Тақырып 17

Толқындық қозғалыс

Спецификация бойынша не тексеріледі:

Механикалық толқындар, көлденең және бойлықТолқын ұзындығы, жылдамдығы, жиілігіДыбыс: қаттылығы, биіктігі, тембріДыбыс жылдамдығы, жаңғырықИнфрадыбыс және ультрадыбысИнтерференция, дифракция және тұрғын толқындар

Бір минутта мәні

Толқын — тербелістердің кеңістікте таралуы. Толқын энергия тасымалдайды, бірақ затты тасымалдамайды: орта бөлшектері өз орындарының маңында ғана тербеледі. Толқындар көлденең және бойлық болады. Дыбыс — бойлық механикалық толқын; оның биіктігі жиілікпен, қаттылығы амплитудамен анықталады. Толқындарға шағылу, интерференция, дифракция және тұрғын толқындар тән.

Басты формулалар

λ=vT=vν\lambda=vT=\dfrac{v}{\nu}
Толқын ұзындығы
s=vt2s=\dfrac{vt}{2}
Жаңғырық бойынша кедергіге дейінгі қашықтық (эхолокация)
Δd=kλ\Delta d=k\lambda — максимум, Δd=(2k+1)λ2\Delta d=(2k+1)\dfrac\lambda2 — минимум
Интерференция шарттары
l=nλ2l=n\dfrac{\lambda}{2}
Ұзындығы l ішектегі тұрғын толқын

Ұғымдар мен терминдер

Көлденең толқын
Бөлшектер таралу бағытына перпендикуляр тербеледі; тек қатты денелерде және сұйық бетінде
Бойлық толқын
Бөлшектер таралу бағыты бойымен тербеледі (сығылу мен сиреу); кез келген ортада
Толқын ұзындығы
Бірдей фазада тербелетін ең жақын нүктелер арасындағы қашықтық; толқынның бір периодтағы жолы
Дыбыс
Құлақ қабылдайтын 16 Гц — 20 кГц жиіліктегі механикалық тербелістер
Инфрадыбыс / ультрадыбыс
16 Гц-тен төмен / 20 кГц-тен жоғары
Қаттылық
Амплитудаға тәуелді; қаттылық деңгейін децибелмен (дБ) өлшейді
Тембр
Дыбыстың бояуы, обертондар жиынтығымен анықталады

Тақырыпты талдау

Механикалық толқындар

Механикалық толқын үшін серпімді орта қажет; вакуумда механикалық толқындар таралмайды.

Көлденең толқындар пішін серпімділігін (ығысуды) қажет етеді, сондықтан газдарда және сұйықтардың ішінде олар жоқ. Бойлық толқындар сығылғанда пайда болады, сондықтан кез келген ортада таралады.

Сейсмикалық толқындар: бойлық P-толқындар көлденең S-толқындардан жылдам; келу уақытының айырмасы бойынша эпицентрге дейінгі қашықтықты анықтайды.

Толқынның сипаттамалары

Толқын жиілігі көз жиілігіне тең және басқа ортаға өткенде өзгермейді; жылдамдық пен толқын ұзындығы өзгереді.

Дыбыс жылдамдығы: ауа ≈ 340 м/с, су ≈ 1500 м/с, болат ≈ 5000 м/с. Газдарда ол температурамен бірге өседі.

Дыбыс

Тон биіктігі жиілікпен анықталады: жиілік неғұрлым үлкен болса, дыбыс соғұрлым жіңішке. Қаттылық — амплитудамен. Тембр — обертондармен: бір нотаны рояль мен скрипка әртүрлі дыбыстайды.

Қаттылық шкаласы: сыбыр ~ 20 дБ, әңгіме ~ 60 дБ, пневматикалық балға ~ 100 дБ, ауырсыну шегі ~ 120–130 дБ. 85 дБ-ден жоғары ұзақ шу есту қабілетіне зиян.

Жаңғырық — шағылған дыбыс; құлақ оны 0,1 с және одан кейін келсе ажыратады (кедергі 17 м-ден алыс).

Доплер эффектісі: көз жақындағанда дыбыс жіңішкерек, алыстағанда жуанырақ болып естіледі.

Инфрадыбыс және ультрадыбыс

Инфрадыбыс жер сілкінісінде, дауылда, машиналар жұмысында пайда болады; алысқа таралады, мазасыздық тудыруы мүмкін. Оны пілдер мен киттер естиді.

