Mekanik dalgalar ve özellikleri. Dalga

Dalgalar. Dalgaların genel özellikleri.

Dalga - bu, kendisiyle birlikte enerji taşıyan fiziksel bir niceliğin değişiminin (pertürbasyonunun) zaman içinde uzayda yayılma olgusudur.

Dalganın doğası ne olursa olsun, enerji aktarımı madde aktarımı olmadan gerçekleşir; ikincisi sadece ortaya çıkabilir yan etki. Enerji transferi- sadece "yerel" enerji dönüşümlerinin meydana geldiği dalgalar ve salınımlar arasındaki temel fark. Dalgalar, kural olarak, kaynak yerlerinden önemli mesafeler kat edebilirler. Bu nedenle dalgalara bazen " yayıcıdan ayrılmış titreşim».

Dalgalar sınıflandırılabilir

Doğası gereği:

Elastik dalgalar - sıvı, katı ve gazda yayılan dalgalar farklı ortamlar ah elastik kuvvetlerin etkisinden dolayı.

Elektromanyetik dalgalar- elektromanyetik alanın uzayda yayılması (durum değişikliği).

Bir sıvının yüzeyindeki dalgalar- Bir sıvı ve bir gaz veya bir sıvı ve bir sıvı arasındaki arayüzde meydana gelen çeşitli dalgaların geleneksel adı. Sudaki dalgalar, temel salınım mekanizmasında (kılcal, yerçekimi, vb.) farklılık gösterir, bu da farklı dağılım yasalarına ve sonuç olarak bu dalgaların farklı davranışlarına yol açar.

Ortamın parçacıklarının salınım yönüne göre:

Uzunlamasına dalgalar - ortamın parçacıkları salınır paralel dalga yayılımı yönünde (örneğin ses yayılımı durumunda olduğu gibi).

Enine dalgalar - ortamın parçacıkları salınır dik dalga yayılma yönü (elektromanyetik dalgalar, ortam ayırma yüzeylerindeki dalgalar).

a - enine; b - boyuna.

karışık dalgalar.

Dalga cephesinin geometrisine göre:

Dalga yüzeyi (dalga önü), pertürbasyonun zaman içinde belirli bir ana ulaştığı noktaların yeridir. Homojen bir izotropik ortamda, dalga yayılma hızı tüm yönlerde aynıdır, yani ön tarafın tüm noktaları bir fazda salınır, ön taraf dalga yayılma yönüne diktir ve salınım miktarı değerleri cephenin tüm noktalarında aynıdır.

düz dalga - faz düzlemleri dalga yayılma yönüne dik ve birbirine paraleldir.

küresel dalga - eşit fazların yüzeyi bir küredir.

Silindirik dalga - fazların yüzeyi bir silindire benzer.

Sarmal dalga - radyasyon sürecinde küresel veya silindirik bir kaynak / dalga kaynağı belirli bir kapalı eğri boyunca hareket ederse oluşur.

düzlem dalga

Bir dalga, dalga yüzeyleri dalganın faz hızına dik, birbirine paralel düzlemler ise düz denir. = f(x, t)).

X ekseni boyunca zayıflama olmaksızın homojen bir ortamda yayılan bir düzlem monokromatik (tek frekanslı) sinüzoidal dalgayı ele alalım.

,nerede

Bir dalganın faz hızı, dalga yüzeyinin hızıdır (ön),

- dalga genliği - değişen değerin denge konumundan maksimum sapmasının modülü,

– döngüsel frekans, T – salınım periyodu, – dalga frekansı (salınımlara benzer)

k - dalga numarası, uzaysal frekans anlamına gelir,

Dalganın bir başka özelliği de dalga boyu m, dalganın bir salınım periyodu boyunca yayıldığı mesafedir, uzaysal bir periyot anlamına gelir, bu bir fazda salınan noktalar arasındaki en kısa mesafedir.


y

Dalga boyu, zaman ilişkisine benzer bir ilişki ile dalga sayısı ile ilişkilidir.

Dalga sayısı, döngüsel frekans ve dalga yayılma hızı ile ilgilidir.


x
y
y

Şekiller, belirtilen zaman ve uzay periyotlarına sahip bir dalganın bir osilogramını (a) ve bir anlık görüntüsünü (b) göstermektedir. Durağan salınımlardan farklı olarak, dalgaların iki ana özelliği vardır: zamansal periyodiklik ve uzaysal periyodiklik.

Dalgaların genel özellikleri:


  1. Dalgalar enerji taşır.
Dalga yoğunluğu, bir elektromanyetik veya ses dalgasının, dalga yayılma yönüne dik olarak yerleştirilmiş bir yüzeyin birim alanı boyunca birim zamanda aktardığı zaman-ortalama enerjidir. Dalganın şiddeti, genliğinin karesi ile orantılıdır.I=W/t∙S, burada W enerjidir, t zamandır, S cephenin alanıdır. ben=[W/m2]. Ayrıca, herhangi bir dalganın yoğunluğu, I=wv ile belirlenebilir, burada v, dalga yayılma hızıdır (grup).

2. Dalgalar cisimlere baskı uygular (momentum vardır).

3. Bir ortamdaki bir dalganın hızı, dalganın frekansına - dağılıma bağlıdır.Böylece dalgalar farklı frekanslar aynı ortamda farklı hızlarda (faz hızı) yayılır.

4. Dalgalar engellerin etrafında bükülür - kırınım.

Kırınım, engelin boyutu dalga boyu ile karşılaştırılabilir olduğunda meydana gelir.

5. İki ortam arasındaki arayüzde dalgalar yansıtılır ve kırılır.

Gelme açısı yansıma açısına eşittir ve gelme açısının sinüsünün kırılma açısının sinüsüne oranı bu iki ortam için sabit bir değerdir.


6. Tutarlı dalgalar üst üste bindirildiğinde (bu dalgaların herhangi bir noktada faz farkı zaman içinde sabittir), girişim yaparlar - kararlı bir girişim minimum ve maksimum modeli oluşur.

Dalgaların faz farkı zamana bağlı değilse, dalgalara ve onları harekete geçiren kaynaklara tutarlı denir. Dalgaların faz farkı zamanla değişiyorsa, dalgalar ve onları heyecanlandıran kaynaklar tutarsız olarak adlandırılır.

Yalnızca, aynı yönde salınımların meydana geldiği aynı frekanstaki dalgalar (yani, tutarlı dalgalar) girişim yapabilir. Girişim sabit veya sabit olmayabilir. Sadece tutarlı dalgalar durağan bir girişim deseni verebilir. Örneğin, iki uyumlu nokta kaynaktan yayılan, su yüzeyindeki iki küresel dalga, girişim üzerine ortaya çıkan bir dalga üretecektir. Ortaya çıkan dalganın önü bir küre olacaktır.

Dalgalar karıştığında, enerjileri toplanmaz. Dalgaların girişimi, ortamın birbirine yakın çeşitli parçacıkları arasındaki salınımların enerjisinin yeniden dağılımına yol açar. Bu, enerjinin korunumu yasasıyla çelişmez, çünkü ortalama olarak, geniş bir uzay bölgesi için ortaya çıkan dalganın enerjisi, müdahale eden dalgaların enerjilerinin toplamına eşittir.

Tutarsız dalgalar üst üste bindirildiğinde, ortaya çıkan dalganın kare genliğinin ortalama değeri, üst üste binen dalgaların kare genliklerinin toplamına eşittir. Ortamın her noktasının ortaya çıkan salınımlarının enerjisi, ayrı ayrı tüm tutarsız dalgalar nedeniyle salınımlarının enerjilerinin toplamına eşittir.

7. Dalgalar ortam tarafından emilir. Kaynaktan uzaklaştıkça dalganın enerjisi kısmen ortama aktarıldığı için dalganın genliği azalır.

8. Dalgalar homojen olmayan bir ortamda saçılır.

Saçılma - ortamın homojen olmamalarından ve bu ortama yerleştirilen saçılma nesnelerinin neden olduğu dalga alanlarındaki bozulmalar. Saçılma yoğunluğu homojen olmayanların boyutuna ve dalganın frekansına bağlıdır.

mekanik dalgalar. Ses. Ses karakteristiği .

Dalga- uzayda yayılan pertürbasyon.

Dalgaların genel özellikleri:


  • enerji taşımak;

  • momentuma sahip olmak (vücutlara baskı uygulamak);

  • iki ortamın sınırında yansıtılır ve kırılır;

  • çevre tarafından emilir;

  • kırınım;

  • parazit yapmak;

  • dağılım;

  • Dalgaların hızı, içinden geçtiği ortama bağlıdır.

  1. Mekanik (elastik) dalgalar.
Elastik (katı, sıvı veya gaz) bir ortamın bir yerinde parçacık titreşimleri uyarılırsa, ortamın atomlarının ve moleküllerinin etkileşimi nedeniyle, titreşimler bir noktadan diğerine sonlu bir hızla iletilmeye başlar. ortamın yoğunluğu ve elastik özellikleri. Bu fenomene mekanik veya elastik dalga denir. dikkat, ki mekanik dalgalar boşlukta yayılamaz.

Mekanik dalgaların özel bir durumu - bir sıvının yüzeyindeki dalgalar Bir sıvının serbest yüzeyi boyunca veya iki karışmaz sıvı arasındaki arayüzde ortaya çıkan ve yayılan dalgalar. Etkisi altında oluşurlar. dış etki, bunun sonucunda sıvının yüzeyi denge durumundan çıkarılır. Bu durumda dengeyi yeniden sağlayan kuvvetler ortaya çıkar: yüzey gerilimi ve yerçekimi kuvvetleri.

Mekanik dalgalar iki tiptir


Çekme ve basma gerilmelerinin eşlik ettiği boyuna dalgalar, herhangi bir elastik ortamda yayılabilir: gazlar, sıvılar ve katılar. Enine dalgalar, kayma deformasyonu sırasında elastik kuvvetlerin ortaya çıktığı ortamlarda, yani katılarda yayılır.

Basit harmonik veya sinüzoidal dalgalar, uygulama için oldukça ilgi çekicidir. Düzlem sinüs dalgası denklemi:

- sözde dalga sayısı ,

dairesel frekans ,

ANCAK - parçacık salınım genliği.

