Ne e dimë se zëri udhëton nëpër ajër. Kjo është arsyeja pse ne mund të dëgjojmë. Asnjë tingull nuk mund të ekzistojë në një vakum. Por nëse zëri transmetohet përmes ajrit, për shkak të bashkëveprimit të grimcave të tij, a nuk do të transmetohet edhe nga substanca të tjera? do.

Përhapja dhe shpejtësia e zërit në media të ndryshme

Tingulli nuk transmetohet vetëm nga ajri. Ndoshta të gjithë e dinë se nëse vendosni veshin në mur, mund të dëgjoni biseda në dhomën tjetër. Në këtë rast, tingulli transmetohet nga muri. Tingujt udhëtojnë në ujë dhe media të tjera. Për më tepër, përhapja e zërit në mjedise të ndryshme ndodh në mënyra të ndryshme. Shpejtësia e zërit ndryshon në varësi të substancës.

Është kurioze që shpejtësia e zërit në ujë është pothuajse katër herë më e lartë se në ajër. Kjo do të thotë, peshqit dëgjojnë "më shpejt" se ne. Në metale dhe xhami, zëri udhëton edhe më shpejt. Kjo ndodh sepse zëri është një dridhje e një mediumi dhe valët e zërit udhëtojnë më shpejt në media më të mira përçuese.

Dendësia dhe përçueshmëria e ujit është më e madhe se ajo e ajrit, por më e vogël se ajo e metalit. Prandaj, zëri transmetohet ndryshe. Kur lëvizni nga një medium në tjetrin, shpejtësia e zërit ndryshon.

Gjatësia e valës së zërit gjithashtu ndryshon kur kalon nga një medium në tjetrin. Vetëm frekuenca e saj mbetet e njëjtë. Por pikërisht kjo është arsyeja pse ne mund të dallojmë se kush saktësisht po flet edhe përmes mureve.

Meqenëse zëri është dridhje, të gjitha ligjet dhe formulat për dridhjet dhe valët janë të zbatueshme mirë për dridhjet e zërit. Gjatë llogaritjes së shpejtësisë së zërit në ajër, duhet pasur parasysh gjithashtu se kjo shpejtësi varet nga temperatura e ajrit. Me rritjen e temperaturës, shpejtësia e përhapjes së zërit rritet. Në kushte normale, shpejtësia e zërit në ajër është 340,344 m/s.

Valët e zërit

Valët e zërit, siç dihet nga fizika, përhapen në media elastike. Kjo është arsyeja pse tingujt transmetohen mirë nga toka. Duke e vendosur veshin në tokë, ju mund të dëgjoni nga larg zhurmën e hapave, kërcitjen e thundrave, etj.

Si fëmijë, të gjithë ndoshta kënaqeshin duke vënë veshin te shinat. Zhurma e rrotave të trenit transmetohet përgjatë shinave për disa kilometra. Për të krijuar efektin e kundërt të thithjes së zërit, përdoren materiale të buta dhe poroze.

Për shembull, për të mbrojtur një dhomë nga tingujt e jashtëm, ose, anasjelltas, për të parandaluar daljen e tingujve nga dhoma në jashtë, dhoma trajtohet dhe izolohet. Muret, dyshemeja dhe tavani janë të mbuluara me materiale speciale të bazuara në polimere të shkumëzuara. Në tapiceri të tilla të gjitha tingujt zhduken shumë shpejt.

Hyrje.

Koncepti tingull Zakonisht e lidhim atë me dëgjimin dhe rrjedhimisht me proceset fiziologjike në veshë, si dhe me proceset psikologjike në trurin tonë (ku përpunohen ndjesitë që hyjnë në organet e dëgjimit). Përveç kësaj, nën tingull kuptojmë fenomenin fizik që shkakton efekt në veshët tanë, përkatësisht valët gjatësore. Nëse valë të tilla elastike që përhapen në ajër kanë një frekuencë që varion nga 16 te 20000 Hz, atëherë, me të arritur në veshin e njeriut, ato shkaktojnë një ndjesi tingull. Në përputhje me këtë, quhen valë elastike në çdo medium që ka një frekuencë brenda kufijve të specifikuar valët e zërit ose thjesht tingull. Quhen valë elastike me frekuenca më të vogla se 16 Hz infratingulli; quhen valë me frekuenca që tejkalojnë 20 000 Hz ultratinguj. Veshi i njeriut nuk mund të dëgjojë infra- dhe ultratinguj.

Për një person që dëgjon, dy karakteristika të tingullit bëhen menjëherë të dukshme, domethënë vëllimi dhe lartësia e tij. Vëllimi lidhet me intensitetin e valës zanore, e cila është proporcionale me katrorin e amplitudës së valës. Lartësia Tingulli tregon nëse është i lartë, si një violinë ose violonçel, ose i ulët, si tingulli i një daulle basi ose një teli basi. Sasia fizike që karakterizon lartësinë e zërit është frekuenca e lëkundjes së valës së zërit, e cila u vu re për herë të parë nga Galileo. Sa më e ulët të jetë frekuenca, aq më e ulët është lartësia e zërit, dhe sa më e lartë të jetë frekuenca, aq më i lartë është zëri.

Një nga karakteristika të rëndësishme zëri është i tij shpejtësia. Shpejtësia e zërit është shpejtësia e përhapjes valët e zërit në mjedis. Në gazra, shpejtësia e zërit është më e vogël se në lëngje, dhe në lëngje është më e vogël se në trupat e ngurtë (dhe për valët tërthore shpejtësia është gjithmonë më e vogël se për ato gjatësore). Shpejtësia e zërit në gazra dhe avuj është nga 150 në 1000 m/s, në lëngje nga 750 në 2000 m/s, në të ngurta nga 2000 në 6500 m/s. Në ajër në kushte normale shpejtësia e zërit është 330 m/s, në ujë - 1500 m/s.

Abstrakti diskuton gjithashtu efektin, ekzistenca e të cilit u vu në dukje në 1842 nga KRISHTIAN DOPLER (Doppler) (Doppler) (1803-53), fizikan dhe astronom austriak. Ky efekt u emërua më vonë pas tij.

1. Shpejtësia e valëve të zërit në media të ndryshme.

Ne zakonisht mendojmë për tingullin si udhëtim nëpër ajër, sepse zakonisht është ajri që bie në kontakt me daullet tona të veshit dhe dridhjet e tij bëjnë që ato daulle të vibrojnë. Megjithatë, valët e zërit mund të përhapen edhe në substanca të tjera. Një notar mund të dëgjojë zhurmën e dy gurëve që godasin njëri-tjetrin ndërsa janë nën ujë, pasi dridhjet transmetohen në vesh nga uji. Nëse vendosni veshin në tokë, mund të dëgjoni afrimin e një treni ose traktori. Në këtë rast, toka nuk ndikon drejtpërdrejt në daullet tuaja të veshit. Megjithatë, një valë gjatësore që përhapet në tokë quhet valë zanore sepse dridhjet e saj bëjnë që ajri në veshin e jashtëm të lëkundet. Në të vërtetë, valët gjatësore që përhapen në çdo mjedis material shpesh quhen valë zanore. Natyrisht, tingulli nuk mund të përhapet në mungesë të materies. Për shembull, është e pamundur të dëgjosh kumbimin e një zile të vendosur brenda një anijeje nga e cila është nxjerrë ajri [Eksperimenti i Robert Boyle (1660)].

