МЕХАНИЧЕСКИЕ ВОЛНЫ Текст научной статьи по специальности «Физика»
Физика — наука, изучающая общие свойства и законы движения вещества и поля (А.Ф.Иоффе).
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Похожие темы научных работ по физике , автор научной работы — Борисов Д.Д., Цыпышев Н.С.
ОСОБЕННОСТИ ЛОКУСА КОНТРОЛЯ И МОТИВАЦИИ ДОСТИЖЕНИЯ УСПЕХА В ЮНОШЕСКОМ ВОЗРАСТЕ
Механизм формирования и распространения волн в электромагнитной среде
ОЦЕНКА СТЕПЕНИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ТВЕРДОЙ И ЖИДКОЙ ФАЗ В НЕКОНСОЛИДИРОВАННЫХ ВОДОНАСЫЩЕННЫХ ПЕСЧАНЫХ МОРСКИХ ОСАДКАХ ПРИ РАСПРОСТРАНЕНИИ СДВИГОВОЙ ВОЛНЫ
Двойственная природа механической волны
К движению неупругих продольных механических волн в воде
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
MECHANICAL WAVES
Physics is the science that studies the general properties and laws of motion of matter and field (A.F. Ioffe).
Текст научной работы на тему «МЕХАНИЧЕСКИЕ ВОЛНЫ»
Борисов Д.Д. студент 1 курса, группа ГОН-181.2
Цыпышев Н. C. студент 1 курса, группа ГОН-181.2 факультет очного обучения специальность «Открытые горные работы» КузГТУ имени Т.Ф. Горбачева филиал в г. Прокопьевск научный руководитель: Сигаева В.В.
Россия, г. Прокопьевск
Аннотация: Физика — наука, изучающая общие свойства и законы движения вещества и поля (А.Ф.Иоффе).
Ключевые слова: Механические волны, частота колебаний, источники
1 course, the faculty offull-time study, specialty «Open mining» group
A branch of KuzGTU named after T.F. Gorbachev in Prokopyevsk
Russia, Prokopyevsk Scientific adviser: Sigaeva V. V.
Abstract: Physics is the science that studies the general properties and laws of motion of matter and field (A.F. Ioffe).
Keywords: Mechanical waves, oscillation frequency, wave sources.
Представить, что такое механические волны, можно, бросив в воду камень. Круги, возникающие на ней и являющиеся чередующимися впадинами и гребнями, — это пример механических волн. В чем их сущность? Механические волны — это процесс распространения колебаний в упругих средах. Волны на поверхностях жидкостей. Такие механические волны существуют благодаря воздействию на частицы жидкости сил межмолекулярного взаимодействия и тяжести. Люди уже давно изучают это явление. Наиболее примечательными являются океанские и морские волны. По мере увеличения скорости ветра они изменяются, а их высота растет. Также усложняется и форма самих волн. В океане они могут достигать устрашающих масштабов. Одним из самых наглядных примеров силы являются цунами, сметающие все на своем пути. Энергия морских и океанских волн. Достигая берега, морские волны при резком изменении
глубины возрастают. Они иногда достигают высоты в несколько метров. В такие моменты кинетическая энергия колоссальной массы воды передается береговым препятствиям, которые под ее воздействием быстро разрушаются. Сила прибоя иногда достигает грандиозных значений. Упругие волны. В механике изучают не только колебания на поверхности жидкости, но и так называемые упругие волны. Это возмущения, которые распространяются в разных средах под действием в них сил упругости. Такое возмущение представляет собой любое отклонение частичек данной среды от положения равновесия. Наглядным примером упругих волн является длинная веревка или резиновая трубка, прикрепленная одним из концов к чему-нибудь. Если ее туго натянуть, а затем боковым резким движением создать на втором (незакрепленном) ее конце возмущение, то можно увидеть, как оно по всей длине веревки «пробежит» до опоры и отразится назад.
