Në kursin tuaj të fizikës të klasës së 7-të, keni studiuar dridhjet mekanike. Ndodh shpesh që, duke lindur në një vend, dridhjet përhapen në rajonet fqinje të hapësirës. Kujtojmë, për shembull, përhapjen e dridhjeve nga një guralecë të hedhur në ujë ose dridhjet e kores së tokës që përhapen nga epiqendra e një tërmeti. Në raste të tilla, ata flasin për lëvizjen e valëve - valët (Fig. 17.1). Në këtë paragraf, ju do të mësoni në lidhje me tiparet e lëvizjes së valës.
Si të krijoni valë mekanike
Le të marrim një litar mjaft të gjatë, njërën skaj të së cilës ne e bashkojmë në një sipërfaqe vertikale, dhe tjetrën do të lëvizim lart e poshtë (lëkundet). Lëkundjet nga dora do të përhapen përgjatë litarit, duke përfshirë gradualisht pika gjithnjë e më të largëta në lëvizjen lëkundëse - një valë mekanike do të kalojë përgjatë litarit (Fig. 17.2).
Një valë mekanike është përhapja e dridhjeve në një mjedis elastik *.
Tani rregullojmë një pranverë të butë horizontale të gjatë dhe aplikojmë një seri goditjesh të njëpasnjëshme në fundin e saj të lirë - një valë do të vrapojë në pranverë, e përbërë nga trashje dhe rrallim i mbështjelljeve të pranverës (Fig. 17.3).
Valët e përshkruara më sipër mund të shihen, por shumica e valëve mekanike janë të padukshme, siç janë valët e zërit (Figura 17.4).
Në shikim të parë, të gjitha valët mekanike janë krejtësisht të ndryshme, por arsyet për shfaqjen dhe përhapjen e tyre janë të njëjta.
Gjetja se si dhe pse një valë mekanike përhapet në një medium
Çdo valë mekanike krijohet nga një trup lëkundës - një burim i valës. Duke kryer lëvizje lëkundëse, burimi i valës deformon shtresat e mediumit më të afërt me të (i ngjesh dhe i shtrin ato ose i zhvendos ato). Si rezultat, lindin forca elastike që veprojnë në shtresat fqinje të mediumit dhe i detyrojnë ata të kryejnë dridhje të detyruara. Këto shtresa, nga ana tjetër, deformojnë shtresat e ardhshme dhe i bëjnë ato të dridhen. Gradualisht, një nga një, të gjitha shtresat e mediumit përfshihen në lëvizjen lëkundëse - një valë mekanike përhapet në medium.
Figura: 17.6. Në një valë gjatësore, shtresat e mediumit dridhen përgjatë drejtimit të përhapjes së valës
Dallimi midis valëve mekanike tërthore dhe gjatësore
Krahasoni përhapjen e një vale përgjatë një litari (shih Fig. 17.2) dhe në një pranverë (shih Fig. 17.3).
Pjesët individuale të litarit lëvizin (lëkunden) pingul me drejtimin e përhapjes së valës (në Fig. 17.2, vala përhapet nga e djathta në të majtë, dhe pjesët e litarit lëvizin lart e poshtë). Valët e tilla quhen tërthore (Fig. 17.5). Me përhapjen e valëve tërthore, disa shtresa të mediumit zhvendosen në krahasim me të tjerat. Deformimi i zhvendosjes shoqërohet me shfaqjen e forcave elastike vetëm në trupat e ngurtë, prandaj valët tërthore nuk mund të përhapen në lëngje dhe gazra. Pra, valët tërthore përhapen vetëm në trupa të ngurtë.
Kur një valë përhapet në një sustë, mbështjelljet e sustës lëvizin (lëkunden) përgjatë drejtimit të përhapjes së valës. Valët e tilla quhen gjatësore (Fig. 17.6). Kur përhapet një valë gjatësore, në mjedis ndodhin deformime të shtypjes dhe tensionit (përgjatë drejtimit të përhapjes së valës, dendësia e mjedisit ose rritet ose ulet). Deformime të tilla në çdo medium shoqërohen nga shfaqja e forcave elastike. Prandaj, valët gjatësore përhapen në trupa të ngurtë, dhe në lëngje dhe gazra.
Valët në sipërfaqen e një lëngu nuk janë as gjatësore, as tërthore. Ata kanë një karakter kompleks gjatësor-tërthor, ndërsa grimcat e lëngshme lëvizin në elipsa. Kjo është e lehtë për të parë nëse hidhni një copëz të lehtë në det dhe vëzhgoni lëvizjen e saj në sipërfaqen e ujit.
Gjetja e vetive themelore të valëve
1. Lëvizja lëkundëse nga një pikë e mediumit në tjetrën transmetohet jo menjëherë, por me disa vonesa, prandaj, valët përhapen në medium me një shpejtësi të fundme.
2. Burimi i valëve mekanike është një trup lëkundës. Kur vala përhapet, dridhjet e pjesëve të mediumit detyrohen, prandaj frekuenca e dridhjeve të secilës pjesë të mediumit është e barabartë me frekuencën e lëkundjeve të burimit të valës.
3. Valët mekanike nuk mund të përhapen në vakum.
4. Lëvizja e valës nuk shoqërohet me transferimin e materies - pjesë të mediumit thjesht dridhen në raport me pozicionet e ekuilibrit.
5. Me ardhjen e një vale, pjesët e mediumit fillojnë të lëvizin (fitojnë energji kinetike). Kjo do të thotë që kur vala përhapet, energjia transferohet.
Transferimi i energjisë pa transferimin e materies është prona më e rëndësishme e çdo vale.
Mos harroni përhapjen e valëve përgjatë sipërfaqes së ujit (Fig. 17.7). Cilat vëzhgime konfirmojnë vetitë themelore të lëvizjes së valëve?
Kujtimi i madhësive fizike që karakterizojnë lëkundjet
Vala është përhapja e lëkundjeve, prandaj sasitë fizike që karakterizojnë lëkundjet (frekuenca, periudha, amplituda) karakterizojnë gjithashtu valën. Pra, le të kujtojmë materialin e klasës së 7-të:
|
Madhësitë fizike që karakterizojnë luhatjet |
|||
|
Frekuenca e lëkundjes ν |
Periudha e lëkundjes T |
Amplituda e lëkundjes A |
|
|
Përcaktoni |
numri i lëkundjeve për njësi të kohës |
koha e një lëkundjeje |
distanca maksimale që një pikë devijon nga pozicioni i ekuilibrit |
|
Formula për përcaktimin |
 |
 |
|
|
N është numri i lëkundjeve gjatë intervalit kohor t |
|||
|
Njësia SI |
 |
e dyta |
|
Shënim! Kur përhapet një valë mekanike, të gjitha pjesët e mediumit në të cilin përhapet vala dridhen me të njëjtën frekuencë (ν), e cila është e barabartë me frekuencën e lëkundjes së burimit të valës, pra periudha
lëkundjet (T) për të gjitha pikat e mediumit janë gjithashtu të njëjta, sepse
Por amplituda e lëkundjes gradualisht zvogëlohet me largësinë nga burimi i valës.
Gjetja e gjatësisë dhe shpejtësisë së përhapjes së valës
Mendoni për përhapjen e një vale përgjatë një litari. Lëreni që fundi i litarit të bëjë një lëkundje të plotë, domethënë koha e përhapjes së valës është e barabartë me një periudhë (t \u003d T). Gjatë kësaj kohe, vala u përhap në një distancë të caktuar λ (Fig. 17.8, a). Kjo distancë quhet gjatësi vale.
Gjatësia e valës λ është distanca mbi të cilën përhapet vala në një kohë të barabartë me periudhën T:
ku v është shpejtësia e përhapjes së valës. Njësia e gjatësisë së valës në SI është metër:
Easyshtë e lehtë të shohësh se pikat e litarit, të vendosura në një distancë prej një gjatësi vale nga njëra-tjetra, lëkunden sinkronisht - ato kanë të njëjtën fazë të lëkundjes (Fig. 17.8, b, c). Për shembull, pikat A dhe B të litarit lëvizin lart në të njëjtën kohë, arrijnë kreshtën e valës në të njëjtën kohë, pastaj njëkohësisht fillojnë të lëvizin poshtë, etj.
