4.6. Швидкість механічних хвиль в газах, рідинах та твердих тілах. Потік енергії хвилі. Звукові хвилі, їх основні характеристики. *Ультразвук. Область чутності. *Акустика приміщень та споруд.

Шви́дкість зву́ку — швидкість розповсюдження акустичних (пружних) хвиль у середовищі.

В газах швидкість звуку менша, ніж в рідинах, а в рідинах швидкість звуку менша, ніж у твердих тілах.

Звук в рідинах і газах описується рівняннями Ейлера, неперервності і адіабатичного процесу.

У необмеженому твердому середовищі поширюються як подовжні так і поперечні (зсувні) пружні хвилі. Для кожного твердого середовища швидкість поширення поздовжньої хвилі (cl) завжди більша від швидкості поширення поперечної хвилі (ct).

Звук — коливальний рух частинок пружного середовища, що поширюється у вигляді хвиль у газі, рідині чи твердому тілі.

Людина чує звук з частотами від 16 Гц до 20 кГц. Границі чутності визначені не строго і змінюються від людини до людини. Деякі тварини можуть чути звуки з частотою, нижчою від 16 Гц, інші - з частотою понад 20 кГц.

Ультразву́к — пружні коливання і хвилі з частотами приблизно від 20 000 Гц і до одного мільярда Герц, іншими словами, коливання з частотами понад частоту чутного звуку. Верхня межа частот ультразвуку умовна.

4.7 Принцип Суперпозиции. Если среда, в которой распространяется одновременно несколько волн, линейна, т. е. ее свойства не изменяются под дей­ствием возмущений, создаваемых волной, то к ним применим принцип суперпозиции (наложения) волн: при распространении в линейной среде нескольких волн каждая из них распространяется так, как будто другие волны отсутствуют,а результирую­щее смещение частицы среды в любой момент времени равно геометрической сумме смещений, которые получают части­цы, участвуя в каждом из слагающих во­лновых процессов.

Исходя из принципа суперпозиции и разложения Фурье любая волна может быть представлена в виде суммы гармонических волн, т. е. в виде волнового пакета, или группы волн. Вол­новым пакетом называется суперпозиция волн, мало отличающихся друг от друга по частоте, занимающая в каждый мо­мент времени ограниченную область про­странства.

Стоячі хвилі.Особым случаем интерференции являются стоячие волны — это волны образующиеся при наложении двух бегущих волн, распространяющихся навстречу друг другу с одинаковыми частотами и амплитудами.

Ефект Допплера- измене­ние частоты колебаний, воспринимаемой приемником, при движении источника этих колебаний и приемника друг относительно друга. Например, из опыта известно, что гон гудка поезда повышается по мере его приближения к платформе и понижается при удалении, т. е. движение источника колебаний (гудка) относительно приемни­ка (уха) изменяет частоту принимаемых колебаний.

Фазова та групова швидкості

Скорость и есть групповая скорость. Ее

можно определить как скорость движения группы волн, образующих в каждый мо­мент времени локализованный в простран­стве волновой пакет

звязок між фазовою та груповою швидкістю

фазовая_скорость.скорость перемещения фазы во­лны.

Аномальна дисперсія.

Величина назив. дисперс. вещества

показы­вает, как быстро изменяется показатель преломления с длиной волны. Из рис. следует, что показатель прелом­ления

для прозрачных веществ с уменьше­нием длины волны монотонно увеличивается; следовательно, величина по мо­дулю также увеличивается с уменьшением к. Такая дисперсия называется нормаль­ной. Как будет показано ниже, ход кривой п (X.) — кривой дисперсии — вблизи линий и полос поглощения будет иным: п умень­шается с уменьшением X.. Такой ход за­висимости п от X называется аномальной дисперсией. Інтерференція монохр.хвиль. монохроматические во­лны — неограниченные в пространстве волны одной определенной и строго по- J стоянной частоты. Так как ни один реаль­ный источник не дает строго монохромати­ческого света, то волны, излучаемые лю­быми независимыми источниками света,! всегда некогерентны. Поэтому на опыте не 1 наблюдается интерференция света от не­зависимых источников, например от двух j электрических лампочек.

Когерентность. Согласованное протекание во времени и пространстве нескольких колебательных или волновых процессов.

4.8 Електромагнітні хвилі. Максвелл припустив, що при зшш електричного поля виникае мапитне поле i навпаки, змшне магштне поле поро-джуе змшне електричне поле. Лшп магштно! шдукци мапитного поля охоплюють лши напруженосп електрично­го поля. Електричш i магштш поля - це прояв единого елек-тромагттного поля. Електромапптне поле - особлива фор­ма матери, яка кнуе реально, тобто незалежно вщ нас. Змшне електромагн1тне поле, що поширюеться у npocTopi, називаеться електромагттною хвилею. Електромагштш хвил1 випролпнюються електричними зарядами, ям руха-ються прискорено, а також змшним електричним струмом.

Властивості електромагштних хвиль:

• електромагн1тн1 хвши е монохроматичн1, поперечн1;

• вони можуть поглинатися, розс1юватися, в1дбиватися;

• вони штерферуютъ при нахладанш та утворюють стояч!

хвил1;

• у будь-якому середовищ і їхня швидость менша, Н1Ж у вакуумі;

• вектори Е та В електромапн'тноГ хвил1, яка поширюеться у вшьному npocTopi, коливаються в однаков1й фаз1 i лежать у взаемно перпендикулярних площинах.