Mexanik to'lqinlarni uzatish. To'lqinlar. To'lqinlarning umumiy xossalari. To'lqin

Mexanik to'lqinlar

Agar qattiq, suyuq yoki gazsimon muhitning istalgan joyida zarrachalarning tebranishlari qoʻzgʻatilgan boʻlsa, u holda muhit atomlari va molekulalarining oʻzaro taʼsiri tufayli tebranishlar bir nuqtadan ikkinchi nuqtaga chekli tezlik bilan uzatila boshlaydi. Muhitda tebranishlarning tarqalish jarayoni deyiladi to'lqin .

Mexanik to'lqinlar lar bor har xil turlari. Agar to'lqindagi muhitning zarralari tarqalish yo'nalishiga perpendikulyar yo'nalishda siljigan bo'lsa, u holda to'lqin deyiladi. ko'ndalang . Bunday turdagi to'lqinlarga misol sifatida cho'zilgan kauchuk lenta bo'ylab (2.6.1-rasm) yoki ip bo'ylab harakatlanadigan to'lqinlar bo'lishi mumkin.

Agar muhit zarrachalarining siljishi to'lqinning tarqalish yo'nalishi bo'yicha sodir bo'lsa, u holda to'lqin deyiladi. uzunlamasına . Elastik tayoqdagi to'lqinlar (2.6.2-rasm) yoki gazdagi tovush to'lqinlari bunday to'lqinlarga misoldir.

Suyuqlik yuzasidagi to'lqinlar ko'ndalang va bo'ylama tarkibiy qismlarga ega.

Ko'ndalang va bo'ylama to'lqinlarda to'lqin tarqalish yo'nalishi bo'yicha materiyaning ko'chishi yo'q. Tarqalish jarayonida muhit zarralari faqat muvozanat pozitsiyalari atrofida tebranadi. Biroq, to'lqinlar tebranish energiyasini muhitning bir nuqtasidan ikkinchisiga o'tkazadi.

Xarakterli xususiyat mexanik to'lqinlar - ular moddiy muhitda (qattiq, suyuq yoki gazsimon) tarqaladi. Vakuumda tarqaladigan to'lqinlar mavjud (masalan, yorug'lik to'lqinlari). Mexanik to'lqinlar, albatta, kinetik va potentsial energiyani saqlash qobiliyatiga ega bo'lgan muhitni talab qiladi. Shuning uchun atrof-muhit bo'lishi kerak inert va elastik xususiyatlarga ega. Haqiqiy muhitda bu xususiyatlar butun hajm bo'ylab taqsimlanadi. Masalan, qattiq jismning har qanday kichik elementi massa va elastiklikka ega. Eng oddiy holatda bir o'lchovli model qattiq jismni to'p va buloqlar to'plami sifatida ifodalash mumkin (2.6.3-rasm).

Uzunlamasına mexanik to'lqinlar har qanday muhitda - qattiq, suyuq va gazsimon muhitda tarqalishi mumkin.

Agar qattiq jismning bir o'lchovli modelida bir yoki bir nechta sharlar zanjirga perpendikulyar yo'nalishda siljigan bo'lsa, u holda deformatsiya sodir bo'ladi. siljish. Bunday siljish natijasida deformatsiyalangan prujinalar siljigan zarrachalarni muvozanat holatiga qaytarishga intiladi. Bunday holda, elastik kuchlar eng yaqin joy almashgan zarrachalarga ta'sir qiladi va ularni muvozanat holatidan burishga moyil bo'ladi. Natijada, zanjir bo'ylab ko'ndalang to'lqin o'tadi.

Suyuqlik va gazlarda elastik siljish deformatsiyasi sodir bo'lmaydi. Agar suyuqlik yoki gazning bir qatlami qo'shni qatlamga nisbatan ma'lum masofaga siljigan bo'lsa, unda qatlamlar orasidagi chegarada tangensial kuchlar paydo bo'lmaydi. Suyuqlik va qattiq jismning chegarasida harakat qiluvchi kuchlar, shuningdek suyuqlikning qo'shni qatlamlari orasidagi kuchlar har doim chegaraga normal yo'naltiriladi - bu bosim kuchlari. Xuddi shu narsa uchun ham amal qiladi gazsimon muhit. Demak, ko'ndalang to'lqinlar suyuq yoki gazsimon muhitda bo'lishi mumkin emas.