Şekil, zaman içinde iki noktada enine bir dalganın "anlık görüntülerini" göstermektedir: t ve t + Δt. Δt süresi boyunca, dalga OX ekseni boyunca υΔt kadar hareket etti. Bu tür dalgalara hareketli dalgalar denir.

Dalga boyu λ, aynı fazlarda salınan, OX ekseni üzerindeki iki bitişik nokta arasındaki mesafedir. Dalga boyu λ'ya eşit bir mesafe, dalga bir T periyodu boyunca ilerler, bu nedenle,

λ = υT, burada υ dalga yayılma hızıdır.

Dalga sürecinin grafiğinde seçilen herhangi bir nokta için (örneğin, A noktası için), bu noktanın x-koordinatı t zamanında değişir ve ifadenin değeri ωt – kx değişmez. Δt zaman aralığından sonra, A noktası belirli bir Δx = υΔt mesafesi boyunca OX ekseni boyunca hareket edecektir. Sonuç olarak: ωt – kx = ω(t + Δt) – k(x + Δx) = sabit veya ωΔt = kΔx.

Bu şu anlama gelir:

Böylece, seyahat eden bir sinüzoidal dalga, zaman ve uzayda çift periyodikliğe sahiptir. Zaman periyodu, ortamın parçacıklarının salınım periyoduna T eşittir, uzaysal periyot uzunluğa eşit dalgalar λ. Dalga sayısı, dairesel frekansın uzaysal analogudur.


  1. Ses.
Ses- bunlar elastik ortamlarda yayılır - gazlar, sıvılar ve katılar- işitme organları tarafından algılanan mekanik titreşimler. Ses, oldukça düşük yoğunluklu bir dalgadır.İşitilebilir ses frekanslarının aralığı, yaklaşık 20 Hz ile 20 kHz aralığındadır. Frekansı 20 Hz'den küçük olan dalgalara denir. kızılötesi ve 20 kHz'den daha yüksek bir frekansla - ultrason. Frekansı Hz'den Hz'e kadar olan dalgalara denir. hipersonik. Ses olaylarını inceleyen fizik dalına akustik denir.

Herhangi bir salınımlı süreç bir denklem ile tanımlanır. Ayrıca ses titreşimleri için türetilmiştir:

Ses dalgalarının temel özellikleri



Sesin öznel algısı

(hacim, perde, tını)



Sesin nesnel fiziksel özellikleri

(hız, yoğunluk, spektrum)



Herhangi bir gaz halindeki ortamdaki ses hızı aşağıdaki formülle hesaplanır:

β - ortamın adyabatik sıkıştırılabilirliği,

ρ - yoğunluk.


  1. Ses uygulama
Ekolokasyon yeteneğine sahip bilinen hayvanlar yarasalar ve yunuslardır. Mükemmellikleri açısından, bu hayvanların ekolokatörleri aşağı değildir, ancak birçok açıdan (güvenilirlik, doğruluk, enerji verimliliği açısından) modern insan yapımı ekolokatörleri geride bırakırlar.

Su altında kullanılan yankı sirenlerine sonar veya sonar denir (sonar adı üç harfin ilk harflerinden türetilmiştir. ingilizce kelimeler: ses - ses; navigasyon - navigasyon; aralık - aralık). Sonarlar, deniz tabanını (profili, derinliği) incelemek, su altında hareket eden çeşitli nesneleri tespit etmek ve incelemek için vazgeçilmezdir. Onların yardımı ile hem bireysel büyük nesneler veya hayvanlar hem de küçük balık veya yumuşakça sürüleri kolayca tespit edilebilir.

Ultrasonik frekans dalgaları tıpta yaygın olarak kullanılmaktadır. teşhis amaçlı. Ultrason tarayıcılar incelemenizi sağlar iç organlar kişi. Ultrasonik radyasyon, insanlar için x-ışınlarından daha az zararlıdır.

Elektromanyetik dalgalar.

Onların özellikleri.

elektromanyetik dalga uzayda zamanla yayılan elektromanyetik bir alandır.

Elektromanyetik dalgalar sadece hızlı hareket eden yükler tarafından uyarılabilir.

Elektromanyetik dalgaların varlığı, 1864'te büyük İngiliz fizikçi J. Maxwell tarafından teorik olarak tahmin edildi. Yasanın yeni bir yorumunu önerdi elektromanyetik indüksiyon Faraday ve fikirlerini daha da geliştirdi.

Manyetik alandaki herhangi bir değişiklik, çevreleyen alanda bir girdap oluşturur. Elektrik alanı, zamanla değişen bir elektrik alanı çevreleyen alanda bir manyetik alan oluşturur.

Şekil 1. Alternatif bir elektrik alanı, alternatif bir manyetik alan oluşturur ve bunun tersi de geçerlidir.

Maxwell'in teorisine dayanan elektromanyetik dalgaların özellikleri:

Elektromanyetik dalgalar enine – vektörler ve birbirlerine diktirler ve yayılma yönüne dik bir düzlemde bulunurlar.

Şekil 2. Bir elektromanyetik dalganın yayılması

Elektrik ve manyetik alan bir fazda hareket eden bir dalga değişikliğinde.

Hareket eden bir elektromanyetik dalgadaki vektörler, vektörlerin sağ üçlüsünü oluşturur.

Vektörlerin salınımları ve fazda meydana gelir: aynı zamanda, uzayda bir noktada, elektrik ve manyetik alanların kuvvetlerinin projeksiyonları maksimum, minimum veya sıfıra ulaşır.

Elektromanyetik dalgalar madde içinde yayılır. son hız

Nerede - ortamın dielektrik ve manyetik geçirgenliği (ortamdaki bir elektromanyetik dalganın yayılma hızı bunlara bağlıdır),

Elektrik ve manyetik sabitler.

Elektromanyetik dalgaların vakumdaki hızı



Elektromanyetik enerjinin akı yoğunluğu veyayoğunluk J Birim alan yüzeyi boyunca birim zamanda bir dalga tarafından taşınan elektromanyetik enerjiye denir:

,


Burada , ve υ ifadelerini değiştirerek ve bir elektromanyetik dalgadaki elektrik ve manyetik alanların hacimsel enerji yoğunluklarının eşitliğini hesaba katarak, şunu elde edebiliriz:

Elektromanyetik dalgalar polarize edilebilir.

Aynı şekilde elektromanyetik dalgalar dalgaların tüm temel özelliklerine sahip : enerji taşırlar, momentuma sahiptirler, iki ortam arasındaki arayüzde yansıtılırlar ve kırılırlar, ortam tarafından emilirler, dağılım, kırınım ve girişim özellikleri sergilerler.

Hertz deneyleri (elektromanyetik dalgaların deneysel tespiti)

İlk kez elektromanyetik dalgalar deneysel olarak incelendi

1888'de Hertz. Başarılı bir elektromanyetik salınım jeneratörü (Hertz vibratör) tasarımı ve bunları rezonans yöntemiyle tespit etmek için bir yöntem geliştirdi.

Vibratör, uçlarında bir kıvılcım aralığı oluşturan metal bilyelerin bulunduğu iki doğrusal iletkenden oluşuyordu. İndüksiyondan karkasa yüksek voltaj uygulandığında, boşlukta bir kıvılcım sıçradı, boşluğu kısa devre yaptı. Yanması sırasında devrede çok sayıda salınım meydana geldi. Alıcı (rezonatör), kıvılcım aralığı olan bir telden oluşuyordu. Rezonansın varlığı, vibratörde ortaya çıkan bir kıvılcıma yanıt olarak rezonatörün kıvılcım aralığındaki kıvılcımların görünümünde ifade edildi.

Böylece, Hertz'in deneyleri, Maxwell'in teorisi için sağlam bir temel sağladı. Maxwell'in öngördüğü elektromanyetik dalgaların pratikte gerçekleştiği ortaya çıktı.

TELSİZ HABERLEŞME ESASLARI

Radyo iletişimi radyo dalgalarını kullanarak bilgi iletimi ve alımı.

24 Mart 1896'da, Rus Fizik ve Kimya Derneği Fizik Bölümü'nün bir toplantısında Popov, araçlarını kullanarak, dünyanın ilk iki kelimeli radyogramı "Heinrich" i ileterek, 250 m'lik bir mesafeden sinyallerin iletimini açıkça gösterdi. Hertz".

ALICI A.S.'NİN ŞEMASI POPOV

Popov radyo telgraf iletişimini kullandı (farklı sürelerdeki sinyallerin iletimi), bu tür iletişim yalnızca bir kod kullanılarak gerçekleştirilebilir. Hertz vibratörlü bir kıvılcım vericisi, bir radyo dalgası kaynağı olarak kullanıldı ve bir alıcı, bir elektromanyetik dalga çarptığında direnci yüzlerce kez düşen metal dolgulu bir cam tüp olan bir bağdaştırıcı olarak kullanıldı. Tutarlılığın hassasiyetini arttırmak için, uçlarından biri topraklandı ve diğeri Dünya'nın üzerinde yükseltilmiş bir kabloya bağlandı, antenin toplam uzunluğu bir dalga boyunun çeyreğiydi. Kıvılcım verici sinyali hızla bozulur ve uzun mesafelerde iletilemez.

Telsiz telefon iletişimi (konuşma ve müzik) yüksek frekanslı modülasyonlu bir sinyal kullanır. Düşük (ses) frekans sinyali bilgi taşır, ancak pratik olarak yayılmaz ve yüksek frekans sinyali iyi yayılır, ancak bilgi taşımaz. Modülasyon, telsiz telefon iletişimi için kullanılır.

Modülasyon - HF ve LF sinyalinin parametreleri arasında bir yazışma kurma süreci.

Radyo mühendisliğinde çeşitli modülasyon türleri kullanılır: genlik, frekans, faz.

genlik modülasyonu - salınımların frekansından çok daha düşük bir frekansta meydana gelen salınımların genliğinde (elektrik, mekanik vb.) değişiklik.

Yüksek frekanslı harmonik salınım ω, düşük frekanslı harmonik salınım Ω ile modüle edilir (t = 1/Ω periyodudur), t zamandır, A yüksek frekanslı salınımın genliğidir, T periyodudur.

AM sinyalini kullanan radyo iletişim şeması

AM osilatörü

RF sinyalinin genliği, LF sinyalinin genliğine göre değişir, daha sonra modüle edilmiş sinyal, verici anten tarafından yayınlanır.

