Rodzaje fal. 1. Fale mechaniczne. 2. Fale elektromagnetyczne. 3. Fale materii. dyfrakcja elektronów

Podobne dokumenty
Wydział EAIiE Kierunek: Elektrotechnika. Wykład 12: Fale. Przedmiot: Fizyka. RUCH FALOWY -cd. Wykład /2009, zima 1

Podstawy Akustyki. Drgania normalne a fale stojące Składanie fal harmonicznych: Fale akustyczne w powietrzu Efekt Dopplera.

Wykład 9: Fale cz. 1. dr inż. Zbigniew Szklarski

Wykład 9: Fale cz. 1. dr inż. Zbigniew Szklarski

Wykład FIZYKA I. 11. Fale mechaniczne. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Podstawy fizyki sezon 1 VIII. Ruch falowy

Ruch falowy. Parametry: Długość Częstotliwość Prędkość. Częstotliwość i częstość kołowa MICHAŁ MARZANTOWICZ

Fizyka 12. Janusz Andrzejewski

Fale mechaniczne i akustyka

2. Rodzaje fal. Fale te mogą rozchodzić się tylko w jakimś ośrodku materialnym i podlegają prawom Newtona.

Wykład I Krzysztof Golec-Biernat Optyka 1 / 16

Ruch falowy. Fala zaburzenie wywoane w jednym punkcie ośrodka, które rozchodzi się w każdym dopuszczalnym kierunku.

Fala oscylacje w przestrzeni i w czasie. Zaburzenie, które rozchodzi się w ośrodku.

Wykład 9: Fale cz. 2. dr inż. Zbigniew Szklarski

Projekt Inżynier mechanik zawód z przyszłością współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Podstawy Akustyki. Drgania normalne a fale stojące Składanie fal harmonicznych: Fale akustyczne w powietrzu Efekt Dopplera

Wykład 9: Fale cz. 2. dr inż. Zbigniew Szklarski

Wykład 3: Jak wygląda dźwięk? Katarzyna Weron. Matematyka Stosowana

Prowadzący: Kamil Fedus pokój nr 569 lub 2.20 COK konsultacje: środy

PRZYKŁADY RUCHU HARMONICZNEGO. = kx

Fale akustyczne. Jako lokalne zaburzenie gęstości lub ciśnienia w ośrodkach posiadających gęstość i sprężystość. ciśnienie atmosferyczne

Fala jest zaburzeniem, rozchodzącym się w ośrodku, przy czym żadna część ośrodka nie wykonuje zbyt dużego ruchu

Podstawy fizyki wykład 7

WŁASNOŚCI FAL (c.d.)

Fal podłużna. Polaryzacja fali podłużnej

Dźwięk. Cechy dźwięku, natura światła

Światło jako fala Fala elektromagnetyczna widmo promieniowania Czułość oka ludzkiego w zakresie widzialnym

Fale cz. 1. dr inż. Ireneusz Owczarek CMF PŁ 2012/13

Ψ(x, t) punkt zamocowania liny zmienna t, rozkład zaburzeń w czasie. x (lub t)

2.6.3 Interferencja fal.

Wykład 2: Od drgań do fali Katarzyna Weron. WPPT, Matematyka Stosowana

Fala oscylacje w przestrzeni i w czasie. Zaburzenie, które rozchodzi się w ośrodku.

4.3 Wyznaczanie prędkości dźwięku w powietrzu metodą fali biegnącej(f2)

5.1. Powstawanie i rozchodzenie się fal mechanicznych.

FALE W OŚRODKACH SPRĘZYSTYCH

falowego widoczne w zmianach amplitudy i natęŝenia fal) w którym zachodzi

1 Wymagania egzaminacyjne na egzamin maturalny - poziom rozszerzony: fizyka

Drania i fale. Przykład drgań. Drgająca linijka, ciało zawieszone na sprężynie, wahadło matematyczne.

FALE DŹWIĘKOWE. fale podłużne. Acos sin

Przedmiot: Fizyka. Światło jako fala. 2016/17, sem. letni 1

Wykład 17: Optyka falowa cz.1.

1. Po upływie jakiego czasu ciało drgające ruchem harmonicznym o okresie T = 8 s przebędzie drogę równą: a) całej amplitudzie b) czterem amplitudom?

Fizyka 11. Janusz Andrzejewski

Podstawy fizyki sezon 1 VII. Ruch drgający

Fala oscylacje w przestrzeni i w czasie. Zaburzenie, które rozchodzi się w ośrodku.