Источник механических волн. Начальное возмущение приводит к возникновению в среде волны. Оно вызывается действием какого-то инородного тела, которое в физике называется источником волны. Им может быть рука человека, качнувшего веревку, или камешек, брошенный в воду. В том случае, когда действие источника имеет кратковременный характер, в среде часто возникает одиночная волна. Когда же «возмутитель» совершает длительные колебательные движения, волны начинают возникать одна за другой.
Условия возникновения механических волн. Такого рода колебания образуются не всегда. Необходимым условием для их появления является возникновение в момент возмущения среды препятствующих ему сил, в частности, упругости. Они стремятся сблизить соседние частицы, когда они расходятся, и оттолкнуть их друг от друга в момент сближения. Силы упругости, действуя на удаленные от источника возмущения частицы, начинают выводить их из равновесия. Со временем все частички среды вовлекаются в одно колебательное движение. Распространение таких колебаний и является волной.
Механические волны в упругой среде. В упругой волне существуют 2 вида движения одновременно: колебания частиц и распространение возмущения. Продольной называется механическая волна, частицы которой колеблются вдоль направления ее распространения. Поперечной называется волна, частицы среды которой колеблются поперек направления ее распространения.
Свойства механических волн. Возмущения в продольной волне представляют собой разрежения и сжатия, а в поперечной — сдвиги (смещения) одних слоев среды по отношению к другим. Деформация сжатия сопровождается появлением сил упругости. При этом деформация сдвига связана с появлением сил упругости исключительно в твердых телах. В газообразных и жидких средах сдвиг слоев этих сред не сопровождается возникновением упомянутой силы. Благодаря своим свойствам продольные
волны способны распространяться в любых средах, а поперечные -исключительно в твердых. Особенности волн на поверхности жидкостей Волны на поверхности жидкости не продольные и не поперечные. Они имеют более сложный, так называемый продольно -поперечный характер. В этом случае частицы жидкости двигаются по окружности или по вытянутым эллипсам. Круговые движения частичек на поверхности жидкости, и особенно при больших колебаниях, сопровождаются их медленным, но непрерывным перемещением по направлению распространения волны. Именно эти свойства механических волн в воде обуславливают появление на берегу различных даров моря.
Частота механических волн. Если в упругой среде (жидкой, твердой, газообразной) возбудить колебание ее частиц, то вследствие взаимодействия между ними оно будет распространяться со скоростью и. Так, если в газообразной или жидкой среде будет находиться колеблющееся тело, то его движение начнет передаваться всем прилегающим к нему частичкам. Они будут вовлекать в процесс следующие и так далее. При этом абсолютно все точки среды станут совершать колебания одинаковой частоты, равной частоте колеблющегося тела. Она и является частотой волны. Другими словами, эту величину можно охарактеризовать как частоту колебаний точек в среде, где распространяется волна. Сразу может быть непонятно, каким образом происходит этот процесс. С механическими волнами связывают перенос энергии колебательного движения от его источника к периферии среды. В ходе чего возникают так называемые периодические деформации, переносимые волной из одной точки в другую. При этом сами частички среды вместе с волной не перемещаются. Они колеблются рядом со своим положением равновесия. Именно поэтому распространение механической волны не сопровождается перенесением вещества из одного места в другое. У механических волн различная частота. Поэтому их поделили на диапазоны и создали специальную шкалу. Частота измеряется в герцах (Гц).
Основные формулы: Механические волны, формулы вычисления которых довольно просты, являются интересным объектом для изучения. Скорость волны (и) — это скорость перемещения ее фронта (геометрическое место всех точек, к которым дошло колебание среды в данный момент): и = р, где р — плотность среды, G — модуль упругости. При расчете не стоит путать скорость механической волны в среде со скоростью движения частичек среды, которые вовлечены в волновой процесс. Так, к примеру, звуковая волна в воздухе распространяется со средней скоростью колебания его молекул в 10 м/с, в то время как скорость звуковой волны в нормальных условиях составляет 330 м/с. Волновой фронт бывает разных видов, простейшими из которых являются: • Сферический — вызывается колебаниями в газообразной или жидкой среде. Амплитуда волны при этом убывает при удалении от источника обратно пропорционально квадрату расстояния. • Плоский — представляет собой плоскость, которая
перпендикулярна направлению распространения волны. Он возникает, например, в закрытом поршневом цилиндре, когда тот совершает колебательные движения. Плоская волна характеризуется практически неизменной амплитудой. Ее незначительное уменьшение при удалении от источника возмущения связано со степенью вязкости газообразной или жидкой среды.