Figura: 17.8. Gjatësia e valës është e barabartë me distancën që vala përshkon gjatë një lëkundjeje (kjo është gjithashtu distanca midis dy kreshtave më të afërta ose dy korinave më të afërta)
Duke përdorur formulën λ \u003d vT, mund të përcaktohet shpejtësia e përhapjes
marrim formulën për marrëdhënien midis gjatësisë, frekuencës dhe shpejtësisë së përhapjes së valës - formula e valës:
Nëse një valë lëviz nga një medium në tjetrin, shpejtësia e përhapjes së saj ndryshon, por frekuenca mbetet e pandryshuar, pasi që frekuenca përcaktohet nga burimi i valës. Kështu, sipas formulës v \u003d λν, kur një valë kalon nga një medium në tjetrin, gjatësia e valës ndryshon.
Formula e valës
Të mësuarit për zgjidhjen e problemeve
Detyrë Një valë qethje përhapet përgjatë kordonit me një shpejtësi prej 3 m / s. Në fig. 1 tregon pozicionin e kordonit në një moment të caktuar në kohë dhe drejtimin e përhapjes së valës. Duke supozuar që faqja e qelizës është 15 cm, përcaktoni:
1) amplituda, periudha, frekuenca dhe gjatësia e valës;
Analizë fizike e problemit, zgjidhje
Vala është tërthore, prandaj pikat e kordonit lëkunden pingul me drejtimin e përhapjes së valës (lëvizni lart e poshtë në krahasim me disa pozicione ekuilibri).
1) Nga fig. 1 shohim se devijimi maksimal nga pozicioni i ekuilibrit (amplituda A e valës) është e barabartë me 2 qeliza. Prandaj, A \u003d 2 15 cm \u003d 30 cm.
Distanca midis kreshtës dhe depresionit është 60 cm (4 qeliza), përkatësisht, distanca midis dy kreshtave më të afërta (gjatësia e valës) është dy herë më e madhe. Prandaj, λ \u003d 2 60 cm \u003d 120 cm \u003d 1.2 m.
Ne gjejmë frekuencën ν dhe periudhën T të valës duke përdorur formulën e valës:
2) Për të gjetur drejtimin e lëvizjes së pikave të kordonit, ne kryejmë një ndërtim shtesë. Supozoni se për një interval të shkurtër kohor Δt vala ka zhvendosur një distancë të vogël. Meqenëse vala zhvendoset djathtas, dhe forma e saj nuk ndryshon me kohën, pikat e kordonit do të marrin pozicionin e treguar në Fig. 2 me një vijë me pika.
Vala është tërthore, domethënë, pikat e kordonit lëvizin pingul me drejtimin e përhapjes së valës. Fik. 2 ne shohim se pika K pas intervalit kohor Δt do të jetë më e ulët se pozicioni i saj fillestar, prandaj, shpejtësia e lëvizjes së saj drejtohet poshtë; pika B do të lëvizë më lart, prandaj, shpejtësia e lëvizjes së saj drejtohet lart; pika C do të lëvizë më e ulët, prandaj, shpejtësia e saj drejtohet poshtë.
Përgjigje: A \u003d 30 cm; T \u003d 0,4 s; ν \u003d 2.5 Hz; λ \u003d 1,2 m; K dhe C - poshtë, B - lart.
Përmbledhur
Përhapja e dridhjeve në një mjedis elastik quhet një valë mekanike. Një valë mekanike në të cilën pjesë të mediumit dridhen pingul me drejtimin e përhapjes së valës quhet tërthore; një valë në të cilën pjesë të mediumit dridhen përgjatë drejtimit të përhapjes së valës quhet gjatësore.
Vala përhapet në hapësirë \u200b\u200bjo në çast, por me një shpejtësi të caktuar. Kur një valë përhapet, energjia transferohet pa transferimin e materies. Distanca mbi të cilën përhapet vala në një kohë të barabartë me periudhën quhet gjatësia e valës - kjo është distanca midis dy pikave më të afërta që lëkunden sinkronisht (kanë të njëjtën fazë të lëkundjes). Gjatësia λ, frekuenca ν dhe shpejtësia v e përhapjes së valës lidhen me formulën e valës: v \u003d λν.
pyetjet e testit
1. Jepni përkufizimin e një vale mekanike. 2. Përshkruaj mekanizmin e formimit dhe përhapjes së një vale mekanike. 3. Emërtoni vetitë kryesore të lëvizjes së valës. 4. Cilat valë quhen gjatësore? tërthore? Në cilat mjedise shpërndahen? 5. Çfarë është gjatësia e valës? Si përcaktohet? 6. Si lidhen gjatësia, frekuenca dhe shpejtësia e përhapjes së valës?
Ushtrimi numër 17
1. Përcaktoni gjatësinë e secilës valë në fig. një
2. Në oqean, gjatësia e valës arrin 270 m, dhe periudha e saj është 13.5 s. Përcaktoni shpejtësinë e përhapjes së një vale të tillë.
3. A përputhen shpejtësia e përhapjes së valës dhe shpejtësia e lëvizjes së pikave të mediumit në të cilin përhapet vala?
4. Pse një valë mekanike nuk përhapet në vakum?
5. Si rezultat i shpërthimit, të prodhuar nga gjeologët, një valë u përhap në koren e tokës me një shpejtësi prej 4.5 km / s. Pasqyruar nga shtresat e thella të Tokës, vala u regjistrua në sipërfaqen e Tokës 20 sekonda pas shpërthimit. Në cilën thellësi është shkëmbi, dendësia e të cilit ndryshon shumë nga dendësia e kores së tokës?
6. Në fig. 2 tregon dy litarë përgjatë të cilave përhapet një valë prerëse. Çdo litar tregon drejtimin e dridhjeve të një prej pikave të tij. Përcaktoni drejtimet e përhapjes së valës.
7. Në fig. 3 tregon pozicionin e dy kordoneve përgjatë të cilave përhapet vala, tregohet drejtimi i përhapjes së secilës valë. Për secilin rast a dhe b, përcaktoni: 1) amplituda, periudha, gjatësia e valës; 2) drejtimi në të cilin po lëvizin pikat A, B dhe C të kordonit në një kohë të caktuar; 3) numri i dridhjeve që çdo pikë e kordonit bën në 30 s. Konsideroni që faqja e qelizës të jetë 20 cm.
8. Një burrë që qëndron në breg të detit përcaktoi se distanca midis kreshtave të valëve ngjitur është 15 m. Përveç kësaj, ai llogariti që 16 kreshta të valëve të arrijnë në bregdet për 75 sekonda. Përcaktoni shpejtësinë e përhapjes së valëve.
Ky është material mësimor
Valët. Karakteristikat e përgjithshme të valëve.Vala - ky është fenomeni i përhapjes në hapësirë \u200b\u200bme kalimin e kohës i një ndryshimi (shqetësimi) të një madhësie fizike, e cila mbart energji me vete.
Pavarësisht nga natyra e valës, energjia transferohet pa transferimin e materies; kjo e fundit mund të lindë vetëm si efekt anësor. Transferimi i energjisë - ndryshimi themelor midis valëve dhe lëkundjeve, në të cilat ndodhin vetëm transformimet "lokale" të energjisë. Valët, si rregull, janë në gjendje të largohen në distanca të konsiderueshme nga vendi i origjinës së tyre. Për këtë arsye, valët nganjëherë quhen " lëkundja e shkëputur nga emetuesi».
Valët mund të klasifikohen
Nga natyra e saj:
Valët elastike -valët që përhapen në media të lëngëta, të ngurta dhe të gazta për shkak të veprimit të forcave elastike.
Valët elektromagnetike - trazimi (ndryshimi i gjendjes) i fushës elektromagnetike që përhapet në hapësirë.
Valët në sipërfaqen e një lëngu - emri konvencional për valët e ndryshme që lindin në ndërfaqen midis lëngut dhe gazit ose lëngut dhe lëngut. Valët mbi ujë ndryshojnë në mekanizmin themelor të lëkundjes (kapilar, gravitacion, etj.), I cili çon në ligje të ndryshme të shpërndarjes dhe, si pasojë, në sjellje të ndryshme të këtyre valëve.
Në lidhje me drejtimin e vibrimit të grimcave të mjedisit:
Valët gjatësore -grimcat e mediumit dridhen paralelenë drejtim të përhapjes së valës (si, për shembull, në rastin e përhapjes së zërit).
Valët tërthore - grimcat e mediumit dridhen pinguldrejtimi i përhapjes së valës (valët elektromagnetike, valët në sipërfaqet e ndarjes së mediave).
a - tërthore; b - gjatësore.
Valët e përziera.