Shpejtësia e zërit në substanca të ndryshme ka kuptime të ndryshme. Në ajër në një temperaturë prej 0 o C dhe një presion prej 1 atm, zëri udhëton me një shpejtësi prej 331,3 m/s. Në ajër dhe mjedise të tjera të gazta dhe të lëngshme, shpejtësia varet nga moduli i ngjeshjes B dhe dendësia e mediumit (substancës) r:

Në helium, dendësia e të cilit është dukshëm më e vogël se dendësia e ajrit, dhe moduli i ngjeshjes është pothuajse i njëjtë, shpejtësia e zërit është pothuajse tre herë më e madhe. Në lëngjet dhe trupat e ngurtë, të cilët janë dukshëm më pak të ngjeshshëm dhe për këtë arsye kanë modul elastik dukshëm më të madh, shpejtësia është përkatësisht më e madhe. Vlerat e shpejtësisë së zërit në substanca të ndryshme janë dhënë në tabelat 1.1, 1.2, 1.3; ato varen më së shumti nga temperatura (shih tabelat 1.4, 1.5), megjithatë kjo varësi është e rëndësishme vetëm për gazet dhe lëngjet. Për shembull, në ajër, me një rritje të temperaturës me 1 o C, shpejtësia e zërit rritet me afërsisht 0.60 m/s:

u"(331+0,60T) m/s,

ku T është temperatura në o C. Për shembull, në 20 o C kemi:

u" m/s = 343 m/s.

2. Efekti Doppler në akustikë.

Ju mund të keni vënë re se zëri i sirenës së një kamioni zjarrfikës, i cili lëviz me shpejtësi të madhe, bie ndjeshëm pasi automjeti ju kalon. Mund të keni vënë re gjithashtu një ndryshim në lartësinë e sinjalit të një makine që kalon pranë jush me shpejtësi të madhe. Hapi i motorit të një makine garash gjithashtu ndryshon kur kalon pranë një vëzhguesi. Nëse një burim tingulli i afrohet vëzhguesit, lartësia e zërit rritet në krahasim me kohën kur burimi i zërit ishte në qetësi. Nëse burimi i zërit largohet nga vëzhguesi, atëherë lartësia e zërit zvogëlohet. Ky fenomen quhet Efekti Doppler dhe ndodh për të gjitha llojet e valëve. Le të shqyrtojmë tani arsyet e shfaqjes së tij dhe të llogarisim ndryshimin në frekuencën e valëve të zërit për shkak të këtij efekti.

Efekti Doppler: a - të dy vëzhguesit në trotuar dëgjojnë zhurmën e sirenës së një kamioni zjarri në këmbë në të njëjtën frekuencë; b - vëzhguesi drejt të cilit po afrohet makina zjarrfikëse dëgjon një tingull të një frekuence më të lartë, dhe vëzhguesi nga i cili po largohet makina zjarri dëgjon një tingull më të ulët.

Le të shqyrtojmë, për qëllime konkrete, një kamion zjarrfikës, sirena e të cilit, kur automjeti është i palëvizshëm, lëshon një tingull të një frekuence të caktuar në të gjitha drejtimet, siç tregohet në Fig. 2.1, a. Lëreni makinën e zjarrfikësve tani të fillojë të lëvizë dhe sirena vazhdon të lëshojë valë zanore me të njëjtën frekuencë. Sidoqoftë, gjatë vozitjes, valët e zërit të emetuara nga sirena përpara do të jenë më afër njëra-tjetrës sesa nëse makina nuk lëvizte, siç tregohet në Fig. 2.1, b. Kjo ndodh sepse gjatë lëvizjes së tij kamioni i zjarrfikësve “kap” valët e lëshuara më parë. Kështu, një vëzhgues pranë rrugës do të vërejë një numër më të madh të kreshtave të valëve që kalojnë pranë tij për njësi të kohës, dhe, për këtë arsye, për të frekuenca e zërit do të jetë më e lartë. Nga ana tjetër, dallgët që përhapen pas makinës do të jenë më larg njëra-tjetrës, pasi makina duket se “shkëputet” prej tyre. Rrjedhimisht, për njësi të kohës, më pak kreshta valësh do të kalojnë pranë vëzhguesit pas makinës dhe lartësia e zërit do të jetë më e ulët.

Oriz. 2.2.

Për të llogaritur ndryshimin në frekuencë, ne përdorim Fig. 2.2. Ne do të supozojmë se në kuadrin tonë të referencës ajri (ose mediumi tjetër) është në qetësi. Në Fig. 2.2 burimi i zërit (për shembull, një sirenë) është në qetësi. Tregohen kreshtat e njëpasnjëshme të valëve, me njërën prej tyre që sapo emetohet nga burimi i zërit. Distanca midis këtyre kreshtave është e barabartë me gjatësinë e valës l. Nëse frekuenca e lëkundjes së burimit të zërit është e barabartë me ¦, atëherë koha e kaluar ndërmjet emetimit të kreshtave të valëve është e barabartë me

T= 1/¦.

Në Fig. 2.3 Burimi i zërit lëviz me shpejtësi u ist. Gjatë kohës T (sapo është përcaktuar), kreshta e parë e valës do të përshkojë distancën d =uT, Ku u- shpejtësia e valës së zërit në ajër (e cila, natyrisht, do të jetë e njëjtë, pavarësisht nëse burimi lëviz apo jo). Në të njëjtën kohë, burimi i zërit do të lëvizë në një distancë d ist = u ist T. Atëherë distanca midis kreshtave të njëpasnjëshme të valës është e barabartë me gjatësinë e re të valës l`, do të shkruhet në formular

l` = d + d ist = ( u+u ist) T= (u+u ist)/¦,

sepse T= 1/¦. Frekuenca ¦` e valës jepet me shprehjen

¦`= u/l` = u¦/ ( u+u ist),

¦` = ¦/(1 +u ist /u) [burimi i zërit largohet nga vëzhguesi në qetësi].

Meqenëse emëruesi i thyesës është më i madh se një, kemi ¦`<¦. Например, если источник создаёт звук на частоте 400 Гц, когда он находится в покое, то, когда источник начинает двигаться в направлении от наблюдателя, стоящего на месте, со скоростью 30 м/с, последний услышит звук на частоте (при температуре 0 о C)

¦` = 400 Hz / 1 + (30 m/s)/(331 m/s) = 366,64 Hz.

Gjatësia e re e valës për një burim që i afrohet vëzhguesit me shpejtësi u ist, do të jetë i barabartë

l` = d - d ist.

Në këtë rast, frekuenca ¦` jepet nga shprehja

¦` = ¦/(1 -u ist /u) [burimi i zërit i afrohet vëzhguesit në qetësi].

Efekti Doppler ndodh gjithashtu kur burimi i zërit është në qetësi (në raport me mjedisin në të cilin përhapen valët e zërit) dhe vëzhguesi është në lëvizje. Nëse një vëzhgues i afrohet një burimi tingulli, ai dëgjon një tingull më të lartë se ai i lëshuar nga burimi. Nëse vëzhguesi largohet nga burimi, atëherë zëri i duket më i ulët. Në mënyrë sasiore, ndryshimi i frekuencës këtu ndryshon pak nga rasti kur burimi është në lëvizje dhe vëzhguesi është në pushim. Në këtë rast, distanca midis kreshtave të valës (gjatësia e valës l) nuk ndryshon, por shpejtësia e lëvizjes së kreshtave në raport me vëzhguesin ndryshon. Nëse vëzhguesi i afrohet burimit të zërit, atëherë shpejtësia e valëve në raport me vëzhguesin do të jetë e barabartë me u` = u + u obs, ku uështë shpejtësia e përhapjes së zërit në ajër (supozojmë se ajri është në qetësi), dhe u obs – shpejtësia e vëzhguesit. Prandaj, frekuenca e re do të jetë e barabartë me

¦`= u` /l = (u + u obs)/ l,

ose, sepse l= u /¦,

¦` = (1 +u obs /u) ¦ [vëzhguesi i afrohet një burimi të palëvizshëm të zërit].

