Ligjërata – 14. Valët mekanike.

2. Vala mekanike.

3. Burimi i valëve mekanike.

4. Burimi pikësor i valëve.

5. Vala tërthore.

6. Vala gjatësore.

7. Balli i valës.

9. Valët periodike.

10. Vala harmonike.

11. Gjatësia valore.

12. Shpejtësia e përhapjes.

13. Varësia e shpejtësisë së valës nga vetitë e mediumit.

14. Parimi i Huygens.

15. Reflektimi dhe përthyerja e valëve.

16. Ligji i reflektimit të valës.

17. Ligji i përthyerjes së valës.

18. Ekuacioni i valës së rrafshët.

19. Energjia dhe intensiteti i valës.

20. Parimi i mbivendosjes.

21. Lëkundjet koherente.

22. Valët koherente.

23. Ndërhyrja e valëve. a) kushti i maksimumit të interferencës, b) kushti i minimumit të interferencës.

24. Ndërhyrja dhe ligji i ruajtjes së energjisë.

25. Difraksioni i valës.

26. Parimi Huygens–Fresnel.

27. Vala e polarizuar.

29. Vëllimi i zërit.

30. Lartësia e zërit.

31. Timbri i zërit.

32. Ultratinguj.

33. Infratingulli.

34. Efekti Doppler.

1.valë - Ky është procesi i përhapjes së dridhjeve të çdo sasie fizike në hapësirë. Për shembull, valët e zërit në gazra ose lëngje përfaqësojnë përhapjen e luhatjeve të presionit dhe densitetit në këto media. Vala elektromagnetikeështë procesi i përhapjes së lëkundjeve në fuqinë e fushave magnetike elektrike në hapësirë.

Energjia dhe momenti mund të transferohen në hapësirë ​​përmes transferimit të materies. Çdo trup lëvizës ka energji kinetike. Prandaj, ai transferon energjinë kinetike duke transportuar lëndën. I njëjti trup, duke u ngrohur, duke lëvizur në hapësirë ​​transferon energji termike, duke transferuar lëndën.

Grimcat e një mediumi elastik janë të ndërlidhura. Çrregullimet, d.m.th. devijimet nga pozicioni i ekuilibrit të një grimce transmetohen te grimcat fqinje, d.m.th. energjia dhe momenti transferohen nga një grimcë tek grimcat fqinje, ndërsa secila grimcë mbetet pranë pozicionit të saj ekuilibër. Kështu, energjia dhe momenti transferohen përgjatë një zinxhiri nga një grimcë në tjetrën dhe nuk ndodh asnjë transferim i materies.

Pra, procesi i valës është një proces i transferimit të energjisë dhe momentit në hapësirë ​​pa transferim të materies.

2. Valë mekanike ose valë elastike– shqetësim (lëkundje) që përhapet në medium elastik. Mjeti elastik në të cilin përhapen valët mekanike është ajri, uji, druri, metalet dhe substanca të tjera elastike. Valët elastike quhen valë zanore.

3. Burimi i valëve mekanike- një trup që kryen një lëvizje lëkundëse ndërsa është në një mjedis elastik, për shembull, pirunët akordues vibrues, telat, kordat vokale.

4. Burimi i valës me pikë - një burim vale, madhësia e të cilit mund të neglizhohet në krahasim me distancën në të cilën lëviz vala.

5. Vala tërthore - një valë në të cilën grimcat e mediumit lëkunden në një drejtim pingul me drejtimin e përhapjes së valës. Për shembull, valët në sipërfaqen e ujit janë valë tërthore, sepse dridhjet e grimcave të ujit ndodhin në një drejtim pingul me drejtimin e sipërfaqes së ujit, dhe vala përhapet përgjatë sipërfaqes së ujit. Një valë tërthore përhapet përgjatë një kordoni, një skaj i të cilit është i fiksuar, tjetri lëkundet në rrafshin vertikal.

Një valë tërthore mund të përhapet vetëm përgjatë ndërfaqes midis mediave të ndryshme.

6. Vala gjatësore - valë në të cilën ndodhin lëkundje në drejtim të përhapjes së valës. Një valë gjatësore ndodh në një sustë të gjatë spirale nëse njëri skaj i nënshtrohet shqetësimeve periodike të drejtuara përgjatë burimit. Një valë elastike që kalon përgjatë një burimi përfaqëson një sekuencë përhapëse të ngjeshjes dhe shtrirjes (Fig. 88)

Një valë gjatësore mund të përhapet vetëm brenda një mediumi elastik, për shembull, në ajër, në ujë. Në trupat e ngurtë dhe të lëngët, valët tërthore dhe gjatësore mund të përhapen njëkohësisht, sepse një e ngurtë dhe një e lëngshme janë gjithmonë të kufizuara nga një sipërfaqe - ndërfaqja midis dy mediave. Për shembull, nëse një shufër çeliku goditet në fund me një çekiç, atëherë deformimi elastik do të fillojë të përhapet në të. Një valë tërthore do të kalojë përgjatë sipërfaqes së shufrës dhe një valë gjatësore (ngjeshja dhe rrallimi i mediumit) do të përhapet brenda saj (Fig. 89).

