انرژی موج در واحد حجم محیط است

، چگالی محیط کجاست.

شدت موج- یک کمیت فیزیکی از نظر عددی برابر با انرژی است که یک موج در واحد زمان از طریق واحد سطح صفحه عمود بر جهت انتشار موج (از طریق یک واحد سطح جبهه موج) منتقل می کند.

توان موج متوسط میانگین کل انرژی است که توسط موج در واحد زمان از سطحی با مساحت منتقل می شود اس. قدرت موج متوسط را با ضرب شدت موج در مساحت بدست می آوریم اس

20.اصل برهم نهی (همپوشانی).اگر امواج از دو یا چند منبع در یک محیط الاستیک منتشر شوند، آنگاه، همانطور که مشاهدات نشان می‌دهند، امواج از یکدیگر عبور می‌کنند بدون اینکه هیچ تأثیری روی یکدیگر بگذارند. به عبارت دیگر، امواج با یکدیگر تعامل ندارند. این با این واقعیت توضیح داده می شود که در محدوده تغییر شکل الاستیک، فشار و کشش در یک جهت به هیچ وجه بر خواص الاستیک در جهات دیگر تأثیر نمی گذارد.

بنابراین، هر نقطه در محیطی که دو یا چند موج می رسد، در نوسانات ناشی از هر موج شرکت می کند. در این حالت، جابجایی حاصل از یک ذره از محیط در هر زمان برابر است با مجموع هندسی جابجایی های ناشی از هر یک از فرآیندهای نوسانی حاصل. این جوهر اصل برهم نهی یا برهم نهی ارتعاشات است.

نتیجه اضافه شدن نوسانات به دامنه، فرکانس و اختلاف فاز فرآیندهای نوسانی حاصل بستگی دارد.

21. نوسانات منسجم -نوسانات با فرکانس یکسان و اختلاف فاز ثابت در طول زمان.

22.امواج منسجم- امواجی با فرکانس یا طول موج یکسان که اختلاف فاز آنها در یک نقطه معین از فضا در زمان ثابت می ماند.

23.تداخل امواج- پدیده افزایش یا کاهش در دامنه موج حاصل هنگام قرار گرفتن دو یا چند موج منسجم.

آ) . تداخل حداکثر شرایطاجازه دهید امواج از دو منبع منسجم در یک نقطه به هم برسند آ(شکل 96).

جابجایی ذرات متوسط در یک نقطه آ، که توسط هر موج به طور جداگانه ایجاد می شود، مطابق معادله موج در فرم می نویسیم

کجا و،، - دامنه و فاز نوسانات ناشی از امواج در یک نقطه آو - فواصل نقطه ای، - تفاوت بین این فواصل یا تفاوت در مسیر امواج.

به دلیل تفاوت در مسیر امواج، موج دوم نسبت به موج اول تاخیر دارد. این بدان معنی است که فاز نوسانات در موج اول جلوتر از فاز نوسانات در موج دوم است، یعنی. . اختلاف فاز آنها در طول زمان ثابت می ماند.

برای اینکه به اصل مطلب برسیم آذرات با حداکثر دامنه نوسان می کنند، تاج هر دو موج یا فرورفتگی آنها باید به نقطه برسد. آبه طور همزمان در همان فازها یا با اختلاف فاز برابر با، که در آن n -یک عدد صحیح، و - دوره توابع سینوس و کسینوس است،

بنابراین در اینجا شرط حداکثر تداخل را در فرم می نویسیم

کجا یک عدد صحیح است.

بنابراین، هنگامی که امواج منسجم روی هم قرار می گیرند، دامنه نوسان حاصل حداکثر است اگر تفاوت در مسیرهای موج برابر با یک عدد صحیح از طول موج ها باشد.

ب) شرایط حداقل تداخل. دامنه نوسان حاصل در یک نقطه آاگر تاج و فرورفتگی دو موج منسجم به طور همزمان به این نقطه برسد حداقل است. این بدان معنی است که صد موج در پادفاز به این نقطه می رسند، یعنی. اختلاف فاز آنها برابر یا است ، جایی که یک عدد صحیح است.

شرط حداقل تداخل را با انجام به دست می آوریم تبدیلات جبری:

بنابراین، دامنه نوسانات زمانی که دو موج منسجم روی هم قرار می گیرند، حداقل است اگر تفاوت در مسیرهای موج برابر با تعداد فرد نیمه موج باشد.

24. تداخل و قانون بقای انرژی.هنگامی که امواج در مکان های حداقل تداخل دخالت می کنند، انرژی نوسانات حاصل کمتر از انرژی امواج تداخلی است. اما در مکان های حداکثر تداخل، انرژی نوسانات حاصل از مجموع انرژی امواج تداخلی بیشتر است تا جایی که انرژی در مکان های تداخل حداقل کاهش یافته است.