Nga gjeometria e frontit të valës:
Sipërfaqja e valës (pjesa e përparme e valës) është vendi i pikave në të cilat shqetësimi ka arritur një moment të caktuar në kohë. Në një mjedis izotrop homogjen, shpejtësia e përhapjes së valës është e njëjtë në të gjitha drejtimet, që do të thotë se të gjitha pikat e përparme lëkunden në të njëjtën fazë, pjesa e përparme është pingul me drejtimin e përhapjes së valës, vlerat e sasisë lëkundëse janë të njëjta në të gjitha pikat e përparme.
Banesëvala - rrafshet e fazës janë pingul me drejtimin e përhapjes së valës dhe paralele me njëra-tjetrën.
Sferikevalë - sipërfaqja e fazave të barabarta është një sferë.
Cilindrikevalë - sipërfaqja e fazave i ngjan një cilindri.
Spiralevala - formohet kur një burim / burim sferik ose cilindrik i një vale në procesin e rrezatimit lëviz përgjatë një kurbe të caktuar të mbyllur.
Valë aeroplani
Një valë quhet rrafsh nëse sipërfaqet e saj të valës janë paralele me një plan tjetër, pingul me shpejtësinë e fazës së valës. \u003d F (x, t)).
Konsideroni një valë sinusoidale monokromatike (një frekuencë) të avionit që përhapet në një mjedis homogjen pa amortizuar përgjatë boshtit X. Nëse burimi (aeroplani i pafund) lëkundet sipas ligjit y \u003d, atëherë lëkundja do të arrijë pikën me koordinatën x me një vonesë në kohë.
, Ku
Shpejtësia e fazës së valës - shpejtësia e sipërfaqes së valës (përpara),
- amplituda e valës - moduli i devijimit maksimal të vlerës së ndryshueshme nga pozicioni i ekuilibrit,
- frekuenca ciklike, T - periudha e lëkundjes, - frekuenca e valës (e ngjashme me lëkundjet)
k - numri i valës, ka kuptimin e frekuencës hapësinore,
Karakteristikë tjetër e valës është gjatësia e valës m, kjo është distanca që përhap vala gjatë një periudhe lëkundjeje, ka kuptimin e një periudhe hapësinore, kjo është distanca më e shkurtër midis pikave që lëkunden në të njëjtën fazë. 
y 
Gjatësia e valës lidhet me numrin e valës nga marrëdhënia, e cila është e ngjashme me marrëdhënien kohore
Wavenumber lidhet me frekuencën ciklike dhe shpejtësinë e përhapjes së valës
x
y
y 
Shifrat tregojnë një oshilogram (a) dhe një fotografi (b) të një vale me periudhat kohore dhe hapësinore të specifikuara. Ndryshe nga lëkundjet stacionare, valët kanë dy karakteristika kryesore: periodiciteti kohor dhe periodiciteti hapësinor.
Karakteristikat e përgjithshme të valëve:
Valët mbajnë energji.
2. Valët bëjnë presion mbi trupat (kanë vrull).
3. Shpejtësia e një vale në një medium varet nga frekuenca e valës - shpërndarja. Kështu, valët e frekuencave të ndryshme përhapen në të njëjtin medium me shpejtësi të ndryshme (shpejtësia e fazës). 
4. Valët sillen rreth pengesave - difraksioni.
Difraksioni ndodh kur madhësia e pengesës është e krahasueshme me gjatësinë e valës.
5. Në ndërfaqen midis dy mediave, valët reflektohen dhe përthyhen.
Këndi i incidencës është i barabartë me këndin e reflektimit, dhe raporti i sinusit të këndit të incidencës me sinusin e këndit të thyerjes është një vlerë konstante për këto dy media.
6. Kur mbivendosni valët koherente (diferenca fazore e këtyre valëve në çdo pikë është konstante në kohë) ato ndërhyjnë - formohet një model i qëndrueshëm i minimumit dhe maksimumit të ndërhyrjes. 
Valët dhe burimet që i eksitojnë ato quhen koherente nëse ndryshimi i fazës së valëve nuk varet nga koha. Valët dhe burimet që i eksitojnë ato quhen jo koherente nëse ndryshimi i fazës së valëve ndryshon me kalimin e kohës.
Vetëm valët me të njëjtën frekuencë mund të ndërhyjnë, në të cilën lëkundjet kryhen përgjatë të njëjtit drejtim (d.m.th., valët koherente). Ndërhyrja është e palëvizshme dhe jo-stacionare. Vetëm valët koherente mund të prodhojnë një model ndërhyrjeje të palëvizshme. Për shembull, dy valë sferike në sipërfaqen e ujit, duke u përhapur nga dy burime koherente të pikave, do të japin një valë rezultante pas ndërhyrjeve. Pjesa e përparme e valës që rezulton do të jetë një sferë.
Kur valët ndërhyjnë, energjitë e tyre nuk shtohen. Ndërhyrja e valës çon në një rishpërndarje të energjisë së dridhjes midis grimcave të ndryshme të hapësirës së afërt të mediumit. Kjo nuk bie ndesh me ligjin e ruajtjes së energjisë sepse, mesatarisht, për një zonë të madhe të hapësirës, \u200b\u200benergjia e valës që rezulton është e barabartë me shumën e energjive të valëve ndërhyrëse.
Kur valët jo koherente mbivendosen, amplituda mesatare në katror e valës që rezulton është e barabartë me shumën e amplitudave katrore të valëve të mbivendosura. Energjia e dridhjeve rezultuese të secilës pikë të mediumit është e barabartë me shumën e energjive të dridhjeve të tij, të shkaktuara nga të gjitha valët jo koherente veç e veç.
7. Valët absorbohen nga mjedisi. Me distancën nga burimi, amplituda e valës zvogëlohet, pasi energjia e valës transferohet pjesërisht në medium.
8. Valët janë të shpërndara në një mjedis jo homogjen.
Shpërndarja - shqetësime të fushave të valëve të shkaktuara nga inhomogjeniteti i mjedisit dhe objektet shpërndarëse të vendosura në këtë medium. Intensiteti i shpërndarjes varet nga madhësia e parregullsive dhe frekuenca e valës.
Valët mekanike. Tingull Karakteristikë e tingullit .
Vala - indinjatë që përhapet në hapësirë.
Karakteristikat e përgjithshme të valëve:
transferimin e energjisë;
të ketë impuls (të bëjë presion mbi trupat);
janë reflektuar dhe thyer në kufirin e dy mediave;
përthithet nga mjedisi;
difraksioni;
ndërhyrje;
shpërndarje;
shpejtësia e valëve varet nga mjedisi përmes të cilit kalojnë valët.
Valët mekanike (elastike).
Një rast i veçantë i valëve mekanike - valët në sipërfaqen e lëngshme, valët që lindin dhe përhapen përgjatë sipërfaqes së lirë të një lëngu ose në ndërfaqen e dy lëngjeve të papërzier. Ato formohen nën ndikimin e ndikimeve të jashtme, si rezultat i së cilës sipërfaqja e lëngut hiqet nga gjendja e ekuilibrit. Në këtë rast, lindin forca që rivendosin ekuilibrin: forcat e tensionit sipërfaqësor dhe gravitetit.
Valët mekanike janë dy llojesh
Valët gjatësore të shoqëruara me deformime tërheqëse dhe shtypëse mund të përhapen në çdo mjedis elastik: gazrat, lëngjet dhe trupat e ngurtë. Valët tërthore përhapen në ato media ku shfaqen forca elastike gjatë deformimit të prerjes, d.m.th., në trupa të ngurtë.
Valët e thjeshta harmonike ose sine janë me interes të konsiderueshëm për praktikë. Ekuacioni i një valë sinusit aeroplan ka formën:
- i ashtuquajturi numri i valës ,
– frekuenca rrethore ,
DHE - amplituda e vibrimit të grimcave.
Figura tregon "fotografi të çastit" të një vale qethjeje në dy herë: t dhe t + Δt. Gjatë kohës Δt, vala lëvizi përgjatë boshtit OX në një distancë υΔt. Valët e tilla zakonisht quhen valë udhëtuese.
Gjatësia e valës λ quhet distanca midis dy pikave ngjitur në boshtin OX, lëkundur në të njëjtat faza. Distanca, e barabartë me gjatësinë e valës λ, vala udhëton gjatë periudhës T, prandaj,
λ \u003d υT, ku υ është shpejtësia e përhapjes së valës.
Për çdo pikë të zgjedhur në grafikun e procesit të valës (për shembull, për pikën A), me kalimin e kohës t, koordinata x e kësaj pike ndryshon dhe vlera e shprehjes ωt - kx nuk ndryshon. Pas një intervali kohor Δt, pika A do të lëvizë përgjatë boshtit OX me një distancë Δx \u003d υΔt. Prandaj: ωt - kx \u003d ω (t + Δt) - k (x + Δx) \u003d konst ose ωΔt \u003d kΔx.