Muhim amaliy qiziqish oddiy harmonik yoki sinus to'lqinlar . Ular xarakterlanadi amplitudaA zarracha tebranishlari, chastotaf Va to'lqin uzunligi l. Sinusoidal to'lqinlar ba'zilari bilan bir hil muhitda tarqaladi doimiy tezlik υ.

Tarafsizlik y (x, t) sinusoidal to'lqindagi muvozanat holatidan muhit zarralari koordinataga bog'liq. x o'qda OX, uning bo'ylab to'lqin tarqaladi va vaqtida t qonuniy.

Qattiq, suyuq yoki gazsimon muhitning istalgan joyida zarrachalarning tebranishlari qo`zg`atilganda, muhit atomlari va molekulalarining o`zaro ta'siri natijasida tebranishlar bir nuqtadan ikkinchi nuqtaga cheklangan tezlikda o`tadi.

Ta'rif 1

To'lqin tebranishlarning muhitda tarqalish jarayonidir.

Farqlash quyidagi turlar mexanik to'lqinlar:

Ta'rif 2

Transvers to'lqin: muhit zarralari mexanik to'lqinning tarqalish yo'nalishiga perpendikulyar yo'nalishda siljiydi.

Misol: taranglikda ip yoki kauchuk tasma bo'ylab tarqaladigan to'lqinlar (2, 6, 1-rasm);

Ta'rif 3

Uzunlamasına to'lqin: muhit zarralari mexanik to'lqinning tarqalish yo'nalishi bo'yicha siljiydi.

Misol: gaz yoki elastik tayoqchada tarqaladigan to'lqinlar (2, 6, 2-rasm).

Qizig'i shundaki, suyuqlik yuzasidagi to'lqinlar ham ko'ndalang, ham bo'ylama komponentlarni o'z ichiga oladi.

Eslatma 1

Muhim tushuntirishni ta'kidlaymiz: mexanik to'lqinlar tarqalganda, ular energiya va shaklni o'tkazadilar, lekin massani o'tkazmaydilar, ya'ni. Ikkala turdagi to'lqinlarda ham materiyaning to'lqin tarqalish yo'nalishi bo'yicha o'tishi yo'q. Ular yoyilganda muhit zarralari muvozanat holati atrofida tebranadi. Bu holda, yuqorida aytib o'tganimizdek, to'lqinlar energiyani, ya'ni tebranishlar energiyasini muhitning bir nuqtasidan ikkinchisiga o'tkazadi.

2-rasm. 6. 1 . Ko'ndalang to'lqinning kuchlanishdagi kauchuk tasma bo'ylab tarqalishi.

2-rasm. 6. 2. Elastik tayoq bo'ylab uzunlamasına to'lqinning tarqalishi.

Mexanik to'lqinlarning xarakterli xususiyati ularning moddiy muhitda tarqalishi, masalan, bo'shliqda tarqalishi mumkin bo'lgan yorug'lik to'lqinlaridan farqli o'laroq. Mexanik to'lqin impulsining paydo bo'lishi uchun kinetik va potentsial energiyani saqlash qobiliyatiga ega bo'lgan vosita talab qilinadi: ya'ni. muhit inert va elastik xususiyatlarga ega bo'lishi kerak. Haqiqiy muhitda bu xususiyatlar butun hajm bo'ylab taqsimlanadi. Masalan, qattiq jismning har bir kichik elementi o'ziga xos massa va elastiklikka ega. Bunday jismning eng oddiy bir o'lchovli modeli to'p va buloqlar to'plamidir (2, 6, 3-rasm).

2-rasm. 6. 3. Qattiq jismning eng oddiy bir o'lchovli modeli.

Ushbu modelda inert va elastik xususiyatlar ajratiladi. To'plar massaga ega m, buloqlar esa qattiqlik k. Bunday oddiy model qattiq jismda bo'ylama va ko'ndalang mexanik to'lqinlarning tarqalishini tasvirlash imkonini beradi. Uzunlamasına to'lqin tarqalganda, to'plar zanjir bo'ylab siljiydi va buloqlar cho'ziladi yoki siqiladi, bu tortishish yoki siqilish deformatsiyasidir. Agar bunday deformatsiya suyuq yoki gazsimon muhitda sodir bo'lsa, u siqilish yoki kamdan-kam uchraydi.

Eslatma 2

Uzunlamasına to'lqinlarning o'ziga xos xususiyati shundaki, ular har qanday muhitda tarqalishi mumkin: qattiq, suyuq va gazsimon.