هنگامی که امواج تداخل می کنند، انرژی نوسان در فضا دوباره توزیع می شود، اما قانون بقای به شدت رعایت می شود.

25.پراش موج- پدیده خم شدن موج به دور یک مانع، یعنی. انحراف از انتشار موج خط مستقیم

پراش به ویژه زمانی قابل توجه است که اندازه مانع کوچکتر از طول موج یا قابل مقایسه با آن باشد. اجازه دهید صفحه ای با سوراخ در مسیر انتشار یک موج صفحه وجود داشته باشد که قطر آن با طول موج قابل مقایسه باشد (شکل 97).

طبق اصل هویگنز، هر نقطه از سوراخ منبعی از همان امواج می شود. اندازه سوراخ آنقدر کوچک است که همه منابع امواج ثانویه آنقدر نزدیک به هم قرار دارند که می توان همه آنها را یک نقطه در نظر گرفت - یک منبع امواج ثانویه.

اگر مانعی در مسیر موج قرار گیرد که اندازه آن با طول موج قابل مقایسه باشد، طبق اصل هویگنس، لبه ها به منبع امواج ثانویه تبدیل می شوند. اما اندازه انسداد آنقدر کوچک است که می توان لبه های آن را همزمان در نظر گرفت، یعنی. خود مانع منبع نقطه ای امواج ثانویه است (شکل 97).

هنگامی که امواج روی سطح آب منتشر می شوند، پدیده پراش به راحتی مشاهده می شود. هنگامی که موج به یک میله نازک و بی حرکت می رسد، به منبع امواج تبدیل می شود (شکل 99).

25. اصل هویگنز-فرنلاگر ابعاد سوراخ به طور قابل توجهی از طول موج فراتر رود، موجی که از سوراخ عبور می کند، در یک خط مستقیم منتشر می شود (شکل 100).

اگر اندازه مانع به طور قابل توجهی از طول موج بیشتر شود، یک ناحیه سایه در پشت مانع تشکیل می شود (شکل 101). این آزمایش ها با اصل هویگنز در تضاد است. فرنل فیزیکدان فرانسوی اصل هویگنس را با ایده انسجام امواج ثانویه تکمیل کرد. هر نقطه ای که موج می رسد منبعی از همان امواج می شود، یعنی. امواج منسجم ثانویه بنابراین، امواج تنها در مکان‌هایی وجود ندارند که شرایط حداقل تداخل برای امواج ثانویه فراهم باشد.

26. موج پلاریزه- یک موج عرضی که در آن همه ذرات در یک صفحه نوسان می کنند. اگر انتهای آزاد بند ناف در یک صفحه نوسان کند، آنگاه یک موج پلاریزه صفحه در طول بند ناف منتشر می شود. اگر انتهای آزاد بند ناف در جهات مختلف نوسان داشته باشد، موج منتشر شده در طول بند ناف قطبی نمی شود. اگر مانعی به شکل یک شکاف باریک در مسیر موج غیرقطبی قرار گیرد، پس از عبور از شکاف موج قطبی می شود، زیرا شکاف اجازه می دهد تا ارتعاشات سیم از امتداد آن عبور کند.

اگر شکاف دوم در مسیر یک موج پلاریزه موازی با اول قرار گیرد، آنگاه موج آزادانه از آن عبور می کند (شکل 102).

اگر شکاف دوم در زوایای قائم به شکاف اول قرار گیرد، گسترش گاو متوقف می شود. دستگاهی که ارتعاشات رخ داده در یک صفحه خاص را انتخاب می کند، پلاریزه کننده (اولین شکاف) نامیده می شود. دستگاهی که سطح پلاریزاسیون را تعیین می کند آنالایزر نامیده می شود.

27.صدا -این فرآیند انتشار فشرده سازی و کمیاب شدن در یک محیط الاستیک، به عنوان مثال، در گاز، مایع یا فلزات است. انتشار فشرده سازی و کمیاب شدن در نتیجه برخورد مولکول ها اتفاق می افتد.

28. حجم صدااین نیروی نفوذ است موج صوتیبر پرده گوشگوش انسان که از فشار صوتی است.

فشار صدا - این فشار اضافی است که در گاز یا مایع هنگام انتشار موج صوتی ایجاد می شود.فشار صوت به دامنه ارتعاش منبع صدا بستگی دارد. اگر صدای چنگال کوک را با یک ضربه خفیف در بیاوریم، همان صدا را می گیریم. اما اگر ضربه محکم‌تر به چنگال تنظیم شود، دامنه ارتعاشات آن افزایش می‌یابد و صدای آن بلندتر می‌شود. بنابراین، بلندی صدا با دامنه ارتعاش منبع صدا تعیین می شود، یعنی. دامنه نوسانات فشار صوت

29. زیر و بمی صدابا فرکانس نوسانات تعیین می شود. هرچه فرکانس صدا بیشتر باشد، تن صدا بالاتر است.