Radyo alıcısında, alıcı anten radyo dalgalarını alır, salınım devresinde, rezonans nedeniyle, devrenin ayarlandığı sinyal (verici istasyonun taşıyıcı frekansı) seçilir ve yükseltilir, ardından düşük frekanslı bileşen sinyali seçilmelidir.

dedektör radyo

Tespit etme - yüksek frekanslı bir sinyali düşük frekanslı bir sinyale dönüştürme işlemi. Algılamadan sonra alınan sinyal, verici mikrofona etki eden ses sinyaline karşılık gelir. Amplifikasyondan sonra düşük frekanslı titreşimler sese dönüştürülebilir.

Dedektör (demodülatör)

Diyot, alternatif akımı düzeltmek için kullanılır.

a) AM sinyali, b) algılanan sinyal

RADAR

algılama ve kesin tanım nesnelerin konumu ve radyo dalgalarını kullanarak hareketlerinin hızına denir radar . Radarın prensibi, elektromanyetik dalgaların metallerden yansıma özelliğine dayanmaktadır.

1 - dönen anten; 2 - anten anahtarı; 3 - verici; 4 - alıcı; 5 - tarayıcı; 6 - mesafe göstergesi; 7 - yön göstergesi.

Radar için yüksek frekanslı radyo dalgaları (VHF) kullanılır, onların yardımıyla yönlü bir ışın kolayca oluşturulur ve radyasyon gücü yüksektir. Metre ve desimetre aralığında - vibratörlerin kafes sistemleri, santimetre ve milimetre aralığında - parabolik yayıcılar. Konum, hem sürekli (bir hedefi tespit etmek için) hem de darbeli (bir nesnenin hızını belirlemek için) modda gerçekleştirilebilir.

Radarın uygulama alanları:


  • Havacılık, uzay, donanma: gemilerin her türlü hava koşulunda ve günün herhangi bir saatinde trafik güvenliği, çarpışmalarının önlenmesi, kalkış güvenliği vb. uçak inişleri.

  • Savaş: düşman uçaklarının veya füzelerinin zamanında tespiti, uçaksavar ateşinin otomatik olarak ayarlanması.

  • Gezegen radarı: onlara olan mesafeyi ölçmek, yörüngelerinin parametrelerini belirlemek, dönme periyodunu belirlemek, yüzey topografyasını gözlemlemek. Eski Sovyetler Birliği'nde (1961) - Venüs, Merkür, Mars, Jüpiter'in radarı. ABD ve Macaristan'da (1946) - ayın yüzeyinden yansıyan bir sinyal alma deneyi.
televizyon

Telekomünikasyon şeması temel olarak radyo iletişim şemasıyla örtüşmektedir. Fark şu ki, bunun dışında ses sinyali verici ve alıcının çalışmasını senkronize etmek için bir görüntü ve kontrol sinyalleri (hat değişikliği ve çerçeve değişikliği) iletilir. Vericide, bu sinyaller modüle edilir ve iletilir, alıcıda anten tarafından alınır ve her biri kendi yolunda işlemeye gider.

Bir ikonoskop kullanarak bir görüntüyü elektromanyetik salınımlara dönüştürmek için olası şemalardan birini düşünün:

Optik bir sistem yardımıyla mozaik ekrana bir görüntü yansıtılır, fotoelektrik etki nedeniyle ekran hücreleri farklı bir pozitif yük kazanır. Elektron tabancası, ekranda hareket eden ve pozitif yüklü hücreleri boşaltan bir elektron ışını üretir. Her hücre bir kapasitör olduğundan, yükteki bir değişiklik, değişen bir voltajın ortaya çıkmasına neden olur - bir elektromanyetik salınım. Sinyal daha sonra yükseltilir ve modülasyon cihazına beslenir. Bir kineskopta, video sinyali bir görüntüye dönüştürülür (kineskopun çalışma prensibine bağlı olarak farklı şekillerde).

Televizyon sinyali radyodan çok daha fazla bilgi taşıdığı için çalışma yüksek frekanslarda (metre, desimetre) yapılır.

Radyo dalgalarının yayılması.
Radyo dalgası -(10 4) aralığında bir elektromanyetik dalgadır.

Bu serinin her bölümü, avantajlarının en iyi şekilde kullanılabileceği yerlerde uygulanır. Farklı aralıklardaki radyo dalgaları farklı mesafelerde yayılır. Radyo dalgalarının yayılımı atmosferin özelliklerine bağlıdır. Dünyanın yüzeyi, troposfer ve iyonosfer de radyo dalgalarının yayılması üzerinde güçlü bir etkiye sahiptir.


Radyo dalgalarının yayılması- bu, uzaydaki radyo aralığının elektromanyetik salınımlarını bir yerden diğerine, özellikle bir vericiden bir alıcıya iletme işlemidir.
Farklı frekanslardaki dalgalar farklı davranır. Uzun, orta, kısa ve ultra kısa dalgaların yayılmasının özelliklerini daha ayrıntılı olarak ele alalım.
Uzun dalgaların yayılması.

Uzun dalgalar (>1000 m) yayılır:


  • Dünyanın küresel yüzeyindeki kırınım nedeniyle 1-2 bin km'ye kadar olan mesafelerde. Dolaşmak mümkün Toprak(Şekil 1). Daha sonra yayılmaları, küresel dalga kılavuzunun yönlendirme etkisi nedeniyle yansımadan gerçekleşir.

Pirinç. bir

Bağlantı kalitesi:

alım kararlılığı Resepsiyonun kalitesi günün saatine, yıla, hava koşullarına bağlı değildir.

Kusurlar:

Yayılırken dalganın güçlü absorpsiyonundan dolayı yeryüzü büyük bir anten ve güçlü bir verici gereklidir.

Atmosferik deşarjlar (yıldırım) karışır.

Kullanım:


  • Menzil, radyo yayıncılığı, radyotelgraf, radyo navigasyon hizmetleri ve denizaltılarla iletişim için kullanılır.

  • Doğru zaman sinyalleri ve meteorolojik raporlar yayınlayan az sayıda radyo istasyonu vardır.
Orta dalgaların yayılması

Orta dalgalar ( =100..1000 m) yayılır:


  • Uzun dalgalar gibi, dünya yüzeyinin etrafında bükülebilirler.

  • Kısa dalgalar gibi, iyonosferden tekrar tekrar yansıtılabilirler.
Vericiden uzun mesafelerde, alım gündüzleri zayıf olabilir, ancak geceleri alım iyileşir. Resepsiyonun gücü de yılın zamanına bağlıdır. Böylece, gündüzleri kısa ve geceleri - uzun süre yayılırlar.

Bağlantı kalitesi:


  • Kısa iletişim aralığı. Orta dalga istasyonları bin kilometre içinde duyulabilir. Ancak yüksek düzeyde atmosferik ve endüstriyel müdahale var.
Kullanım:

  • Resmi ve amatör iletişimin yanı sıra esas olarak yayın için kullanılır.
Yaymakısa dalgalar

Kısa dalgalar (=10..100 m) yayılır:


  • İyonosferden ve dünya yüzeyinden tekrar tekrar yansıyan (Şekil 2)


Bağlantı kalitesi:

Kısa dalgalarda alım kalitesi, iyonosferdeki güneş aktivitesinin seviyesi, yılın zamanı ve günün saati ile ilişkili çeşitli süreçlere çok bağlıdır. Yüksek güçlü verici gerekmez. Yer istasyonları ve uzay aracı arasındaki iletişim için, iyonosferden geçmedikleri için uygun değildirler.

Kullanım:


  • Uzun mesafelerde iletişim için. Hareketli nesnelerle televizyon, radyo yayını ve radyo iletişimi için. Bölüm telgraf ve telefon radyo istasyonları vardır. Bu aralık en "nüfuslu" olanıdır.
Ultrashort dağıtımıdalgalar

Ultra kısa dalgalar (


  • Bazen bulutlardan, dünyanın yapay uydularından ve hatta aydan yansıyabilirler. Bu durumda, iletişim aralığı biraz artabilir.
Bağlantı kalitesi:

Ultra kısa dalgaların alımı, duyulabilirliğin sabitliği, solmanın olmaması ve çeşitli parazitlerin azaltılması ile karakterize edilir.

Bu dalgalar üzerinde iletişim ancak görüş hattı mesafesinde mümkündür. L(Şek. 7).


Ultra kısa dalgalar ufkun ötesine yayılmadığından, birçok ara verici - tekrarlayıcı oluşturmak gerekli hale gelir.

tekrarlayıcı- radyo iletişim hatlarının ara noktalarında bulunan, alınan sinyalleri güçlendiren ve daha fazla ileten bir cihaz.

röle- sinyallerin bir ara noktada alınması, yükseltilmesi ve aynı veya başka bir yönde iletilmesi. Yeniden iletim, iletişim aralığını artırmak için tasarlanmıştır.

Aktarmanın iki yolu vardır: uydu ve karasal.

Uydu:

Aktif bir röle uydusu, yer istasyonu sinyalini alır, yükseltir ve güçlü bir yönlü verici aracılığıyla sinyali aynı yönde veya farklı bir yönde Dünya'ya gönderir.



Zemin:

Sinyal, karasal bir analog veya dijital radyo istasyonuna veya bu tür istasyonların bir ağına iletilir ve daha sonra aynı yönde veya farklı bir yönde gönderilir.


1 - radyo vericisi,

2 - verici anten, 3 - alıcı anten, 4 - radyo alıcısı.

Kullanım:


  • Yapay dünya uyduları ile iletişim için ve
uzay roketleri. Televizyon ve radyo yayıncılığı (VHF ve FM bantları), radyo navigasyonu, radar ve hücresel iletişim için yaygın olarak kullanılır.

VHF aşağıdaki aralıklara ayrılmıştır:

metre dalgaları - 10 ila 1 metre arasında, gemiler, gemiler ve liman hizmetleri arasında telefon iletişimi için kullanılır.

desimetre - uydu iletişimi için kullanılan 1 metreden 10 cm'ye kadar.

santimetre - radarda kullanılan 10 ila 1 cm.

milimetre - 1 cm'den 1 mm'ye kadar, esas olarak tıpta kullanılır.

Ders - 14. Mekanik dalgalar.