7. Balli i valës (sipërfaqja e valës)– vendndodhja gjeometrike e pikave që lëkunden në të njëjtat faza. Në sipërfaqen e valës, fazat e pikave lëkundëse në momentin në kohë në shqyrtim kanë të njëjtën vlerë. Nëse hidhni një gur në një liqen të qetë, atëherë valët tërthore në formën e një rrethi do të fillojnë të përhapen në të gjithë sipërfaqen e liqenit nga vendi ku ai ra, me qendër në vendin ku ra guri. Në këtë shembull, pjesa e përparme e valës është një rreth.

Në një valë sferike, balli i valës është një sferë. Valë të tilla krijohen nga burime pikash.

Në distanca shumë të mëdha nga burimi, lakimi i ballit mund të neglizhohet dhe balli i valës mund të konsiderohet i sheshtë. Në këtë rast, vala quhet plan.

8. Tra - drejt vijë normale me sipërfaqen e valës. Në një valë sferike, rrezet drejtohen përgjatë rrezeve të sferave nga qendra, ku ndodhet burimi i valëve (Fig. 90).

Në një valë të rrafshët, rrezet drejtohen pingul me sipërfaqen e përparme (Fig. 91).

9. Valët periodike. Kur flasim për valë, kemi parasysh një shqetësim të vetëm që përhapet në hapësirë.

Nëse burimi i valëve kryen lëkundje të vazhdueshme, atëherë valët elastike që udhëtojnë njëra pas tjetrës shfaqen në medium. Valë të tilla quhen periodike.

10. Vala harmonike– një valë e krijuar nga lëkundjet harmonike. Nëse burimi i valës bën dridhjet harmonike, pastaj gjeneron valë harmonike - valë në të cilat grimcat vibrojnë sipas një ligji harmonik.

11. Gjatësia e valës. Lëreni një valë harmonike të përhapet përgjatë boshtit OX, dhe lëkundjet në të ndodhin në drejtim të boshtit OY. Kjo valë është tërthore dhe mund të përshkruhet si valë sinus (Fig. 92).

Një valë e tillë mund të merret duke shkaktuar dridhje në rrafshin vertikal të skajit të lirë të kordonit.

Gjatësia e valës është distanca midis dy pikave më të afërta A dhe B, duke u lëkundur në të njëjtat faza (Fig. 92).

12. Shpejtësia e përhapjes së valës – sasi fizike numerikisht e barabartë me shpejtësinë e përhapjes së dridhjeve në hapësirë. Nga Fig. 92 rrjedh se koha gjatë së cilës luhatja përhapet nga pika në pikë A drejt e në temë NË, d.m.th. në distancë gjatësia e valës është e barabartë me periudhën e lëkundjes. Prandaj, shpejtësia e përhapjes së valës është e barabartë me

13. Varësia e shpejtësisë së përhapjes së valës nga vetitë e mediumit. Frekuenca e lëkundjeve kur shfaqet një valë varet vetëm nga vetitë e burimit të valës dhe nuk varet nga vetitë e mediumit. Shpejtësia e përhapjes së valës varet nga vetitë e mediumit. Prandaj, gjatësia e valës ndryshon kur kalon ndërfaqen midis dy mediave të ndryshme. Shpejtësia e valës varet nga lidhja midis atomeve dhe molekulave të mediumit. Lidhja midis atomeve dhe molekulave në lëngje dhe trupa të ngurtë është shumë më e ngushtë sesa në gaze. Prandaj, shpejtësia e valëve të zërit në lëngje dhe trupa të ngurtë është shumë më e madhe se në gaze. Në ajër shpejtësia e zërit në kushte normale e barabartë me 340, në ujë 1500 dhe në çelik 6000.