ارتعاشات صدامطابق قانون هارمونیک به عنوان یک لحن موسیقی درک می شود. معمولاً صدا یک صدای پیچیده است که مجموعه ای از ارتعاشات با فرکانس های مشابه است.

لحن اساسی یک صدای پیچیده، آهنگ مربوط به کمترین فرکانس در مجموعه فرکانس های یک صدای معین است. تون های مربوط به فرکانس های دیگر یک صدای پیچیده را اورتون می گویند.

30. تن صدا. صداهایی با لحن اساسی یکسان از نظر تن صدا متفاوت هستند، که توسط مجموعه ای از رنگ ها تعیین می شود.

هر فرد تایم منحصر به فرد خود را دارد. بنابراین، ما همیشه می‌توانیم صدای یک نفر را از صدای یک نفر دیگر تشخیص دهیم، حتی زمانی که لحن اصلی آنها یکسان باشد.

31.سونوگرافی. گوش انسان صداهایی را درک می کند که فرکانس آنها بین 20 هرتز تا 20000 هرتز است.

صداهای با فرکانس بالای 20000 هرتز را اولتراسوند می نامند. سونوگرافی ها به شکل پرتوهای باریک حرکت می کنند و در سونار و تشخیص عیب استفاده می شوند. برای تعیین عمق بستر دریا و تشخیص عیوب در قسمت های مختلف می توان از سونوگرافی استفاده کرد.

به عنوان مثال، اگر ریل ترک نداشته باشد، سونوگرافی منتشر شده از یک سر ریل، که از انتهای دیگر آن منعکس می شود، تنها یک اکو می دهد. در صورت وجود ترک، سونوگرافی از ترک ها منعکس می شود و ابزارها چندین اکو را ضبط می کنند. برای تشخیص از سونوگرافی استفاده می شود زیردریایی ها، پرورش ماهی. خفاشبا استفاده از امواج فراصوت در فضا حرکت می کند.

32. مادون صوت- صدایی با فرکانس زیر 20 هرتز. این صداها توسط برخی از حیوانات درک می شود. منبع آنها اغلب ارتعاشات پوسته زمین در هنگام زلزله است.

33. اثر داپلروابستگی فرکانس موج درک شده به حرکت منبع یا گیرنده امواج است.

بگذارید یک قایق روی سطح دریاچه قرار بگیرد و امواج با فرکانس خاصی به سمت آن بکوبند. اگر قایق برخلاف جهت انتشار موج شروع به حرکت کند، فرکانس برخورد امواج به کناره قایق افزایش می یابد. علاوه بر این، هرچه سرعت قایق بیشتر باشد، فرکانس امواجی که به طرف برخورد می کنند بیشتر می شود. برعکس، وقتی قایق در جهت انتشار موج حرکت می کند، فرکانس ضربه ها کمتر می شود. این استدلال ها را می توان به راحتی از شکل 1 فهمید. 103.

هرچه سرعت ترافیک مقابل بیشتر باشد، زمان کمتری برای پوشش دادن فاصله بین دو نزدیکترین یال صرف می شود، یعنی. آن ها دوره کمترامواج و فرکانس موج بیشتر نسبت به قایق.

اگر ناظر ساکن باشد، اما منبع امواج در حال حرکت باشد، فرکانس موج درک شده توسط ناظر به حرکت منبع بستگی دارد.

اجازه دهید حواصیل از روی یک دریاچه کم عمق به سمت ناظر راه برود. هر بار که پایش را در آب می گذارد، امواج به صورت دایره ای از این مکان پخش می شود. و هر بار فاصله بین اولین و آخرین موج کاهش می یابد، یعنی. در فاصله کوتاه تری قرار می گیرد تعداد بزرگتربرآمدگی ها و فرورفتگی ها. بنابراین، برای یک ناظر ثابت در جهتی که حواصیل در حال راه رفتن است، فرکانس افزایش می یابد. و بالعکس، برای یک ناظر ثابت که در یک نقطه کاملا مخالف در فاصله بیشتر قرار دارد، به همان تعداد تاج و فرورفتگی وجود دارد. بنابراین، برای این ناظر فرکانس کاهش می یابد (شکل 104).

با امواجی با هر منشأ، تحت شرایط خاص، می توانید چهار پدیده ذکر شده در زیر را مشاهده کنید، که ما با استفاده از مثال امواج صوتی در هوا و امواج روی سطح آب بررسی خواهیم کرد.