2. Mekanik dalga.

3. Mekanik dalgaların kaynağı.

4. Noktasal dalga kaynağı.

5. Enine dalga.

6. Boyuna dalga.

7. Dalga ön.

9. Periyodik dalgalar.

10. Harmonik dalga.

11. Dalga boyu.

12. Dağıtım hızı.

13. Dalga hızının ortamın özelliklerine bağımlılığı.

14. Huygens' ilkesi.

15. Dalgaların yansıması ve kırılması.

16. Dalga yansıması yasası.

17. Dalgaların kırılma yasası.

18. Düzlem dalganın denklemi.

19. Dalganın enerjisi ve yoğunluğu.

20. Süperpozisyon ilkesi.

21. Tutarlı titreşimler.

22. Tutarlı dalgalar.

23. Dalgaların girişimi. a) girişim maksimum koşulu, b) girişim minimum koşulu.

24. Girişim ve enerjinin korunumu yasası.

25. Dalgaların kırınımı.

26. Huygens-Fresnel ilkesi.

27. Polarize dalga.

29. Ses seviyesi.

30. Ses perdesi.

31. Ses tınısı.

32. Ultrason.

33. Kızılötesi ses.

34. Doppler etkisi.

1.Dalga - bu, uzayda herhangi bir fiziksel niceliğin salınımlarının yayılma sürecidir. Örneğin, gazlardaki veya sıvılardaki ses dalgaları, bu ortamlardaki basınç ve yoğunluk dalgalanmalarının yayılmasını temsil eder. Elektromanyetik dalga, elektrik manyetik alanlarının gücündeki dalgalanmaların uzayda yayılma sürecidir.

Enerji ve momentum, maddeyi aktararak uzayda aktarılabilir. Hareket eden her cismin kinetik enerjisi vardır. Bu nedenle, maddeyi aktararak kinetik enerjiyi aktarır. Aynı vücut, ısıtılan, uzayda hareket eden, termal enerjiyi aktaran, maddeyi aktaran.

Elastik bir ortamın parçacıkları birbirine bağlıdır. Pertürbasyonlar, yani bir parçacığın denge konumundan sapmalar komşu parçacıklara aktarılır, yani. enerji ve momentum, bir parçacıktan komşu parçacıklara aktarılırken, her parçacık kendi denge konumuna yakın kalır. Böylece, zincir boyunca bir parçacıktan diğerine enerji ve momentum aktarılır ve madde aktarımı olmaz.

Dolayısıyla dalga süreci, madde aktarımı olmaksızın uzayda enerji ve momentum aktarımı sürecidir.

2. Mekanik dalga veya elastik dalga elastik bir ortamda yayılan bir pertürbasyondur (salınım). Mekanik dalgaların yayıldığı elastik ortam hava, su, tahta, metaller ve diğer elastik maddelerdir. Elastik dalgalara ses dalgaları denir.

3. Mekanik dalgaların kaynağı- titreşimli akort çatalları, teller, ses telleri gibi elastik bir ortamda bulunan salınım hareketi yapan bir gövde.

4. Noktasal dalga kaynağı - Dalganın yayıldığı mesafeye kıyasla boyutları ihmal edilebilecek bir dalga kaynağı.

5. enine dalga - ortamın parçacıklarının dalga yayılma yönüne dik bir yönde salınım yaptığı bir dalga. Örneğin, su yüzeyindeki dalgalar enine dalgalardır, çünkü su parçacıklarının titreşimleri, su yüzeyinin yönüne dik bir yönde meydana gelir ve dalga, su yüzeyi boyunca yayılır. Enine bir dalga, bir ucu sabit, diğeri dikey bir düzlemde salınan bir kablo boyunca yayılır.

Enine bir dalga, yalnızca farklı ortamların ruhu arasındaki arayüz boyunca yayılabilir.

6. boyuna dalga - dalga yayılımı yönünde titreşimlerin meydana geldiği bir dalga. Uzun sarmal bir yayda, uçlarından biri yay boyunca yönlendirilen periyodik bozulmalara maruz kalırsa, boyuna bir dalga oluşur. Yay boyunca uzanan elastik dalga, yayılan bir sıkıştırma ve gerilim dizisidir (Şekil 88).

Boyuna bir dalga, yalnızca elastik bir ortam içinde, örneğin havada, suda yayılabilir. Katılarda ve sıvılarda hem enine hem de boyuna dalgalar aynı anda yayılabilir, çünkü katı bir gövde ve bir sıvı her zaman bir yüzey ile sınırlıdır - iki ortam arasındaki arayüz. Örneğin, bir çelik çubuğa bir çekiçle ucu vurulursa, içinde elastik deformasyon yayılmaya başlayacaktır. Çubuğun yüzeyi boyunca enine bir dalga ilerleyecek ve içinde uzunlamasına bir dalga yayılacaktır (ortamın sıkışması ve seyrekleşmesi) (Şekil 89).

7. Dalga önü (dalga yüzeyi) aynı fazlarda salınan noktaların geometrik yeridir. Dalga yüzeyinde, zamanın dikkate alınan anındaki salınım noktalarının fazları aynı değere sahiptir. Sakin bir göle bir taş atılırsa, daire şeklindeki enine dalgalar, düştüğü yerden gölün yüzeyi boyunca, taşın düştüğü yerde merkezle yayılmaya başlayacaktır. Bu örnekte, dalga cephesi bir dairedir.

Küresel bir dalgada, dalga cephesi bir küredir. Bu tür dalgalar nokta kaynaklar tarafından üretilir.

Kaynaktan çok uzak mesafelerde cephenin eğriliği ihmal edilebilir ve dalga cephesi düz olarak kabul edilebilir. Bu durumda dalgaya düzlem dalga denir.

8. Kiriş - düzçizgi dalga yüzeyine normaldir. Küresel bir dalgada, ışınlar, dalga kaynağının bulunduğu merkezden kürelerin yarıçapları boyunca yönlendirilir (Şekil 90).

Düzlem dalgada, ışınlar ön yüzeye dik olarak yönlendirilir (Şekil 91).

9. Periyodik dalgalar. Dalgalardan bahsederken, uzayda yayılan tek bir pertürbasyonu kastettik.

Dalga kaynağı sürekli salınımlar yapıyorsa, ortamda birbiri ardına hareket eden elastik dalgalar ortaya çıkar. Bu tür dalgalara periyodik denir.

10. harmonik dalga- harmonik salınımlar tarafından üretilen bir dalga. Dalga kaynağı yaparsa harmonik titreşimler, daha sonra harmonik dalgalar üretir - parçacıkların bir harmonik yasaya göre salındığı dalgalar.

11. Dalga boyu. OX ekseni boyunca bir harmonik dalganın yayılmasına ve OY ekseni yönünde salınmasına izin verin. Bu dalga eninedir ve bir sinüzoid olarak temsil edilebilir (Şekil 92).

Böyle bir dalga, ipin serbest ucunun dikey düzleminde titreşimlere neden olarak elde edilebilir.

Dalga boyu, en yakın iki nokta arasındaki mesafedir. A ve B aynı fazlarda salınan (Şekil 92).

12. Dalga yayılma hızıfiziksel miktar uzayda salınımların yayılma hızına sayısal olarak eşittir. Şek. 92, salınımın noktadan noktaya yayıldığı süreyi takip eder. ANCAK diyeceğim şey şu ki AT, yani salınım periyoduna eşit bir dalga boyu mesafesi ile. Bu nedenle, dalganın yayılma hızı



13. Ortamın özelliklerine dalga yayılma hızının bağımlılığı. Bir dalga meydana geldiğinde salınımların frekansı sadece dalga kaynağının özelliklerine bağlıdır ve ortamın özelliklerine bağlı değildir. Dalga yayılma hızı ortamın özelliklerine bağlıdır. Bu nedenle, iki farklı ortam arasındaki arayüzden geçerken dalga boyu değişir. Dalganın hızı, ortamın atomları ve molekülleri arasındaki bağa bağlıdır. Sıvılarda ve katılarda atomlar ve moleküller arasındaki bağ, gazlardan çok daha katıdır. Bu nedenle sıvılarda ve katılarda ses dalgalarının hızı gazlardan çok daha fazladır. Havada, sesin hızı normal koşullar 340'a, suda 1500'e ve çelikte 6000'e eşittir.

ortalama sürat termal hareket Gazlardaki moleküller sıcaklık azaldıkça azalır ve bunun sonucunda gazlarda dalga yayılma hızı azalır. Daha yoğun ve dolayısıyla daha inert bir ortamda dalga hızı daha düşüktür. Ses havada yayılırsa, hızı havanın yoğunluğuna bağlıdır. Havanın yoğunluğunun fazla olduğu yerde sesin hızı daha düşüktür. Tersine, havanın yoğunluğunun az olduğu yerde sesin hızı daha fazladır. Sonuç olarak, ses yayıldığında dalga cephesi bozulur. Bir bataklık veya göl üzerinde, özellikle akşamları, su buharı nedeniyle yüzeye yakın hava yoğunluğu belirli bir yükseklikten daha fazladır. Bu nedenle, su yüzeyine yakın sesin hızı, belirli bir yükseklikte olduğundan daha azdır. Sonuç olarak, dalga cephesi öyle bir şekilde döner ki, üst kısımÖn taraf giderek gölün yüzeyine doğru kıvrılıyor. Göl yüzeyi boyunca hareket eden bir dalganın enerjisi ile göl yüzeyine açılı olarak hareket eden bir dalganın enerjisinin toplandığı ortaya çıktı. Bu nedenle, akşamları ses göl üzerinde iyi bir şekilde dağılır. Karşı kıyıda dururken sessiz bir konuşma bile duyulabilir.

14. Huygens ilkesi- yüzeyde ulaşılan her nokta şu an dalga, ikincil dalgaların kaynağıdır. Tüm ikincil dalgaların cephelerine teğet bir yüzey çizerek, bir sonraki seferde dalga cephesini elde ederiz.

Örneğin, bir noktadan su yüzeyinde yayılan bir dalga düşünün. Ö(Şek.93) Zaman anında izin verin tön kısım yarıçaplı bir daire şeklindeydi R bir noktaya odaklanmış Ö. Bir sonraki anda, her ikincil dalganın bir yarıçap çemberi şeklinde bir cephesi olacaktır, burada V dalga yayılma hızıdır. İkincil dalgaların önlerine teğet bir yüzey çizerek, zaman anında dalga cephesini elde ederiz (Şekil 93).