Kjo nënkupton:
Kështu, një valë sinusit udhëtues ka një periodicitet të dyfishtë - në kohë dhe hapësirë. Periudha kohore është e barabartë me periudhën e lëkundjes T të grimcave të mediumit, periudha hapësinore është e barabartë me gjatësinë e valës λ. Wavenumber është analog hapësinor i frekuencës rrethore.
Tingull
Çdo proces oscilues përshkruhet nga një ekuacion. Ajo rrjedh gjithashtu për dridhjet e tingullit:
Karakteristikat themelore të valëve të zërit
|
Perceptimi subjektiv i tingullit (vëllimi, lartësia, timbri) |
Karakteristikat objektive fizike të tingullit (shpejtësia, intensiteti, spektri) |
Shpejtësia e zërit në çdo medium të gaztë llogaritet me formulën:
β është ngjeshja adiabatike e mediumit,
ρ është dendësia.
Zbatimi i tingullit
Sonaret e përdorura nën ujë quhen sonarë ose sonarë (emri sonar formohet nga shkronjat fillestare të tre fjalëve anglisht: tingull - tingull; lundrim - lundrim; diapazon - diapazon). Sonaret janë të domosdoshme për të hetuar shtratin e detit (profilin e tij, thellësinë), për zbulimin dhe hulumtimin e objekteve të ndryshme që lëvizin thellë nën ujë. Me ndihmën e tyre, të dy objektet individuale të mëdha ose kafshët, dhe shkollat \u200b\u200be peshqve të vegjël ose molusqeve mund të zbulohen lehtësisht.
Valët e frekuencës tejzanor përdoren gjerësisht në mjekësi për qëllime diagnostikuese. Skanuesit me ultratinguj ju lejojnë të ekzaminoni organet e brendshme të një personi. Rrezatimi tejzanor është më pak i dëmshëm për njerëzit sesa rrezet X.
Valët elektromagnetike.
Karakteristikat e tyre.
Vala elektromagnetike është një fushë elektromagnetike që përhapet në hapësirë \u200b\u200bme kalimin e kohës.
Valët elektromagnetike mund të ngacmohen vetëm nga ngarkesa lëvizëse të përshpejtuara.
Ekzistenca e valëve elektromagnetike u parashikua teorikisht nga fizikani i madh anglez J. Maxwell në 1864. Ai propozoi një interpretim të ri të ligjit Faraday të induksionit elektromagnetik dhe zhvilloi idetë e tij më tej.
Çdo ndryshim në fushën magnetike gjeneron një fushë elektrike vorbull në hapësirën përreth, një fushë elektrike që ndryshon në kohë gjeneron një fushë magnetike në hapësirën përreth.
Figura 1. Një fushë elektrike alternative gjeneron një fushë magnetike alternative dhe anasjelltas
Karakteristikat e valëve elektromagnetike bazuar në teorinë e Maxwell:
Valët elektromagnetike tërthore - vektorë dhe janë pingul me njëri-tjetrin dhe shtrihen në një plan pingul me drejtimin e përhapjes.
Figura 2. Përhapja e një vale elektromagnetike
Fushat elektrike dhe magnetike në një valë lëvizëse ndryshojnë në të njëjtën fazë.
Vektorët në një valë elektromagnetike udhëtuese formojnë të ashtuquajturën treshe të djathtë të vektorëve.
Lëkundjet e vektorëve dhe ndodhin në fazë: në të njëjtin moment në kohë, në një pikë të hapësirës, \u200b\u200bparashikimet e fuqive të fushave elektrike dhe magnetike arrijnë një maksimum, minimum ose zero.
Valët elektromagnetike përhapen në materie me shpejtësia përfundimtare
Ku është depërtueshmëria dielektrike dhe magnetike e mjedisit (shpejtësia e përhapjes së valës elektromagnetike në mjedis varet prej tyre),
Konstantet elektrike dhe magnetike.
Shpejtësia e valëve elektromagnetike në një vakum
Dendësia e fluksit të energjisë elektromagnetike
oseintensiteti
J
quhet energjia elektromagnetike e bartur nga një valë për njësi të kohës përmes sipërfaqes së një zone njësie:
,
Zëvendësimi i shprehjeve për, dhe υ, dhe duke marrë parasysh barazinë e dendësisë së energjisë vëllimore të fushave elektrike dhe magnetike në valën elektromagnetike, mund të marrim:
Valët elektromagnetike mund të polarizohen.
Gjithashtu valët elektromagnetike kanë të gjitha vetitë themelore të valëve : transferojnë energji, kanë vrull, ato reflektohen dhe thyhen në ndërfaqen ndërmjet dy mediave, të përthithura nga mjedisi, shfaqin vetitë e shpërndarjes, difraksionit dhe ndërhyrjes.
Eksperimentet e Hertz (zbulimi eksperimental i valëve elektromagnetike)
Për herë të parë, valët elektromagnetike u studiuan eksperimentalisht
Hertz në 1888. Ai zhvilloi një dizajn të suksesshëm të një oshilatori elektromagnetik (vibrator Hertz) dhe një metodë për zbulimin e tyre me rezonancë.
Dridhësi përbëhej nga dy përcjellës linearë, në skajet e të cilave kishte topa metalikë që formonin një boshllëk shkëndijë. Kur një tension i lartë ushqehej nga induksioni në kufomë, një shkëndijë kërceu në boshllëk, ajo shkurtoi hendekun. Gjatë djegies së tij, një numër i madh lëkundjesh ndodhën në qark. Marrësi (rezonatori) përbëhej nga një tel me një boshllëk shkëndijash. Prania e rezonancës u shpreh në shfaqjen e shkëndijave në boshllëkun e shkëndijës së rezonatorit në përgjigje të një shkëndijë që lind në vibrator.
Kështu, eksperimentet e Hertz hodhën një themel të fortë për teorinë e Maksuellit. Valët elektromagnetike të parashikuara nga Maxwell doli të realizohen eksperimentalisht.
PARIMET E KOMUNIKACIONIT RADIO
Komunikimi me radio - transmetimi dhe marrja e informacionit duke përdorur valët e radios.
Më 24 Mars 1896, në një takim të departamentit të fizikës të Shoqërisë Fizikokimike Ruse, Popov, duke përdorur instrumentet e tij, demonstroi qartë transmetimin e sinjaleve në një distancë prej 250 m, duke transmetuar radiogramin e parë me dy fjalë në botë "Heinrich Hertz" .
DIAGRAMI I PRANUESIT T A. A.S. POPOV
Popov përdori komunikimin radiotelegrafik (transmetimi i sinjaleve me kohëzgjatje të ndryshme), një komunikim i tillë mund të kryhet vetëm duke përdorur një kod. Një transmetues shkëndijash me një vibrator Hertz u përdor si një burim i valëve të radios, dhe një koherent, një tub qelqi me mbushje metali, rezistenca e të cilit, kur një valë elektromagnetike e godet atë, bie qindra herë, shërbeu si marrës. Për të rritur ndjeshmërinë e bashkuesit, një fund i tij ishte i tokëzuar dhe tjetri ishte i lidhur me një tel të ngritur mbi Tokë, gjatësia totale e antenës ishte një e katërta e gjatësisë së valës. Sinjali nga transmetuesi i shkëndijës prishet shpejt dhe nuk mund të transmetohet në distanca të gjata.
Për komunikimin radiotelefon (transmetimi i zërit dhe muzikës), përdoret një sinjal i moduluar me frekuencë të lartë. Një sinjal me frekuencë të ulët (audio) mbart informacion, por praktikisht nuk emetohet, dhe një sinjal me frekuencë të lartë emetohet mirë, por nuk mbart informacion. Për komunikimin radiotelefon përdoret modulimi.
Modulimi - procesi i vendosjes së korrespondencës midis parametrave të sinjalit HF dhe LF.
Në inxhinieri radio, përdoren disa lloje të modulimeve: amplituda, frekuenca, faza.
Modulimi i amplitudës - një ndryshim në amplituda e lëkundjeve (elektrike, mekanike, etj.), që ndodh me një frekuencë shumë më të ulët se frekuenca e vetë lëkundjeve.
Lëkundja harmonike e frekuencës së lartë ω modulohet në amplituda nga lëkundja harmonike e frekuencës së ulët Ω (τ \u003d 1 / Ω është periudha e saj), t është koha, A është amplituda e luhatjes me frekuencë të lartë, T është periudha e saj.