انعکاس موج.بیایید آزمایشی را با یک مولد جریان فرکانس صوتی انجام دهیم که یک بلندگو (بلندگو) به آن متصل است، همانطور که در شکل نشان داده شده است. "آ". صدای سوت را خواهیم شنید. در انتهای دیگر جدول یک میکروفون متصل به اسیلوسکوپ قرار می دهیم. از آنجایی که یک سینوسی با دامنه کم روی صفحه ظاهر می شود، به این معنی است که میکروفون صدای ضعیفی را درک می کند.

اجازه دهید همانطور که در شکل "ب" نشان داده شده است، تخته را در بالای میز قرار دهیم. از آنجایی که دامنه صفحه اسیلوسکوپ افزایش یافته است، صدایی که به میکروفون می رسد بلندتر شده است. این و بسیاری از آزمایش های دیگر نشان می دهد که امواج مکانیکی با هر منشا این قابلیت را دارند که از رابط بین دو رسانه منعکس شوند.

شکست موج.بیایید به تصویر بپردازیم، که امواجی را نشان می دهد که بر روی کم عمق های ساحلی می چرخند (نمای بالا). ساحل شنی به رنگ زرد خاکستری و قسمت عمیق دریا آبی است. بین آنها یک شن و ماسه وجود دارد - آب کم عمق.

امواجی که از اعماق آب عبور می کنند در جهت فلش قرمز حرکت می کنند. در نقطه‌ای که موج می‌رود، شکست می‌شود، یعنی جهت انتشار را تغییر می‌دهد. بنابراین، فلش آبی نشان دهنده جهت جدید انتشار موج متفاوت است.

این و بسیاری مشاهدات دیگر این را نشان می دهد امواج مکانیکی با هر منشا می توانند در هنگام تغییر شرایط انتشار، به عنوان مثال، در سطح مشترک بین دو رسانه، شکسته شوند.

پراش موج.ترجمه شده از لاتین، "diffractus" به معنای "شکسته" است. در فیزیک پراش انحراف امواج از انتشار مستطیلی در یک محیط است که منجر به خم شدن آنها در اطراف موانع می شود.

حال به الگوی دیگری از امواج در سطح دریا (منظره از ساحل) نگاه کنید. امواجی که از دور به سمت ما می‌آیند توسط یک صخره بزرگ در سمت چپ پوشیده شده‌اند، اما در عین حال تا حدی اطراف آن خم می‌شوند. سنگ کوچکتر سمت راست اصلاً مانعی برای امواج نیست: آنها کاملاً دور آن می چرخند و در همان جهت پخش می شوند.

آزمایش ها نشان می دهد که پراش به وضوح در صورت طول موج فرودی آشکار می شود اندازه های بیشترموانعپشت سرش موج چنان پخش می شود که انگار هیچ مانعی وجود ندارد.

تداخل امواجما پدیده‌های مرتبط با انتشار یک موج را بررسی کردیم: بازتاب، شکست و پراش. اکنون اجازه دهید انتشار با دو یا چند موج روی همدیگر را در نظر بگیریم - پدیده تداخل(از لاتین "inter" - متقابل و "ferio" - من ضربه زدم). بیایید این پدیده را به صورت تجربی بررسی کنیم.

ما دو بلندگو را به موازات ژنراتور فرکانس صوتی متصل می کنیم. گیرنده صدا، مانند آزمایش اول، یک میکروفون خواهد بود که به یک اسیلوسکوپ متصل است.

بیایید شروع به حرکت میکروفون به سمت راست کنیم. اسیلوسکوپ نشان می دهد که صدا ضعیف تر و قوی تر می شود، با وجود اینکه میکروفون از بلندگوها دور می شود. اجازه دهید میکروفون را به خط مرکزی بین بلندگوها برگردانیم و سپس آن را به سمت چپ حرکت دهیم و دوباره از بلندگوها دور کنیم. اسیلوسکوپ دوباره ضعیف شدن و تقویت صدا را به ما نشان خواهد داد.

این و بسیاری آزمایش های دیگر این را نشان می دهد در فضایی که امواج متعددی منتشر می شوند، تداخل آنها می تواند منجر به ظهور نواحی متناوب با تقویت و تضعیف نوسانات شود.

§ 1.7. امواج مکانیکی

به نوسانات یک ماده یا میدانی که در فضا منتشر می شود، امواج می گویند. ارتعاشات ماده امواج الاستیک ایجاد می کند (یک مورد خاص صدا است).

موج مکانیکیانتشار ارتعاشات ذرات در یک محیط در طول زمان است.

امواج در یک محیط پیوسته به دلیل فعل و انفعالات بین ذرات منتشر می شوند. اگر ذره ای وارد حرکت نوسانی شود، به دلیل جفت شدن الاستیک، این حرکت به ذرات مجاور منتقل می شود و موج منتشر می شود. در این حالت، ذرات نوسانی خود همراه با موج حرکت نمی کنند، بلکه تردید کنیدنزدیک آنها موقعیت های تعادلی.