Në rastin kur vëzhguesi largohet nga burimi i zërit, shpejtësia relative do të jetë e barabartë me u` = u - u e vëzhgueshme,

¦` = (1 -u obs /u) ¦ [vëzhguesi largohet nga burimi i palëvizshëm i zërit].

Nëse një valë zanore reflektohet nga një pengesë lëvizëse, atëherë frekuenca e valës së reflektuar për shkak të efektit Doppler do të ndryshojë nga frekuenca e valës rënëse, d.m.th. do të ndodhë i ashtuquajturi zhvendosje e frekuencës Doppler. Nëse përplasja dhe valët zanore të reflektuara mbivendosen mbi njëra-tjetrën, do të lindë një mbivendosje dhe kjo do të çojë në rrahje. Frekuenca e rrahjeve është e barabartë me diferencën midis frekuencave të dy valëve. Ky manifestim i efektit Doppler përdoret gjerësisht në pajisje të ndryshme mjekësore, të cilat zakonisht përdorin valë ultrasonike në intervalin e frekuencës megahertz. Për shembull, valët e ultrazërit të reflektuara nga qelizat e kuqe të gjakut mund të përdoren për të përcaktuar shpejtësinë e rrjedhjes së gjakut. Në mënyrë të ngjashme, kjo metodë mund të përdoret për të zbuluar lëvizjen e gjoksit të fetusit, si dhe për të monitoruar nga distanca rrahjet e zemrës. Duhet të theksohet se efekti Doppler është gjithashtu bazë për zbulimin me radar të automjeteve që tejkalojnë kufirin e përcaktuar të shpejtësisë, por në këtë rast përdoren më shumë valë elektromagnetike (radio) sesa valë zanore.

Saktësia e marrëdhënieve (2.1) dhe (2.2) zvogëlohet nëse uështë ose u vëzhgimet po i afrohen shpejtësisë së zërit. Kjo për faktin se zhvendosja e grimcave të mediumit nuk do të jetë më proporcionale me forcën e rivendosjes, d.m.th. do të shfaqen devijime nga ligji i Hukut, kështu që shumica e arsyetimit tonë teorik do të humbasë forcën.

konkluzioni.

Tingull përhapet në formën e një vale gjatësore në ajër dhe media të tjera. Shpejtësia e zërit në ajër rritet me rritjen e temperaturës; në 0 o C është afërsisht 331 m/s.

Efekti Doppler është se lëvizja e një burimi tingulli ose dëgjuesi shkakton një ndryshim në lartësinë e zërit. Karakteristikë e çdo valë (dritë, zë, etj.). Kur burimi i afrohet marrësit l zvogëlohet, dhe me distancë rritet me një sasi l - l O = nl O /c, Ku l o - gjatësia e valës së burimit, c- shpejtësia e përhapjes së valës, n- shpejtësia relative e burimit. Me fjalë të tjera, nëse burimi i zërit dhe dëgjuesi afrohen, lartësia e zërit rritet; nëse largohen nga njëri-tjetri, atëherë lartësia e zërit zvogëlohet.

Referencat.

1. Enciklopedia e Madhe e Kirilit dhe Metodit 2001 (2 CD-ROM).

2. Giancoli D. Fizikë: Në 2 vëllime T. 1: Trans. nga anglishtja - M.: Mir, 1989. – 656 f., ill.

3. Enochovich A. S. Një libër i shkurtër referimi mbi fizikën. – Botimi i dytë, i rishikuar dhe i plotësuar. - M.: Shkolla e diplomuar, 1976. – 288 f., ill.

4. Savelyev I.V. Kursi i fizikës së përgjithshme: Libër shkollor. kompensim. Në 3 vëllime T. 2. Elektriciteti dhe magnetizmi. Valët. Optika. – Botimi i 3-të, rev. - M.: Shkencë. Ch. ed. fizikës dhe matematikës lit., 1988. – 496 f., ill.

AplikimiA.

AplikimiB.

Tabelat.

Shënim. Koeficienti i temperaturës së shpejtësisë së zërit tregon se sa metra në sekondë rritet shpejtësia e zërit në një substancë kur temperatura e saj rritet me 1 o C. Shenja minus tregon se ky lëng ka një koeficient negativ të temperaturës së shpejtësisë. Kjo do të thotë se me rritjen e temperaturës, shpejtësia e zërit në lëng zvogëlohet. Përjashtim bën uji me rritjen e temperaturës nga 0 në 74 o C, shpejtësia e zërit në të rritet. Shpejtësia më e lartë e zërit në ujë në 74 o C është 1555.5 m/s.

1.25. 3 VALËT E ZËRVE

Koncepti i valës së zërit. Shpejtësia e zërit në media të ndryshme. Karakteristikat fizike të zërit: intensiteti, spektri, lartësia, vëllimi, prishja. Ultratingulli dhe aplikimi i tij. Efekti Doppler. Valët goditëse.

Valët e zërit.

Një lloj i rëndësishëm i valëve gjatësore janë valët e zërit . Ky është emri i valëve me frekuenca 17-20,000 Hz. Studimi i zërit quhet akustikë. Në akustikë studiohen valët që përhapen jo vetëm në ajër, por edhe në çdo medium tjetër. Valët elastike me frekuencë nën 17 Hz quhen infratinguj, dhe me frekuencë mbi 20,000 Hz - ultratinguj.

Valët e zërit janë dridhje elastike që përhapen në formën e një procesi valor në gaze, lëngje dhe trupa të ngurtë..

Presion i tepërt i zërit. Ekuacioni i valëve zanore.

Ekuacioni i valës elastike ju lejon të llogaritni zhvendosjen e çdo pike në hapësirë ​​përmes së cilës vala kalon në çdo kohë. Por si mund të flasim për zhvendosjen e ajrit ose grimcave të lëngshme nga pozicioni i ekuilibrit? Tingulli, i përhapur në një lëng ose gaz, krijon zona të ngjeshjes dhe rrallimit të mediumit, në të cilat presioni rritet ose zvogëlohet në përputhje me presionin e mediumit të patrazuar.

Nëse është presioni dhe dendësia e mjedisit të patrazuar (mjedisi nëpër të cilin vala nuk kalon), dhe është presioni dhe dendësia e mediumit kur procesi valor përhapet në të, atëherë sasia quhet presioni i tepërt . Madhësia ka një vlerë maksimale të presionit të tepërt (amplituda e mbipresionit ).

Ndryshimi në presionin e tepërt për një valë zanore të rrafshët (d.m.th., ekuacioni i valës së zërit të rrafshët) është:

ku y është largësia nga burimi i lëkundjeve të pikës në të cilën përcaktojmë presionin e tepërt në kohën t.

Nëse prezantojmë vlerën e densitetit të tepërt dhe amplituda e saj në të njëjtën mënyrë siç kemi prezantuar vlerën e presionit të tepërt të zërit, atëherë ekuacioni i një valë zanore të rrafshët mund të shkruhet si më poshtë:

. (30.2)

Shpejtësia e zërit- shpejtësia e përhapjes së valëve të zërit në medium. Si rregull, shpejtësia e zërit në gazra është më e vogël se në lëngje, dhe në lëngje shpejtësia e zërit është më e vogël se në trupat e ngurtë. Sa më e madhe të jetë dendësia, aq më e madhe është shpejtësia e zërit. Shpejtësia e zërit në çdo mjedis llogaritet me formulën: ku β është kompresueshmëria adiabatike e mediumit;

Karakteristikat objektive dhe subjektive të zërit.