Skema e komunikimit me radio duke përdorur një sinjal AM
Oshilatori i Moduluar me Amplituda
Amplituda e sinjalit RF ndryshon në përputhje me amplituda e sinjalit LF, atëherë sinjali i moduluar emetohet nga antena transmetuese.
Në një marrës radio, antena marrëse mbledh valët e radios, në qarkun lëkundës, për shkak të rezonancës, sinjali izolohet dhe amplifikohet në frekuencën e së cilës akordohet qarku (frekuenca bartëse e stacionit transmetues), pastaj niveli i ulët komponenti i frekuencës së sinjalit duhet të jetë i izoluar.
Radio detektori
Zbulim - procesi i shndërrimit të një sinjali me frekuencë të lartë në një sinjal me frekuencë të ulët. Sinjali i marrë pas zbulimit korrespondon me sinjalin e zërit që ka vepruar në mikrofonin e transmetuesit. Pasi të amplifikohen, dridhjet me frekuencë të ulët mund të shndërrohen në tingull.
Detektor (demodulator)
Dioda shërben për të ndrequr rrymën alternative
a) sinjali AM, b) sinjali i zbuluar
RADAR
Quhet zbulimi dhe përcaktimi i saktë i vendndodhjes së objekteve dhe shpejtësia e tyre e lëvizjes duke përdorur valët e radios radar ... Parimi i radarit bazohet në vetinë e reflektimit të valëve elektromagnetike nga metalet.
1 - antenë rrotulluese; 2 - ndërprerësi i antenës; 3 - transmetues; 4 - marrës; 5 - skaner; 6 - treguesi i distancës; 7 - treguesi i drejtimit.
Për radarin, përdoren valët e radios me frekuencë të lartë (VHF), me ndihmën e tyre formohet lehtësisht një rreze e drejtuar dhe një fuqi e lartë rrezatimi. Në diapazonin e njehsorëve dhe decimetrit - sistemet e rrjetave të vibratorëve, në centimetër dhe milimetër - emetuesit parabolikë. Lokalizimi mund të kryhet si në mënyrë të vazhdueshme (për zbulimin e synimit) ashtu edhe në impuls (për të përcaktuar shpejtësinë e objektit).
Aplikimet e radarëve:
Aviacioni, astronautika, flota: siguria e anijeve në çdo mot dhe në çdo kohë të ditës, parandalimi i përplasjeve, siguria e ngritjes, etj. ulje avionësh.
Ushtarak: zbulimi në kohë i avionëve ose raketave armike, rregullimi automatik i zjarrit anti-ajror.
Radari i planetëve: matja e distancës prej tyre, specifikimi i parametrave të orbitave të tyre, përcaktimi i periudhës së rrotullimit, vëzhgimi i relievit sipërfaqësor. Në ish-Bashkimin Sovjetik (1961), radari i Venusit, Merkurit, Marsit, Jupiterit. Në SHBA dhe Hungari (1946), një eksperiment mbi marrjen e një sinjali të reflektuar nga sipërfaqja hënore.
Skema e telekomunikacionit në parim është e njëjtë me skemën e komunikimit me radio. Dallimi është se, përveç sinjalit të zërit, një imazh dhe sinjale kontrolli (ndryshimi i linjës dhe ndryshimi i kornizës) transmetohen për të sinkronizuar funksionimin e transmetuesit dhe marrësit. Në transmetues, këto sinjale modulohen dhe transmetohen, në marrës kapen nga antena dhe secili shkon për përpunim në rrugën e vet.
Le të shqyrtojmë një nga skemat e mundshme për shndërrimin e një imazhi në lëkundje elektromagnetike duke përdorur një ikonoskop:
Me ndihmën e një sistemi optik, një imazh projektohet në një ekran mozaiku; për shkak të efektit fotografik, qelizat e ekranit marrin një ngarkesë tjetër pozitive. Arma elektron prodhon një rreze elektron që udhëton nëpër ekran, duke shkarkuar qelizat e ngarkuara pozitivisht. Meqenëse secila qelizë është një kondensator, një ndryshim i ngarkesës çon në shfaqjen e një voltazhi që ndryshon - një lëkundje elektromagnetike. Pastaj sinjali përforcohet dhe ushqehet në pajisjen moduluese. Në një kineskop, sinjali video shndërrohet përsëri në një imazh (në mënyra të ndryshme në varësi të parimit të funksionimit të kinescope).
Meqenëse sinjali televiziv mbart shumë më shumë informacion sesa radio, puna kryhet në frekuenca të larta (metra, decimetra).
Përhapja e valëve të radios.
Radio vala -kjo është një valë elektromagnetike në intervalin (10 4
Secili seksion i kësaj game është përdorur aty ku përfitimet e tij mund të shfrytëzohen më së miri. Valët e radios të grupeve të ndryshme udhëtojnë në distanca të ndryshme. Përhapja e valëve të radios varet nga vetitë e atmosferës. Sipërfaqja e tokës, troposfera dhe jonosfera gjithashtu kanë një ndikim të fortë në përhapjen e valëve të radios.
Përhapja e valëve të radios A është procesi i transmetimit të lëkundjeve elektromagnetike të intervalit të radios në hapësirë \u200b\u200bnga një vend në tjetrin, në veçanti nga një transmetues te një marrës.
Valët e frekuencave të ndryshme sillen ndryshe. Le të shqyrtojmë më në detaje tiparet e përhapjes së valëve të gjata, të mesme, të shkurtra dhe ultra të shkurtra.
Përhapja e valës së gjatë.
Valët e gjata (\u003e 1000 m) përhapen:
Në distanca deri në 1-2 mijë km për shkak të difraksionit në sipërfaqen sferike të Tokës. Në gjendje të rrotullojë globin (Figura 1). Atëherë përhapja e tyre ndodh për shkak të veprimit udhëzues të udhëzuesit sferik pa u pasqyruar.
Figura: një Cilësia e lidhjes:
Stabiliteti i pritjes. Cilësia e pritjes nuk varet nga koha e ditës, viti, kushtet e motit.
Disavantazhet:
Për shkak të thithjes së fortë të valës ndërsa përhapet mbi sipërfaqen e tokës, kërkohet një antenë e madhe dhe një transmetues i fuqishëm.
Shkarkimet atmosferike (vetëtimat) ndërhyjnë.
Përdorimi i:
Banda përdoret për transmetim radio, komunikim radiotelegrafik, shërbime radio-navigimi dhe për komunikim me nëndetëset.
Një numër i vogël i stacioneve të radios janë duke operuar, duke transmetuar sinjale të sakta kohore dhe raporte të motit.
Valët mesatare ( \u003d 100..1000 m) përhapen:
Ashtu si valët e gjata, ato mund të përkulen rreth sipërfaqes së tokës.
Ashtu si valët e shkurtra, ato gjithashtu mund të pasqyrohen shumë herë nga jonosfera.
Cilësia e lidhjes:
Diapazoni i vogël i komunikimit. Stacionet e valëve të mesme mund të dëgjohen brenda një mijë kilometrave. Por ekziston një nivel i lartë i ndërhyrjeve atmosferike dhe industriale.
Përdoret për biznes dhe komunikime amatore, dhe kryesisht për transmetim.
Valët e shkurtra ( \u003d 10..100 m) përhapen:
Reflektuar në mënyrë të përsëritur nga jonosfera dhe sipërfaqja e tokës (Fig. 2)
Cilësia e lidhjes:
Cilësia e pritjes në gjatësi vale të shkurtra varet shumë nga procese të ndryshme në jonosferë që lidhen me nivelin e aktivitetit diellor, sezonin dhe kohën e ditës. Nuk kërkohen transmetues të fuqisë së lartë. Ato janë të papërshtatshme për komunikim midis stacioneve tokësore dhe anijeve kozmike, pasi ato nuk kalojnë përmes jonosferës.
Përdorimi i:
Për komunikim në distancë të largët. Për televizionin, transmetimin radio dhe komunikimin radio me objekte të lëvizshme. Funksionojnë stacionet radiofonike dhe telegrafike të departamenteve. Ky varg është më i populluari.
Valët ultra të shkurtra (
Ndonjëherë ato mund të reflektohen nga retë, satelitët artificialë të tokës apo edhe nga hëna. Në këtë rast, diapazoni i komunikimit mund të rritet pak.
Pritja e valëve ultra të shkurtra karakterizohet nga qëndrueshmëria e dëgjueshmërisë, mungesa e venitjes, si dhe zvogëlimi i ndërhyrjeve të ndryshme.