Agar qattiq jismning ko'rsatilgan modelida bir yoki bir nechta sharlar butun zanjirga perpendikulyar siljishni qabul qilsa, biz siljish deformatsiyasining paydo bo'lishi haqida gapirishimiz mumkin. Ko‘chish natijasida deformatsiyaga uchragan prujinalar ko‘chirilgan zarrachalarni muvozanat holatiga qaytarishga moyil bo‘ladi, eng yaqin joy almashgan zarrachalarga esa bu zarralarni muvozanat holatidan og‘dirishga moyil bo‘lgan elastik kuchlar ta’sirida bo‘la boshlaydi. Natijada zanjir bo'ylab yo'nalishda ko'ndalang to'lqin paydo bo'ladi.

Suyuq yoki gazsimon muhitda elastik siljish deformatsiyasi sodir bo'lmaydi. Suyuqlik yoki gazning bir qatlamining qo'shni qatlamga nisbatan ma'lum masofaga siljishi qatlamlar orasidagi chegarada tangensial kuchlarning paydo bo'lishiga olib kelmaydi. Suyuqlik va qattiq jismning chegarasida harakat qiluvchi kuchlar, shuningdek suyuqlikning qo'shni qatlamlari orasidagi kuchlar har doim chegaraga normal yo'naltiriladi - bu bosim kuchlari. Xuddi shu narsani gazsimon muhit haqida ham aytish mumkin.

Eslatma 3

Shunday qilib, suyuq yoki gazsimon muhitda ko'ndalang to'lqinlarning paydo bo'lishi mumkin emas.

Rejada amaliy qo'llash Oddiy harmonik yoki sinus to'lqinlari alohida qiziqish uyg'otadi. Ular zarracha tebranishlarining amplitudasi A, chastotasi f va to'lqin uzunligi l bilan tavsiflanadi. Sinusoidal to'lqinlar bir hil muhitda ma'lum bir doimiy tezlik bilan tarqaladi y.

Muhit zarralarining y (x, t) sinus to‘lqindagi muvozanat holatidan to‘lqin tarqaladigan O X o‘qi bo‘yicha x koordinatasiga va t vaqtga bog‘liqligini ko‘rsatuvchi ifodani yozamiz:

y (x, t) = A cos ō t - x y = A cos ō t - k x.

Yuqoridagi ifodada k = ō y - to'lqin soni deb ataladigan raqam, ō = 2 p f - aylana chastotasi.

2-rasm. 6. 4-rasmda t va t + Dt vaqtlarida ko'ndalang to'lqinning "suratlari" ko'rsatilgan. Dt vaqt oralig'ida to'lqin O X o'qi bo'ylab y Dt masofaga harakat qiladi. Bunday to'lqinlar harakatlanuvchi to'lqinlar deb ataladi.

2-rasm. 6. 4 . Vaqtinchalik bir lahzada harakatlanuvchi sinus to'lqinining "lavhalari" t va t + Dt.

Ta'rif 4

To'lqin uzunligi l - o'qdagi ikkita qo'shni nuqta orasidagi masofa O X bir xil fazalarda tebranadi.

Masofa, uning qiymati to'lqin uzunligi l, to'lqin T davrida harakat qiladi. Shunday qilib, to'lqin uzunligi formulasi quyidagi shaklga ega: l = y T, bu erda y - to'lqinning tarqalish tezligi.

Vaqt o'tishi bilan t, koordinata o'zgaradi to‘lqin jarayonini aks ettiruvchi grafikdagi istalgan nuqtaning x (masalan, 2. 6. 4-rasmdagi A nuqta), ō t – k x ifoda qiymati o‘zgarmagan holda qoladi. Dt vaqtdan keyin A nuqta o'q bo'ylab harakatlanadi O X bir necha masofaga D x = y D t . Shunday qilib:

ō t - k x = ō (t + ∆ t) - k (x + ∆ x) = c o n s t yoki ō ∆ t = k ∆ x.

Ushbu ifodadan kelib chiqadi:

y = ∆ x ∆ t = ō k yoki k = 2 p l = ō y.

Ko'rinib turibdiki, harakatlanuvchi sinus to'lqin ikki marta davriylikka ega - vaqt va makonda. Vaqt davri muhit zarralarining T tebranish davriga va fazoviy davrga teng. uzunligiga teng to'lqinlar l.