امواج طولی- اینها امواجی هستند که جهت نوسان ذرات x با جهت انتشار موج منطبق است. . امواج طولی در گازها، مایعات و جامدات منتشر می شوند.

پ
امواج اپرا- اینها امواجی هستند که جهت ارتعاش ذرات عمود بر جهت انتشار موج است. . امواج عرضی فقط در محیط جامد منتشر می شوند.

امواج دارای تناوب دوگانه هستند - در زمان و مکان. تناوب در زمان به این معنی است که هر ذره از محیط اطراف موقعیت تعادل خود نوسان می کند و این حرکت با دوره نوسان T تکرار می شود. تناوب در فضا به این معنی است که حرکت نوسانی ذرات محیط در فواصل معینی بین آنها تکرار می شود.

تناوب فرآیند موج در فضا با کمیتی به نام طول موج مشخص می شود و نشان داده می شود. .

طول موج فاصله ای است که موج در یک محیط در طول یک دوره نوسان ذرات منتشر می شود. .

از اینجا
، جایی که - دوره نوسانات ذرات، - فرکانس نوسان، - سرعت انتشار موج، بسته به خواص محیط.

به چگونه معادله موج را بنویسیم؟ بگذارید یک تکه طناب واقع در نقطه O (منبع موج) طبق قانون کسینوس نوسان کند

بگذارید نقطه مشخصی B در فاصله x از منبع (نقطه O) قرار گیرد. طول می کشد تا موجی که با سرعت v منتشر می شود به آن برسد
. این بدان معنی است که در نقطه B نوسانات بعداً شروع می شود
. به این معنا که. پس از جایگزینی عبارت برای
و یک سری تبدیل های ریاضی را دریافت می کنیم

,
. اجازه دهید نماد را معرفی کنیم:
. سپس. به دلیل خودسری بودن انتخاب نقطه B، این معادله معادله موج صفحه مورد نظر خواهد بود.
.

عبارت زیر علامت کسینوس فاز موج نامیده می شود
.

E اگر دو نقطه در فواصل متفاوت از منبع موج باشند، فازهای آنها متفاوت خواهد بود. به عنوان مثال، فازهای نقاط B و C که در فواصل قرار دارند و از منبع موج به ترتیب برابر خواهد بود

تفاوت در فازهای نوسانات رخ داده در نقطه B و در نقطه C با نشان داده خواهد شد
و برابر خواهد بود

در چنین مواردی، آنها می گویند که یک تغییر فاز Δφ بین نوسانات رخ داده در نقاط B و C وجود دارد. گفته می شود که نوسانات در نقاط B و C در فاز اگر اتفاق می افتد
. اگر
، سپس نوسانات در نقاط B و C در پادفاز رخ می دهد. در تمام موارد دیگر، به سادگی یک تغییر فاز وجود دارد.

مفهوم "طول موج" را می توان متفاوت تعریف کرد:

بنابراین k عدد موج نامیده می شود.

نماد را معرفی کردیم
و نشان داد که
. سپس

طول موج مسیری است که موج طی یک دوره نوسان طی می کند.

اجازه دهید دو مفهوم مهم در تئوری موج را تعریف کنیم.

سطح موجمکان هندسی نقاط در محیط است که در همان فاز نوسان می کند. سطح موج را می توان از هر نقطه ای در محیط رسم کرد، بنابراین تعداد آنها بی نهایت است.

سطوح موج می تواند به هر شکلی باشد و در ساده ترین حالت مجموعه ای از صفحات (اگر منبع امواج یک صفحه بی نهایت باشد)، موازی با یکدیگر یا مجموعه ای از کره های متحدالمرکز (اگر منبع امواج باشد) هستند. یک نقطه است).

جبهه موج(جبهه موج) - مکان هندسی نقاطی که نوسانات در لحظه زمان به آنها می رسد. . جبهه موج بخشی از فضا را که در فرآیند موج دخالت دارد از ناحیه ای که هنوز نوسانات در آن رخ نداده است جدا می کند. بنابراین جبهه موج یکی از سطوح موج است. دو ناحیه را از هم جدا می کند: 1 - موج در زمان t به آن رسیده است، 2 - به آن نرسیده است.

در هر لحظه از زمان فقط یک جبهه موج وجود دارد، و همیشه حرکت می کند، در حالی که سطوح موج بی حرکت می مانند (از موقعیت های تعادلی ذرات در حال نوسان در همان فاز عبور می کنند).

موج هواپیما- این موجی است که در آن سطوح موج (و جبهه موج) صفحات موازی هستند.

موج کرویموجی است که سطوح موج آن کره های متحدالمرکز هستند. معادله موج کروی:
.