Длина волны. Под длиной волны понимают расстояние, на которое будет перемещен ее фронт за время, которое равняется периоду колебания частичек среды: X = uT = u/v = 2пи/ ю, где Т — период колебания, u — скорость волны, ю — циклическая частота, v — частота колебания точек среды. Поскольку скорость распространения механической волны находится в полной зависимости от свойств среды, то ее длина X во время перехода из одной среды в иную изменяется. При этом частота колебания v всегда остается прежней. Механические и электромагнитные волны схожи тем, что при их распространении осуществляется передача энергии, но не происходит перенос вещества.
1. Источник :http ://fb.ru/article/148457/mehanicheskie -volnyi-istochnik-svoystva-formulyi.
Бурамбеков А.Г. студент 3 курса факультет клинической психологии Оренбургский государственный медицинский университет
Степанова Н.В., к.психол.н.
кафедра психиатрии и наркологии Россия, г. Оренбург ОСОБЕННОСТИ ЛОКУСА КОНТРОЛЯ И МОТИВАЦИИ ДОСТИЖЕНИЯ УСПЕХА В ЮНОШЕСКОМ ВОЗРАСТЕ
Аннотация. Статья посвящена проблеме взаимосвязи локуса контроля и мотивации достижения успеха в юношеском возрасте. Методики исследования: «Локус контроля» Дж. Роттера, методика мотивации к успеху Т. Элерса, испытуемые — 40 студентов в возрасте от 18 до 21 года. Выявлена положительная взаимосвязь экстернального локуса контроля и мотивации достижения успеха в юношеском возрасте.
Ключевые слова: мотивация, мотивация достижения успеха, локус контроля, юношеский возраст.
ИЗУЧАЕМ: ЗВУКОВАЯ ВОЛНА
Бой часов, пение птиц, речь человека и музыка — все эти явления можно обобщить одним словом «звук». Физика трактует звук как порождаемые некоторым источником колебания воздуха, на которые реагируют наши слуховые органы чувств.
О звуке подробнее
Итак, любой звук — это колебание воздуха. Если ввести в качестве дополнительного параметра одну из координат окружающего пространства, то совокупность колебаний каждой частицы на выбранном направлении образует звуковую волну. Если источник звука представить в виде точки, то звуковые волны можно уподобить лучам, которые от него распространяются во все стороны. Звук приводит в движение молекулы воздуха, которые начинают циклически перемещаться, изменяя механическое давление. Причем молекулы практически не перемещаются относительно своей первоначального местоположения.
Как человеческое ухо реагирует на звук?
Если на пути звуковой волны встречаются механические препятствия, то наблюдаются ее неоднократные переотражения. Колебания частиц воздуха, находящихся поблизости барабанной перепонки, изменяют воздушное давление. На барабанной перепонке имеется множество нервных окончаний, которые изменения давления трансформируют в понятный нашему мозгу сигнал.
Главные характеристики звуковых волн
Если графически отобразить звуковую волну, то получится простейшая гармоническая функция — синусоида. Хотя реальный сигнал, соответствующий этой функции, очень сложно встретить в реальном мире, для начального ознакомления с физической природой звуковых волн он вполне пригоден. Каким бы не был сложным звук, его всегда можно представить в виде математической суммы таких вот простых функций. Однако все слагаемые будут отличаться своими параметрами — частотой, фазой и амплитудой.
Что такое частота звука?
Физическая величина, численное значение которой соответствует числу колебаний за некоторый временной интервал. В привычной нам системе СИ этот интервал равен 1 секунде. А единицей измерения частоты является 1 Герц (одно колебание в секунду). Диапазон восприятия человеческого уха составляет от 20 Гц до 20кГц. А какие звуки лежат за границами нашего восприятия? Это так называемые инфразвук (частота меньше 20 Гц) и ультразвук (с частотой выше 20 кГц).