Ta'rif 5

To'lqin raqami k = 2 p l - aylana chastotasining fazoviy analogi ō = - 2 p T .

y (x, t) = A cos ō t + k x tenglamasi o‘q yo‘nalishiga teskari yo‘nalishda tarqaladigan sinus to‘lqinning tavsifi ekanligini ta’kidlaymiz. O X, tezlik bilan y = - ō k.

Harakatlanuvchi to'lqin tarqalganda, muhitning barcha zarralari ma'lum bir chastota ō bilan uyg'un ravishda tebranadi. Bu shuni anglatadiki, oddiy tebranish jarayonida bo'lgani kabi, o'rtacha potentsial energiya, bu muhitning ma'lum hajmining zahirasi - tebranish amplitudasining kvadratiga proportsional bir xil hajmdagi o'rtacha kinetik energiya.

Eslatma 4

Yuqoridagilardan xulosa qilishimiz mumkinki, harakatlanuvchi to'lqin tarqalganda energiya oqimi to'lqin tezligiga va uning amplitudasi kvadratiga mutanosib ravishda paydo bo'ladi.

Harakatlanuvchi to'lqinlar muhitda to'lqin turiga va muhitning inert va elastik xususiyatlariga qarab ma'lum tezlikda harakatlanadi.

Cho‘zilgan ip yoki kauchuk tasmada ko‘ndalang to‘lqinlarning tarqalish tezligi chiziqli massa m (yoki uzunlik birligidagi massa) va taranglik kuchiga bog‘liq. T:

Cheklanmagan muhitda bo'ylama to'lqinlarning tarqalish tezligi muhitning zichligi r (yoki birlik hajmdagi massa) va siqilish moduli kabi kattaliklar ishtirokida hisoblanadi. B (koeffitsientiga teng bosimning o'zgarishi D p va teskari belgi bilan olingan D V V hajmining nisbiy o'zgarishi o'rtasidagi mutanosiblik):

∆ p = - B ∆ V V.

Shunday qilib, cheksiz muhitda uzunlamasına to'lqinlarning tarqalish tezligi quyidagi formula bilan aniqlanadi:

1-misol

20 ° C haroratda suvda uzunlamasına to'lqinlarning tarqalish tezligi y ≈ 1480 m / s, turli navlar po'lat y ≈ 5 - 6 k m / s.

Agar haqida gapiramiz elastik tayoqchalarda tarqaladigan uzunlamasına to'lqinlar haqida to'lqin tezligi formulasi bir xil siqilish modulini emas, balki Young modulini o'z ichiga oladi:

Chelik uchun farq E dan B ahamiyatsiz, ammo boshqa materiallar uchun u 20-30% yoki undan ko'p bo'lishi mumkin.

2-rasm. 6. 5 . Uzunlamasına va ko'ndalang to'lqinlar modeli.

Aytaylik, ma'lum bir muhitda tarqalgan mexanik to'lqin o'z yo'lida qandaydir to'siqqa duch keladi: bu holda uning xatti-harakatlarining tabiati keskin o'zgaradi. Misol uchun, turli xil bo'lgan ikki ommaviy axborot vositalari o'rtasidagi interfeysda mexanik xususiyatlar to'lqin qisman aks etadi va qisman ikkinchi muhitga kirib boradi. Ruxsat etilgan uchidan kauchuk tarmoqli yoki ip bo'ylab harakatlanadigan to'lqin aks etadi va qarshi to'lqin paydo bo'ladi. Agar ipning har ikki uchi ham mahkamlangan bo‘lsa, murakkab tebranishlar paydo bo‘ladi, ular qarama-qarshi yo‘nalishda tarqalayotgan va uchlarida aks va qayta aks etishni boshdan kechirayotgan ikki to‘lqinning superpozitsiyasi (superpozitsiyasi) natijasidir. Barcha satrlarning satrlari shunday "ishlaydi" musiqiy asboblar, ikkala uchida ham o'rnatiladi. Xuddi shunday jarayon shamol asboblari, xususan organ quvurlari ovozida sodir bo'ladi.

Agar ip bo'ylab qarama-qarshi yo'nalishda tarqaladigan to'lqinlar sinusoidal shaklga ega bo'lsa, ma'lum sharoitlarda ular doimiy to'lqin hosil qiladi.