Shpejtësia mesatare e lëvizjes termike të molekulave në gaze zvogëlohet me uljen e temperaturës dhe, si rezultat, shpejtësia e përhapjes së valës në gaze zvogëlohet. Në një medium më të dendur, dhe për këtë arsye më inerte, shpejtësia e valës është më e ulët. Nëse zëri udhëton në ajër, shpejtësia e tij varet nga dendësia e ajrit. Aty ku dendësia e ajrit është më e madhe, shpejtësia e zërit është më e vogël. Dhe anasjelltas, ku dendësia e ajrit është më e vogël, shpejtësia e zërit është më e madhe. Si rezultat, kur zëri përhapet, pjesa e përparme e valës shtrembërohet. Mbi një moçal ose mbi një liqen, veçanërisht në koha e mbrëmjes Dendësia e ajrit pranë sipërfaqes për shkak të avullit të ujit është më e madhe se në një lartësi të caktuar. Prandaj, shpejtësia e zërit pranë sipërfaqes së ujit është më e vogël se në një lartësi të caktuar. Si rezultat, fronti i valës shpaloset në atë mënyrë që pjesa e sipërme pjesa e përparme përkulet gjithnjë e më shumë drejt sipërfaqes së liqenit. Rezulton se energjia e një valë që udhëton përgjatë sipërfaqes së liqenit dhe energjia e një valë që udhëton në një kënd me sipërfaqen e liqenit mblidhen. Prandaj, në mbrëmje tingulli udhëton mirë nëpër liqen. Edhe një bisedë e qetë mund të dëgjohet duke qëndruar në bregun përballë.

14. Parimi i Huygens– çdo pikë në sipërfaqe që ka arritur vala në një moment të caktuar është burim i valëve dytësore. Duke vizatuar një sipërfaqe tangjente me ballinat e të gjitha valëve dytësore, marrim frontin e valës në momentin tjetër në kohë.

Le të shqyrtojmë, për shembull, një valë që përhapet përgjatë sipërfaqes së ujit nga një pikë RRETH(Fig.93) Le në momentin e kohës t pjesa e përparme kishte formën e një rrethi me rreze R të përqendruar në një pikë RRETH. Në momentin tjetër të kohës, çdo valë dytësore do të ketë një ballë në formën e një rrethi me rreze, ku V– shpejtësia e përhapjes së valës. Duke vizatuar një sipërfaqe tangjente me ballinat e valëve dytësore, marrim frontin e valës në momentin e kohës (Fig. 93)

Nëse një valë përhapet në një mjedis të vazhdueshëm, atëherë balli i valës është një sferë.

15. Reflektimi dhe përthyerja e valëve. Kur një valë bie në ndërfaqen midis dy mediave të ndryshme, çdo pikë e kësaj sipërfaqeje, sipas parimit të Huygens-it, bëhet burim i valëve dytësore që përhapen në të dy anët e sipërfaqes. Prandaj, kur kaloni ndërfaqen midis dy mediave, vala reflektohet pjesërisht dhe pjesërisht kalon nëpër këtë sipërfaqe. Sepse Për shkak se mediat janë të ndryshme, shpejtësia e valëve në to është e ndryshme. Prandaj, kur kaloni ndërfaqen midis dy mediave, drejtimi i përhapjes së valës ndryshon, d.m.th. ndodh përthyerja e valës. Le të shqyrtojmë, në bazë të parimit të Huygens, procesin dhe ligjet e reflektimit dhe thyerjes.

16. Ligji i reflektimit të valëve. Lëreni një valë të rrafshët të bjerë në një ndërfaqe të sheshtë midis dy mediave të ndryshme. Le të zgjedhim zonën midis dy rrezeve dhe (Fig. 94)

Këndi i incidencës - këndi midis rrezes së rënies dhe pingulit me ndërfaqen në pikën e rënies.

Këndi i reflektimit është këndi midis rrezes së reflektuar dhe pingul me ndërfaqen në pikën e rënies.

Në momentin kur rrezja arrin ndërfaqen në pikën , kjo pikë do të bëhet burim i valëve dytësore. Balli i valës në këtë moment shënohet nga një segment i drejtë AC(Fig.94). Rrjedhimisht, në këtë moment rrezja ende duhet të kalojë rrugën drejt ndërfaqes NE. Lëreni rrezen të udhëtojë në këtë rrugë në kohë. Rrezet rënëse dhe ato të reflektuara përhapen në njërën anë të ndërfaqes, kështu që shpejtësitë e tyre janë të njëjta dhe të barabarta V. Pastaj .

Gjatë kohës vala dytësore nga pika A do të shkojë rrugën. Prandaj . Trekëndëshat kënddrejtë dhe janë të barabartë, sepse - hipotenuza e zakonshme dhe këmbët. Nga barazia e trekëndëshave rrjedh barazia e këndeve . Por gjithashtu, d.m.th. .