Zjawisko interferencji fal

Optyka. Wykład V Krzysztof Golec-Biernat. Fale elektromagnetyczne. Uniwersytet Rzeszowski, 8 listopada 2017

Rozważania rozpoczniemy od fal elektromagnetycznych w próżni. Dla próżni równania Maxwella w tzw. postaci różniczkowej są następujące:

Rozdział 9. Fale w ośrodkach sprężystych

Fale w przyrodzie - dźwięk

LABORATORIUM POMIARY W AKUSTYCE. ĆWICZENIE NR 4 Pomiar współczynników pochłaniania i odbicia dźwięku oraz impedancji akustycznej metodą fali stojącej

Fizyka 2 Wróbel Wojciech

Zjawisko interferencji fal

Wykład 20 FALE Procesy falowe. Fale poprzeczne i podłużne.

Aby nie uszkodzić głowicy dźwiękowej, nie wolno stosować amplitudy większej niż 2000 mv.

Prosty oscylator harmoniczny

Ruch drgający. Ruch harmoniczny prosty, tłumiony i wymuszony

WYDZIAŁ EKOLOGII LABORATORIUM FIZYCZNE

Prędkość fazowa i grupowa fali elektromagnetycznej w falowodzie

Siła elektromotoryczna

Drgania i fale II rok Fizyk BC

SCENARIUSZ LEKCJI Z FIZYKI DLA KLASY III GIMNAZJUM. Temat lekcji: Co wiemy o drganiach i falach mechanicznych powtórzenie wiadomości.

Początek XX wieku. Dualizm korpuskularno - falowy

Zjawisko interferencji fal

Ćwiczenie 25. Interferencja fal akustycznych

Fale dźwiękowe. Jak człowiek ocenia natężenie bodźców słuchowych? dr inż. Romuald Kędzierski

obszary o większej wartości zaburzenia mają ciemny odcień, a

POMIAR WSPÓŁCZYNNIKA POCHŁANIANIA I IMPEDANCJI AKUSTYCZNEJ

Fale dźwiękowe wstęp. Wytworzenie fali dźwiękowej w cienkim metalowym pręcie.

Metody Optyczne w Technice. Wykład 5 Interferometria laserowa

Drgania i fale sprężyste. 1/24

Badanie efektu Dopplera metodą fali ultradźwiękowej

Fala elektromagnetyczna o określonej częstotliwości ma inną długość fali w ośrodku niż w próżni. Jako przykłady policzmy:

ψ przedstawia zależność

Ruch drgajacy. Drgania harmoniczne. Drgania harmoniczne... Drgania harmoniczne... Notatki. Notatki. Notatki. Notatki. dr inż.

Interferencja. Dyfrakcja.

Fizyka. dr Bohdan Bieg p. 36A. wykład ćwiczenia laboratoryjne ćwiczenia rachunkowe

przenikalność atmosfery ziemskiej typ promieniowania długość fali [m] ciało o skali zbliżonej do długości fal częstotliwość [Hz]

2LO 6 lu L 92, 93, 94 T3.5.2 Matematyczny opis zjawisk falowych cd. Na poprzednich lekcjach już było mamy to umieć 1. Ruch falowy 1.

1. Jeśli częstotliwość drgań ciała wynosi 10 Hz, to jego okres jest równy: 20 s, 10 s, 5 s, 0,1 s.

Przykładowe poziomy natężenia dźwięków występujących w środowisku człowieka: 0 db - próg słyszalności 10 db - szept 35 db - cicha muzyka 45 db -

AKUSTYKA. Matura 2007

Zasady oceniania karta pracy

Elektrodynamika Część 8 Fale elektromagnetyczne Ryszard Tanaś Zakład Optyki Nieliniowej, UAM

Ć W I C Z E N I E N R M-7

LABORATORIUM ELEKTROAKUSTYKI. ĆWICZENIE NR 1 Drgania układów mechanicznych

Wyznaczanie prędkości dźwięku

WYZNACZENIE GĘSTOŚCI MATERIAŁU STRUNY

Imię i nazwisko ucznia Data... Klasa...

Fale elektromagnetyczne

Wstęp teoretyczny. Więcej na: dział laboratoria

OPTYKA FALOWA. W zjawiskach takich jak interferencja, dyfrakcja i polaryzacja światło wykazuje naturę

Równania Maxwella. roth t

LABORATORIUM Z FIZYKI Ć W I C Z E N I E N R 2 ULTRADZWIĘKOWE FALE STOJACE - WYZNACZANIE DŁUGOŚCI FAL

Kolokwium 2. Środa 14 czerwca. Zasady takie jak na pierwszym kolokwium

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z FIZYKI

Oscylator wprowadza lokalne odkształcenie s ośrodka propagujące się zgodnie z równaniem. S 0 amplituda odkształcenia. f [Hz] - częstotliwość.

