Fal podłużna. Polaryzacja fali podłużnej

Transkrypt

1 Fala dźwiękowa

2 Podział fal Fala oznacza energię wypełniającą pewien obszar w przestrzeni. Wyróżniamy trzy główne rodzaje fal: Mechaniczne najbardziej znane, typowe przykłady to fale na wodzie czy fale dźwiękowe. Mogą istnieć wyłącznie w jakimś ośrodku materialnym np. powietrze, woda. Fala dźwiękowa nie może rozchodzić się w przestrzeni kosmicznej. Dzielą się na fale poprzeczne i podłużne. Elektromagnetyczne Zaliczamy do nich światło, fale radiowe, mikrofale czy promienie Rentgena. Nie potrzebują żadnego ośrodka materialnego. Materii Związane są z elektronami, protonami czy atomami.

3 Fala dźwiękowa

4 Fal poprzeczna Fale poprzeczne - to taka fala, której cząsteczki ośrodka drgają w kierunku prostopadłym do kierunku rozchodzenia się fali. Można ją otrzymać na przykład przez szybkie poruszanie się w górę i w dół jednego końca sznura, przymocowanego drugim końcem do ściany. Powstanie fali poprzecznej wiąże się ze zmianą kształtu ciała, a więc może się ona rozchodzić jedynie w ośrodkach mających sprężystość postaci (głównie w ciałach stałych). Cząsteczki ośrodków doskonale sprężystych wykonują drgania harmoniczne, zatem fala poprzeczna rozchodząca się w takim ośrodku ma postać sinusoidy. Polaryzacja fali poprzecznej

5 Fal podłużna Fala podłużna jest to fala, której cząsteczki ośrodka drgają w kierunku zgodnym z kierunkiem rozchodzenia się fali. Można ją otrzymać uderzając z jednej strony młotkiem w koniec długiej sprężyny z cienkiego drutu zawieszonej na niteczkach. Obserwujemy wówczas zagęszczanie się zwojów sprężyny w pobliżu miejsca uderzenia i przesuwanie się tego zagęszczenia wzdłuż jej osi, przy czym kierunek drgań zwojów sprężyny, jest zgodny z kierunkiem rozchodzenia się fali. Polaryzacja fali podłużnej

6 Podział fal ze względu na czoło fali Wyróżniamy fale płaskie i kuliste. Jeżeli drgania rozchodzą się w jednym kierunku, to powierzchnie fali są płaszczyznami i mówimy o fali płaskiej. Jeżeli zaś fala wywołana przez punktowe źródło drgań (bardzo małe) rozchodzi się w ośrodku jednorodnym, to prędkość jej jest jednakowa we wszystkich kierunkach i powierzchnia fali ma postać kuli. Mówimy wtedy o fali kulistej.

7 Definicja fali dźwiękowej Dźwięk jest fizycznym zakłóceniem ośrodka, w którym się propaguje. Dźwięk propagujący się w powietrzu polega na lokalnych zmianach ciśnienia powyżej i poniżej normalnego ciśnienia atmosferycznego, tj. na ściśnięciach i rozrzedzeniach powietrza. Mogą rozchodzić się zarówno w ciałach stałych, cieczach i gazach. Falami dźwiękowymi nazywa się tylko te fale, które wywołują u człowieka efekty słyszenia. Są to fale z zakresu częstotliwości Hz. Jest to tzw. zakres słyszalny. Fale o częstotliwościach wyższych od słyszalnych nazywa się ultradźwiękami, Fale o częstotliwościach niższych od słyszalnych nazywamy infradźwiękami.

8 Rozkład ciśnienia akustycznego

9 Prędkość fali dźwiękowej prędkość dźwięku jest to wielkość określająca z jaką prędkością dźwięk rozchodzi się w ośrodku sprężystym. Prędkość dźwięku nie zależy od częstotliwości, ale od gęstości ośrodka w którym się rozchodzi i od temperatury. Im gęstszy ośrodek tym dźwięk szybciej się w nim rozprzestrzenia. Dla przykładu prędkości dźwięku w następujących ośrodkach wynoszą: powietrze ok. 340 m/s Powietrze na wysokości ok. 10km 300 m/s woda ok m/s aluminium ok m/s Szkło ok m/s

10 Rozchodzenie się fal w wodzie

11 Parametry fali dźwiękowej T okres, określa jedno pełne przejście sygnału [s] A amplituda, określa maksymalne wychylenie sygnału f częstotliwość, określa liczbę pełnych przejść sygnału w ciągu jednej sekundy [Hz] λ długość fali, określa odległość jaką pokonuje fala w ciągu jednego okresu [m] λ = v f v- prędkość dźwięku w powietrzu v = 340 m/s f częstotliwość fali

12 Częstotliwość fali

13 Faza sygnału Faza jest pojęciem względnym, wynikającym z podziału pojedynczego okresu fali na 360. Faza 0 przypada w chwili przejścia przez zero sygnału i jednoczesnego narastania jego wartości, zaś faza 360 przypada w analogicznym punkcie na początku następnego cyklu. Przesunięcie fazy określa w stopniach ułamek okresu fali dźwiękowej, o który pojedyncza składowa częstotliwościowa jest przesunięta w dziedzinie czasu. Przykładowo, przesunięcie o 90 odpowiada przesunięciu o 1/4 okresu. Odwrócenie fali odpowiada przesunięciu o 180 wszystkich składowych częstotliwościowych.

14 Dodawanie sygnałów

15 Częstotliwość harmoniczna W muzyce nazywana jest alikwotem. Jest to częstotliwość będąca całkowitą wielokrotnością częstotliwości podstawowej. Przykład Określ wartość drugiej i piątej harmonicznej sygnału sinusoidalnego o częstotliwości podstawowej f=125hz. f2=2*f = 2*125 Hz = 250 Hz f5=5*f = 5*125 HZ = 625 Hz

16 Fale złożone A- fala po złożeniu trzech sygnałów B, C, D B sygnał o częstotliwości f1 C sygnał o częstotliwości 3f1 D sygnał o częstotliwości 5f1

17 Fale złożone