Tani le të formulojmë ligjin e reflektimit të valës: rreze rënëse, rreze e reflektuar , pingul me ndërfaqen midis dy mediave, të rivendosura në pikën e incidencës, ato shtrihen në të njëjtin rrafsh; këndi i rënies është i barabartë me këndin e reflektimit.

17. Ligji i përthyerjes së valës. Lëreni një valë të rrafshët të kalojë përmes një ndërfaqeje të sheshtë midis dy mediave. Për më tepër këndi i rënies është i ndryshëm nga zero (Fig. 95).

Këndi i përthyerjes është këndi midis rrezes së përthyer dhe pingulit me ndërfaqen, i rivendosur në pikën e rënies.

Le të shënojmë gjithashtu shpejtësinë e përhapjes së valëve në median 1 dhe 2. Në momentin kur rrezja arrin ndërfaqen në pikën A, kjo pikë do të bëhet një burim valësh që përhapen në mediumin e dytë - një rreze, dhe rrezja ende duhet të kalojë rrugën e saj në sipërfaqen e sipërfaqes. Le të jetë koha që i duhet rrezes për të udhëtuar NE, Pastaj . Në të njëjtën kohë, në mediumin e dytë rrezja do të përshkojë shtegun. Sepse , pastaj dhe .

Trekëndëshat dhe drejtkëndëshat me një hipotenuzë të përbashkët, dhe =, janë si kënde me brinjë pingule reciproke. Për këndet dhe shkruajmë barazitë e mëposhtme

.

Duke marrë parasysh se , , ne marrim

Tani le të formulojmë ligjin e thyerjes së valës: Rrezja rënëse, rrezja e përthyer dhe pingulja me ndërfaqen ndërmjet dy mediave, të rivendosura në pikën e rënies, shtrihen në të njëjtin rrafsh; raporti i sinusit të këndit të rënies me sinusin e këndit të thyerjes është një vlerë konstante për dy media të dhëna dhe quhet indeksi relativ i thyerjes për dy media të dhëna.

18. Ekuacioni i valës së rrafshët. Grimcat e mediumit të vendosura në distancë S nga burimi i valëve fillojnë të lëkunden vetëm kur vala e arrin atë. Nëse Vështë shpejtësia e përhapjes së valës, atëherë lëkundjet do të fillojnë me një vonesë kohore

Nëse burimi i valëve lëkundet sipas një ligji harmonik, atëherë për një grimcë të vendosur në distancë S nga burimi shkruajmë ligjin e lëkundjeve në formë

.

Le të fusim vlerën , quhet numri i valës. Tregon sa gjatësi vale përshtaten në një distancë e barabartë me njësitë gjatësia. Tani ligji i lëkundjeve të një grimce të një mediumi të vendosur në një distancë S nga burimi do të shkruajmë në formular

.

Ky ekuacion përcakton zhvendosjen e një pike lëkundëse në funksion të kohës dhe distancës nga burimi i valës dhe quhet ekuacion i valës së rrafshët.

19. Energjia dhe intensiteti i valës. Çdo grimcë që arrin vala lëkundet dhe për këtë arsye ka energji. Lëreni një valë me amplitudë të përhapet në një vëllim të caktuar të një mjedisi elastik A dhe frekuencë ciklike. Kjo do të thotë se energjia mesatare e vibrimit në këtë vëllim është e barabartë me

Ku m - masa e vëllimit të caktuar të mediumit.

Dendësia mesatare e energjisë (mesatare mbi vëllimin) është energjia e valës për njësi vëllimi të mediumit

, ku është dendësia e mediumit.

Intensiteti i valës- një sasi fizike numerikisht e barabartë me energjinë që një valë transferon për njësi të kohës përmes një njësie të sipërfaqes së një rrafshi pingul me drejtimin e përhapjes së valës (përmes një sipërfaqeje njësi të frontit të valës), d.m.th.

.

Fuqia mesatare e valës është energjia mesatare totale e transferuar nga vala për njësi të kohës nëpër një sipërfaqe me sipërfaqe S. Ne marrim fuqinë mesatare të valës duke shumëzuar intensitetin e valës me sipërfaqen S

20.Parimi i mbivendosjes (mbivendosjes). Nëse valët nga dy ose më shumë burime përhapen në një mjedis elastik, atëherë, siç tregojnë vëzhgimet, valët kalojnë njëra-tjetrën pa ndikuar fare njëra-tjetrën. Me fjalë të tjera, valët nuk ndërveprojnë me njëra-tjetrën. Kjo shpjegohet me faktin se brenda kufijve të deformimit elastik, ngjeshja dhe tensioni në një drejtim nuk ndikojnë në asnjë mënyrë në vetitë elastike në drejtime të tjera.