WSTĘP DO OPTYKI FOURIEROWSKIEJ

Laboratorium Mechaniki Technicznej

Transkrypt:

Wykład VI Fale

t t + Dt

Rodzaje fal 1. Fale mechaniczne 2. Fale elektromagnetyczne 3. Fale materii dyfrakcja elektronów

Fala podłużna v Przemieszczenia elementów spirali ( w prawo i w lewo) są równoległe do kierunku, w jakim porusza się fala z prędkością v

v Fala poprzeczna impuls v Element liny wykonuje ruch w kierunku prostopadłym do kierunku rozchodzenia się fali Fale na wodzie, fale sejsmiczne kombinacja fal poprzecznych i podłużnych. fala sinusoidalna

Własności fali sinusoidalnej Amplituda A A y x amplituda: maksymalne odchylenie A od punktu równowagi. długość fali: odległość pomiędzy kolejnymi powtórzeniami kształtu fali (np. grzbietami, dolinami)

Własności fali Okres odstęp czasu między momentami, gdy grzbiety (doliny) dwóch sąsiednich fal przechodzą przez ten sam punkt. Częstotliwość: ilość grzbietów (dolin), które w ciągu jednej sekundy, przechodzą przez ten sam punkt Prędkość fazowa: w czasie równym T fala pokonuje dystans λ, zatem prędkość z jaką przemieszcza się fala: v=λ / T

y v Równanie fali Brązowa linia zdjęcie fali w chwili t=0. Równanie fali w chwili t=0: x y(x, 0) = y m sin( 2π λ x) (położenie cząstki ośrodka jest takie samo dla x = nλ, gdzie n liczba całkowita) x = vt Niebieska linia zdjęcie fali w chwili t. Równanie fali w chwili t: v = λ T y(x, t) = y m sin 2π λ (x vt) = y m sin 2π ( x λ t T )

Równanie fali y(x, t) = y m sin 2π ( x λ t T ) wprowadzimy pojęcie liczby falowej: k = 2p/ podstawiamy ω = 2π T y(x, t) = y m sin(kx ωt) Jest to równanie fali płaskiej rozchodzącej się w kierunku +osi x

Relacja między prędkością fali i prędkością kątową v=λ / T = (2π / k) / T = (2π / T) / k = ω / k

Parametry fali

y v Długość fali i liczba falowa y m x Równanie fali: y(x, t) = y sin(ωt -kx +φ) m Wykres fali dla t=0 y(x, 0 m ) = y sin(-kx +φ) Długość fali - odległość pomiędzy kolejnymi powtórzeniami kształtu fali, amplituda - maksymalne odchylenie y m od punktu równowagi

Długość fali i liczba falowa y v y(x, 0 ) = y sin( -kx ) 1 m 1 y m x y(x, 0 ) = y sin[ -k( x ) ] 1 m 1 y(x, 0) = y(x, 0) 1 1 kλ = 2π k= 2π Wielkość k = 2p/ nazywa się liczbą falową.

y v Okres fali i częstość y m t y( 0, t) = y sin(ωt +φ) m T Wykres fali dla x=0 y(0, t) = y sin(ωt +φ) = y sin[ω(t + T) +φ] m m wt= 2π T= 2π ω

y Wyprowadzenie wzoru na prędkość fazową fali v Prędkość, z jaką przemieszcza się stała faza fali: x v = dx dt y(x, t) = ymsin(ωt -kx +φ) fala w chwili t=0 x fala w chwili t ωt kx + φ faza faza fali ma się nie zmieniać: ωdt kdx = 0 v = dx dt = ω k

Fala przenosi energię y v x v = T μ Prędkość fali w idealnie napiętej linie zależy jedynie od naprężenia T i gęstości liniowej m materiału, z którego wykonana jest lina.

Fala przenosi energię v dm Średnia moc czyli średnia szybkość z jaką przenoszona jest energia przez falę biegnącą w linie:

Fala przenosi energię Współczynniki m oraz v zależą od materiału i naprężenia liny.

Interferencja fal

Superpozycja fal Co się stanie gdy zderzą się dwie fale? Nastąpi ich dodanie, czyli superpozycja.