Vetë fjala “tingull” pasqyron dy koncepte të ndryshme, por të ndërlidhura: 1) tingulli si fenomen fizik; 2) zëri është perceptimi që përjeton aparati i dëgjimit (veshi i njeriut) dhe ndjesitë që lindin në të. Prandaj, karakteristikat e zërit ndahen në objektive , të cilat mund të maten me pajisje fizike, dhe Meobjektive , përcaktohet nga perceptimi i një tingulli të caktuar nga një person.

Karakteristikat objektive (fizike) të zërit përfshijnë karakteristikat që përshkruajnë çdo proces valor: frekuencën, intensitetin dhe përbërjen spektrale. Tek tabela 1. Përfshihen të dhëna krahasuese të karakteristikave objektive dhe subjektive.

Tabela 1.

Frekuenca e zërit matet me numrin e lëkundjeve të grimcave të mediumit që marrin pjesë në procesin valor në 1 sekondë.

Intensiteti vala matet me energjinë e transferuar nga vala për njësi të kohës nëpër një sipërfaqe njësi (e vendosur pingul me drejtimin e përhapjes së valës).

Përbërja spektrale (spektri) tingulli tregon se nga cilat dridhje përbëhet një tingull i caktuar dhe si shpërndahen amplituda midis përbërësve të tij individualë.

Dalloni spektrat e vazhdueshme dhe të linjës . Për të vlerësuar në mënyrë subjektive zëshmërinë, quhen sasitë niveli i zërit dhe niveli i volumit .

Tabela 2 - Karakteristikat objektive të proceseve valore mekanike.

Për të karakterizuar sasitë që përcaktojnë perceptimin e zërit, nuk janë aq të rëndësishme vlerat absolute të intensitetit të zërit dhe presioni i zërit, por lidhja e tyre me vlerat e caktuara të pragut. Prandaj, prezantohet koncepti i intensitetit relativ dhe niveleve të presionit të zërit.

Në mënyrë që një valë zanore të perceptohet nga veshi, është e nevojshme që intensiteti i saj të kalojë një vlerë minimale të quajtur nlartësia e dëgjueshmërisë . Vlera është e ndryshme për frekuenca të ndryshme. Për frekuencën, pragu i dëgjimit është në rendin e madhësisë. Përvoja ka vërtetuar se në çdo frekuencë ekziston një kufi i sipërm i intensitetit të zërit, mbi të cilin një person përjeton dhimbje. Sasia quhet pragu i dhimbjes.

Niveli i intensitetit (niveli i intensitetit të zërit) është i barabartë me logaritmin dhjetor të raportit të intensitetit të zërit në një frekuencë të caktuar me intensitetin e zërit në të njëjtën frekuencë në pragun e dëgjueshmërisë:

.

Vëllimi i zërit - perceptimi subjektiv i fuqisë së zërit (vlera absolute e ndjesisë dëgjimore). Zëri i zërit varet kryesisht nga presioni i zërit dhe frekuenca e dridhjeve të zërit. Vëllimi i një tingulli ndikohet gjithashtu nga timbri i tij, kohëzgjatja e ekspozimit ndaj dridhjeve të zërit dhe faktorë të tjerë. Niveli i volumit është e barabartë me logaritmin dhjetor të raportit të intensitetit të zërit në një frekuencë të caktuar me intensitetin e zërit në një frekuencë prej 1000 Hz në pragun e dëgjueshmërisë:

.

Njësia e nivelit të intensitetit është bel (B): . Një e dhjeta e të bardhës quhet decibel (dB): 0.1B = 1dB. Formula për përcaktimin e nivelit të intensitetit në decibel do të marrë formën:

.

Nëse shkruajmë formulën për nivelin e volumit në formë , atëherë njësia matëse SI me këtë përkufizim të sasisë është një njësi e quajtur von. Në një frekuencë prej 1000 Hz, shkallët e sfondit dhe decibelit janë të njëjta për frekuencat e tjera;

Niveli i presionit të zërit është e barabartë me produktin prej 20 herë logaritmin e raportit të presionit të zërit në një frekuencë të caktuar ndaj presionit të zërit në pragun e dëgjueshmërisë. Njësia matëse në këtë rast është decibel.

.

Ultratinguj: Valët mekanike me një frekuencë lëkundjeje më të madhe se 20,000 Hz nuk perceptohen nga njerëzit si zë.

Ultratingulli është një lëvizje oshiluese përhapëse e ngjashme me valën e grimcave të një mediumi dhe karakterizohet nga një numër karakteristikash dalluese në krahasim me dridhjet në diapazonin e dëgjueshëm. Në rangun e frekuencës tejzanor është relativisht e lehtë të merret rrezatimi i drejtuar; Dridhjet tejzanor janë të përshtatshëm për fokusimin, si rezultat i të cilit rritet intensiteti i dridhjeve tejzanor në zona të caktuara të ndikimit. Kur përhapet në gaze, lëngje dhe trupa të ngurtë, ultratingulli gjeneron fenomene unike, shumë prej të cilave kanë gjetur zbatim praktik në fusha të ndryshme të shkencës dhe teknologjisë. Kanë kaluar pak më shumë se njëqind vjet që nga fillimi i kërkimit në fushën e dridhjeve tejzanor. Gjatë kësaj kohe, në pasurinë e njerëzimit janë shfaqur dhjetëra teknologji ultratinguj shumë efikase, që kursejnë burime dhe miqësore me mjedisin. Këto përfshijnë: teknologjitë për forcimin, kallajimin dhe saldimin e metaleve, parandalimin e formimit të shkallëve në sipërfaqet e shkëmbimit të nxehtësisë, shpimin e materialeve të brishta dhe veçanërisht të forta, tharjen e substancave termo-lëvizëse, nxjerrjen e lëndëve të para shtazore dhe bimore, tretjen, sterilizimin e substancave të lëngshme, spërkatjen e imët të medikamente, lëndë djegëse të rënda, përftimi i emulsioneve dhe suspensioneve ultrafine, ngjyrave shpërndarëse, saldimi i metaleve dhe polimere, larje, pastrim të pjesëve pa përdorimin e tretësve të ndezshëm dhe toksikë.

Vitet e fundit, ultratingulli ka filluar të luajë një rol gjithnjë e më të rëndësishëm në industri dhe kërkime shkencore. Studimet teorike dhe eksperimentale janë kryer me sukses në fushën e kavitacionit tejzanor dhe rrjedhave akustike, të cilat bënë të mundur zhvillimin e proceseve të reja teknologjike që ndodhin nën ndikimin e ultrazërit në fazën e lëngshme. Aktualisht, po formohet një drejtim i ri i kimisë - kimia tejzanor, e cila bën të mundur përshpejtimin e shumë proceseve teknologjike kimike dhe marrjen e substancave të reja. Kërkimi shkencor kontribuoi në shfaqjen e një dege të re të akustikës - akustikën molekulare, e cila studion ndërveprimin molekular të valëve të zërit me lëndën. Janë shfaqur fusha të reja të aplikimit të ultrazërit: introskopia, holografia, akustika kuantike, metria fazore ultrasonike, akustoelektronika.

Krahas kërkimeve teorike dhe eksperimentale në fushën e ultrazërit janë kryer edhe shumë punë praktike. Janë zhvilluar makina universale dhe speciale ultrasonike, instalime që funksionojnë nën presion të shtuar statik, instalime të mekanizuara tejzanor për pastrimin e pjesëve, gjeneratorë me frekuencë të shtuar dhe një sistem të ri ftohjeje dhe konvertues me një fushë të shpërndarë në mënyrë uniforme.