Komunikimi mbi këto valë është i mundur vetëm në një distancë të vijës së shikimit L (fig. 7).
Meqenëse valët ultra të shkurtra nuk përhapen përtej horizontit, bëhet e nevojshme të ndërtohen shumë transmetues të ndërmjetëm - përsëritës.
Përsëritës - një pajisje e vendosur në pikat e ndërmjetme të linjave të komunikimit radio, duke amplifikuar sinjalet e marra dhe transmetuar ato më tej.
Stafetë - marrja e sinjaleve në një pikë të ndërmjetme, përforcimi dhe transmetimi i tyre në të njëjtin ose në drejtimin tjetër. Rele është krijuar për të rritur diapazonin e komunikimit.
Ekzistojnë dy metoda të transmetimit: satelitore dhe tokësore.
Sateliti:
Një satelit aktiv i stafit merr sinjalin nga stacioni tokësor, e amplifikon atë dhe përmes një transmetuesi të fuqishëm drejtues dërgon sinjalin përsëri në Tokë në të njëjtin drejtim ose në drejtimin tjetër.
Terren:
Sinjali transmetohet në një radio tokësore analoge tokësore ose dixhitale ose në një rrjet të stacioneve të tilla dhe më pas dërgohet në të njëjtin ose në një drejtim tjetër.
1 - transmetues radio,
2 - antenë transmetuese, 3 - antenë marrëse, 4 - marrës radio.
Përdorimi i:
Për komunikim me satelitët artificialë të tokës dhe
VHF është i ndarë në brezat e mëposhtëm:
valët e njehsorit - nga 10 në 1 metër, që përdoret për komunikimin telefonik midis anijeve, anijeve dhe shërbimeve portuale.
decimetër - nga 1 metër deri në 10 cm, që përdoret për komunikimet satelitore.
centimetër - nga 10 në 1 cm, të përdorura në radar.
milimetër - nga 1 cm në 1 mm, të përdorura kryesisht në mjekësi.
Kur në ndonjë vend të një mediumi të ngurtë, të lëngët ose të gaztë dridhja e grimcave ngacmohet, rezultati i bashkëveprimit të atomeve dhe molekulave të mjedisit është transferimi i dridhjeve nga një pikë në tjetrën me një shpejtësi të fundme.
Përkufizimi 1
ValaA është procesi i përhapjes së dridhjeve në një medium.
Ekzistojnë llojet e mëposhtme të valëve mekanike:
Përkufizimi 2
Valë tërthore: grimcat e mjedisit zhvendosen në drejtim pingul me drejtimin e përhapjes së valës mekanike.
Shembull: valët që përhapen përgjatë një vargu ose brezi gome në tension (Figura 2. 6. 1);
Përkufizimi 3
Vala gjatësore: grimcat e mediumit zhvendosen në drejtim të përhapjes së valës mekanike.
Shembull: valët që përhapen në një gaz ose një shufër elastike (Figura 2. 6. 2).
Interesante, valët në sipërfaqen e lëngut përfshijnë përbërës tërthorë dhe gjatësorë.
Vërejtje 1
Le të theksojmë një sqarim të rëndësishëm: kur përhapen valët mekanike, ato transferojnë energji, formë, por nuk transferojnë masë, d.m.th. në të dy llojet e valëve nuk ka transferim të materies në drejtim të përhapjes së valës. Ndërsa përhapen, grimcat e mediumit dridhen rreth pozicioneve të ekuilibrit. Në këtë rast, siç e kemi thënë tashmë, valët transferojnë energji, përkatësisht energjinë e dridhjeve nga një pikë e mediumit në tjetrën.
Figura 2 6 një Përhapja e një vale qethje përgjatë një brezi gome në tension.
Figura 2 6 2 Përhapja e një vale gjatësore përgjatë një shiriti elastik.
Një tipar karakteristik i valëve mekanike është përhapja e tyre në media materiale, ndryshe nga, për shembull, valët e dritës, të cilat mund të përhapen në zbrazëti. Për shfaqjen e një impulsi vale mekanike, kërkohet një medium që ka aftësinë për të ruajtur energjitë kinetike dhe potenciale: d.m.th. mediumi duhet të ketë veti inerte dhe elastike. Në ambiente reale, këto veti shpërndahen në të gjithë vëllimin. Për shembull, çdo element i vogël i një lënde të ngurtë ka masë dhe elasticitet. Modeli më i thjeshtë një dimensional i një trupi të tillë është një grup topash dhe burimesh (Figura 2. 6. 3).
Figura 2 6 3 Modeli më i thjeshtë një-dimensional i trupit të ngurtë.
Në këtë model, vetitë inerte dhe elastike janë të ndara. Topat kanë masë m, dhe burimet janë ngurtësia k. Një model i tillë i thjeshtë bën të mundur përshkrimin e përhapjes së valëve mekanike gjatësore dhe tërthore në një lëndë të ngurtë. Kur përhapet një valë gjatësore, topat zhvendosen përgjatë zinxhirit, dhe burimet shtrihen ose kompresohen, gjë që është një deformim i tensionit ose shtypjes. Nëse një deformim i tillë ndodh në një mjedis të lëngët ose të gaztë, ai shoqërohet nga një vulë ose vakum.
Vërejtje 2
Një tipar dallues i valëve gjatësore është se ato janë të afta të përhapen në çdo media: të ngurta, të lëngshme dhe të gazta.
Nëse në modelin e specifikuar të një solide një ose disa topa zhvendosen pingul me të gjithë zinxhirin, mund të flasim për shfaqjen e deformimit të prerjes. Burimet që kanë marrë deformim si rezultat i zhvendosjes do të priren të kthejnë grimcat e zhvendosura në pozicionin e ekuilibrit dhe grimcat e afërta të paanshme do të fillojnë të ndikohen nga forcat elastike që kanë tendencë t'i devijojnë këto grimca nga pozicioni i ekuilibrit. Rezultati do të jetë paraqitja e një vale qethje në drejtim përgjatë zinxhirit.
Në një mjedis të lëngët ose të gaztë, nuk ndodh deformimi i prerjes elastike. Zhvendosja e një shtrese të lëngut ose gazit në një distancë të caktuar në krahasim me shtresën ngjitur nuk do të çojë në shfaqjen e forcave prerëse në kufirin midis shtresave. Forcat që veprojnë në ndërfaqen midis një lëngu dhe një solide, si dhe forcat midis shtresave ngjitur të një lëngu, drejtohen gjithmonë përgjatë normales deri në kufi - këto janë forca presioni. E njëjta gjë mund të thuhet për një medium të gaztë.
Vërejtje 3
Kështu, shfaqja e valëve tërthore është e pamundur në mjediset e lëngëta ose të gazta.
Për sa i përket zbatimit praktik, valët e thjeshta harmonike ose sinusoidale janë me interes të veçantë. Karakterizohen nga amplituda e dridhjeve të grimcave A, frekuenca f dhe gjatësia e valës λ. Valët sinusoidale përhapen në media homogjene me një shpejtësi të caktuar konstante υ.
Le të shkruajmë një shprehje që tregon varësinë e zhvendosjes y (x, t) të grimcave të mjedisit nga pozicioni i ekuilibrit në një valë sinusoidale në koordinatën x në boshtin O X përgjatë së cilës përhapet vala, dhe në kohën t:
y (x, t) \u003d A cos ω t - x υ \u003d A cos ω t - k x.
Në shprehjen e mësipërme, k \u003d ω υ është i ashtuquajturi numër i valës, dhe ω \u003d 2 π f është frekuenca rrethore.
Figura 2 6 4 tregon "fotografitë" e valës së prerjes në kohën t dhe t + Δt. Për një periudhë kohe Δ t, vala lëviz përgjatë boshtit O X në një distancë υ Δ t. Valët e tilla quhen valë udhëtuese.
Figura 2 6 4 "Snapshots" të një vale sinusit udhëtues në një moment në kohë t dhe t + Δ t.
Përkufizimi 4
Gjatësia e valës λ është distanca midis dy pikave ngjitur në bosht O Xduke dridhur në të njëjtat faza.
Distanca, vlera e së cilës është gjatësia e valës λ, vala udhëton gjatë periudhës T. Kështu, formula për gjatësinë e valës është: λ \u003d υ T, ku υ është shpejtësia e përhapjes së valës.
