Вопрос 3.Интерференция, дифракция и поляризация механических волн

Интерференцией называется сложение в пространстве волн, при котором образуется постоянное во времени распределение амплитуд результирующих колебаний частиц среды. Условие максимумов Амплитуда колебаний частиц среды в данной точке максимальна, если разность хода двух волн, возбуждающих колебания в этой точке, равна целому числу длин волн: Условие минимумов Амплитуда колебаний частиц среды в данной точке минимальна, если разность хода двух волн, возбуждающих колебания в этой точке, равна нечетному числу полуволн: Для образования устойчивой интерференционной картины необходимо, чтобы источники волн имели одинаковую частоту и разность фаз их колебаний была постоянной. Источники, соответствующие этим двум условиям, называются когерентными. Отклонение от прямолинейного распространения волн, или огибание волнами препятствий — называется дифракцией. Дифракция присуща любому волновому процессу, так же как и интерференция. При дифракции происходит искривление волновых поверхностей у краев препятствий. Дифракция волн проявляется особенно отчетливо в случаях, когда размеры препятствий меньше длины волны или сравнимы с ней.

Вопросы для самоконтроля

1. Что называется волной.

2. Поперечные и продольные волны.

3. Длина, амплитуда, период, фаза. Определение. Формула. Описание. График. Примеры.

4. Что называется интерференцией, дифракцией и поляризацией механических волн?

Тема 12: Звуковые волны.

План:

1. Звуковые волны.

2. Ультразвук и его применение.

Вопрос 1. Звуковые волны. Звук - это упругие волны в среде (часто в воздухе), которые невидимы, но воспринимаемые человеческим ухом (волна воздействует на барабанную перепонку уха). Звуковая волна является продольной волной сжатия и разрежения. Если создать вакуум, то будем ли мы различать звуки? Роберт Бойль в 1660 году поместил часы в стеклянный сосуд. Откачав воздух, он не услышал звука. Опыт доказывает, что для распространения звука необходима среда. Звук может также распространятся в жидкой и твердой среде. Под водой хорошо слышны удары камней. Положим часы на один конец деревянной доски. Приложив ухо к другому концу, можно ясно услышать тиканье часов. Источник звука - это обязательно колеблющиеся тела. Дело в том, что человеческое ухо воспринимает не все волны, а только те, которые создают тела, колеблющиеся с частотой от 16Гц до 20000Гц. Такие волны называются звуковыми. Колебания с частотой меньше 16Гц называется инфразвуком. Скорость звука Звуковые волны распространяются не мгновенно, а с некоторой конечной скоростью. Именно поэтому во время грозы мы сначала видим молнию, то есть свет (скорость света гораздо больше скорости звука), а затем доносится звук. Скорость звука зависит от среды: в твердых телах и жидкостях скорость звука значительно больше, чем в воздухе. С увеличением температуры среды скорость звука возрастает, с уменьшением - убывает. характеристики звука вводят специальные величины: громкость, высота и тембр звука. Громкость звука зависит от амплитуды колебаний: чем больше амплитуда колебаний, тем громче звук. Кроме того, восприятие громкости звука нашим ухом зависит от частоты колебаний в звуковой волне. Более высокочастотные волны воспринимаются как более громкие. Частота звуковой волны определяет высоту тона. Чем больше частота колебаний источника звука, тем выше издаваемый им звук хоть немного, но отличается, это и определяет тембр конкретного голоса. Эхолокация. Это способ определения местоположения тел по отраженным от них ультразвуковым сигналам. Широко применяется в мореплавании. На судах устанавливают гидролокаторы - приборы для распознавания подводных объектов и определения глубины и рельефа дна. На дне судна помещают излучатель и приемник звука. Излучатель дает короткие сигналы. Анализируя время задержки и направление возвращающихся сигналов, компьютер определяет положение и размер объекта отразившего звук.

Вопрос 2. Ультразвук и его применение Колебания с частотой больше 20000Гц называются ультразвуком. Ультразвук – это колебания за пределами слышимости человека в упругих средах, частота таких колебаний превышает 20кГц. Применение ультразвука получило большое распространение во всех технических сферах, медицине и других областях применения. Большое распространение ультразвук получил в гидрографии, при изучении рельефов дна мировых океанов, рек и морей. Для целей изучения используются такие приборы как: эхолот и гидролокаторы. Ультразвук используется для обнаружения и определения различных повреждений в деталях машин (пустоты, трещины и др.). Прибор, используемый для этой цели называется ультразвуковым дефектоскопом.  

Ультразвук широко используется в медицине для постановки диагноза и лечения некоторых заболеваний. В отличие от рентгеновских лучей его волны не оказывают вредного влияния на ткани. Диагностические ультразвуковые исследования (УЗИ) позволяют без хирургического вмешательства распознать патологические изменения органов и тканей.