Një tingëllues eko është një pajisje për përcaktimin e thellësisë së detit. Lokatori tejzanor përdoret për të përcaktuar distancën nga një pengesë në rrugë. Kur ultrazëri kalon nëpër një lëng, grimcat e lëngshme fitojnë përshpejtime të mëdha dhe ndikojnë fuqishëm në trupa të ndryshëm të vendosur në lëng. Kjo përdoret për të përshpejtuar një sërë procesesh teknologjike (për shembull, përgatitja e solucioneve, larja e pjesëve, rrezitja e lëkurës, etj.). Ekografia përdoret për zbulimin e defekteve në pjesët metalike Në mjekësi bëhet ekzaminimi me ultratinguj i organeve të brendshme.

Efekti Doppler quhet ndryshimi i frekuencës së lëkundjeve të perceptuara nga marrësi kur burimi i këtyre lëkundjeve dhe marrësi lëvizin në raport me njëri-tjetrin.

Për të marrë në konsideratë efektin Doppler, supozoni se burimi i zërit dhe marrësi lëvizin përgjatë vijës së drejtë që i lidh ato; vështë dhe v pr - respektivisht shpejtësia e lëvizjes së burimit dhe marrësit, dhe ato janë pozitive nëse burimi (marrësi) i afrohet marrësit (burimi), dhe negative nëse largohet. Frekuenca e lëkundjes së burimit është v 0 .

1. Burimi dhe marrësi janë në qetësi në raport me mediumin, dmth. v ist = v pr =0. Nëse v - shpejtësia e përhapjes së një valë zanore në mjedisin në fjalë, pastaj gjatësia e valës l= vT= v/ v 0 . Duke u përhapur në mjedis, vala do të arrijë marrësin dhe do të bëjë që elementi i saj i ndjeshëm ndaj zërit të lëkundet me një frekuencë.

Prandaj frekuenca v tingulli që marrësi do të regjistrojë është i barabartë me frekuencën v 0 në të cilën vala e zërit emetohet nga burimi.

2. Marrësi i afrohet burimit dhe burimi është në qetësi, dmth. v pr >0, v ist =0. Në këtë rast, shpejtësia e përhapjes së valës në raport me marrësin do të jetë e barabartë me v + v etj Meqenëse gjatësia e valës nuk ndryshon, atëherë

(30.4)

d.m.th., frekuenca e lëkundjeve të perceptuara nga marrësi, në ( v+ v pr) / v herë frekuencën e lëkundjeve të burimit.

3. Burimi i afrohet pasardhësit dhe marrësi është në qetësi, dmth. vështë >0, v pr =0.

Shpejtësia e përhapjes së lëkundjeve varet vetëm nga vetitë e mediumit, prandaj, në një kohë të barabartë me periudhën e lëkundjes së burimit, vala e emetuar prej tij do të përshkojë një distancë drejt marrësit. vT(e barabartë me gjatësinë e valës l) pavarësisht nëse burimi është në lëvizje apo në qetësi. Në të njëjtën kohë, burimi do të përshkojë një distancë në drejtim të valës v ist T(Fig. 224), d.m.th., gjatësia e valës në drejtim të lëvizjes do të shkurtohet dhe do të bëhet e barabartë l"=l-v ist T=(v-v ist) T, Pastaj

(30.5)

pra frekuenca n dridhjet e perceptuara nga marrësi do të rriten me v/(v – v ist) herë. Në rastet 2 dhe 3, nëse v ist<0 и v pr<0, знак будет обратным.

4. Burimi dhe marrësi lëvizin në raport me njëri-tjetrin. Duke përdorur rezultatet e marra për rastet 2 dhe 3, mund të shkruajmë një shprehje për frekuencën e lëkundjeve të perceptuara nga marrësi:

(30.6)

Për më tepër, shenja e sipërme merret nëse, kur burimi ose marrësi lëvizin, ata afrohen më shumë, shenja e poshtme - nëse largohen nga njëri-tjetri.

Nga formulat e mësipërme rezulton se efekti Doppler është i ndryshëm në varësi të faktit nëse burimi ose marrësi lëviz. Nëse drejtimet e shpejtësisë v në v ist nuk përkojnë me drejtëzën që kalon përmes burimit dhe marrësit, atëherë në vend të këtyre shpejtësive në formulën (30.6) duhet t'i marrim projeksionet e tyre në drejtimin e kësaj drejtëze.

Vala e goditjes: sipërfaqe këputjeje që lëviz në raport me gazin/lëngën/ngurtë dhe në kryqëzimin e së cilës presioni, dendësia,

temperatura dhe shpejtësia përjetojnë një kërcim.

Valët goditëse ndodhin gjatë shpërthimeve, shpërthimeve, gjatë lëvizjeve supersonike të trupave, gjatë valëve të fuqishme elektrike. shkarkimet etj. Për shembull, gjatë një shpërthimi shpërthyes, formohen produkte shpërthimi me nxehtësi të madhe, të cilat kanë një densitet të lartë dhe janë nën presion të lartë. Në momentin fillestar ato rrethohen nga ajri i qetë me densitet normal dhe presion atmosferik. Produktet zgjeruese të shpërthimit kompresojnë ajrin përreth, dhe në çdo moment të kohës ngjeshet vetëm ajri i vendosur në një vëllim të caktuar; jashtë këtij vëllimi ajri mbetet në gjendje të patrazuar. Me kalimin e kohës, vëllimi i ajrit të kompresuar rritet. Sipërfaqja që ndan ajrin e kompresuar nga ajri i patrazuar është pjesa e përparme e valës së goditjes. Në një numër rastesh të lëvizjes supersonike të trupave në gaz (predha artilerie, ulje të anijeve kozmike), drejtimi i lëvizjes së gazit nuk përkon me normalen në sipërfaqen e frontit të valës goditëse, dhe më pas lindin valë goditëse të pjerrëta. .

Një shembull i shfaqjes dhe përhapjes së një valë shoku është ngjeshja e gazit në një tub nga një pistoni. Nëse pistoni lëviz ngadalë në gaz, atëherë përmes gazit me shpejtësinë e zërit A vrapime akustike valë shtypëse (elastike). Nëse shpejtësia e pistonit nuk është e vogël në krahasim me shpejtësinë e zërit, lind një valë goditëse, shpejtësia e përhapjes së së cilës përmes gazit të patrazuar është më e madhe se shpejtësia e lëvizjes së grimcave të gazit (e ashtuquajtura shpejtësi masive). që përkon me shpejtësinë e pistonit. Distancat midis grimcave në një valë goditëse janë më të vogla se në një gaz të patrazuar për shkak të ngjeshjes së gazit. Nëse pistoni fillimisht shtyhet në gaz me një shpejtësi të ulët dhe përshpejtohet gradualisht, atëherë një valë goditëse nuk formohet menjëherë. Së pari, shfaqet një valë kompresimi me shpërndarje të vazhdueshme të densitetit r dhe presionit r. Me kalimin e kohës, pjerrësia e pjesës së përparme të valës së kompresimit rritet, pasi shqetësimet nga pistoni që lëviz me përshpejtim e kapin atë dhe e intensifikojnë atë, duke rezultuar në një kërcim të mprehtë në të gjithë dinamikën hidrodinamike. sasitë, pra vala goditëse

Vala goditëse në gaze reale. Në një gaz real në temperatura të larta ndodh ngacmimi i dridhjeve molekulare, shpërbërja e molekulave, reaksionet kimike, jonizimi etj., gjë që shoqërohet me shpenzimin e energjisë dhe ndryshimin e numrit të grimcave. Në këtë rast, energjia e brendshme e varet në mënyrë komplekse fq Dhe ρ dhe parametrat e gazit prapa pjesës së përparme.