Kështu, çdo pikë në mjedis ku arrijnë dy ose më shumë valë merr pjesë në lëkundjet e shkaktuara nga secila valë. Në këtë rast, zhvendosja që rezulton e një grimce të mediumit në çdo kohë është e barabartë me shuma gjeometrike zhvendosjet e shkaktuara nga secili prej proceseve osciluese që rezultojnë. Ky është thelbi i parimit të mbivendosjes ose mbivendosjes së dridhjeve.

Rezultati i shtimit të lëkundjeve varet nga amplituda, frekuenca dhe diferenca fazore e proceseve oshiluese që rezultojnë.

21. Lëkundjet koherente - lëkundjet me të njëjtën frekuencë dhe ndryshim fazor konstant me kalimin e kohës.

22.Valë koherente– valët me të njëjtën frekuencë ose gjatësi vale të njëjtë, diferenca fazore e të cilave në një pikë të caktuar të hapësirës mbetet konstante në kohë.

23.Ndërhyrja në valë– dukuria e rritjes ose zvogëlimit të amplitudës së valës që rezulton kur mbivendosen dy ose më shumë valë koherente.

A) . Kushtet maksimale të ndërhyrjes. Lërini valët nga dy burime koherente të takohen në një pikë A(Fig.96).

Zhvendosjet e grimcave mesatare në një pikë A, të shkaktuar nga secila valë veç e veç, do të shkruajmë sipas ekuacionit të valës në formë

ku dhe , , - amplituda dhe faza e lëkundjeve të shkaktuara nga valët në një pikë A, dhe janë distancat e pikës, - ndryshimi midis këtyre distancave ose ndryshimi në rrjedhën e valëve.

Për shkak të ndryshimit në rrjedhën e valëve, vala e dytë vonohet në krahasim me të parën. Kjo do të thotë se faza e lëkundjeve në valën e parë është përpara fazës së lëkundjeve në valën e dytë, d.m.th. . Diferenca e tyre fazore mbetet konstante me kalimin e kohës.

Për të arritur tek pika A grimcat lëkunden me amplitudë maksimale, kreshtat e të dy valëve ose koritë e tyre duhet të arrijnë pikën A njëkohësisht në të njëjtat faza ose me një ndryshim fazor të barabartë me , ku n - një numër i plotë, dhe - është periudha e funksioneve të sinusit dhe kosinusit,

Këtu, pra, ne shkruajmë kushtin e maksimumit të ndërhyrjes në formë

Ku është një numër i plotë.

Pra, kur valët koherente mbivendosen, amplituda e lëkundjes që rezulton është maksimale nëse diferenca në shtigjet e valëve është e barabartë me një numër të plotë të gjatësive të valëve.

b) Kushti minimal i ndërhyrjes. Amplituda e lëkundjes që rezulton në një pikë Aështë minimale nëse kreshta dhe lugina e dy valëve koherente arrijnë në këtë pikë njëkohësisht. Kjo do të thotë se njëqind valë do të arrijnë në këtë pikë në antifazë, d.m.th. diferenca fazore e tyre është e barabartë me ose , ku është një numër i plotë.

Ne marrim kushtin minimal të interferencës duke kryer transformime algjebrike:

Kështu, amplituda e lëkundjeve kur mbivendosen dy valë koherente është minimale nëse diferenca në shtigjet e valëve është e barabartë me një numër tek i gjysmë-valëve.

24. Ndërhyrja dhe ligji i ruajtjes së energjisë. Kur valët ndërhyjnë në vendet e interferencave minimale, energjia e lëkundjeve që rezultojnë është më e vogël se energjia e valëve ndërhyrëse. Por në vendet e maksimumit të ndërhyrjes, energjia e lëkundjeve që rezultojnë tejkalon shumën e energjive të valëve ndërhyrëse në masën që energjia në vendet e interferencës minimale është ulur.

Kur valët ndërhyjnë, energjia e lëkundjes rishpërndahet në hapësirë, por ligji i ruajtjes respektohet rreptësisht.

25.Difraksioni i valës– dukuria e përkuljes së valës rreth një pengese, d.m.th. devijimi nga përhapja e valës në vijë të drejtë.

Difraksioni është veçanërisht i dukshëm kur madhësia e pengesës është më e vogël se gjatësia e valës ose e krahasueshme me të. Le të ketë një ekran me një vrimë në rrugën e përhapjes së një vale të rrafshët, diametri i së cilës është i krahasueshëm me gjatësinë e valës (Fig. 97).