Амплитуда отвечает за громкость звука, причем здесь наблюдается прямая зависимость: растет амплитуда, увеличивается громкость и наоборот. Громкость тоже имеет свой диапазон, причем довольно широкий — от еле слышного поскребывания мыши под полом до оглушающих раскатов грома. Единицей измерения громкости является децибел, причем его значение может отображать как амплитуду, так и мощность звукового сигнала. Подробнее об этом речь пойдет далее.
Фаза — относительная характеристика, поэтому ее нужно замерять относительно другой звуковой волны. Когда речь идет о фазе, то всегда подразумевается наличие как минимум двух волн. Рассмотрим пример: есть 2 волны с одинаковой частотой. Если они находятся в фазе, то на графике это сразу видно — у них совпадают координаты максимумов, минимумов и нулей. Фаза измеряется в градусах и может принимать значения от нуля до 360. Крайние значения имеют свои собственные названия — 0 говорит о том, что волны находятся в фазе, а 360 — наоборот, в противофазе. Иногда говорят, что волны синхронны (в первом случае), и асинхронны (при фазе, равной 360-ти градусов). Как фаза связана с амплитудой? Ответ на этот вопрос несложен: усиление звука происходит только тогда, когда волны в фазе. Противофазные сигналы взаимно подавляют друг друга, обращая (в теории) амплитуду каждого в абсолютный нуль. На практике это явление может приводить к нежелательным последствиям. Например, отраженная от стен помещения звуковая волна начинает подавлять звучание источника. Нередко пропадание звука наблюдается при совмещении двух звуковых каналов в микшере для стереоскопического воспроизведения.
Что такое децибел?
Децибелы — это единицы, в которых измеряются сразу 2 физических величины: давление и напряжение. В первом случае речь идет о звуке, а во втором — об электричестве. Математически децибел описывается как логарифм от результата деления двух величин. А теперь запомните важный нюанс — для получения децибела следует взять логарифм по основанию «10» или десятичный (сокращенно десятичный логарифм обозначают 2-мя буквами латинского алфавита — «lg»). Децибелы введены для удобства пользования, так как шкала звукового давления расходится в очень больших пределах. Разница между тихим и громким звуком огромна и может достигать миллионов единиц. А введение логарифмов сокращает этот диапазон до привычных десятков и сотен. Поэтому в любой инструкции к современной звуковой аппаратуре все данные, имеющие отношения к усилению или ослаблению звука, приводятся в децибелах (дБ или dB).
Децибел децибелу рознь
Существуют несколько модификаций относительных единиц измерения уровня звука. Самых распространенных 4 и о них стоит поговорить подробнее.
1. дБм(dBm) — последняя буква обозначает милливатты, а значит речь идет о мощности. Правда, мощности электрического сигнала, в который был преобразован звуковой. Децибелы по мощности широко используются при описании характеристик электронной аппаратуры профессионального класса, а также в телефонии.
2. dBu (русск. дБн или дБu) — применяется для измерения амплитуды электрического сигнала (напряжения). Измеренное напряжение делится на эталонное значение (0.75 В), а затем логарифмируется. Сегодня этот подход не актуален, встретить значение dBu в паспорте современной электронной звуковой техники практически невозможно — повсеместно используется dBm как более удобный.
3. dBV(дБВ) — отличие дБВ от единицы измерения, описанной выше, заключается в эталонном напряжении — оно равно 1 Вольту. В отличие от dBu, единица dBV часто используется для описания технических возможностей как бытовых, так и полупрофессиональных звуковых устройств.
4. дБFS — кардинально отличается от всех децибелов, описанных выше. Две последние буквы FS являются сокращением английского слова fullscale, которое переводится как «полная шкала». Причиной ввода дБFS стало активное внедрение цифровых технологий в сферу звуковоспроизведения и звукозаписи. Ведь цифровой сигнал не имеет критерия оптимального напряжения, и для него можно выбрать любое из цифровых значений в заданном диапазоне. Максимальное значение звукового сигнала, преобразованного в «цифру» и не порождающего никаких искажений, соответствует 0.0 дБFS.