Për të rishpërndarë energjinë e një gazi, të ngjeshur dhe të nxehtë në një valë të fortë goditjeje, mbi shkallë të ndryshme lirie, zakonisht kërkohen shumë përplasje molekulash. Prandaj, gjerësia e shtresës Dx në të cilën ndodh kalimi nga gjendja fillestare në atë përfundimtare të ekuilibrit termodinamik, d.m.th., gjerësia e frontit të valës së goditjes, në gazet reale është zakonisht shumë më e madhe se gjerësia e goditjes viskoze dhe përcaktohet nga koha relaksim proceset më të ngadalta: ngacmimi i dridhjeve, disociimi, jonizimi, etj.

Oriz. 25.1 Shpërndarja e temperaturës (a) dhe densitetit (b) në një valë goditëse që përhapet në një gaz real .

Temperaturat dhe dendësia në valën e goditjes atëherë kanë formën e treguar në Fig. 25.1 ku vala goditëse viskoze përshkruhet si një shpërthim.

Vala goditëse në trupat e ngurtë. Energjia dhe presioni në trupat e ngurtë kanë një natyrë të dyfishtë: ato shoqërohen me lëvizjen termike dhe me bashkëveprimin e grimcave (përbërësit termikë dhe elastikë). Teoria e forcave ndërpartikulare nuk mund të japë një varësi të përgjithshme të përbërësve elastikë të presionit dhe energjisë nga dendësia në një gamë të gjerë për substanca të ndryshme, dhe, për rrjedhojë, është teorikisht e pamundur të ndërtohet një funksion që lidhet me ( fq,ρ) para dhe pas ballit të valës së goditjes. Prandaj, llogaritjet për trupat e ngurtë (dhe të lëngshëm) përcaktohen nga përvoja ose në mënyrë gjysmë empirike. Për ngjeshje të konsiderueshme të trupave të ngurtë nevojiten presione prej miliona atmosferash, të cilat tani arrihen në studime eksperimentale. Në praktikë, valët e dobëta të goditjes me presione 10 4 -10 5 atm kanë një rëndësi të madhe. Këto janë presione që zhvillohen gjatë shpërthimit, shpërthimeve në ujë, ndikimeve të produkteve të shpërthimit në pengesa, etj. Në një numër substancash - hekuri, bismuti dhe të tjera, kalimet fazore - shndërrimet polimorfike - ndodhin në valën e goditjes. Në presione të ulëta në trupat e ngurtë, valët elastike , përhapja e të cilave, si përhapja e valëve të dobëta të ngjeshjes në gaze, mund të konsiderohet në bazë të ligjeve të akustikës.

>>Fizika: Tingulli në mjedise të ndryshme

Që zëri të përhapet, nevojitet një medium elastik. Në një vakum, valët e zërit nuk mund të përhapen, pasi nuk ka asgjë për të lëkundur. Kjo mund të verifikohet nga përvoja e thjeshtë. Nëse vendosim një zile elektrike nën një zile xhami, atëherë ndërsa ajri pompohet nga poshtë ziles, do të zbulojmë se tingulli nga zilja do të bëhet gjithnjë e më i dobët derisa të ndalojë plotësisht.

Tingulli në gaze. Dihet se gjatë një stuhie ne fillimisht shohim një vetëtimë dhe vetëm pas njëfarë kohe dëgjojmë gjëmimin e bubullimës (Fig. 52). Kjo vonesë ndodh sepse shpejtësia e zërit në ajër është shumë më e vogël se shpejtësia e dritës që vjen nga rrufeja.

Shpejtësia e zërit në ajër u mat për herë të parë në vitin 1636 nga shkencëtari francez M. Mersenne. Në temperaturën 20 °C është e barabartë me 343 m/s, d.m.th. 1235 km/h. Vini re se është në këtë vlerë që shpejtësia e një plumbi të shkrepur nga një automatik kallashnikov (PK) ulet në një distancë prej 800 m. Shpejtësia fillestare e plumbit është 825 m/s, që e tejkalon ndjeshëm shpejtësinë e zërit në ajër. Prandaj, një person që dëgjon zhurmën e një goditjeje ose bilbilin e një plumbi nuk duhet të shqetësohet: ky plumb tashmë e ka kaluar atë. Plumbi tejkalon zhurmën e të shtënës dhe arrin viktimën e tij përpara se të mbërrijë zëri.

Shpejtësia e zërit varet nga temperatura e mediumit: me rritjen e temperaturës së ajrit rritet, dhe me uljen e temperaturës së ajrit zvogëlohet. Në 0 °C, shpejtësia e zërit në ajër është 331 m/s.

Zëri udhëton me shpejtësi të ndryshme në gazra të ndryshëm. Sa më e madhe të jetë masa e molekulave të gazit, aq më e ulët është shpejtësia e zërit në të. Kështu, në një temperaturë prej 0 °C, shpejtësia e zërit në hidrogjen është 1284 m/s, në helium - 965 m/s, dhe në oksigjen - 316 m/s.

Tingulli në lëngje. Shpejtësia e zërit në lëngje është zakonisht më shumë shpejtësi zëri në gaze. Shpejtësia e zërit në ujë u mat për herë të parë në 1826 nga J. Colladon dhe J. Sturm. Ata kryen eksperimentet e tyre në liqenin e Gjenevës në Zvicër (Fig. 53). Në një barkë ata i vunë zjarrin barutit dhe në të njëjtën kohë goditën një zile të ulur në ujë. Tingulli i kësaj kambane, duke përdorur një bori të veçantë, gjithashtu i ulur në ujë, u kap në një varkë tjetër, e cila ndodhej në një distancë prej 14 km nga e para. Bazuar në intervalin kohor midis ndezjes së dritës dhe mbërritjes së sinjalit të zërit, u përcaktua shpejtësia e zërit në ujë. Në një temperaturë prej 8 °C doli të ishte afërsisht 1440 m/s.

Në kufirin midis dy mediave të ndryshme, një pjesë e valës së zërit reflektohet dhe një pjesë udhëton më tej. Kur zëri kalon nga ajri në ujë, 99.9% e energjisë së zërit reflektohet prapa, por presioni në valën e zërit që transmetohet në ujë është pothuajse 2 herë më i madh. Sistemi i dëgjimit të peshkut reagon pikërisht ndaj kësaj. Prandaj, për shembull, ulërimat dhe zhurmat mbi sipërfaqen e ujit janë mënyrën e duhur trembni krijesat e detit. Një person që gjendet nën ujë nuk do të shurdhohet nga këto britma: kur zhytet në ujë, "priza" e ajrit do të mbeten në veshët e tij, gjë që do ta shpëtojë atë nga mbingarkesa e zërit.

Kur zëri kalon nga uji në ajër, 99.9% e energjisë reflektohet përsëri. Por nëse gjatë kalimit nga ajri në ujë presioni i zërit u rrit, tani, përkundrazi, zvogëlohet ndjeshëm. Është për këtë arsye, për shembull, që zëri që shfaqet nën ujë kur një gur godet një tjetër nuk arrin një person në ajër.

Kjo sjellje e zërit në kufirin midis ujit dhe ajrit u dha paraardhësve tanë arsye për të besuar bota nënujore"një botë heshtjeje". Prandaj shprehja: "Memec si peshku". Megjithatë, Leonardo da Vinci sugjeroi gjithashtu të dëgjoni tinguj nënujorë duke vënë veshin në një rrem të ulur në ujë. Duke përdorur këtë metodë, mund të siguroheni që peshqit janë në të vërtetë mjaft llafazan.