هر نقطه در محیط که توسط دو یا چند موج به آن می رسد، به طور جداگانه در نوسانات ناشی از هر موج شرکت می کند. نوسان حاصل چه خواهد بود؟ این به تعدادی از عوامل، به ویژه به ویژگی های محیط بستگی دارد. اگر خواص محیط به دلیل فرآیند انتشار موج تغییر نکند، محیط را خطی می نامند. تجربه نشان می دهد که در یک محیط خطی امواج مستقل از یکدیگر منتشر می شوند. ما امواج را فقط در رسانه های خطی در نظر خواهیم گرفت. نوسان نقطه ای که دو موج همزمان به آن می رسند چقدر خواهد بود؟ برای پاسخ به این سوال، لازم است بدانیم که چگونه می توان دامنه و فاز نوسان ناشی از این تأثیر مضاعف را پیدا کرد. برای تعیین دامنه و فاز نوسان حاصل، باید جابجایی های ناشی از هر موج را پیدا کرد و سپس آنها را جمع کرد. چگونه؟ از نظر هندسی!

اصل برهم نهی (برهم نهی) امواج: هنگامی که چند موج در یک محیط خطی منتشر می شوند، هر یک از آنها به گونه ای منتشر می شوند که گویی امواج دیگری وجود ندارند و جابجایی حاصل از یک ذره از محیط در هر زمان برابر است با مجموع هندسی جابجایی هایی که ذرات با شرکت در هر یک از اجزای فرآیندهای موجی دریافت می کنند.

مفهوم مهم تئوری موج، مفهوم است انسجام - وقوع هماهنگ در زمان و مکان چندین فرآیند نوسانی یا موجی. اگر اختلاف فاز امواجی که به نقطه مشاهده می رسند به زمان بستگی نداشته باشد، چنین امواجی نامیده می شوند. منسجم. بدیهی است که تنها امواجی که فرکانس یکسانی دارند می توانند منسجم باشند.

آر بیایید در نظر بگیریم که حاصل جمع دو موج منسجم که به نقطه خاصی از فضا می رسند (نقطه مشاهده) B چه خواهد بود. برای ساده سازی محاسبات ریاضی، فرض می کنیم که امواج ساطع شده از منابع S 1 و S 2 دارای این مقدار هستند. همان دامنه و فازهای اولیه برابر با صفر است. در نقطه مشاهده (در نقطه B)، امواجی که از منابع S 1 و S 2 می آیند باعث ارتعاش ذرات محیط می شوند:
و
. نوسان حاصل را در نقطه B به صورت مجموع می یابیم.

به طور معمول، دامنه و فاز نوسان حاصل که در نقطه مشاهده اتفاق می‌افتد، با استفاده از روش نمودار برداری پیدا می‌شود که هر نوسان را به‌عنوان یک بردار در حال چرخش با سرعت زاویه‌ای ω نشان می‌دهد. طول بردار برابر با دامنه نوسان است. در ابتدا، این بردار زاویه ای با جهت انتخاب شده برابر با فاز اولیه نوسانات تشکیل می دهد. سپس دامنه نوسان حاصل با فرمول تعیین می شود.

برای مورد ما از اضافه کردن دو نوسان با دامنه
,
و فازها
,

در نتیجه، دامنه نوسانات رخ داده در نقطه B به تفاوت مسیرها بستگی دارد.
توسط هر موج به طور جداگانه از منبع تا نقطه مشاهده (
- تفاوت در مسیر امواجی که به نقطه مشاهده می رسند). حداقل یا حداکثر تداخل را می توان در نقاطی مشاهده کرد که برای آنها
. و این معادله هذلولی با تمرکز در نقاط S 1 و S 2 است.

در آن نقاطی از فضا که برای آن
، دامنه نوسانات حاصل حداکثر و برابر خواهد بود
. زیرا
، سپس دامنه نوسانات در نقاطی که برای آنها حداکثر خواهد بود.

در آن نقاطی از فضا که برای آن
، دامنه نوسانات حاصل حداقل و برابر خواهد بود
دامنه نوسانات در نقاطی که برای آنها .

پدیده توزیع مجدد انرژی ناشی از اضافه شدن تعداد محدودی امواج همدوس را تداخل می گویند.

پدیده خم شدن امواج به دور موانع را پراش می گویند.

گاهی اوقات پراش به هرگونه انحراف انتشار موج در نزدیکی موانع از قوانین گفته می شود اپتیک هندسی(اگر اندازه موانع متناسب با طول موج باشد).

