Дължина на вълната. Характеристики на вълната

Ако пуснем поплавък на известно разстояние от топката, той също ще вибрира. Когато трептенията се разминават в пространството с течение на времето, този процес се нарича вълна.

Изследване на свойствата на звука (дължина на вълната, скорост на вълната и др.).) Добре познатата играчка Rainbow или Happy Rainbow е подходяща.

Разтягаме пружината, оставяме я да се успокои и след това я разклащаме рязко нагоре-надолу. Ще видим, че се появява вълна, която се спуска надолу по извора и след това се връща обратно нагоре. Това означава, че тя се отразява от препятствие. Наблюдавахме как вълната се разпространява по протежение на пружината с течение на времето. Частиците на пружината се движат нагоре и надолу спрямо своето равновесие, а вълната се движи наляво и надясно. Тази вълна се нарича срязваща вълна. Тук посоката на разпространение е перпендикулярна на посоката на трептене на частиците. В нашия случай средата за разпространение на вълните е пружина.

Сега нека да разтегнем пружината, да я оставим да се успокои и да я издърпаме напред-назад. Виждаме, че намотките на пружината са свити по нея. Вълната се движи в една и съща посока. На едно място пружината е по-сгъстена, а на друго - по-разтегната. Тази вълна се нарича надлъжна вълна. Посоката на трептене на частиците му съвпада с посоката на разпространение.

Нека си представим плътна среда, например твърдо тяло. Ако го деформираме чрез преместване, ще се появи вълна. Тя се дължи на еластичните сили само в твърдите тела. Тези сили действат като обратна сила и създават еластична вълна.

Не можете да деформирате течност чрез срязване. В газове и течности напречната вълна не може да се разпространява. Надлъжната е друг въпрос: тя се простира във всички среди, където действат еластични сили. При надлъжната вълна частиците се приближават и отдалечават, а средата се свива и разширява.

Много хора смятат, че флуидите са несвиваеми, но това не е вярно. Ако натиснете буталото на спринцовка, пълна с вода, то леко се свива. При газовете също е възможна компресионно-експанзивна деформация. Ако натиснете буталото на празна спринцовка, въздухът се компресира.

Скорост и дължина на вълната

Нека се върнем към анимацията, която видяхме в началото на статията. Нека изберем произволна точка на една от отклоняващите се от условното кълбо точки и да я проследим. Точката се отдалечава от центъра. Скоростта, с която се движи, е скоростта на гребена на вълната. Можем да заключим, че една от характеристиките на вълната е нейната скорост.

В анимацията се вижда, че гребените на вълните са на едно и също разстояние един от друг. Това е дължината на вълната - друга нейна характеристика. Колкото по-чести са вълните, толкова по-къса е тяхната дължина.

Защо не всяка механична вълна е звукова вълна

Вземете алуминиева линийка.

Той е еластичен, така че е подходящ за експеримента. Поставете линийката на ръба на масата и я притиснете силно с ръка. притиснете силно линийката към ръба и след това я отпуснете здраво - свободната част ще започне да вибрира, но няма да издава звук. Ако избутате линийката съвсем малко, вибрациите на късия ръб ще създадат звук.

Какво показва този опит? Той доказва, че звукът се появява само когато тялото се движи достатъчно бързо, когато скоростта на вълната в средата е висока. Нека въведем още една характеристика на вълната - честотата. Тази стойност показва колко вибрации прави тялото в секунда. Когато създадем вълна във въздуха, звукът се появява при определени условия - при достатъчно висока честота.

Важно е да се разбере, че звукът не е вълна, въпреки че има нещо общо с механичните вълни. звукът е усещането, което възниква, когато звуковите (акустични) вълни попаднат в ухото.

Нека се върнем към владетеля. Когато голяма част е удължена, линийката вибрира и не издава звук. Създава ли вълна? Разбира се, но това е механична, а не звукова вълна. Сега можем да дефинираме звукова вълна. Това е механична надлъжна вълна, чиято честота варира от 20 Hz до 20 000 Hz. Hz. Ако честотата е по-малка от 20 Hz или по-голяма от 20 kHz, няма да я чуем, въпреки че ще вибрира.

Източникът на звука

Източникът на акустична вълна може да бъде всяко трептящо тяло, необходимо е само да има еластична среда като въздуха. Не само твърдите тела, но и течностите и газовете могат да вибрират. Въздухът, като смес от няколко газа, може да бъде нещо повече от среда за разпространение - той е способен сам да генерира акустична вълна. Именно вибрациите са в основата на звука на духовия инструмент. Флейтата или тромпетът не се колебаят. Въздухът е този, който се разрежда и компресира, придава определена скорост на вълната и в резултат на това чуваме звука.

Разпространение на звука в различни среди

Научихме, че различните вещества издават звук: течности, твърди вещества, газове... Същото важи и за способността за провеждане на акустична вълна. Звукът се разпространява във всяка еластична среда (течност, твърдо тяло, газ), освен във вакуум. В безвъздушното пространство, да речем на Луната, няма да чуем звука на вибриращо тяло.

Повечето от звуците, които възприемаме, са във въздуха. Рибите и медузите ще чуят акустична вълна, преминаваща през водата. Ако се гмурнем под водата, ние също ще чуем шума на преминаваща моторна лодка. Дължината на вълната и скоростта ѝ са по-високи, отколкото във въздуха. Това означава, че звукът на двигателя ще бъде чут първо от човека, който се гмурка под вода. Рибар, който седи в лодката си на същото място, ще чуе шума по-късно.

В твърдите тела звукът се разпространява още по-добре и скоростта на вълната е по-висока. Ако доближите до ухото си твърд предмет, особено метален, и го почукате, можете да го чуете много ясно. Друг пример е собственият ви глас. Когато за пръв път чуем себе си да говорим, записани предварително на касетофон или на видео, гласът ни се струва чужд. Защо това е така?? Защото в живота не чуваме толкова звука, който вибрира от устата ни, колкото вълните, които преминават през костите на черепа ни. Звукът, отразен от тези препятствия, се променя леко.

Скоростта на звука

Скоростта на звуковата вълна, ако разглеждаме един и същ звук, няма да бъде еднаква в различни среди. Колкото по-плътна е средата, толкова по-бързо звукът достига до ушите ни. Влакът може да се движи толкова далеч, че звукът от колелата му все още да не се чува. Но ако допрете ухо до релсите, можете да чуете ясно бръмчене.

Това ни казва, че звуковите вълни се движат по-бързо в твърдите тела, отколкото във въздуха. На фигурата е показана скоростта на звука в различни среди.

Уравнението на вълната

Скоростта, честотата и дължината на вълната са взаимосвързани. Телата, които вибрират с висока честота, имат по-къса вълна. Нискочестотните звуци се чуват на по-големи разстояния, защото имат по-голяма дължина на вълната. Съществуват две вълнови уравнения. Те илюстрират взаимозависимостта на характеристиките на вълните една от друга. Като се знаят две величини от уравненията, може да се изчисли трета:

c = ν × λ,

където s е скорост, ν е честота, λ е дължина на вълната.

Второто уравнение на акустичната вълна:

c = λ / T,

където T е периодът, t. е. е времето, за което едно тяло извършва едно трептене.