Dalga sürekli bir ortamda yayılırsa, dalga cephesi bir küredir.

15. Dalgaların yansıması ve kırılması.İki farklı ortam arasındaki arayüze bir dalga düştüğünde, bu yüzeyin her noktası, Huygens ilkesine göre, kesit yüzeyinin her iki tarafında yayılan ikincil dalgaların kaynağı haline gelir. Bu nedenle, iki ortam arasındaki arayüzü geçerken, dalga kısmen yansıtılır ve kısmen bu yüzeyden geçer. Çünkü farklı medya, o zaman içlerindeki dalgaların hızı farklıdır. Bu nedenle, iki ortam arasındaki arayüzü geçerken, dalga yayılımının yönü değişir, yani. dalga kırılması meydana gelir. Huygens ilkesi temelinde, yansıma ve kırılma sürecinin ve yasalarının tamamlandığını düşünün.

16. Dalga yansıma yasası. İki farklı ortam arasındaki düz bir arayüze bir düzlem dalgasının düşmesine izin verin. İçinde iki ışın arasındaki alanı seçelim ve (Şekil 94)

Gelme açısı, gelen ışın ile geliş noktasında arayüze dik olan arasındaki açıdır.

Yansıma açısı - yansıyan ışın ile geliş noktasında arayüze dik olan arasındaki açı.

Kiriş noktasında arayüze ulaştığı anda, bu nokta ikincil dalgaların kaynağı olacaktır. Şu anda dalga cephesi düz bir çizgi parçası ile işaretlenmiştir. AC(Şek.94). Sonuç olarak, ışın hala şu anda arayüze gitmek zorundadır, yol GB. Işının bu yolda zamanda seyahat etmesine izin verin. Gelen ve yansıyan ışınlar arayüzün aynı tarafında yayılır, dolayısıyla hızları aynı ve eşittir. v. O zamanlar .

Zaman boyunca noktadan ikincil dalga ANCAK yoldan gidecek. Sonuç olarak . dik üçgenler ve eşittir, çünkü - ortak hipotenüs ve bacaklar. Üçgenlerin eşitliğinden açıların eşitliği çıkar . Ama aynı zamanda, yani .

Şimdi dalga yansıması yasasını formüle ediyoruz: gelen ışın, yansıyan ışın , geliş noktasında geri yüklenen iki ortam arasındaki arayüze dik olan aynı düzlemde uzanır; gelme açısı yansıma açısına eşittir.

17. Dalga kırılma yasası. Bir düzlem dalganın iki ortam arasındaki düzlem ara yüzünden geçmesine izin verin. Ve gelme açısı sıfırdan farklıdır (Şekil 95).

Kırılma açısı, kırılma noktasında geri yüklenen, kırılan ışın ile arayüze dik arasındaki açıdır.

Ortam 1 ve 2'deki dalga yayılma hızlarını ve dalga yayılma hızlarını belirtin. ANCAK, bu nokta ikinci ortamda yayılan dalgaların kaynağı haline gelecektir - ışın , ve ışın yine de bölümün yüzeyine kadar gitmek zorundadır. Işının yolu kat etmesi için geçen süre olsun GB, sonra . Aynı süre içinde ikinci ortamda ışın yol boyunca ilerleyecektir. Çünkü , sonra ve .

Ortak hipotenüsü ve = olan üçgenler ve dik açılar, kenarları birbirine dik olan açılara benzer. Açılar için aşağıdaki eşitlikleri yazıyoruz

.

Bunu göz önünde bulundurarak, , alırız

Şimdi dalga kırılma yasasını formüle ediyoruz: Gelen ışın, kırılan ışın ve iki ortam arasındaki arayüze dik, gelme noktasında geri yüklenir, aynı düzlemde bulunur; Geliş açısının sinüsünün kırılma açısının sinüsüne oranı verilen iki ortam için sabit bir değerdir ve verilen iki ortam için bağıl kırılma indisi olarak adlandırılır.

18. Düzlem dalga denklemi. Uzaktaki ortamın parçacıkları S dalgaların kaynağından ancak dalga ona ulaştığında salınmaya başlar. Eğer bir V dalga yayılma hızıdır, o zaman salınımlar bir süre gecikmeyle başlayacaktır.

Dalga kaynağı harmonik yasaya göre salınıyorsa, o zaman uzakta bulunan bir parçacık için S kaynaktan, salınım yasasını formda yazıyoruz

.

Değeri tanıtalım dalga numarası denir. Mesafeye kaç dalga boyunun sığdığını gösterir. birimler uzunluk. Şimdi, uzakta bulunan bir ortamın parçacığının salınım yasası S formda yazdığımız kaynaktan

.

Bu denklem, salınım noktasının yer değiştirmesini zamanın ve dalga kaynağından uzaklığın bir fonksiyonu olarak tanımlar ve düzlem dalga denklemi olarak adlandırılır.

19. Dalga Enerjisi ve Yoğunluğu. Dalganın ulaştığı her parçacık salınım yapar ve dolayısıyla enerjisi vardır. Bir dalganın genliği olan elastik bir ortamın belirli bir hacminde yayılmasına izin verin ANCAK ve döngüsel frekans. Bu, bu hacimdeki salınımların ortalama enerjisinin eşit olduğu anlamına gelir.

Neresi m- ortamın tahsis edilen hacminin kütlesi.

Ortalama enerji yoğunluğu (hacim üzerinden ortalama), ortamın birim hacmi başına dalga enerjisidir.

, ortamın yoğunluğu nerede.

dalga yoğunluğu bir dalganın yayılma yönüne dik bir düzlemin birim alanından (dalga cephesinin birim alanından), yani bir dalganın birim zaman başına aktardığı enerjiye sayısal olarak eşit fiziksel bir miktardır.

.

Bir dalganın ortalama gücü, alanı olan bir yüzey boyunca birim zamanda bir dalga tarafından aktarılan ortalama toplam enerjidir. S. Dalga yoğunluğunu alanla çarparak ortalama dalga gücünü elde ederiz. S

20.Üst üste bindirme ilkesi (bindirme). Eğer iki veya daha fazla kaynaktan gelen dalgalar esnek bir ortamda yayılıyorsa, gözlemlerin gösterdiği gibi, dalgalar birbirlerini hiç etkilemeden birbirlerinin içinden geçerler. Başka bir deyişle, dalgalar birbirleriyle etkileşmez. Bu, elastik deformasyon sınırları içinde, bir yöndeki sıkıştırma ve gerilmenin diğer yönlerdeki elastik özellikleri hiçbir şekilde etkilememesi gerçeğiyle açıklanmaktadır.

Böylece ortamın iki veya daha fazla dalganın geldiği her nokta, her bir dalganın neden olduğu salınımlarda yer alır. Bu durumda, ortamın bir parçacığının herhangi bir zamanda ortaya çıkan yer değiştirmesi, ortaya çıkan salınım işlemlerinin her birinin neden olduğu yer değiştirmelerin geometrik toplamına eşittir. Salınımların süperpozisyonu veya süperpozisyonu ilkesinin özü budur.

Salınımların eklenmesinin sonucu, ortaya çıkan salınım işlemlerinin genliğine, frekansına ve faz farkına bağlıdır.

21. Tutarlı salınımlar - aynı frekansta ve zaman içinde sabit bir faz farkıyla salınımlar.

22.tutarlı dalgalar- uzayda belirli bir noktada faz farkı zaman içinde sabit kalan aynı frekansta veya aynı dalga boyunda dalgalar.

23.dalga girişimi- iki veya daha fazla uyumlu dalga üst üste bindiğinde ortaya çıkan dalganın genliğinde bir artış veya azalma olgusu.

a) . girişim maksimum koşulları.İki uyumlu kaynaktan gelen dalgaların bir noktada buluşmasına izin verin ANCAK(Şek.96).

Orta parçacıkların bir noktada yer değiştirmeleri ANCAK, her bir dalganın ayrı ayrı neden olduğu, formdaki dalga denklemine göre yazıyoruz

Nerede ve , , - bir noktada dalgaların neden olduğu salınımların genlikleri ve fazları ANCAK, ve - nokta mesafeleri, - bu mesafeler arasındaki fark veya dalgaların seyrindeki fark.

Dalgaların seyrindeki farklılık nedeniyle, ikinci dalga birinciye göre gecikir. Bu, birinci dalgadaki salınımların fazının, ikinci dalgadaki salınımların fazının ilerisinde olduğu anlamına gelir, yani. . Faz farkı zamanla sabit kalır.

Diyeceğim şey şu ki ANCAK maksimum genlikle salınan parçacıklar, her iki dalganın tepeleri veya çukurları noktaya ulaşmalıdır. ANCAK aynı fazlarda aynı anda veya eşit faz farkı ile, burada n- tamsayı, ve - sinüs ve kosinüs fonksiyonlarının periyodudur,

Bu nedenle, girişim maksimumunun koşulu şu şekilde yazılabilir:

Bir tamsayı nerede.

Bu nedenle, tutarlı dalgalar üst üste bindirildiğinde, dalgaların yolundaki fark bir tamsayı dalga boyuna eşitse, ortaya çıkan salınımın genliği maksimum olur.

b) Girişim minimum koşulu. Bir noktada ortaya çıkan salınımın genliği ANCAKİki uyumlu dalganın tepesi ve çukuru bu noktaya aynı anda ulaşırsa minimumdur. Bu, antifazda yüz dalganın bu noktaya geleceği anlamına gelir, yani. faz farkı eşittir veya , tamsayı nerede.

Girişim minimum koşulu gerçekleştirilerek elde edilir cebirsel dönüşümler:

Bu nedenle, dalgaların yolundaki fark tek sayıda yarım dalgaya eşitse, iki uyumlu dalga üst üste bindiğinde salınımların genliği minimumdur.

24. Girişim ve enerjinin korunumu yasası. Dalgalar minimum girişim noktalarında girişim yaptığında, ortaya çıkan salınımların enerjisi girişim yapan dalgaların enerjisinden daha azdır. Ancak girişim maksimum olduğu yerlerde, ortaya çıkan salınımların enerjisi, girişim minimum noktalarında enerjinin azaldığı kadar girişim yapan dalgaların enerjilerinin toplamını aşar.

Dalgalar karıştığında, salınımların enerjisi uzayda yeniden dağıtılır, ancak korunum yasasına kesinlikle uyulur.