Faraz qilaylik, l uzunlikdagi ip shunday mahkamlanganki, uning uchlaridan biri x = 0 nuqtada, ikkinchisi esa x 1 = L nuqtada joylashgan (2. 6. 6-rasm). Ipda keskinlik mavjud T.

Chizma 2 . 6 . 6 . Ikkala uchida mahkamlangan ipda tik turgan to'lqinning ko'rinishi.

Bir xil chastotali ikkita to'lqin bir vaqtning o'zida qarama-qarshi yo'nalishda ip bo'ylab harakatlanadi:

• y 1 (x , t) = A cos (ō t + k x) - o'ngdan chapga tarqaladigan to'lqin;
• y 2 (x, t) = A cos (ō t - k x) - chapdan o'ngga tarqaladigan to'lqin.

X = 0 nuqta ipning qo'zg'almas uchlaridan biri: bu nuqtada tushayotgan to'lqin y 1 aks ettirish natijasida y 2 to'lqin hosil qiladi. Ruxsat etilgan uchidan aks etgan holda, aks ettirilgan to'lqin hodisa bilan antifazaga kiradi. Superpozitsiya printsipiga muvofiq (bu eksperimental faktdir) ipning barcha nuqtalarida qarama-qarshi tarqaladigan to'lqinlar tomonidan yaratilgan tebranishlar umumlashtiriladi. Yuqorida aytilganlardan kelib chiqadiki, har bir nuqtadagi yakuniy tebranish y 1 va y 2 to'lqinlar tomonidan alohida-alohida kelib chiqadigan tebranishlar yig'indisi sifatida aniqlanadi. Shunday qilib:

y = y 1 (x, t) + y 2 (x, t) = (- 2 A sin ō t) sin k x.

Berilgan ifoda turuvchi to'lqinning tavsifidir. Keling, turg'un to'lqin kabi hodisaga tegishli bo'lgan ba'zi tushunchalarni keltiramiz.

Ta'rif 6

Tugunlar- turgan to'lqindagi harakatsizlik nuqtalari.

Antinodlar– tugunlar orasida joylashgan va maksimal amplitudali tebranish nuqtalari.

Agar biz ushbu ta'riflarga amal qilsak, doimiy to'lqin paydo bo'lishi uchun ipning ikkala sobit uchi tugun bo'lishi kerak. Yuqorida keltirilgan formula chap tomonda ushbu shartga javob beradi (x = 0). Shartning o'ng uchida (x = L) bajarilishi uchun k L = n p bo'lishi kerak, bu erda n har qanday butun sondir. Yuqoridagilardan xulosa qilishimiz mumkinki, ipda turgan to'lqin har doim ham paydo bo'lmaydi, lekin faqat uzunligi bo'lganda L satr yarim to'lqin uzunligining butun soniga teng:

l = n l n 2 yoki l n = 2 l n (n = 1, 2, 3, ...) .

To'lqin uzunligi qiymatlari to'plami l n mumkin bo'lgan chastotalar to'plamiga mos keladi f

f n = y l n = n y 2 l = n f 1.

Bu belgida y = T m ko‘ndalang to‘lqinlarning ip bo‘ylab tarqalish tezligidir.

Ta'rif 7

Har bir f n chastotasi va unga bog'liq bo'lgan simli tebranish turi normal rejim deb ataladi. Eng kichik chastota f 1 asosiy chastota deb ataladi, qolganlari (f 2, f 3, ...) harmonikalar deb ataladi.

2-rasm. 6. 6-rasmda n = 2 uchun normal rejim tasvirlangan.

Tik turgan to'lqinda energiya oqimi yo'q. Ikki qo'shni tugun orasidagi ipning bir qismida "qulflangan" tebranish energiyasi ipning qolgan qismiga o'tkazilmaydi. Har bir bunday segmentda davriy (davrda ikki marta) mavjud. T) transformatsiya kinetik energiya potentsialga va orqaga, oddiy tebranish tizimi kabi. Biroq, bu erda farq bor: agar prujinali yoki mayatnikdagi yuk bitta tabiiy chastotaga ega f 0 = ō 0 2 p bo'lsa, u holda ip cheksiz miqdordagi tabiiy (rezonans) chastotalarning mavjudligi bilan tavsiflanadi f n. . 2-rasmda. 6. 7-rasmda ikkala uchida mahkamlangan ipdagi tik turgan to'lqinlarning bir nechta variantlari ko'rsatilgan.