Важное отличие рассмотренных выше стандартов для измерения аналоговых сигналов по напряжению (dBu, dBV) от дБFS, заключается в том, что у них динамический диапазон не имеет запаса после нулевого значения.
Источники колебаний в сейсморазведочных работах
Вибрационные невзрывные источники сейсмических колебаний (вибраторы)
- источники непрерывного действия, которые генерируют протяженные во времени квазигармонические сигналы переменной частоты и амплитуды,
- источники дискретного действия, вырабатывающие отдельные импульсы, последовательно следующие друг за другом через 0,03-0,1 сек.
Работа:
- при подаче масла в верхние и нижние полости гидроцилиндра поршень совершает возвратно-поступательные движения, оказывая давление на грунт и возбуждая упругие колебания (для возбуждения поперечных волн гидроцилиндр с поршнем располагается горизонтально).
- управление потоками жидкости в гидроцилиндре осуществляется электрогидравлическим 2-каскадным преобразователем.
- ограниченное применение имеют механические эксцентриковые вибраторы, возбуждающие сейсмические волны путем периодического изменения взаимного расположения центров тяжести вращающихся масс.
Импульсные невзрывные источники сейсмических колебаний
Импульсные источники возбуждают и передают грунту кратковременные нагрузки, продолжительность которых во много раз меньше периода генерирующих волн.
Применение невзрывных источников сейсмических колебаний:
- на суше — вибрационные и импульсные источники,
- на шельфе — импульсные источники.
Взрывные источники колебаний
- из скважин или любой другой полости в массиве;
- в воздухе над земной поверхностью;
- на шельфе морей.
Работа
- во взрывчатом веществе (ВВ) в очаге взрыва — очаге возбуждения возникает волна детонации, которая за пределами заряда возбуждает ударную волну, создающую процесс сжатия с резким скачком давления, плотности и температуры на ее переднем фронте;
- на внешней границе очага возбуждения — взрывном источнике или излучателе, образуются упругие волны (сейсмический импульс);
- внешняя граница определяется по характерным признакам колебаний, визуально наблюдаемых на сейсмограммах;
- энергия ударной волны, которая возбуждает упругую волну сжатия, снижается с удалением от места взрыва;
- в массиве горных пород на различных расстояниях от очага возникают зоны разрушения, остаточные и упругие деформации;
- форма и энергия упругих волн зависят от размеров и вида очага возбуждения, свойств BB и массива горных пород.
- поток сейсмической энергии, создаваемой подземным взрывом, составляет на границе очага возбуждения около 1% потенциальной энергии заряда;
- на внешней границе очага возбуждения меняется зависимость видимого периода колебаний с расстоянием — он достигает минимального значения, а далее стабилизируется;
- определяющий параметр для установления внешних размеров взрывного источника — скорость смещения поверхности излучателя, критическое значение которой примерно обратно пропорционально плотности среды в степени минус 0,5.
Недостатки взрывных источников колебаний:
- невозможность дистанционного дозирования и контроля мощности взрывного импульса;
- формирования серии импульсов на фиксированной глубине скважины без подъема источника колебаний;
- повышенные требования к технике безопасности работы с ВВ.
Газодинамические источники колебаний
- газовая смесь формируется внутри глубинного скважинного снаряда, помещенного в скважину;
- есть возможность создавать серию ударных импульсов без подъема глубинного снаряда и осуществлять регулировку мощности, определяемую прочностью стенок скважины;
- дистанционный контроль и дозирование интенсивности колебаний
Работа
- постоянный ток по трос-кабелю поступает на газогенератор;
- созданная генератором газовая смесь ВВ заполняет взрывную камеру глубинного снаряда;
- объем смеси контролируется дистанционно с помощью датчика, установленного во взрывной камере;
- при достижении необходимого объема газовой смеси высоковольтным импульсом производится подрыв смеси;
- возникновение взрыва контролируется индикатором.