25.dalga kırınımı- engelin etrafını saran dalga olgusu, yani. doğrusal dalga yayılımından sapma.

Kırınım, özellikle engelin boyutu dalga boyundan küçük veya dalga boyuna yakın olduğunda fark edilir. Çapı dalga boyu ile karşılaştırılabilir olan bir delikli bir ekran (Şekil 97) bir düzlem dalganın yayılma yoluna yerleştirilsin.

Huygens ilkesine göre, deliğin her noktası aynı dalgaların kaynağı haline gelir. Deliğin boyutu o kadar küçüktür ki, tüm ikincil dalga kaynakları birbirine o kadar yakındır ki, hepsi bir nokta olarak kabul edilebilir - bir ikincil dalga kaynağı.

Dalganın yoluna boyutu dalga boyu ile karşılaştırılabilir bir engel yerleştirilirse, Huygens ilkesine göre kenarlar ikincil dalgaların kaynağı haline gelir. Ancak boşluğun boyutu o kadar küçüktür ki, kenarları çakıştığı kabul edilebilir, yani. engelin kendisi ikincil dalgaların bir nokta kaynağıdır (Şekil 97).

Dalgalar su yüzeyinde yayıldığında kırınım fenomeni kolayca gözlemlenir. Dalga ince, hareketsiz çubuğa ulaştığında dalgaların kaynağı olur (Şek. 99).

25. Huygens-Fresnel ilkesi. Deliğin boyutu dalga boyunu önemli ölçüde aşarsa, delikten geçen dalga düz bir çizgide yayılır (Şekil 100).

Engelin boyutu dalga boyunu önemli ölçüde aşarsa, engelin arkasında bir gölge bölge oluşur (Şekil 101). Bu deneyler Huygens'in ilkesiyle çelişiyor. Fransız fizikçi Fresnel, Huygens'in ilkesini ikincil dalgaların tutarlılığı fikriyle destekledi. Bir dalganın ulaştığı her nokta aynı dalgaların kaynağı olur, yani. ikincil tutarlı dalgalar. Bu nedenle, yalnızca ikincil dalgalar için girişim minimum koşullarının sağlandığı yerlerde dalgalar yoktur.

26. polarize dalga tüm parçacıkların aynı düzlemde titreştiği enine dalgadır. Filamentin serbest ucu bir düzlemde salınıyorsa, filaman boyunca düzlem polarize bir dalga yayılır. Filamentin serbest ucu farklı yönlerde salınıyorsa, filament boyunca yayılan dalga polarize değildir. Polarize olmayan bir dalganın yoluna dar bir yarık şeklinde bir engel konulursa, o zaman yarıktan geçtikten sonra dalga polarize olur, çünkü yuva, boyunca meydana gelen kordonun salınımlarını geçer.

Birinciye paralel ikinci bir yarık, polarize bir dalganın yoluna yerleştirilirse, dalga içinden serbestçe geçecektir (Şekil 102).

İkinci yuva birinciye dik açıyla yerleştirilirse, dalga yayılmayı durduracaktır. Belirli bir düzlemde meydana gelen titreşimleri ayıran bir cihaza polarizör (birinci yuva) denir. Polarizasyon düzlemini belirleyen cihaza analizör denir.

27.Ses - bu, örneğin bir gaz, sıvı veya metaller gibi elastik bir ortamda sıkıştırma ve seyrekleşmelerin yayılma sürecidir. Sıkıştırmaların yayılması ve seyrekleşme, moleküllerin çarpışmasının bir sonucu olarak meydana gelir.

28. Ses seviyesi etki gücüdür ses dalgasıüzerinde kulak zarı ses basıncından olan insan kulağı.

Ses basıncı - Bu, bir ses dalgası yayıldığında bir gaz veya sıvıda oluşan ek basınçtır. Ses basıncı, ses kaynağının salınımının genliğine bağlıdır. Titreşim çatalını hafif bir darbe ile ses çıkarırsak, bir ses elde ederiz. Ancak, diyapazon daha sert vurulursa, salınımlarının genliği artacak ve daha yüksek ses çıkaracaktır. Böylece, sesin yüksekliği, ses kaynağının salınımının genliği ile belirlenir, yani. ses basıncı dalgalanmalarının genliği.

29. ses perdesi salınım frekansı tarafından belirlenir. Sesin frekansı ne kadar yüksek olursa, ton o kadar yüksek olur.

Ses titreşimleri harmonik yasasına göre meydana gelen bir müzik tonu olarak algılanır. Genellikle ses, yakın frekanslarla titreşimlerin bir kombinasyonu olan karmaşık bir sestir.

Karmaşık bir sesin kök tonu, verilen sesin frekans setindeki en düşük frekansa karşılık gelen tondur. Karmaşık bir sesin diğer frekanslarına karşılık gelen tonlara üst tonlar denir.

30. ses tınısı. Aynı temel tona sahip sesler, bir dizi tonla belirlenen tınıda farklılık gösterir.

Her insanın kendine özgü bir tınısı vardır. Bu nedenle, temel tonları aynı olsa bile, bir kişinin sesini diğerinin sesinden her zaman ayırt edebiliriz.

31.ultrason. İnsan kulağı, frekansları 20 Hz ile 20.000 Hz arasındaki sesleri algılar.

20.000 Hz'in üzerindeki frekanslara sahip seslere ultrason denir. Ultrasonlar dar ışınlar şeklinde yayılır ve sonar ve kusur tespitinde kullanılır. Ultrason, deniz tabanının derinliğini belirleyebilir ve çeşitli kısımlardaki kusurları tespit edebilir.

Örneğin, rayda çatlak yoksa, rayın bir ucundan yayılan ve diğer ucundan yansıyan ultrason yalnızca bir yankı verecektir. Çatlaklar varsa, ultrason çatlaklardan yansır ve aletler birkaç eko kaydeder. Ultrason kullanılarak tespit edildi denizaltılar, balık sürüleri. yarasa ultrason yardımıyla uzaya yönlendirilir.

32. kızılötesi– 20 Hz'nin altında bir frekansa sahip ses. Bu sesler bazı hayvanlar tarafından algılanır. Kaynakları genellikle depremler sırasında yer kabuğunun titreşimleridir.

33. Doppler etkisi- bu, algılanan dalganın frekansının, dalgaların kaynağının veya alıcısının hareketine bağımlılığıdır.

Bir tekneyi gölün yüzeyinde dinlendirin ve dalgalar belirli bir frekansta yan tarafına vursun. Tekne dalga yayılma yönüne karşı hareket etmeye başlarsa, teknenin yan tarafındaki dalga darbelerinin frekansı daha büyük olacaktır. Ayrıca, teknenin hızı arttıkça, gemideki dalga etkilerinin sıklığı da artar. Tersine, tekne dalga yayılımı yönünde hareket ettiğinde, çarpma sıklığı daha az olacaktır. Bu düşünceleri Şekil 1'den anlamak kolaydır. 103.

Yaklaşan hareketin hızı ne kadar yüksek olursa, en yakın iki sırt arasındaki mesafeyi geçmek için o kadar az zaman harcanır, yani. konular daha az dönem dalgalar ve tekneye göre dalganın frekansı ne kadar büyükse.

Gözlemci hareketsizse, ancak dalgaların kaynağı hareket ediyorsa, gözlemci tarafından algılanan dalganın frekansı kaynağın hareketine bağlıdır.

Bir balıkçılın sığ bir göl boyunca gözlemciye doğru yürümesine izin verin. Ayağını suya her koyduğunda, o noktadan dalgalar çıkıyor. Ve ilk ve son dalgalar arasındaki mesafe her azaldığında, yani. daha kısa bir mesafeye sığdır daha fazla sırtlar ve çöküntüler. Bu nedenle, balıkçılın yürüdüğü sabit bir gözlemci için frekans artar. Ve tam tersi, daha uzak bir mesafede taban tabana zıt bir noktada bulunan hareketsiz bir gözlemci için, o kadar çok sırt ve çukur vardır. Bu nedenle, bu gözlemci için frekans azalır (Şekil 104).

Herhangi bir kaynaktan gelen dalgalarla, belirli koşullar altında, havadaki ses dalgaları ve su yüzeyindeki dalgalar örneğini kullanarak ele alacağımız aşağıda listelenen dört fenomen gözlemlenebilir.

Dalgaların yansıması.Şekilde gösterildiği gibi bir hoparlörün (hoparlörün) bağlı olduğu bir ses frekansı akım üreteci ile bir deney yapalım. "a". Bir ıslık sesi duyacağız. Tablonun diğer ucuna osiloskopa bağlı bir mikrofon yerleştiriyoruz. Ekranda küçük genlikli bir sinüs dalgası göründüğünden, mikrofonun zayıf bir ses algıladığı anlamına gelir.

Şimdi Şekil "b" de gösterildiği gibi masanın üstüne bir tahta yerleştirelim. Osiloskop ekranındaki genlik arttığı için mikrofona ulaşan sesin daha yüksek olduğu anlamına gelir. Bu ve diğer birçok deney şunu gösteriyor: herhangi bir kaynaktan gelen mekanik dalgalar, iki ortam arasındaki arayüzden yansıtılma yeteneğine sahiptir.

Dalgaların kırılması. Kıyı sığlıklarında koşan dalgaları gösteren şekle dönelim (üstten görünüm). Gri-sarı renk kumlu kıyıyı ve mavi - denizin derin kısmını gösterir. Aralarında bir kum bankası var - sığ su.

Derin sularda ilerleyen dalgalar kırmızı ok yönünde yayılır. Karaya oturma yerinde dalga kırılır, yani yayılma yönünü değiştirir. Bu nedenle, dalga yayılımının yeni yönünü gösteren mavi ok farklı şekilde konumlandırılmıştır.

Bu ve diğer birçok gözlem gösteriyor ki Herhangi bir orijinli mekanik dalgalar, örneğin iki ortam arasındaki arayüzde, yayılma koşulları değiştiğinde kırılabilir.

Dalgaların kırınımı. Latince'den çevrilen "diffractus", "kırık" anlamına gelir. fizikte kırınım, dalgaların aynı ortam içinde doğrusal yayılmadan sapması ve engellerin yuvarlanmasına yol açmasıdır.