Sipas parimit të Huygens-it, çdo pikë e vrimës bëhet burim i të njëjtave valë. Madhësia e vrimës është aq e vogël sa të gjitha burimet e valëve dytësore janë të vendosura aq afër njëra-tjetrës sa të gjithë mund të konsiderohen një pikë - një burim i valëve dytësore.

Nëse në rrugën e valës vendoset një pengesë, madhësia e së cilës është e krahasueshme me gjatësinë e valës, atëherë skajet, sipas parimit të Huygens, bëhen burim i valëve dytësore. Por madhësia e pengesës është aq e vogël sa skajet e saj mund të konsiderohen të rastësishme, d.m.th. vetë pengesa është një burim pikësor i valëve dytësore (Fig. 97).

Fenomeni i difraksionit vërehet lehtësisht kur valët përhapen mbi sipërfaqen e ujit. Kur vala arrin një shufër të hollë e të palëvizshme, ajo bëhet burimi i valëve (Fig. 99).

25. Parimi Huygens-Fresnel. Nëse dimensionet e vrimës e tejkalojnë ndjeshëm gjatësinë e valës, atëherë vala, duke kaluar përmes vrimës, përhapet në një vijë të drejtë (Fig. 100).

Nëse madhësia e pengesës tejkalon ndjeshëm gjatësinë e valës, atëherë prapa pengesës formohet një zonë hije (Fig. 101). Këto eksperimente kundërshtojnë parimin e Huygens. Fizikani francez Fresnel plotësoi parimin e Huygens me idenë e koherencës së valëve dytësore. Çdo pikë në të cilën arrin një valë bëhet burim i të njëjtave valë, d.m.th. valët dytësore koherente. Prandaj, valët mungojnë vetëm në ato vende ku për valët dytësore plotësohen kushtet për një minimum ndërhyrjeje.

26. Valë e polarizuar– një valë tërthore në të cilën të gjitha grimcat lëkunden në të njëjtin rrafsh. Nëse skaji i lirë i kordonit lëkundet në një rrafsh, atëherë një valë e polarizuar në plan përhapet përgjatë kordonit. Nëse skaji i lirë i kordonit lëkundet në drejtime të ndryshme, atëherë vala që përhapet përgjatë kordonit nuk është e polarizuar. Nëse në rrugën e një vale të papolarizuar vendoset një pengesë në formën e një çarjeje të ngushtë, atëherë pasi kalon në të çarë vala polarizohet, sepse foleja lejon që dridhjet e kordonit të kalojnë përgjatë saj.

Nëse një çarje e dytë vendoset në rrugën e një vale të polarizuar paralelisht me të parën, atëherë vala do të kalojë lirshëm nëpër të (Fig. 102).

Nëse çarja e dytë vendoset në kënd të drejtë me të parën, atëherë përhapja e kaut do të ndalet. Një pajisje që zgjedh dridhjet që ndodhin në një plan specifik quhet polarizues (çarja e parë). Pajisja që përcakton rrafshin e polarizimit quhet analizues.

27.tingull - Ky është procesi i përhapjes së ngjeshjes dhe rrallimit në një mjedis elastik, për shembull, në gaz, lëng ose metale. Përhapja e ngjeshjes dhe rrallimit ndodh si rezultat i përplasjes së molekulave.

28. Volumi i zërit Kjo është forca e një valë zanore në daullen e veshit të njeriut, e cila shkaktohet nga presioni i zërit.

Presioni i zërit - Ky është presioni shtesë që ndodh në një gaz ose lëng kur një valë zanore përhapet. Presioni i zërit varet nga amplituda e dridhjes së burimit të zërit. Nëse nxjerrim një tingull akordimi me një goditje të lehtë, marrim të njëjtin volum. Por, nëse piruni i akordimit goditet më fort, amplituda e dridhjeve të tij do të rritet dhe do të tingëllojë më e fortë. Kështu, forca e zërit përcaktohet nga amplituda e dridhjes së burimit të zërit, d.m.th. amplituda e luhatjeve të presionit të zërit.

29. Lartësia e zërit përcaktohet nga frekuenca e lëkundjeve. Sa më e lartë të jetë frekuenca e zërit, aq më i lartë është toni.

Dridhjet e zërit që ndodhin sipas ligjit harmonik perceptohen si një ton muzikor. Zakonisht tingulli është një tingull kompleks, i cili është një koleksion dridhjesh me frekuenca të ngjashme.

Toni themelor i një tingulli kompleks është toni që korrespondon me frekuencën më të ulët në grupin e frekuencave të një tingulli të caktuar. Tonet që korrespondojnë me frekuencat e tjera të një tingulli kompleks quhen tone.