ب
به لطف پراش، امواج می توانند به ناحیه یک سایه هندسی بیفتند، در اطراف موانع خم شوند، از سوراخ های کوچک روی صفحه ها نفوذ کنند و غیره. چگونه می توان ورود امواج به ناحیه یک سایه هندسی را توضیح داد؟ پدیده پراش را می توان با استفاده از اصل هویگنز توضیح داد: هر نقطه ای که موج به آن می رسد منبع امواج ثانویه (در یک محیط کروی همگن) است و پوشش این امواج موقعیت جبهه موج را در لحظه بعد تعیین می کند. به موقع.

درج از تداخل نور ببینید چه چیزی ممکن است مفید باشد

موجفرآیند انتشار ارتعاشات در فضا نامیده می شود.

سطح موج- این مکان هندسی نقاطی است که در آن نوسانات در همان فاز رخ می دهد.

جبهه موجمکان هندسی نقاطی است که موج در نقطه خاصی از زمان به آن می رسد تی. جبهه موج بخشی از فضا را که درگیر فرآیند موج است از ناحیه ای که هنوز نوسانات در آن به وجود نیامده است جدا می کند.

برای یک منبع نقطه ای، جبهه موج یک سطح کروی است که در مرکز محل منبع S. 1 قرار دارد، 2, 3 - سطوح موج؛ 1 - جبهه موج معادله یک موج کروی که در امتداد پرتوی منتشر شده از منبع: . اینجا - سرعت انتشار موج، - طول موج؛ آ- دامنه نوسانات؛ - فرکانس دایره ای (چرخه ای) نوسانات؛ - جابجایی از موقعیت تعادل نقطه ای که در فاصله ای از منبع نقطه ای در زمان t قرار دارد.

موج هواپیماموجی با جبهه موج صفحه است. معادله موج صفحه ای که در جهت محور مثبت منتشر می شود y:
، جایی که ایکس- جابجایی از موقعیت تعادل نقطه ای که در فاصله y از منبع در زمان t قرار دارد.

موج- فرآیند انتشار ارتعاشات در یک محیط الاستیک.

موج مکانیکی- اختلالات مکانیکی منتشر شده در فضا و حمل انرژی.

انواع امواج:

طولی - ذرات محیط در جهت انتشار موج در نوسان هستند - در تمام رسانه های الاستیک.

ایکس

جهت ارتعاش

نقاط محیط

عرضی - ذرات محیط عمود بر جهت انتشار موج - روی سطح مایع نوسان می کنند.

ایکس

انواع امواج مکانیکی:

امواج الاستیک - انتشار تغییر شکل های الاستیک؛

امواج روی سطح مایع

ویژگی های موج:

بگذارید A طبق قانون نوسان کند:
.

سپس B با تاخیر یک زاویه نوسان می کند
، جایی که
، یعنی

انرژی موج.

- انرژی کل یک ذره. اگر particlesN، پس کجا - اپسیلون، V - حجم.

اپسیلون– انرژی در واحد حجم موج – چگالی انرژی حجمی.

شار انرژی موج برابر است با نسبت انرژی منتقل شده توسط امواج از طریق یک سطح خاص به زمانی که در طی آن این انتقال انجام می شود:
، وات؛ 1 وات = 1 ژول بر ثانیه

چگالی شار انرژی - شدت موج- جریان انرژی از طریق واحد سطح - مقداری برابر با میانگین انرژی منتقل شده توسط یک موج در واحد زمان در واحد سطح مقطع.

[W/m2]

وکتور Umov- بردار I که جهت انتشار موج را نشان می دهد و برابر با شار انرژی موجی است که از واحد سطح عمود بر این جهت عبور می کند:

مشخصات فیزیکی موج:

نوسانی:

دامنه

موج:

طول موج
سرعت موج
شدت

نوسانات پیچیده (آرامش) - متفاوت از سینوسی.

تبدیل فوریه- هر تابع تناوبی پیچیده را می توان به عنوان مجموع چندین تابع ساده (هارمونیک) نشان داد که دوره های آنها مضربی از دوره تابع مختلط است - این تحلیل هارمونیک است. در آنالیزورها رخ می دهد. نتیجه طیف هارمونیک یک ارتعاش پیچیده است:

صدا -ارتعاشات و امواجی که روی گوش انسان اثر کرده و باعث ایجاد حس شنوایی می شود.

ارتعاشات و امواج صوتی مورد خاصی از ارتعاشات و امواج مکانیکی هستند. انواع صداها:

تن- صدا، که یک فرآیند دوره ای است:

چنگال تنظیم ساده - هارمونیک
پیچیده - ناهارمونیک - گفتار، موسیقی

یک لحن پیچیده را می توان به لحن های ساده تقسیم کرد. کمترین فرکانس چنین تجزیه تون پایه است، هارمونیک های باقی مانده (Overtones) دارای فرکانس برابر با 2 هستند. و دیگران. مجموعه ای از فرکانس ها که شدت نسبی آنها را نشان می دهد طیف صوتی است.