2-rasm. 6. 7. Ipning birinchi beshta normal tebranish rejimi ikkala uchida ham o'rnatiladi.

Superpozitsiya printsipiga ko'ra, turgan to'lqinlar har xil turlari(bilan turli ma'nolar n) bir vaqtning o'zida ipning tebranishlarida mavjud bo'lishga qodir.

2-rasm. 6. 8 . Satrning normal rejimlari modeli.

Agar siz matnda xatolikni sezsangiz, uni belgilang va Ctrl+Enter tugmalarini bosing

To'lqin jarayoni- materiyani uzatmasdan energiyani uzatish jarayoni.

Mexanik to'lqin- elastik muhitda tarqaladigan buzilish.

Elastik muhitning mavjudligi mexanik to'lqinlarning tarqalishi uchun zaruriy shartdir.

Muhitda energiya va impulsning uzatilishi muhitning qo'shni zarralari orasidagi o'zaro ta'sir natijasida sodir bo'ladi.

To'lqinlar bo'ylama va ko'ndalang.

Uzunlamasına mexanik to'lqin - bu muhit zarralari harakati to'lqinning tarqalish yo'nalishi bo'yicha sodir bo'ladigan to'lqin. Ko'ndalang mexanik to'lqin - bu muhitning zarralari to'lqinning tarqalish yo'nalishiga perpendikulyar harakatlanadigan to'lqin.

Uzunlamasına to'lqinlar har qanday muhitda tarqalishi mumkin. Ko'ndalang to'lqinlar gazlar va suyuqliklarda paydo bo'lmaydi, chunki ularda

zarrachalarning qat'iy pozitsiyalari yo'q.

Vaqti-vaqti bilan tashqi ta'sir davriy to'lqinlarni keltirib chiqaradi.

Garmonik to'lqin- muhit zarralarining garmonik tebranishlari natijasida hosil bo'lgan to'lqin.

To'lqin uzunligi- manbaning tebranish davrida to'lqin tarqaladigan masofa:

Mexanik to'lqin tezligi- muhitda buzilishning tarqalish tezligi. Polarizatsiya - bu muhitdagi zarrachalarning tebranish yo'nalishlarini tartiblash.

Polarizatsiya tekisligi- to'lqinda muhit zarralari tebranadigan tekislik. Chiziqli qutblangan mexanik to'lqin - zarralari ma'lum bir yo'nalish (chiziq) bo'ylab tebranadigan to'lqin.

Polarizator- ma'lum bir polarizatsiya to'lqinini chiqaradigan qurilma.

turgan to'lqin- bir-biriga qarab tarqaladigan va bir xil davr, amplituda va qutblanishga ega bo'lgan ikkita garmonik to'lqinning superpozitsiyasi natijasida hosil bo'lgan to'lqin.

Turg'un to'lqinning antinodlari- tebranishlarning maksimal amplitudasi bo'lgan nuqtalarning holati.

Doimiy to'lqin tugunlari- tebranish amplitudasi nolga teng bo'lgan harakatsiz to'lqin nuqtalari.

Ipning uchlarida o'rnatilgan l uzunligi bo'ylab ko'ndalang turgan to'lqinlarning butun n yarim to'lqinlari mos keladi:

Bunday to'lqinlar tebranish rejimlari deb ataladi.

Ixtiyoriy butun n > 1 uchun tebranish rejimi deyiladi n-harmonik yoki n-chi ohang. n = 1 uchun tebranish rejimi birinchi garmonik yoki asosiy tebranish rejimi deb ataladi. Ovoz to'lqinlari - bu odamlarda eshitish hissiyotlarini keltirib chiqaradigan muhitdagi elastik to'lqinlar.

Ovoz to'lqinlariga mos keladigan tebranish chastotasi 16 Gts dan 20 kHz gacha.

Ovoz to'lqinlarining tarqalish tezligi zarralar orasidagi o'zaro ta'sirlarni uzatish tezligi bilan belgilanadi. Qattiq vpdagi tovush tezligi, qoida tariqasida, suyuqlik vgdagi tovush tezligidan katta bo'lib, u o'z navbatida, gaz vgdagi tovush tezligidan oshib ketadi.