Şimdi deniz yüzeyindeki başka bir dalga modeline bakın (kıyıdan görünüm). Uzaktan bize doğru akan dalgalar, solda büyük bir kaya tarafından gizleniyor, ancak aynı zamanda kısmen etrafından dolanıyorlar. Sağdaki daha küçük kaya, dalgalara hiçbir şekilde engel değildir: tamamen etrafında dönerler ve aynı yönde yayılırlar.

Tecrübeler gösteriyor ki kırınım en açık şekilde, olay dalga boyu daha fazla boyut engeller. Arkasında dalga sanki hiçbir engel yokmuş gibi yayılıyor.

Dalga girişimi. Tek bir dalganın yayılmasıyla ilişkili fenomenleri inceledik: yansıma, kırılma ve kırınım. Şimdi iki veya daha fazla dalganın üst üste binmesiyle yayılmayı düşünün - girişim fenomeni(Latince “inter” - karşılıklı ve “ferio” - vurdum). Bu fenomeni deneysel olarak inceleyelim.

Ses frekansı akım üretecine paralel bağlanmış iki hoparlörü bağlayın. Ses alıcısı, ilk deneyde olduğu gibi, bir osiloskopa bağlı bir mikrofon olacaktır.

Mikrofonu sağa kaydırmaya başlayalım. Osiloskop, mikrofonun hoparlörlerden uzaklaşmasına rağmen sesin giderek zayıfladığını gösterecektir. Mikrofonu hoparlörler arasındaki orta çizgiye geri getirelim ve ardından tekrar sola, hoparlörlerden uzağa taşıyacağız. Osiloskop bize tekrar zayıflamayı, ardından sesin amplifikasyonunu gösterecektir.

Bu ve diğer birçok deney gösteriyor ki birkaç dalganın yayıldığı uzayda, onların girişimi, salınımların amplifikasyonu ve zayıflaması ile değişen bölgelerin ortaya çıkmasına neden olabilir.

§ 1.7. mekanik dalgalar

Uzayda yayılan bir maddenin veya alanın titreşimlerine dalga denir. Maddenin dalgalanmaları elastik dalgalar üretir (özel bir durum sestir).

mekanik dalga ortamdaki parçacıkların salınımlarının zamanla yayılmasıdır.

Sürekli bir ortamdaki dalgalar, parçacıklar arasındaki etkileşim nedeniyle yayılır. Herhangi bir parçacık salınım hareketi yaparsa, elastik bağlantı nedeniyle bu hareket komşu parçacıklara aktarılır ve dalga yayılır. Bu durumda, salınan parçacıkların kendileri dalga ile birlikte hareket etmezler, fakat tereddüt etmek onların etrafında denge pozisyonları.

Uzunlamasına dalgalar parçacık salınımlarının yönü x'in dalga yayılma yönü ile çakıştığı dalgalardır. . Boyuna dalgalar gazlarda, sıvılarda ve katılarda yayılır.

P
opera dalgaları
- bunlar, parçacık salınımlarının yönünün dalga yayılma yönüne dik olduğu dalgalardır. . Enine dalgalar yalnızca katı ortamda yayılır.

Dalgaların iki periyodikliği vardır - zaman ve uzayda. Zamandaki periyodiklik, ortamın her parçacığının kendi denge konumu etrafında salınım yapması anlamına gelir ve bu hareket bir salınım periyodu T ile tekrarlanır. Uzayda periyodiklik, ortamın parçacıklarının salınım hareketinin aralarında belirli mesafelerde tekrarlanması anlamına gelir.

Uzayda dalga sürecinin periyodikliği, dalga boyu adı verilen ve .

Dalga boyu, bir parçacık salınımının bir periyodu sırasında bir dalganın bir ortamda yayıldığı mesafedir. .

Buradan
, nerede - parçacık salınım periyodu, - salınım frekansı, - ortamın özelliklerine bağlı olarak dalga yayılma hızı.

İle dalga denklemi nasıl yazılır? O noktasında (dalganın kaynağı) bulunan bir ip parçasının kosinüs yasasına göre salınmasına izin verin.

Bir B noktası kaynaktan (O noktası) x uzaklıkta olsun. V hızıyla yayılan bir dalganın ona ulaşması zaman alır.
. Bu, B noktasında salınımların daha sonra başlayacağı anlamına gelir.
. Yani. Bu denklemde yerine yazıldıktan sonra
ve bir dizi matematiksel dönüşüm, elde ederiz

,
. Notasyonu tanıtalım:
. O zamanlar. B noktasının seçiminin keyfi olması nedeniyle, bu denklem gerekli düzlem dalga denklemi olacaktır.
.

Kosinüs işaretinin altındaki ifadeye dalganın fazı denir.
.

E İki nokta dalganın kaynağından farklı uzaklıklarda ise, fazları farklı olacaktır. Örneğin, mesafelerde bulunan B ve C noktalarının evreleri ve dalganın kaynağından, sırasıyla eşit olacaktır

B noktasında ve C noktasında meydana gelen salınımların faz farkı gösterilecektir.
ve eşit olacak

Bu gibi durumlarda, B ve C noktalarında meydana gelen salınımlar arasında Δφ faz kayması olduğu söylenir. B ve C noktalarındaki salınımların fazda meydana geldiği söylenir.
. Eğer bir
, daha sonra B ve C noktalarındaki salınımlar antifazda meydana gelir. Diğer tüm durumlarda, sadece bir faz kayması vardır.

"Dalga boyu" kavramı başka bir şekilde tanımlanabilir:

Bu nedenle, k dalga numarası olarak adlandırılır.

Notasyonu tanıttık
ve gösterdi ki
. O zamanlar

.

Dalga boyu, bir salınım periyodunda bir dalganın kat ettiği yoldur.

Dalga teorisindeki iki önemli kavramı tanımlayalım.

dalga yüzeyi ortamdaki aynı fazda salınan noktaların yeridir. Dalga yüzeyi ortamın herhangi bir noktasından çizilebilir, bu nedenle sonsuz sayıda vardır.

Dalga yüzeyleri herhangi bir şekilde olabilir ve en basit durumda bunlar birbirine paralel bir dizi düzlem (eğer dalga kaynağı sonsuz bir düzlem ise) veya bir dizi eşmerkezli küredir (dalga kaynağı bir nokta ise).

dalga cephesi(dalga cephesi) - dalgalanmaların zaman anında ulaştığı noktaların yeri . Dalga cephesi, uzayın dalga sürecine dahil olan kısmını henüz salınımların oluşmadığı alandan ayırır. Bu nedenle dalga cephesi dalga yüzeylerinden biridir. İki alanı ayırır: 1 - dalganın t zamanında ulaştığı, 2 - ulaşmadığı.

Herhangi bir anda sadece bir dalga cephesi vardır ve dalga yüzeyleri sabit kalırken (aynı fazda salınan parçacıkların denge konumlarından geçerler) sürekli hareket eder.

düzlem dalga- bu, dalga yüzeylerinin (ve dalga cephesinin) paralel düzlemler olduğu bir dalgadır.

küresel dalga dalga yüzeyleri eş merkezli küreler olan bir dalgadır. Küresel dalga denklemi:
.

İki veya daha fazla dalganın ulaştığı ortamın her noktası, her bir dalganın neden olduğu salınımlarda ayrı ayrı yer alacaktır. Ortaya çıkan titreşim ne olacak? Bir dizi faktöre, özellikle ortamın özelliklerine bağlıdır. Dalga yayılma süreci nedeniyle ortamın özellikleri değişmezse, ortama doğrusal denir. Deneyimler, dalgaların doğrusal bir ortamda birbirinden bağımsız olarak yayıldığını göstermektedir. Dalgaları sadece doğrusal ortamda ele alacağız. Peki aynı anda iki dalgaya ulaşan noktanın dalgalanması ne olacak? Bu soruyu cevaplamak için, bu ikili eylemin neden olduğu salınımın genliğini ve fazını nasıl bulacağımızı anlamak gerekir. Ortaya çıkan salınımın genliğini ve fazını belirlemek için, her bir dalganın neden olduğu yer değiştirmeleri bulmak ve sonra bunları toplamak gerekir. Nasıl? Geometrik olarak!

Dalgaların üst üste binmesi (üst üste bindirme) ilkesi: doğrusal bir ortamda birkaç dalga yayıldığında, her biri başka dalga yokmuş gibi yayılır ve ortamın bir parçacığının herhangi bir zamanda ortaya çıkan yer değiştirmesi geometrik toplama eşittir. dalga süreçlerinin bileşenlerinin her birine katılan parçacıkların aldığı yer değiştirmelerin toplamı.

Dalga teorisinin önemli bir kavramı, kavramdır. tutarlılık - birkaç salınım veya dalga sürecinin zaman ve uzayda koordineli akışı. Gözlem noktasına gelen dalgaların faz farkı zamana bağlı değilse bu dalgalara denir. tutarlı. Açıkçası, yalnızca aynı frekansa sahip dalgalar tutarlı olabilir.

R B uzayda bir noktaya (gözlem noktası) gelen iki uyumlu dalganın eklenmesinin sonucunun ne olacağını düşünelim. Matematiksel hesaplamaları basitleştirmek için, S 1 ve S 2 kaynaklarından yayılan dalgaların aynı genliğe ve aynı genliğe sahip olduğunu varsayalım. başlangıç ​​fazları sıfıra eşittir. Gözlem noktasında (B noktasında), S 1 ve S 2 kaynaklarından gelen dalgalar ortamın parçacıklarının salınımlarına neden olacaktır:
ve
. B noktasında ortaya çıkan dalgalanma bir toplam olarak bulunur.

Genellikle, gözlem noktasında meydana gelen sonuçtaki salınımın genliği ve fazı, her salınımı ω açısal hızla dönen bir vektör olarak temsil eden vektör diyagramları yöntemi kullanılarak bulunur. Vektörün uzunluğu, salınımın genliğine eşittir. Başlangıçta, bu vektör, salınımların başlangıç ​​aşamasına eşit seçilen yön ile bir açı oluşturur. Daha sonra ortaya çıkan salınımın genliği formül tarafından belirlenir.

Genlikli iki salınım ekleme durumumuz için
,
ve aşamalar
,

.