سر و صدا -صدایی با وابستگی زمانی پیچیده و غیر تکراری (خش خش، جیغ، کف زدن). طیف پیوسته است.

ویژگی های فیزیکی صدا:

ویژگی های حس شنوایی:

ارتفاع- با فرکانس موج صوتی تعیین می شود. هرچه فرکانس بیشتر باشد، تن صدا بالاتر است. صدایی با شدت بیشتر کمتر است.

تایمبر- توسط طیف آکوستیک تعیین می شود. هر چه تون بیشتر باشد، طیف غنی تر است.

جلد- سطح حس شنوایی را مشخص می کند. بستگی به شدت و فرکانس صدا دارد. روانی قانون وبر-فچنر: در صورت افزایش تحریک در پیشرفت هندسی(به تعداد یکسان)، سپس احساس این تحریک در پیشرفت حسابی (به همان میزان) افزایش می یابد.

، که در آن E بلندی صدا است (در پس زمینه اندازه گیری می شود).
- سطح شدت (برحسب بل اندازه گیری می شود). 1 bel - تغییر در سطح شدت، که مربوط به تغییر شدت صدا به میزان 10 برابر است. K - ضریب تناسب، به فرکانس و شدت بستگی دارد.

رابطه بین بلندی صدا و شدت صدا است منحنی های حجم برابر، بر اساس داده های تجربی (آنها صدایی با فرکانس 1 کیلوهرتز ایجاد می کنند، شدت را تغییر می دهند تا زمانی که یک حس شنوایی ایجاد شود، شبیه به احساس حجم صدای مورد مطالعه). با دانستن شدت و فرکانس، می توانید پس زمینه را پیدا کنید.

شنوایی سنجی- روش اندازه گیری حدت شنوایی دستگاه شنوایی سنج است. منحنی به دست آمده یک ادیوگرام است. آستانه حس شنوایی در فرکانس های مختلف تعیین و مقایسه می شود.

سطح سنج صدا - اندازه گیری سطح نویز.

در کلینیک: سمع – گوشی پزشکی/فونندوسکوپ. فونندوسکوپ یک کپسول توخالی با غشاء و لوله های لاستیکی است.

فونوکاردیوگرافی یک ضبط گرافیکی از پس زمینه و صداهای قلب است.

پرکاشن.

سونوگرافی- ارتعاشات و امواج مکانیکی با فرکانس بالای 20 کیلوهرتز تا 20 مگاهرتز. امیترهای اولتراسوند، تابشگرهای الکترومکانیکی هستند که بر اساس اثر پیزوالکتریک (جریان متناوب به الکترودها با کوارتز بین آنها) ساخته شده اند.

طول موج اولتراسوند کمتر از طول موج صدا است: 1.4 متر - صدا در آب (1 کیلوهرتز)، 1.4 میلی متر - اولتراسوند در آب (1 مگاهرتز). سونوگرافی به خوبی در مرز استخوان-پریوستئوم-عضله منعکس می شود. سونوگرافی به بدن انسان نفوذ نمی کند مگر اینکه با روغن (لایه هوا) روغن کاری شود. سرعت انتشار اولتراسوند به محیط بستگی دارد. فرآیندهای فیزیکی: میکرو ارتعاشات، تخریب بیوماکرومولکول ها، بازسازی و آسیب به غشاهای بیولوژیکی، اثرات حرارتی، تخریب سلول ها و میکروارگانیسم ها، کاویتاسیون. در کلینیک: تشخیص (انسفالوگرافی، قلب، سونوگرافی)، فیزیوتراپی (800 کیلوهرتز)، اسکالپل اولتراسونیک، صنعت داروسازی، استئوسنتز، عقیم سازی.

مادون صوت- امواج با فرکانس کمتر از 20 هرتز. اثر نامطلوب- تشدید در بدن

ارتعاشات. اثرات مفید و مضر. ماساژ دادن. بیماری ارتعاشی.

اثر داپلر- تغییر در فرکانس امواج درک شده توسط ناظر (گیرنده موج) به دلیل حرکت نسبی منبع موج و ناظر.

مورد 1: N به I نزدیک می شود.

مورد 2: و به N نزدیک می شود.

مورد 3: نزدیک شدن و دور شدن I و N از یکدیگر:

سیستم: ژنراتور اولتراسونیک – گیرنده – ثابت نسبت به محیط. جسم در حال حرکت است. او سونوگرافی را با فرکانس دریافت می کند
، آن را منعکس می کند، آن را به گیرنده می فرستد که یک موج اولتراسونیک با فرکانس دریافت می کند
. تفاوت فرکانس - تغییر فرکانس داپلر:
. برای تعیین سرعت جریان خون و سرعت حرکت دریچه استفاده می شود.