Ovoz signallari balandligi, tembri va ovoz balandligi bo'yicha tasniflanadi. Ovoz balandligi manba chastotasi bilan belgilanadi tovush tebranishlari. Tebranish chastotasi qanchalik baland bo'lsa, ovoz shunchalik baland bo'ladi; past chastotali tebranishlar past tovushlarga mos keladi. Tovushning tembri tovush tebranishlarining shakli bilan belgilanadi. Xuddi shu davrga ega bo'lgan tebranishlar shaklidagi farq asosiy rejim va ohangning turli nisbiy amplitudalari bilan bog'liq. Ovozning balandligi tovushning intensivlik darajasi bilan tavsiflanadi. Ovoz intensivligi - bu 1 m2 maydonga 1 soniyada tushadigan tovush to'lqinlarining energiyasi.

Yagona davlat imtihonining kodifikatori mavzulari: mexanik to'lqinlar, to'lqin uzunligi, tovush.

Mexanik to'lqinlar elastik muhit (qattiq, suyuq yoki gazsimon) zarralari tebranishlarining fazoda tarqalish jarayonidir.

Muhitda elastik xususiyatlarning mavjudligi zaruriy shart to'lqin tarqalishi: qo'shni zarrachalarning o'zaro ta'siri tufayli har qanday joyda sodir bo'ladigan deformatsiya muhitning bir nuqtasidan ikkinchisiga ketma-ket uzatiladi. Har xil turlar deformatsiyalar mos keladi har xil turlari to'lqinlar

Uzunlamasına va ko'ndalang to'lqinlar.

To'lqin deyiladi uzunlamasına, agar muhitning zarralari to'lqinning tarqalish yo'nalishiga parallel ravishda tebransa. Uzunlamasına to'lqin o'zgaruvchan valentlik va siqilish deformatsiyalaridan iborat. Shaklda. 1-rasmda muhitning tekis qatlamlarining tebranishlarini ifodalovchi uzunlamasına to'lqin ko'rsatilgan; qatlamlarning tebranish yo'nalishi to'lqin tarqalish yo'nalishiga to'g'ri keladi (ya'ni qatlamlarga perpendikulyar).

Muhit zarralari to'lqinning tarqalish yo'nalishiga perpendikulyar tebransa, to'lqin ko'ndalang deb ataladi. Ko'ndalang to'lqin muhitning bir qatlamining boshqasiga nisbatan siljish deformatsiyalari natijasida yuzaga keladi. Shaklda. 2, har bir qatlam o'z-o'zidan tebranadi va to'lqin qatlamlarga perpendikulyar bo'ladi.

Uzunlamasına to'lqinlar tarqalishi mumkin qattiq moddalar, suyuqliklar va gazlar: bu barcha muhitlarda siqilishga elastik reaktsiya paydo bo'ladi, buning natijasida muhitning siqilishi va kamayishi birin-ketin paydo bo'ladi.

Biroq, suyuqliklar va gazlar, qattiq jismlardan farqli o'laroq, qatlamlarning siljishiga nisbatan elastiklikka ega emaslar. Shuning uchun ko'ndalang to'lqinlar qattiq jismlarda tarqalishi mumkin, lekin suyuqliklar va gazlar ichida emas*.

Shuni ta'kidlash kerakki, to'lqin o'tganda muhitning zarralari o'zgarmagan muvozanat pozitsiyalari yaqinida tebranadi, ya'ni o'rtacha, ular o'z joylarida qoladilar. To'lqin shunday amalga oshadi
materiyaning uzatilishi bilan birga bo'lmagan energiyaning uzatilishi.

O'rganish eng oson garmonik to'lqinlar. Ular atrof-muhitga tashqi ta'sirlar natijasida yuzaga keladi, garmonik qonunga muvofiq o'zgaradi. Garmonik to'lqin tarqalganda, muhitning zarralari ishlaydi garmonik tebranishlar chastota bilan teng chastota tashqi ta'sir. Keyinchalik biz garmonik to'lqinlar bilan cheklanamiz.

Keling, to'lqinning tarqalish jarayonini batafsil ko'rib chiqaylik. Faraz qilaylik, muhitning qandaydir zarrasi (zarrasi) davr bilan tebranishni boshladi. Qo'shni zarrachaga ta'sir qilib, uni o'zi bilan birga tortib oladi. Zarracha, o'z navbatida, zarrachani o'zi bilan birga tortib oladi va hokazo. Bu barcha zarralar davr bilan tebranadigan to'lqin hosil qiladi.