Tingulli në trupat e ngurtë. Shpejtësia e zërit në trupat e ngurtë është më e madhe se në lëngjet dhe gazrat. Nëse vendosni veshin te shina, do të dëgjoni dy tinguj pasi të keni goditur skajin tjetër të binarëve. Njëra prej tyre do të arrijë në veshin tuaj me hekurudhë, tjetra me ajër.

Toka ka përçueshmëri të mirë të zërit. Prandaj, në kohët e vjetra, gjatë një rrethimi, në muret e kalasë vendoseshin "dëgjues", të cilët, me zërin që transmetonte toka, mund të përcaktonin nëse armiku po gërmonte në mure apo jo. Duke vënë veshët në tokë, ata vëzhguan edhe afrimin e kalorësisë armike.

Lëndët e ngurta përçojnë mirë tingullin. Falë kësaj, njerëzit që kanë humbur dëgjimin ndonjëherë janë në gjendje të kërcejnë me muzikë që arrin nervat e tyre dëgjimore jo përmes ajrit dhe veshit të jashtëm, por përmes dyshemesë dhe kockave.

1. Pse gjatë një stuhie ne fillimisht shohim vetëtima dhe vetëm atëherë dëgjojmë bubullima? 2. Nga varet shpejtësia e zërit në gaze? 3. Pse një person që qëndron në bregun e lumit nuk dëgjon tinguj që dalin nën ujë? 4. Pse i ndiqnin “dëgjuesit” që në lashtësi punimet tokësore armik, a kishte shpesh të verbër?

Detyrë eksperimentale . Vendoseni orën e dorës në njërin skaj të tabelës (ose vizoren e gjatë prej druri) dhe vendosni veshin në skajin tjetër. Çfarë dëgjon? Shpjegoni fenomenin.

S.V. Gromov, N.A. Rodina, Fizikë klasa 8

Dërguar nga lexuesit nga faqet e internetit

Planifikimi i fizikës, planet e shënimeve të mësimit të fizikës, kurrikula shkollore, tekste dhe libra te fizikes per klasen 8, kurse dhe detyra ne fizike per klasen 8

Universiteti Shtetëror Bjellorusi

Fakulteti i Fizikës Departamenti i Fizikës së Përgjithshme

Udhëzime për punë laboratorike 23n

"PERCAKTIMI I SHPEJTËSISË SË TINGUT NË METAL"

Miratuar në mbledhje

Departamentet e Fizikës së Përgjithshme

"____"__________2002

Zholnerevich I.I. – kokë Departamenti i Fizikës së Përgjithshme, Profesor i Asociuar T. A. Perkovsky - pedagog i lartë

Detyrë: përcaktoni shpejtësinë e zërit në një pllakë çeliku me një gabim relativ maksimal jo më shumë se 5%.

Pajisje dhe aksesorë: instalim për përcaktimin e shpejtësisë së zërit në një pllakë çeliku, mikrometër.

PËRSHKRIMI I INSTALIMIT Instalimi (Fig. 1) përbëhet nga

dy pjesë: një gjenerator i lëkundjeve elektromagnetike dhe një stendë.

Kolona 1 dhe telefoni 2 (pa membranë) janë të fiksuara në bazën e stendës. Përgjatë kolonës, mund të lëvizni dhe rregulloni në çdo pozicion kllapa 3 me një mës 4, i cili shërben për fiksim

pllaka 5. Gjatësia e saj mund të ndryshohet. Në këtë rast, kllapa duhet të zhvendoset në mënyrë që skaji i poshtëm i pllakës të jetë përballë telefonit. Duke përdorur vidën 6, mund të ndryshoni distancën nga telefoni në skajin e poshtëm të pllakës.

Në panelin e përparmë të gjeneratorit ka një rregullator të amplitudës së tensionit 7, një rregullator të frekuencës 8 dhe një ekran 9, i cili tregon amplituda e tensionit dhe vlerat e frekuencës. Në panelin e pasmë të gjeneratorit (Fig. 2) ka një ndërprerës të energjisë 10.

ELEMENTET E TEORISË Informacion i përgjithshëm. Vala është një lëkundje që përhapet në hapësirë.

versiteti me kalimin e kohës. NË valë mekanike dridhjet bëhen nga grimcat e materies. NË valë elektromagnetike ndodhin lëkundje të fushave elektrike dhe magnetike. Balli i valës Bashkësia e pikave në të cilat kanë arritur dridhjet quhet.

Ky është "buza kryesore" e valës. Sipërfaqja e valësështë bashkësia e pikave në të cilat ndodhin lëkundjet në të njëjtën fazë. Në varësi të formës valore

dallohen sipërfaqet të sheshta, sferike, cilindrike etj. valët. Gjatësia e valës

() është distanca midis sipërfaqeve të valës, lëkundjet e të cilave ndodhin me një ndryshim fazor 2. Periudha (T) është koha gjatë së cilës ndodh një lëkundje Frekuenca () është numri i lëkundjeve për njësi të kohës. Frekuenca matet në Hertz (Hz). 1 Hz është frekuenca në të cilën ndodh një lëkundje për sekondë. Shpejtësia e valëve elektromagnetike në vakum është 3108 m/s. Shpejtësia e valëve mekanike varet nga vetitë e substancës. Në një periudhë, vala përhapet në një distancë të barabartë me gjatësinë e saj:

Një valë në të cilën ndodhin dridhje me një frekuencë të vetme quhet monokromatike valë. Për shembull, një valë zanore monokromatike prodhohet nga një pirun akordimi. Në shumicën e rasteve, një valë përmban dridhje të disa frekuencave.

Valët mekanike në materie quhen valë elastike. Valët elastike me amplitudë të madhe quhen valë goditëse. Valët elastike me amplitudë të vogël që perceptohen nga veshi i njeriut quhen zë. Frekuenca e zërit shtrihet në intervalin nga afërsisht 16Hz deri në 20000Hz.

Valët elastike në lëngje dhe gazra janë gjatësore. Në to, dridhjet e grimcave të materies ndodhin përgjatë drejtimit të përhapjes së valës. (Valët në sipërfaqen e një lëngu nuk janë elastike. Ato shkaktohen ose nga tensioni sipërfaqësor ose nga graviteti.) Të dyja valët gjatësore dhe tërthore mund të përhapen në trupa të ngurtë. Në një valë tërthore, ndodhin lëkundjet e grimcave pingul drejtimi i përhapjes së valës.

Shpejtësia e valëve gjatësore të zërit në trupat e ngurtë përcaktohet nga relacioni

ku E është moduli i Young dhe është dendësia e trupit.

Teoria e metodës. Në një trup elastik me dimensione të fundme (për shembull, një varg ose një pirun akordimi), mund të ndodhin lëkundje me frekuenca të caktuara. Ju mund ta verifikoni këtë duke goditur një fije, pirun akordimi ose një trup tjetër elastik me një çekiç. Kjo dridhjet natyrore trup elastik, frekuencat e tyre janë të ndërlidhura. Amplituda e dridhjeve të frekuencës minimale (ton themelor ose harmonik i parë) është më i madhi. Kjo frekuencë përcakton tingullin e trupit. Amplituda e lëkundjeve të së dytës, të tretës etj. ka më pak harmonikë, ose ngjyrime. Timbri i tingullit varet prej tyre.

Në një trup elastik, mbi të cilin vepron një forcë e jashtme që ndryshon periodikisht, ndodhin lëkundje të detyruara me të njëjtën frekuencë. Nëse frekuenca e forcës së jashtme përkon me frekuencën e njërës prej harmonive të dridhjeve të trupit, do të ndodhë rezonanca. Në këtë rast, amplituda e dridhjeve të trupit do të rritet ndjeshëm.