Bu nedenle, B noktasında meydana gelen salınımların genliği, yol farkının ne olduğuna bağlıdır.
her dalga tarafından kaynaktan gözlem noktasına ayrı ayrı geçilir (
gözlem noktasına gelen dalgalar arasındaki yol farkıdır). Girişim minimumları veya maksimumları şu noktalarda gözlemlenebilir:
. Ve bu, S 1 ve S 2 noktalarında odakları olan bir hiperbol denklemidir.

Uzayda bu noktalarda
, ortaya çıkan salınımların genliği maksimum ve eşit olacaktır.
. Çünkü
, o zaman salınım genliği bu noktalarda maksimum olacaktır.

uzayda bu noktalarda
, ortaya çıkan salınımların genliği minimum olacak ve şuna eşit olacaktır:
.salınım genliği bu noktalarda minimum olacaktır.

Sonlu sayıda uyumlu dalganın eklenmesinden kaynaklanan enerji yeniden dağılımı olgusuna girişim denir.

Engellerin etrafında bükülen dalgalar olgusuna kırınım denir.

Bazen kırınım, engellerin yakınında dalga yayılımının kanunlardan sapmasını ifade eder. geometrik optik(engellerin boyutları dalga boyu ile orantılıysa).

B
Kırınım nedeniyle, dalgalar geometrik bir gölge bölgesine girebilir, engellerin etrafından geçebilir, ekranlardaki küçük deliklerden geçebilir, vb. Geometrik gölge alanındaki dalgaların çarpması nasıl açıklanır? Kırınım olgusu Huygens ilkesi kullanılarak açıklanabilir: bir dalganın ulaştığı her nokta bir ikincil dalga kaynağıdır (homojen bir küresel ortamda) ve bu dalgaların zarfı bir sonraki anda dalga cephesinin konumunu belirler. zaman.

Neyin işe yarayabileceğini görmek için ışık girişiminden yerleştirin

dalga Titreşimlerin uzayda yayılma süreci denir.

dalga yüzeyi aynı fazda salınımların meydana geldiği noktaların yeridir.

dalga cephesi dalganın zaman içinde belirli bir noktaya ulaştığı noktaların odağı olarak adlandırılır. t. Dalga cephesi, uzayın dalga sürecine dahil olan kısmını henüz salınımların oluşmadığı alandan ayırır.

Bir nokta kaynak için, dalga cephesi, S. 1 kaynak konumunda ortalanmış küresel bir yüzeydir, 2, 3 - dalga yüzeyleri; 1 - ön dalga. Kaynaktan çıkan ışın boyunca yayılan küresel bir dalganın denklemi: . Burada - dalga yayılma hızı, - dalga boyu; ANCAK- salınım genliği; - dairesel (döngüsel) salınım frekansı; - t zamanında bir nokta kaynağından r mesafesinde bulunan bir noktanın denge konumundan yer değiştirmesi.

düzlem dalga düz dalga cepheli bir dalgadır. Eksenin pozitif yönü boyunca yayılan bir düzlem dalganın denklemi y:
, nerede x- t zamanında kaynaktan y uzaklıkta bulunan bir noktanın denge konumundan yer değiştirmesi.

Dalga- elastik bir ortamda salınımların yayılma süreci.

mekanik dalga– uzayda yayılan ve enerji taşıyan mekanik rahatsızlıklar.

Dalga türleri:

    boyuna - ortamın parçacıkları dalga yayılımı yönünde salınır - tüm elastik ortamlarda;

x

salınım yönü

çevre noktaları

    enine - ortamın parçacıkları, sıvının yüzeyinde dalga yayılma yönüne dik olarak salınır.

X

Mekanik dalga türleri:

    elastik dalgalar - elastik deformasyonların yayılması;

    Bir sıvının yüzeyindeki dalgalar.

Dalga özellikleri:

A'nın yasaya göre salınım yapmasına izin verin:
.

Sonra B bir açı kadar gecikmeyle salınır
, nerede
, yani

    Dalga enerjisi.

bir parçacığın toplam enerjisidir. Eğer parçacıklarN ise, o zaman nerede - epsilon, V - hacim.

Epsilon– dalganın birim hacmi başına enerji – hacimsel enerji yoğunluğu.

Dalga enerjisi akışı, belirli bir yüzeyden dalgalar tarafından aktarılan enerjinin, bu aktarımın gerçekleştirildiği süreye oranına eşittir:
, watt; 1 watt = 1J/sn.

    Enerji Akı Yoğunluğu - Dalga Yoğunluğu- birim alandan enerji akışı - kesitin birim alanı başına birim zamanda bir dalga tarafından aktarılan ortalama enerjiye eşit bir değer.

[G/m2]

.

vektör- vektör I, dalga yayılma yönünü gösterir ve bu yöne dik bir birim alandan geçen dalga enerjisinin akışına eşittir:

.

Dalganın fiziksel özellikleri:

    titreşimli:

    1. genlik

    Dalga:

    1. dalga boyu

      dalga hızı

      yoğunluk

Karmaşık titreşimler (gevşeme) - sinüzoidalden farklıdır.

Fourier dönüşümü- herhangi bir karmaşık periyodik fonksiyon, periyotları karmaşık fonksiyonun periyodunun katları olan birkaç basit (harmonik) fonksiyonun toplamı olarak temsil edilebilir - bu harmonik analizdir. Ayrıştırıcılarda oluşur. Sonuç, karmaşık bir salınımın harmonik spektrumudur:

ANCAK

0

Ses - insan kulağına etki eden ve işitsel bir duyuma neden olan titreşimler ve dalgalar.

Ses titreşimleri ve dalgaları, mekanik titreşimler ve dalgaların özel bir durumudur. Ses türleri:

    tonlar- periyodik bir süreç olan ses:

    1. basit - harmonik - akort çatalı

      karmaşık - anharmonik - konuşma, müzik

Karmaşık bir ton basit olanlara ayrılabilir. Bu tür bir ayrışmanın en düşük frekansı temel tondur, kalan harmonikler (tonlar) 2'ye eşit frekanslara sahiptir. ve diğerleri. Göreceli yoğunluğunu gösteren bir dizi frekans, akustik spektrumdur.

        Gürültü - karmaşık, tekrarlanmayan bir zaman bağımlılığına sahip ses (hışırtı, gıcırtı, alkış). Spektrum süreklidir.

Sesin fiziksel özellikleri:


İşitme duyusu özellikleri:

    Yükseklik ses dalgasının frekansı tarafından belirlenir. Frekans ne kadar yüksek olursa, ton da o kadar yüksek olur. Daha yüksek yoğunluktaki ses daha düşüktür.

    tını– akustik spektrum tarafından belirlenir. Ne kadar çok ton olursa, spektrum o kadar zengin olur.

    Ses- işitsel duyum seviyesini karakterize eder. Ses yoğunluğuna ve frekansına bağlıdır. psikofiziksel Weber-Fechner yasası: tahrişi artırırsanız geometrik ilerleme(aynı sayıda), o zaman bu tahriş hissi aritmetik bir ilerlemede (aynı miktarda) artacaktır.

, burada E ses yüksekliğidir (fon cinsinden ölçülür);
- yoğunluk seviyesi (bel cinsinden ölçülür). 1 bel - ses yoğunluğundaki 10 kat değişikliğe karşılık gelen yoğunluk seviyesindeki değişiklik K - orantılılık katsayısı, frekans ve yoğunluğa bağlıdır.

Ses şiddeti ile ses şiddeti arasındaki ilişki, eşit ses yüksekliği eğrileri, deneysel verilere dayanarak (1 kHz frekansında bir ses yaratırlar, incelenen sesin hacminin duyumuna benzer bir işitsel duyum ortaya çıkana kadar yoğunluğu değiştirirler). Yoğunluğu ve frekansı bilerek, arka planı bulabilirsiniz.

odyometri- işitme keskinliğini ölçmek için bir yöntem. Cihaz bir odyometredir. Ortaya çıkan eğri bir odyogramdır. Farklı frekanslarda işitme duyusunun eşiği belirlenir ve karşılaştırılır.

Gürültü ölçer - gürültü seviyesi ölçümü.

klinikte: oskültasyon - stetoskop / fonendoskop. Bir fonendoskop, bir zar ve kauçuk tüpler içeren içi boş bir kapsüldür.

Fonokardiyografi - arka planların ve kalp üfürümlerinin grafik kaydı.

Perküsyon.

ultrason– 20 kHz'den 20 MHz'e kadar frekansa sahip mekanik titreşimler ve dalgalar. Ultrason yayıcılar, piezoelektrik etkiye dayalı elektromekanik yayıcılardır (elektrotlara, aralarında kuvars olan alternatif akım).

Ultrasonun dalga boyu, sesin dalga boyundan daha azdır: 1,4 m - sudaki ses (1 kHz), 1,4 mm - sudaki ultrason (1 MHz). Ultrason, kemik-periosteum-kas sınırında iyi yansıtılır. Yağ (hava tabakası) ile yağlanmazsa, ultrason insan vücuduna nüfuz etmez. Ultrasonun yayılma hızı çevreye bağlıdır. Fiziksel süreçler: mikrotitreşimler, biyomakromoleküllerin yok edilmesi, biyolojik zarların yeniden yapılandırılması ve zarar görmesi, termal etki, hücre ve mikroorganizmaların yok edilmesi, kavitasyon. Klinikte: teşhis (ensefalograf, kardiyograf, ultrason), fizyoterapi (800 kHz), ultrasonik neşter, ilaç endüstrisi, osteosentez, sterilizasyon.

kızılötesi– frekansı 20 Hz'den az olan dalgalar. olumsuz etki- vücutta rezonans.

titreşimler. Yararlı ve zararlı eylem. Masaj. titreşim hastalığı

Doppler etkisi– dalga kaynağının ve gözlemcinin bağıl hareketinden dolayı gözlemci (dalga alıcısı) tarafından algılanan dalgaların frekansındaki değişiklik.

Durum 1: N, I'e yaklaşıyor.

Durum 2: Ve N'ye yaklaşır.

Durum 3: I ve H'nin birbirine yaklaşması ve uzaklığı:

Sistem: ultrasonik jeneratör - alıcı - ortama göre hareketsizdir. Nesne hareket ediyor. Bir frekansla ultrason alır
, yansıtır, frekanslı bir ultrasonik dalga alan alıcıya gönderir.
. Frekans farkı - doppler frekans kayması:
. Kan akış hızını, valflerin hareket hızını belirlemek için kullanılır.