Mechanické vlnění Flashcards
Podmínky vzniku a šíření mechanického vlnění
Mechanické vlnění
- děj, při němž se kmitání šíří látkovým prostředím.
- šíření vln není spojeno s přenosem látky.
- vlněním se přenáší energie
- příčinou vlnění je existence vazeb mezi částicemi prosteřdí, kterým se vlnění šíří
- současně se na částice přenáší energie kmitavého pohybu (takové prostředí se nazývá pružné prostředí)
- částice se chovají jako mechanické oscilátory spojené vazbou
- zdrojem mechanického vlnění je mechanický oscilátor, ze kterého se vlnění šíří určitou rychlostí
Druhy mechanického vlnění (stojaté a postupné vlnění)
Vlnění příčné
- body prostředí kmitají kolmo ke směru šíření vlnění
- je typické pro pevná pružná tělesa tvaru tyčí, vláken,..
- vlnění na hladině rybníka, chvění tyče, do níž udeříme kladivem
Vlnění podélní
- body prostředí kmitavjí ve směru šíření vlnění
- j e typické pro tělesa (všehc skupenství), která jsou pružná při změně objemu (tj. při stlačování a rozpínání)
- body se zhušťují a zřeďují
vlnění postupné
- vzniká postupným rozkmitáním bodů v pružném látkovém prostředí - energie se vlněním přenáší
vlnění stojaté
- energie se vlněním nepřenáší
- lze pozorovat např. na struně
Časová rovnice postupného vlnění
y = ym . sin 2pí (t/T - x / fí)
- platí pro příčné i podélné vlnění v homogenním prosteřdí
- předpokládáme, že vlnění není tlumené ym = konst.
- všechny veličiny popisující vlnění jsou funkcemi času a funkcemi polohy bodu, kterými vlnění prochází
Rychlost šíření vlny, vlnová délka, perioda a frekvence vlnění
Tyto čtyři veličkiny jsou základní parametry, které popisují vlnění. Jsou mezi sebou úzce propojeny a kždá z nich nese důležité informace o povaze vlny.
rychlost šíření vlny
- jakou vzdálenost urazí lvna za jednotku času
- v=λ⋅f
vlnová délka
- vzdálenost mezi dvěma sousedními body ve stejném fázovém stavu
- 𝜆=𝑣/𝑓
- čím vyšší frekvence, tím kražší vlnová délka (při konstantní ryhclosti vlny)
perioda
Čas, za který proběhne jedna úplná oscilace nebo jeden cyklus vlny.
frekvence vlnění
Počet oscilací nebo cyklů za jednotku času.
Odraz vlnění na pevném a volném konci
nastává na konci řady bodů, kterou se šíří postupné vlnění, na pevném konci se vlnění odráží s opačnou fází
(na volném konci se vlnění odráří se stejnou fází)
Huygensův princip
Každý bod vlnoplochy, do něhož dospělo lvnění v určitém časovém okamžiku, lze považovat za zdroj elementárního vlnění, které se z něho šíří v elementárních vlnoplochách.
Vlnoplocha v dalším časovém okamžiku je vnější obalová plocha všech elementárních vlnoploch.
Elementární vlnoplochy spolu interferují, ale ruší se všude, kromě nové vlnoplochy.
Interference a difrakce vlnění
Interference vlnění
- jestliže pružným prostředím postupuje dvě nebo více mechanických vln, dochází k jejich skládání
- zvláštní případy interference:
1. d = sudému počtu půlvln
– vlnění se setkávají se stejnou fází
– amplituda výsledného vlnění rovna ym = ym1 + ym2
– vzniká interferencčíní maximum
- d = lichému počtu půlvnl
– vlnění se setkávají s opačnou fází
– amplituda výslendého vlnění je rovna ym = Iym1 - ym2I
– vzniká interferenční minimum
– pokud ym1 = -ym2, pak vlnění zaniká
Difrakce vlnění (obyb)
- ovlivňuje směr šíření vlnění
- vlnění se šíří i za překážku malých rozměrů/ velkou, v níž je otvor
- každý bod je zdrojem elementárního vlnění, která spolu interferují podle Huygensova principu
Zvukové vlnění (zdroje zvuku, charakteristika a vlastnosti zvuku, ultrazvuk, infrazvuk)
Akustika - zabývá se fyzikálními ději, které jso uspojeny se vznikem zvukového vlnění, jeho šířením a vnímáním zvuku sluchem
zvuk = mechanické vlnění, které vnímáme sluchem
Zdroje zvuku
- chvění pružných těles, které se přenáší do okolního prostředí a vzbuzuje v něm zvukové vlnění
charakteristika
- tóny (hudební zvuky)
- hluky,
- ozvěna - odraz zvuku od rozlehlé překážky, minimálně 17 m (0,1 s od vyslovení, při menší splývají/ překrývají se)
- dozvuk - prodloužená doba trvání zvuku, pozor při projektování sálů, síní…
- rychlost zvuku - 1224 km . h-1
- ve vzduchu závisí na nečistotách, vlhkosti a teplotě
- rychlost je stejná pro všechny frekvence
- v kapalinách a PL je rychlost vzduchu > plynech
vlastnosti zvuku
- tóny charakterizuje výška (frekvence), barva
- základní tón - nejnižší frekvence
- vyšší harmonické tóny - násobky frekvence základního tónu
- relativní výška tónu - poměr ferekvence daného tónu a frekvence vhodně zvoleného srovnávacího tzv. referenčního tónu
- hudební inetrval
- barva tónu
Infrazvuk 16 Hz > f
- mechanické vlnění s frekvencí menší než 16 Hz
- lidské ucho ho nevnímá
- dobře se šíří ve vodě (“hlas moře” předpovídající několik hodin před vlnobitím jeho příchod)
- při frekvencích blízkých frekvenci tlukotu srdce je pro člověka nebezpečný (6- 7 Hz => rezonují tkáně a poškozují se buňky ve svalech a nervy)
- s velmi vysokou amplitudou (vysokou energií) může i zabíjet (infrazvukové zbraně)
Ultrazvuk f > 16 kHz
- mechanikcé vlnění s frekvencí větší než 16 kHz
- pro lidské ucho neslyšitelný
- slyší ho psi, delfíni při komunikaci, netopýři při orientaci
- výrazný odraz od překážek (sonar)
- je méně pohlcován v kapalinách a pených látekách
Př. ultrazuvk (sono), defektoskopie (vady výrobku), sonar
Dopplerův jev
Vzniká při vzájemném pohybu zdroje zvuku a pozorovatele, vnímá pozorovatel jinou frekvenci, než je frekvence kmitání zdroje
přibližuje-li se zdroj, slyší pozorovatel vyšší ferkvenci.
vzdaluje-li se zdroj, slyší pozorovatel nižší ferkvenci.
můžeme použít na radarech - vysílá elektromagnetické vlnění k vozidlu a přijímá odražené vlnění s jinou frekvencí. Složením vyslaného a přijatého vlnění vznikají rázy o sylšitelné frekvenci, která je přímo úměrná ryhclosti vozidla.