Физические основы строительной акустики
Источником звука может служить любое колеблющееся твердое тело или область газа или жидкости, в которой под действием внешних сил возникают изменения давления. Колебания, совершаемые источником звука, вызывают движение частиц окружающей среды, непосредственно соприкасающихся с источником. Из-за упругой связи между частицами среды эти колебания передаются все дальше и дальше от источника, то есть распространяется звуковая волна.
Законы распространения звуковых волн от данного источника определяются как параметрами самого источника (формой, размерами, амплитудой и спектральным составом его колебаний), так и свойствами окружающей среды (скоростью звука в ней, ее волновым сопротивлением, однородностью и так далее).
Если размеры источника звука малы по сравнению с длиной излучаемой звуковой волны ( L ист > λ), то вследствие процессов дифракции его излучение будет направленным.
Скорость звука в воздухе примерно равна 340 м/с. Максимальная длина волны, соответствующая низкочастотной границе слышимого звука ( 16 Гц), λ mах = 22 м , а минимальная длина волны (при частоте 20 кГц) λ min = 0,017 м . Поэтому для получения направленного звукового пучка на речевых частотах (300 – 2000 Гц) применяют рупоры с диаметром выходного сечения порядка 1 м .
Кроме направленности излучения к основным характеристикам источников звука относятся частотный спектр и мощность излучаемого звука.
Приемники звука – это акустические приборы для восприятия звуковых сигналов и преобразования их с целью измерения, анализа, усиления, записи, передачи или воспроизведения.
-
- Главная
- Оглавление
- 1 Введение
- 2 Звуковые волны в воздухе
- 3 Восприятие звука человеком. Слух
- 4 Источники и приемники звука
- 5 Отражение и преломление звуковых волн
- 6 Методы расчета звукового поля в помещении
- 7 Шум: основные проблемы
- 8 Методы и средства защиты от шума
- Литература
Список страниц
- Титульный экран 1 (сведения об издании)
- Дополнительный титульный экран 2 (производственно-технические сведения)
- Оглавление
- 1 Введение
- 1.1 Необходимые сведения из математики
- 1.2 Колебания: основные понятия
- 1.2.1 Гармонические колебания и их характеристики
- 1.2.2 Затухающие колебания
- 1.2.3 Вынужденные колебания. Резонанс
- 1.3 Упругие волны в сплошной среде
- 2 Звуковые волны в воздухе
- 2.1 Основные уравнения гидродинамики в акустическом приближении
- 2.2 Волновое уравнение для звуковых волн в воздухе. Скорость звука
- 2.3 Плоская гармоническая звуковая волна
- 2.4 Энергия звуковой волны. Уровень звука
- 3 Восприятие звука человеком. Слух
- 3.1 Высота тона
- 3.2 Громкость звука
- 3.3 Спектральный состав звука
- 4 Источники и приемники звука
- 4.1 Излучение звука колеблющимися телами
- 4.2 Аэрогидродинамические излучатели звука
- 4.3 Приемники звука
- 5 Отражение и преломление звуковых волн
- 5.1 Отражение звуковой волны от плоской границы при нормальном падении
- 5.2 Отражение и преломление при наклонном падении
- 5.3 Прохождение звуковой волны через плоский слой материала
- 6 Методы расчета звукового поля в помещении
- 6.1 Волновой метод расчета звукового поля в замкнутом объеме
- 6.2 Статистический метод расчета звукового поля в помещении. Ревеберация
- 6.3 Расчет уровня звука в помещении
- 7 Шум: основные проблемы
- 7.1 Классификация шумов
- 7.2 Источники шума
- 7.3 Действие шума на человека
- 7.4 Правовое регулирование защиты от шума
- 8 Методы и средства защиты от шума
- 8.1 Акустические методы борьбы с шумом
- 8.1.1 Резонансные звукопоглотители
- Литература
Вощукова Елена Анатольевна, Брянский государственный инженерно-технологический университет, Брянск, 2019 | Free CSS Templates | TurboSite