Me kalimin e kohës t, koordinata ndryshon x të çdo pike në grafik që tregon procesin e valës (për shembull, pika A në figurën 2. 6. 4), ndërsa vlera e shprehjes ω t - k x mbetet e pandryshuar. Pas një kohe Δ t, pika A do të lëvizë përgjatë boshtit O X për disa largësi Δ x \u003d υ Δ t. Kështu:
ω t - k x \u003d ω (t + ∆ t) - k (x + ∆ x) \u003d c o n s t ose ω ∆ t \u003d k ∆ x.
Nga shprehja e specifikuar vijon:
υ \u003d ∆ x t \u003d ω k ose k \u003d 2 π λ \u003d ω υ.
Bëhet e qartë se një valë sine udhëtuese ka një periodicitet të dyfishtë - në kohë dhe hapësirë. Periudha kohore është e barabartë me periudhën e lëkundjes T të grimcave të mediumit, dhe periudha hapësinore është e barabartë me gjatësinë e valës λ.
Përkufizimi 5
Numri i valës k \u003d 2 π λ është analoge hapësinore e frekuencës rrethore ω \u003d - 2 π T.
Le të theksojmë se ekuacioni y (x, t) \u003d A cos ω t + k x është një përshkrim i një vale sinusale që përhapet në drejtim të kundërt me drejtimin e boshtit O X, me një shpejtësi υ \u003d - ω k.
Kur një valë udhëtuese përhapet, të gjitha grimcat e mediumit dridhen në mënyrë harmonike me një frekuencë të caktuar ω. Kjo do të thotë që, si në një proces të thjeshtë lëkundës, energjia mesatare e mundshme, e cila është një rezervë e një vëllimi të caktuar të mediumit, është energjia mesatare kinetike në të njëjtin vëllim, proporcional me katrorin e amplitudës së lëkundjes.
Vërejtje 4
Nga sa më sipër, mund të konkludojmë se kur një valë udhëtuese përhapet, shfaqet një rrjedhë energjie që është proporcionale me shpejtësinë e valës dhe katrorit të amplitudës së saj.
Valët udhëtuese lëvizin në një medium me shpejtësi të caktuar në varësi të llojit të valës, vetive inerte dhe elastike të mjedisit.
Shpejtësia me të cilën përhapen valët e prerjes në një tel të shtrirë ose fije gome varet nga masa lineare μ (ose masa për njësinë e gjatësisë) dhe forca e tensionit T:
Shpejtësia me të cilën përhapen valët gjatësore në një mjedis të pakufizuar llogaritet duke përdorur madhësi të tilla si dendësia e mediumit ρ (ose masa për njësinë e vëllimit) dhe moduli i kompresimit të gjithanshëm B (e barabartë me koeficientin e proporcionalitetit midis ndryshimit të presionit Δ p dhe ndryshimit relativ të vëllimit Δ V V, marrë me shenjën e kundërt):
∆ p \u003d - B ∆ V V.
Kështu, shpejtësia e përhapjes së valëve gjatësore në një mjedis të pafund përcaktohet nga formula:
Shembulli 1
Në një temperaturë prej 20 ° C, shpejtësia e përhapjes së valëve gjatësore në ujë është υ ≈ 1480 m / s, në klasa të ndryshme të çelikut υ ≈ 5 - 6 k m / s.
Nëse po flasim për valë gjatësore që përhapen në shufra elastike, shkrimi i formulës për shpejtësinë e valës nuk përmban modulin e kompresimit uniform, por modulin e Young:
Për çelikun ndryshimi E nga B në mënyrë të parëndësishme, por për materialet e tjera mund të jetë 20 - 30% ose më shumë.
Figura 2 6 pesë Modeli i valëve gjatësore dhe prerëse.
Supozoni se një valë mekanike që përhapet në një medium të caktuar has ndonjë pengesë në rrugën e saj: në këtë rast, natyra e sjelljes së saj do të ndryshojë në mënyrë dramatike. Për shembull, në ndërfaqen ndërmjet dy mediave me veti të ndryshme mekanike, vala do të reflektohet pjesërisht dhe pjesërisht të depërtojë në mjedisin e dytë. Një valë që udhëton përgjatë një brezi gome ose një vargu do të kërcejë nga fundi fiks dhe një valë kundër do të lindë. Nëse të dy skajet e vargut janë fikse, do të shfaqen dridhje komplekse, të cilat janë rezultat i mbivendosjes (mbivendosjes) së dy valëve që përhapen në drejtime të kundërta dhe përjetojnë reflektime dhe ri-reflektime në skajet. Kështu "punojnë" telat e të gjitha instrumenteve muzikorë me tela, të fiksuara në të dy skajet. Një proces i ngjashëm ndodh me tingullin e instrumenteve frymore, në veçanti, tubat e organeve.
Nëse valët që përhapen përgjatë vargut në drejtime të kundërta kanë një formë sinusoidale, atëherë në kushte të caktuara ato formojnë një valë në këmbë.
Supozoni se një varg me gjatësi l është fiksuar në mënyrë të tillë që një nga skajet e saj të jetë e vendosur në pikën x \u003d 0, dhe tjetra - në pikën x 1 \u003d L (Figura 2. 6. 6). Ka tension në tel T.
Vizatim 2 . 6 . 6 . Shfaqja e një vale në këmbë në varg, e fiksuar në të dy skajet.
Dy valë njëkohësisht drejtohen përgjatë vargut në drejtime të kundërta me të njëjtën frekuencë:
- y 1 (x, t) \u003d A cos (ω t + k x) - një valë që përhapet nga e djathta në të majtë;
- y 2 (x, t) \u003d A cos (ω t - k x) është një valë që përhapet nga e majta në të djathtë.
Pika x \u003d 0 është një nga skajet fikse të vargut: në këtë pikë, vala incidente y 1 si rezultat i reflektimit krijon një valë y 2. Duke reflektuar nga fundi i fiksuar, vala e reflektuar hyn në antifazë me atë incident. Në përputhje me parimin e superpozimit (i cili është një fakt eksperimental), lëkundjet e krijuara nga valët kundër-përhapjes në të gjitha pikat e vargut përmblidhen. Nga ajo që është thënë rrjedh se luhatja totale në secilën pikë përcaktohet si shuma e luhatjeve të shkaktuara nga valët y 1 dhe y 2 veç e veç. Kështu:
y \u003d y 1 (x, t) + y 2 (x, t) \u003d (- 2 A sin ω t) sin k x.
Shprehja e mësipërme është një përshkrim i një vale në këmbë. Le të prezantojmë disa koncepte të zbatueshme për një fenomen të tillë si një valë në këmbë.
Përkufizimi 6
Nyjet - pikat e palëvizshmërisë në një valë në këmbë.
Trashësia - pikat e vendosura midis nyjeve dhe lëkundëse me amplituda maksimale.
Sipas këtyre përkufizimeve, që të ndodhë një valë në këmbë, të dy skajet fikse të vargut duhet të jenë nyje. Formula e mësipërme plotëson këtë kusht në skajin e majtë (x \u003d 0). Që kushti të plotësohet në skajin e duhur (x \u003d L), është e nevojshme që k L \u003d n π, ku n është ndonjë numër i plotë. Nga sa më sipër, mund të konkludojmë se një valë në këmbë në një tel nuk shfaqet gjithmonë, por vetëm kur gjatësia L vargjet janë të barabarta me një numër të plotë të gjatësisë së gjysmës së valës:
l \u003d n λ n 2 ose λ n \u003d 2 l n (n \u003d 1, 2, 3, ...).
Bashkësia e gjatësive valore λ n korrespondon me bashkësinë e frekuencave të mundshme f
f n \u003d υ λ n \u003d n υ 2 l \u003d n f 1.
Në këtë shënim, υ \u003d T μ është shpejtësia me të cilën valët tërthore përhapen përgjatë vargut.
Përkufizimi 7
Secila prej frekuencave f n dhe lloji shoqërues i vibrimit të vargut quhet modaliteti normal. Frekuenca më e ulët f 1 quhet frekuencë themelore, të gjithë të tjerët (f 2, f 3, ...) quhen harmonikë.
Figura 2 6 6 ilustron mënyrën normale për n \u003d 2.
Një valë në këmbë nuk ka rrjedhje të energjisë. Energjia vibruese "e mbyllur" në një segment vargu midis dy nyjeve ngjitur nuk transferohet në pjesën tjetër të vargut. Në secilin segment të tillë, një periodik (dy herë në një periudhë T) transformimi i energjisë kinetike në potencial dhe anasjelltas, i ngjashëm me një sistem oscilues konvencional. Sidoqoftë, këtu ka një ndryshim: nëse një peshë në një sustë ose lavjerrës ka një frekuencë të vetme natyrore f 0 \u003d ω 0 2 π, atëherë vargu karakterizohet nga prania e një numri të pafund të frekuencave natyrore (rezonante) f n . Figura 2 6 7 tregon disa variante të valëve në këmbë në një varg të fiksuar në të dy skajet.