Biroq, zarralar massaga ega, ya'ni ular inertdir. Ularning tezligini o'zgartirish uchun biroz vaqt kerak bo'ladi. Binobarin, zarracha harakatida zarrachadan biroz orqada qoladi, zarracha zarrachadan orqada qoladi va hokazo. Zarracha birinchi tebranishini tugatib, ikkinchi tebranishini boshlaganda, zarrachadan ma'lum masofada joylashgan zarracha o'z harakatini boshlaydi. birinchi tebranish.

Demak, zarrachalar tebranishlari davriga teng vaqt ichida muhitning buzilishi masofaga tarqaladi. Bu masofa deyiladi to'lqin uzunligi. Zarrachaning tebranishlari zarrachaning tebranishlari bilan bir xil bo'ladi, keyingi zarrachaning tebranishlari zarrachaning tebranishlari bilan bir xil bo'ladi va hokazo. Tebranishlar, go'yo, uzoqdan o'zini takrorlaydi, biz chaqirishimiz mumkin. tebranishning fazoviy davri; vaqt davri bilan birga eng muhim xususiyat to'lqin jarayoni. Uzunlamasına to'lqinda to'lqin uzunligi qo'shni siqilishlar yoki nodirlanishlar orasidagi masofaga teng (1-rasm). Ko'ndalang - qo'shni tepaliklar yoki pastliklar orasidagi masofa (2-rasm). Umuman olganda, to'lqin uzunligi teng tebranadigan muhitning ikkita eng yaqin zarralari orasidagi masofaga (to'lqinning tarqalish yo'nalishi bo'yicha) teng (ya'ni fazalar farqi ga teng).

To'lqinlarning tarqalish tezligi to'lqin uzunligining muhit zarrachalarining tebranish davriga nisbati deyiladi:

To'lqinning chastotasi zarracha tebranishlarining chastotasi:

Bu erdan biz to'lqin tezligi, to'lqin uzunligi va chastota o'rtasidagi munosabatni olamiz:

. (1)

Ovoz.

Ovoz to'lqinlari V keng ma'noda elastik muhitda tarqaladigan barcha turdagi to'lqinlar deyiladi. Tor ma'noda ovoz inson qulog'i tomonidan qabul qilinadigan 16 Gts dan 20 kHz gacha bo'lgan chastota diapazonidagi tovush to'lqinlari. Bu diapazon ostida hudud joylashgan infratovush, yuqoridagi maydon ultratovush.

Ovozning asosiy xususiyatlariga quyidagilar kiradi hajmi Va balandligi.
Ovozning hajmi bosimning o'zgarishi amplitudasi bilan belgilanadi tovush to'lqini va maxsus birliklarda o'lchanadi - desibel(dB). Shunday qilib, 0 dB ovoz balandligi - bu eshitish chegarasi, 10 dB - soatning tiqilishi, 50 dB - oddiy suhbat, 80 dB - qichqiriq, 130 dB - eshitishning yuqori chegarasi (deb ataladi). og'riq chegarasi).

Ohang garmonik tebranishlarni amalga oshiradigan jism tomonidan ishlab chiqarilgan tovush (masalan, kamar yoki tor). Ohangning balandligi bu tebranishlarning chastotasi bilan belgilanadi: chastota qanchalik baland bo'lsa, ovoz bizga shunchalik baland ko'rinadi. Shunday qilib, ipni mahkamlash orqali biz uning tebranish chastotasini va shunga mos ravishda tovush balandligini oshiramiz.

Har xil muhitda tovush tezligi har xil: muhit qanchalik elastik bo'lsa, tovush u orqali tezroq tarqaladi. Suyuqliklarda tovush tezligi gazlarga qaraganda, qattiq jismlarda esa suyuqliklarga qaraganda kattaroqdir.
Masalan, havodagi tovush tezligi taxminan 340 m/s (uni “sekundiga kilometrning uchdan bir qismi” deb eslash qulay)*. Suvda tovush taxminan 1500 m/s, poʻlatda esa 5000 m/s ga yaqin tezlikda tarqaladi.
e'tibor bering, bu chastota ma'lum bir manbadan kelgan ovoz barcha muhitda bir xil: muhitning zarralari bajaradi majburiy tebranishlar tovush manbasining chastotasi bilan. Formula (1) ga binoan, keyin biz bir muhitdan ikkinchisiga o'tishda tovush tezligi bilan birga tovush to'lqinining uzunligi o'zgaradi degan xulosaga kelamiz.