Ультрадыбыс: медицинадағы УДЗ, эхолот пен сонар, дефектоскопия, бөлшектерді тазалау, ультрадыбыстық дәнекерлеу. Жарқанаттар мен дельфиндер эхолокацияны пайдаланады.

Интерференция, дифракция, тұрғын толқындар

Интерференция — когерентті толқындардың (жиілігі бірдей, фазалар айырымы тұрақты) қосылуы: кейбір нүктелерде тербелістер күшейеді, кейбірінде әлсірейді.

Дифракция — толқындардың кедергіні орағытуы; кедергі өлшемі толқын ұзындығымен шамалас болғанда байқалады. Сондықтан бұрыштың арғы жағынан дыбысты естиміз.

Тұрғын толқын — түскен және шағылған толқындардың интерференциясының нәтижесі: түйіндер (тербелмейді) мен шоғырлар бар. Ұштары бекітілген ішекке бүтін сан жарты толқын сыяды — гитара мен скрипкадағы тондар осылай алынады.

Шешімі бар есеп мысалдары

Есеп 1Дыбыс жиілігі 680 Гц, жылдамдығы 340 м/с. Толқын ұзындығын табыңыз.
  1. λ=vν=340680=0,5\lambda=\dfrac v\nu=\dfrac{340}{680}=0{,}5 м.
Жауабы 0,5 м
Есеп 2Эхолот шағылған сигналды 0,8 с-тан кейін қабылдады. Судағы дыбыс жылдамдығы 1500 м/с. Тереңдікті табыңыз.
  1. h=vt2=1500⋅0,82=600h=\dfrac{vt}{2}=\dfrac{1500\cdot0{,}8}{2}=600 м.
Жауабы 600 м
Есеп 3Судағы толқынның көршілес жалдарының арақашықтығы 2 м, қалтқы 6 с ішінде 3 тербеліс жасайды. Толқын жылдамдығын табыңыз.
  1. T=6/3=2T=6/3=2 с.
  2. v=λ/T=2/2=1v=\lambda/T=2/2=1 м/с.
Жауабы 1 м/с
Есеп 4Ішек ұзындығы 60 см. Негізгі тонның толқын ұзындығын табыңыз.
  1. l=λ2l=\dfrac\lambda2, λ=2l=1,2\lambda=2l=1{,}2 м.
Жауабы 1,2 м

ҰБТ-дағы жиі қателіктер

  • Толқын затты емес, энергияны тасымалдайды.
  • Басқа ортаға өткенде жиілік өзгермейді — жылдамдық пен толқын ұзындығы өзгереді.
  • Дыбыс вакуумда таралмайды.
  • Дыбыс биіктігі — жиілік, қаттылығы — амплитуда.
  • Эхолокацияда сигнал жолы қашықтықтан екі есе ұзын.

Есте сақта

λ = vT = v/ν. Дыбыс 16 Гц — 20 кГц, ауада v ≈ 340 м/с. Жаңғырық: s = vt/2.

Өзіңді тексер

1. Көлденең механикалық толқындар қандай орталарда таралады?
  1. Тек газдарда
  2. Қатты денелерде
  3. Вакуумда
  4. Барлығында
Жауабын көрсету

Қатты денелерде Ығысу серпімділігі қажет.

2. Дыбыс биіктігі неге тәуелді?
  1. Амплитудаға
  2. Жиілікке
  3. Жылдамдыққа
  4. Тембрге
Жауабын көрсету

Жиілікке Жиілік — биіктік.

3. Дыбыс ауадан суға өтеді. Не өзгермейді?
  1. Жылдамдық
  2. Толқын ұзындығы
  3. Жиілік
  4. Бәрі өзгереді
Жауабын көрсету

Жиілік Жиілікті көз береді.

4. УДЗ пайдаланады:
  1. Инфрадыбысты
  2. Ультрадыбысты
  3. Рентгенді
  4. Радиотолқындарды
Жауабын көрсету

Ультрадыбысты 20 кГц-тен жоғары жиіліктер.

5. Толқындардың кедергіні орағытуы — бұл:
  1. Интерференция
  2. Дифракция
  3. Поляризация
  4. Шағылу
Жауабын көрсету

Дифракция Дифракцияның анықтамасы.

Байланысты тақырыптар

15. Механикалық тербелістер18. Электромагниттік толқындар19. Толқындық оптика

Деңгейіңді біл: ҰБТ-ға тегін диагностика