Figura 2 6 7 Pesë mënyrat e para të vibrimit normal të një vargu, të fiksuara në të dy skajet.
Sipas parimit të mbivendosjes, valët në këmbë të llojeve të ndryshme (me vlera të ndryshme n) janë në gjendje të jenë njëkohësisht të pranishëm në dridhjet e telit.
Figura 2 6 8 Modeli i mënyrave normale të vargut.
Nëse vëreni një gabim në tekst, ju lutemi zgjidhni atë dhe shtypni Ctrl + Enter
Vala- procesi i përhapjes së dridhjeve në një mjedis elastik.
Vala mekanike- shqetësime mekanike që përhapen në hapësirë \u200b\u200bdhe mbajnë energji.
Llojet e valëve:
gjatësore - grimcat e mediumit lëkunden në drejtim të përhapjes së valës - në të gjitha mjediset elastike;
x
drejtimi i vibrimit
pikat e mjedisit
tërthore - grimcat e mesme lëkunden pingul me drejtimin e përhapjes së valës - në sipërfaqen e lëngut.
X
Llojet e valëve mekanike:
valët elastike - përhapja e deformimeve elastike;
valët në sipërfaqen e lëngut.
Karakteristikat e valës:
Lëreni A të luhatet sipas ligjit: 
.
Atëherë B lëkundet me vonesë me kënd 
ku 
, d.m.th.
Energjia e valës.
është energjia totale e një grimce. Nëse grimcat janë N, atëherë, ku 
- epsilon, V - vëllimi.
Epsilon- energji për njësi të vëllimit të valës - dendësia e energjisë vëllimore.
Fluksi i energjisë së valës është i barabartë me raportin e energjisë së kryer nga valët përmes një sipërfaqe të caktuar me kohën gjatë së cilës u krye kjo transferim: 
, vat; 1 vat \u003d 1J / s.
Dendësia e fluksit të energjisë - intensiteti i valës- fluksi i energjisë përmes një njësie të sipërfaqes - një vlerë e barabartë me energjinë mesatare të transferuar nga një valë për njësi të kohës për njësi të sipërfaqes së prerjes tërthore.
[W / m 2]
.
Vektori i Umov- vektori I, që tregon drejtimin e përhapjes së valës dhe të barabartë me fluksin e energjisë së valës që kalon nëpër një zonë njësie pingul me këtë drejtim:
.
Karakteristikat fizike të valës:
amplituda
gjatësia e valës
shpejtësia e valës
intensiteti
Lëkundjet:
Valë:
Lëkundjet komplekse (relaksimi) - të ndryshme nga ato sinusoidale.
Shndërrimi i Furierit- çdo funksion kompleks periodik mund të paraqitet si përmbledhje e disa funksioneve të thjeshta (harmonike), periudhat e të cilave janë shumëfish të periudhës së një funksioni kompleks - kjo është një analizë harmonike. Ndodh në analizues. Rezultati është një spektër harmonik i një dridhje komplekse:
DHE
0 
Tingull -dridhjet dhe valët që veprojnë në veshin e njeriut dhe shkaktojnë një ndjesi dëgjimore.
Dridhjet dhe valët e zërit janë një rast i veçantë i dridhjeve dhe valëve mekanike. Llojet e tingujve:
pirun akordues i thjeshtë - harmonik
fjalimi i vështirë - anharmonik -, muzika
Tonet- tingulli, i cili është një proces periodik:
Një ton kompleks mund të zbërthehet në ato të thjeshta. Frekuenca më e ulët e dekompozimit të tillë është toni themelor, pjesa tjetër e harmonikave (mbingarkesat) kanë frekuenca të barabarta me 2 
të tjera Një grup frekuencash me një tregues të intensitetit të tyre relativ - një spektër akustik.
Zhurma -tingull me një varësi komplekse jo-përsëritëse të kohës (shushurimë, kërcitje, duartrokitje). Spektri është solid.
Karakteristikat fizike të tingullit:
Karakteristikat e Ndjesisë së Auditimit:
Lartësia- përcaktohet nga frekuenca e valës së zërit. Sa më e lartë të jetë frekuenca, aq më i lartë është toni. Intensiteti më i lartë tingëllon më i ulët.
Timbri- përcaktohet nga spektri akustik. Sa më shumë tone, aq më i pasur është spektri.
Vëllimi- karakterizon nivelin e ndjesisë dëgjimore. Varet nga intensiteti dhe frekuenca e zërit. Psikofizike ligji Weber-Fechner: nëse e rritni acarimin në mënyrë eksponenciale (me të njëjtën numër herë), atëherë ndjesia e këtij acarimi do të rritet në progresionin aritmetik (me të njëjtën sasi).
, ku E është lartësia (e matur në sfond); 
- niveli i intensitetit (i matur në bel). 1 bel - ndryshim në nivelin e intensitetit, i cili korrespondon me një ndryshim 10-fish në intensitetin e zërit. K - koeficienti i proporcionalitetit, varet nga frekuenca dhe intensiteti.
Marrëdhënia midis lartësisë dhe intensitetit të zërit - kthesa me zë të lartë të barabartëbazuar në të dhëna eksperimentale (ata krijojnë një tingull me një frekuencë prej 1 kHz, ndryshojnë intensitetin derisa të shfaqet një ndjesi dëgjimore, e ngjashme me ndjesinë e lartësisë së tingullit nën studim). Duke ditur intensitetin dhe frekuencën, ju mund të gjeni sfondin.
Audiometria- një metodë për matjen e mprehtësisë së dëgjimit. Pajisja është një audiometër. Kurba që rezulton është një audiogram. Përcaktohet dhe krahasohet pragu i ndjesisë dëgjimore në frekuenca të ndryshme.
Matësi i zërit - matja e nivelit të zhurmës.
Në klinikë: auskultim - stetoskop / telefonndoskop. Telefonndoskopi është një kapsulë e zbrazët me një membranë dhe tuba gome.
Fonokardiografia është një regjistrim grafik i prejardhjeve dhe zhurmave të zemrës.
Goditje.
Ekografia- dridhjet mekanike dhe valët me një frekuencë mbi 20 kHz në 20 MHz. Emetuesit tejzanor janë emetues elektromekanikë të bazuar në efektin piezoelektrik (rryma alternative në elektroda, midis të cilave ka kuarc).
Gjatësia e valës me ultratinguj është më e vogël se gjatësia e valës së zërit: 1.4 m - tingull në ujë (1 kHz), 1.4 mm - ultratinguj në ujë (1 MHz). Ekografia pasqyrohet mirë në kufirin kockë-periosteum-muskul. Ekografia nuk do të depërtojë në trupin e njeriut nëse nuk lyhet me vaj (shtresa ajri). Shpejtësia e përhapjes së ultrazërit varet nga mjedisi. Proceset fizike: mikrovibrimi, shkatërrimi i biomakromolekulave, ristrukturimi dhe dëmtimi i membranave biologjike, veprimi termik, shkatërrimi i qelizave dhe mikroorganizmave, kavitimi. Në klinikë: diagnostifikimi (encefalograf, kardiografi, ekografi), fizioterapi (800 kHz), bisturi tejzanor, industri farmaceutike, osteosintezë, sterilizim.
Infografia- valë me një frekuencë më të vogël se 20 Hz. Efekti negativ është rezonanca në trup.
Dridhjet... Veprim i dobishëm dhe i dëmshëm. Masazh. Sëmundja e dridhjeve.
Efekti Doppler- ndryshimi i frekuencës së valëve të perceptuar nga vëzhguesi (marrësi i valës) për shkak të lëvizjes relative të burimit të valës dhe vëzhguesit.
Rasti 1: H i afrohet I.
Rasti 2: Dhe duke iu afruar N.
3 rast: afrimi dhe distanca e I dhe H nga njëri-tjetri:
Sistemi: gjenerator tejzanor - marrës - i palëvizshëm në raport me mediumin. Objekti është duke lëvizur. Ai merr ultratinguj me një frekuencë 
, e pasqyron atë, duke e dërguar atë në marrës, i cili merr një valë tejzanor me një frekuencë 
... Diferenca e frekuencës - zhvendosja e frekuencës doppler:
... Përdoret për të përcaktuar shpejtësinë e rrjedhjes së gjakut, shpejtësinë e valvulave.