Interferencja fal biegnących w linie 1 fala 2 fala y (x, t) = y sin(ω t - kx) 1 m y (x, t) = y sin(ω t - kx + φ) 2 m Superpozycja: y(x,t) = y (x, t) y (x, t) = y sin(ω t - kx y sin(ω t - kx + φ) 1 2 m ) m sinα + sinβ = 2 sin y x, t = 2y m cos φ 2 sin(ω t kx + φ 2 ) α + β 2 α β cos 2 Fala biegnie w tym samym kierunku!

Interferencja fal biegnących w linie y x, t = 2y m cos φ 2 sin(ω t kx + φ 2 ) y φ = 0 x y 1 (x, t) i y 2 (x, t) Interferencja konstruktywna y y y 1 (x, t) x y 2 (x, t) φ = π Interferencja destruktywna x

Odbicie fali Kiedy fala dociera do ośrodka o innej gęstości, ulega odbiciu. Jeśli gęstość tego ośrodka jest większa od gęstości ośrodka w którym rozchodzi się fala, to faza fali po odbiciu ulega przesunięciu o 180. Jeśli mniejsza to nie ma przesunięcia fazy.

Fale stojące y (x, t) = y sin(ωt -kx) 1 m y (x, t) = y sin(ω t kx) 2 m α + β α β sinα + sinβ = 2 sin cos 2 2 t = 0 t = T 4 y x, t = 2y m sin(kx)cos(ω t)

Fale stojące y x, t = 2y m sin(kx)cos(ω t) Strzałki: kx = (n + 1 2 )π x = (n + 1 2 ) 2 Węzły: kx = nπ x = n 2 n=1,2,3

L Fale stojące w linie, strunie L = 1 2 Warunek na powstanie fali stojącej: L = n n 2 n=1,2,3 L = 2 2 2 n = v f n = 2L n f n = nv 2L L = 3 3 2 n=1 częstotliwość podstawowa (pierwsza harmoniczna) n=2,3 kolejne harmoniczne

Fala dźwiękowa

Fala dźwiękowa Prędkość fali mechanicznej: F v = sprężystość ośrodka bezwładność ośrodka v Prędkość dźwięku w gazach: v v = B ρ B moduł ściśliwości objętościowej, ρ gęstość ośrodka

Prędkość dźwięku w różnych ośrodkach ośrodek v(m/s) powietrze (20 ) 343 woda 1493 miedź 3560 Zależność prędkości dźwięku w powietrzu od temperatury: v = 331m/s 1 + T 273

Natężenie dźwięku Fala transportuje energię. Natężenie fali tj. stosunek mocy, którą transportuje fala przez jednostkę powierzchni Można pokazać, że natężenie fali : I = 1 2 ρvω2 s m 2 lub: I = P m 2 2ρv

Zakres słyszalny: 20Hz-16000Hz Spektrum fal dźwiękowych Próg słyszalności, przy częstotliwości 1000Hz: I 0 = 10 12 W/m 2 Próg bólu, przy częstotliwości 1000Hz: Poziom dźwięku w skali decybelowej : 1W/m 2 β[db] = 10log( I I 0 ) Próg bólu w skali decybelowej: β[db] = 10log 1W m 2 10 12 W m 2 db = 10log1012 db = 120dB Szept: 30dB, odkurzacz 70dB, koncert rockowy 120dB

Fala kulista - natężenie od odległości Natężenie w odległości r od źródła: r I = P źr 4πr 2 promień fali Prawo odwrotnych kwadratów: I 1 I 2 = r 2 2 r 1 2 czoło fali

Interferencja fal dźwiękowych Interferencja konstruktywna: L 2 L 1 = mλ L 2 Interferencja destruktywna: L 1 L 2 L 1 = (m + 1 2 )λ m=0,1,2

Efekt Dopplera

Efekt Dopplera Obserwator i źródło dźwięku ( o częstości f źr ) poruszają się: f o = v ± v o v v źr f źr Górne znaki obserwator i źródło dźwięku zbliżają się do siebie: f o > f źr o < źr Dolne znaki - obserwator i źródło dźwięku oddalają się od siebie f o < f źr o > źr

Efekt Dopplera dla fali elektromagnetycznej f = f o c v c ± v Dolne znaki- satelita zbliża się do odbiornika Górne znaki satelita oddala się od odbiornika Częstość fali mierzona przez odbiornik zmienia się z wysokiej na niską gdy satelita przelatuje nad odbiornikiem.