30. Timbrë e zërit. Tingujt me të njëjtin ton themelor ndryshojnë në timbër, i cili përcaktohet nga një grup nuancash.

Secili person ka timbrin e tij unik. Prandaj, ne gjithmonë mund të dallojmë zërin e një personi nga zëri i një personi tjetër, edhe kur tonet e tyre themelore janë të njëjta.

31.Ultratinguj. Veshi i njeriut percepton tinguj, frekuenca e të cilëve varion nga 20 Hz në 20,000 Hz.

Tingujt me frekuenca mbi 20,000 Hz quhen ultratinguj. Ultratingujt udhëtojnë në formën e rrezeve të ngushta dhe përdoren në sonarin dhe zbulimin e defekteve. Ekografia mund të përdoret për të përcaktuar thellësinë e shtratit të detit dhe për të zbuluar defekte në pjesë të ndryshme.

Për shembull, nëse hekurudha nuk ka të çara, atëherë ultratingulli i lëshuar nga njëri skaj i hekurudhës, i reflektuar nga skaji tjetër i tij, do të japë vetëm një jehonë. Nëse ka çarje, atëherë ultratingulli do të reflektohet nga të çarat dhe instrumentet do të regjistrojnë disa jehona. Ultratingulli përdoret për të zbuluar nëndetëset dhe shkollat ​​e peshkut. Lakuriku lundron në hapësirë ​​duke përdorur ultratinguj.

32. Infratingulli– tingull me frekuencë nën 20 Hz. Këto tinguj perceptohen nga disa kafshë. Burimi i tyre shpesh janë luhatjet kores së tokës gjatë tërmeteve.

33. Efekti Dopplerështë varësia e frekuencës së valës së perceptuar nga lëvizja e burimit ose marrësit të valëve.

Lëreni një varkë të qëndrojë në sipërfaqen e një liqeni dhe lërini valët të rrahin në anën e tij me një frekuencë të caktuar. Nëse varka fillon të lëvizë kundër drejtimit të përhapjes së valës, atëherë frekuenca e valëve që godasin anën e varkës do të rritet. Për më tepër, sa më e lartë të jetë shpejtësia e varkës, aq më e lartë është frekuenca e valëve që godasin anën. Në të kundërt, kur varka lëviz në drejtim të përhapjes së valës, frekuenca e ndikimeve do të bëhet më e vogël. Këto arsyetime mund të kuptohen lehtësisht nga Fig. 103.

Sa më e madhe të jetë shpejtësia e trafikut që vjen, aq më pak kohë harxhohet për të mbuluar distancën midis dy kreshtave më të afërta, d.m.th. sa më e shkurtër të jetë periudha e valës dhe aq më e madhe është frekuenca e valës në raport me varkën.

Nëse vëzhguesi është i palëvizshëm, por burimi i valëve është në lëvizje, atëherë frekuenca e valës e perceptuar nga vëzhguesi varet nga lëvizja e burimit.

Lëreni një çafkë të ecë nëpër një liqen të cekët drejt vëzhguesit. Sa herë që ajo vendos këmbën e saj në ujë, dallgët përhapen në rrathë nga ky vend. Dhe sa herë që distanca midis valëve të para dhe të fundit zvogëlohet, d.m.th. përshtatet në një distancë më të shkurtër numër më i madh kreshtat dhe lugjet. Prandaj, për një vëzhgues të palëvizshëm në drejtimin drejt të cilit po ecën çafka, frekuenca rritet. Dhe anasjelltas, për një vëzhgues të palëvizshëm të vendosur në një pikë diametralisht të kundërt në një distancë më të madhe, ka të njëjtin numër kreshtash dhe lugësh. Prandaj, për këtë vëzhgues frekuenca zvogëlohet (Fig. 104).

Mund të imagjinoni se çfarë janë valët mekanike duke hedhur një gur në ujë. Rrathët që shfaqen në të dhe janë gropa dhe kreshta të alternuara janë një shembull i valëve mekanike. Cili është thelbi i tyre? Valët mekanike janë procesi i përhapjes së dridhjeve në media elastike.

Valët në sipërfaqe të lëngshme

Valë të tilla mekanike ekzistojnë për shkak të ndikimit të forcave të ndërveprimit ndërmolekular dhe gravitetit në grimcat e lëngshme. Njerëzit e kanë studiuar këtë fenomen për një kohë të gjatë. Më të shquarit janë ato oqeanike dhe valët e detit. Me rritjen e shpejtësisë së erës, ato ndryshojnë dhe lartësia e tyre rritet. Forma e vetë valëve bëhet gjithashtu më komplekse. Në oqean ato mund të arrijnë përmasa të frikshme. Një nga shembujt më të dukshëm të forcës është një cunami që fshin gjithçka në rrugën e tij.