Një varësi e ngjashme vërehet për një pllakë çeliku, një fund i së cilës është i fiksuar fort (Fig. 3). Amplituda e dridhjes së pllakës rritet ndjeshëm kur frekuenca e forcës së jashtme të aplikuar në skajin e poshtëm të pllakës përkon me një nga frekuencat ν i

lëkundjet e veta (i = 1, 2, 3... – numri i harmonikës së lëkundjeve). Frekuenca ν i varet nga dimensionet dhe vetitë fizike (moduli dhe dendësia e Young-it) të materialit të pllakës. Përcaktohet gjithashtu shpejtësia e zërit (shih relacionin 3). vetitë fizike materiale regjistrimi.

Analiza teorike tregon se me shpejtësia e zërit në një rekord shprehet me gjatësinë e tij L, trashësia d , frekuencë natyrore i dhe parametri pa dimension b i:

Nga (4) rrjedh se frekuenca natyrore e dridhjes së pllakës është në përpjesëtim të zhdrejtë me katrorin e gjatësisë (sasitë e mbetura në (4) janë konstante):

Procedura për përfundimin e detyrës

1. Duke përdorur rregullatorët 7 dhe 8 (Fig. 1), vendosni amplitudën e tensionit dhe të frekuencës në zero. Vendosni gjatësinë e rekordit L = 11 cm Kjo është gjatësia maksimale e pllakës, e cila korrespondon me frekuencën minimale të dridhjeve natyrore. Ndërsa gjatësia e pllakës zvogëlohet, frekuenca natyrore e lëkundjeve do të rritet.

2. Ndizni gjeneratorin e lëkundjeve elektromagnetike. Vendosni një vlerë të caktuar të tensionit të daljes (në rangun nga 5 V në 9 V).

3. Duke rritur frekuencën (në hapa prej 1 Hz), përcaktoni se në cilin gamë frekuence vibrimet e detyruara të pllakës bëhen veçanërisht të dukshme. Pas kësaj, duke ulur tensionin, duke ndryshuar distancën midis skajit të poshtëm të pllakës dhe telefonit dhe duke ndryshuar pa probleme frekuencën (në hapa prej 0,1 Hz), përcaktoni frekuencën rezonante (harmonika e parë e dridhjeve të vetë pllakës).

4. Përcaktoni frekuencën e harmonikës së dytë për një gjatësi të caktuar të pllakës. Për të shpejtuar kërkimin tuaj 2, duhet pasur parasysh se 2 = (b 2 /b 1) 2 1 = 6.267 1 (kjo rrjedh nga relacioni

5. Duke ulur gjatësinë e pllakës në 8 cm pas 0,5 cm, përcaktoni vlerat përkatëse për secilën L frekuencat natyrore të lëkundjeve 1 dhe 2. Vendosni rezultatet e matjes në tabelën 1.

6. Nga relacioni (4) vlerësoni gabimin relativ minimal të matjeve indirekte të sasisë c. Gabimi i instrumentit konsiderohet i barabartë me 0.1 Hz.

Tabela 1.

Rezultatet e matjes së varësisë së frekuencës natyrore të dridhjes së një pllake çeliku nga gjatësia e saj.

7. Duke pasur të përcaktuara në formulën (5) 1/L 2 =x, i, =y, k i =a, përcaktoni vlerën mesatare dhe gabimin relativ të rastit k i për harmonikën e parë dhe të dytë duke përdorur metodën e katrorëve më të vegjël (shih shtojcën, formulat (11) dhe (13)) . Nga relacioni (7) përcaktoni vlerën mesatare dhe gabimin relativ të rastit c në harmonikën e parë dhe të dytë.

8. Përcaktoni gabimin relativ total të matjeve indirekte të shpejtësisë së zërit në një pllakë çeliku.

Bazuar në matjet e marra, formuloni qëllimin e punës dhe nxirrni përfundime.

Pyetjet e testit.

1. Çfarë përcakton shpejtësinë e përhapjes së valës në një mjedis elastik?

2. A ka media në të cilat shpejtësia e përhapjes së valëve tërthore është më e madhe se ajo e valëve gjatësore?

3. Si të përcaktohen frekuencat natyrore të dridhjeve të një trupi elastik (një pllakë çeliku, një varg piano, një kolonë ajri në një tub organi)?

LITERATURA

1. Kembrovsky G.S. Llogaritjet dhe metodat e përafërta për përpunimin e rezultateve të matjes në fizikë.-Minsk: Shtëpia botuese "Universiteti", 1990.

2. Matveev A.N. Mekanika dhe teoria e relativitetit.-M.: Shkolla e lartë, 1986.

3. Petrovsky I.I. Mekanika.-Minsk: Shtëpia Botuese BSU, 1973.

4. Savelyev I.V. Kursi i fizikës së përgjithshme.-M.: Nauka, 1982. T. 1. Mekanikë. Fizika molekulare.

5. Sivukhin D.V. Kursi i fizikës së përgjithshme. M.: Nauka, 1989 T. 1. Mekanikë.

6. Strelkov S.P. Mekanika.-M.: Nauka, 1975.

7. Punëtori fizike. Ed. Kembrovsky G.S.-Minsk: Shtëpia botuese "Univer-

sitetskoe", 1986.

APLIKACIONI

METODA me më pak katrorë

Le të jetë një vlerë y drejtpërdrejt proporcionale me vlerën x, d.m.th.

y = sëpatë. (8)

Një seri vlerash x i, i = 1, 2, ..., n të një sasie dhe vlerat përkatëse y i të një sasie tjetër janë matur në mënyrë eksperimentale dhe të pavarur duke përdorur metoda të pavarura. Kur përpunohen grafikisht rezultatet e matjes, të dhënat e marra sipas rregullave përkatëse përshkruhen në formën e pikave (Fig. 1p). Detyra e mëtejshme zbret në zgjedhjen e një këndi të tillë të prirjes së vijës së drejtë të tërhequr, në të cilën do të vendoset sa më afër të gjitha pikave dhe në të dy anët do të kishte një numër afërsisht të barabartë të tyre.

cilësisë Është e qartë se kryerja e një operacioni të tillë "me sy" nuk mund të sigurojë saktësi të lartë Një rregull matematikor më i saktë për vizatimin e një vije të drejtë është gjetja e një vlere të tillë të parametrit a në të cilën shuma e devijimeve në katror të të gjitha pikave eksperimentale. vija e grafikut do të ishte më e vogla.

Zakonisht, gabimet e rastësishme në përcaktimin e argumentit x janë të parëndësishme (si rregull, gjatë eksperimentit, vlerat e x i specifikohen dhe instalohen në instrumente nga vetë eksperimentuesi). Prandaj, devijimet e pikave eksperimentale nga një vijë e drejtë, d.m.th. gabimet e rastësishme y i do të jenë të barabarta me diferencat midis ordinatave të këtyre pikave dhe pikave përkatëse në vijën e drejtë (shih Fig. 1p). Sipas metodës së katrorëve më të vegjël, vija më e mirë do të jetë ajo për të cilën është vlera minimale

Sipas kushtit minimal, derivati ​​i vlerës S në lidhje me parametrin a duhet të jetë i barabartë me zero:

Kur numri i matjeve është n 10, gabimi absolut i rastësishëm merret si c = 3a, për n = 7a c = 4a, për n = 5 vlera është c = 5a.

Gabim relativ i rastësishëm a,c =a c /a, ose si përqindje

Gabimet instrumentale dhe gabimet e tjera vlerësohen në të njëjtën mënyrë si me matjet indirekte.