Energjia e valëve të detit dhe oqeanit

Duke arritur në breg, valët e detit rriten me një ndryshim të mprehtë në thellësi. Ata ndonjëherë arrijnë një lartësi prej disa metrash. Në momente të tilla, një masë kolosale uji transferohet në pengesat bregdetare, të cilat shkatërrohen shpejt nën ndikimin e saj. Forca e sërfit ndonjëherë arrin vlera të mëdha.

Valë elastike

Në mekanikë, ata studiojnë jo vetëm dridhjet në sipërfaqen e një lëngu, por edhe të ashtuquajturat valë elastike. Këto janë shqetësime që përhapen në media të ndryshme nën ndikimin e forcave elastike në to. Një shqetësim i tillë paraqet çdo devijim të grimcave të një mjedisi të caktuar nga pozicioni i ekuilibrit. Një shembull i qartë valët elastike janë një litar i gjatë ose tub gome i ngjitur në një skaj në diçka. Nëse e tërhiqni fort dhe më pas krijoni një shqetësim në fundin e dytë (të pasigurt) me një lëvizje të mprehtë anësore, mund të shihni se si ai "vrapon" përgjatë gjithë gjatësisë së litarit deri në mbështetëse dhe reflektohet mbrapa.

Shqetësimi fillestar çon në shfaqjen e një valë në medium. Shkaktohet nga veprimi i disa trupave të huaj, i cili në fizikë quhet burim valor. Mund të jetë dora e një personi që lëkundet një litar ose një guralec i hedhur në ujë. Në rastin kur veprimi i burimit është afatshkurtër, shpesh shfaqet një valë e vetme në medium. Kur "shqetësuesi" bën valë të gjata, ato fillojnë të shfaqen njëra pas tjetrës.

Kushtet për shfaqjen e valëve mekanike

Ky lloj lëkundjeje nuk ndodh gjithmonë. Një kusht i domosdoshëm sepse pamja e tyre është shfaqja në momentin e shqetësimit të mjedisit të forcave që e pengojnë atë, në veçanti elasticiteti. Ata priren t'i afrojnë grimcat fqinje kur ato largohen, dhe i largojnë ato nga njëra-tjetra kur i afrohen njëra-tjetrës. Forcat elastike, që veprojnë mbi grimcat e largëta nga burimi i shqetësimit, fillojnë t'i çekuilibrojnë ato. Me kalimin e kohës, të gjitha grimcat e mediumit përfshihen në një lëvizje osciluese. Përhapja e lëkundjeve të tilla është një valë.

Valët mekanike në një mjedis elastik

Në një valë elastike, ekzistojnë 2 lloje lëvizjesh njëkohësisht: lëkundjet e grimcave dhe përhapja e shqetësimeve. Vala mekanike quhet gjatësore, grimcat e së cilës lëkunden përgjatë drejtimit të përhapjes së saj. Një valë tërthore është një valë, grimcat mesatare të së cilës luhaten përgjatë drejtimit të përhapjes së saj.

Vetitë e valëve mekanike

Çrregullimet në një valë gjatësore përfaqësojnë rrallim dhe ngjeshje, dhe në një valë tërthore ato përfaqësojnë zhvendosje (zhvendosje) të disa shtresave të mediumit në raport me të tjerët. Deformimi në shtypje shoqërohet me shfaqjen e forcave elastike. Në këtë rast, ajo shoqërohet me shfaqjen e forcave elastike ekskluzivisht në trupat e ngurtë. Në mediat e gazta dhe të lëngëta, zhvendosja e shtresave të këtyre mediave nuk shoqërohet me shfaqjen e forcës së përmendur. Për shkak të vetive të tyre, valët gjatësore mund të përhapen në çdo media, ndërsa valët tërthore mund të përhapen ekskluzivisht në media të ngurta.

Karakteristikat e valëve në sipërfaqen e lëngjeve

Valët në sipërfaqen e një lëngu nuk janë as gjatësore dhe as tërthore. Ata kanë një karakter më kompleks, të ashtuquajturin karakter gjatësor-transversal. Në këtë rast, grimcat e lëngshme lëvizin në një rreth ose përgjatë elipseve të zgjatura. grimcat në sipërfaqen e lëngut dhe sidomos me dridhje të mëdha shoqërohen me lëvizjen e tyre të ngadaltë por të vazhdueshme në drejtim të përhapjes së valës. Janë këto veti të valëve mekanike në ujë që shkaktojnë shfaqjen e prodhimeve të ndryshme të detit në breg.

Frekuenca e valëve mekanike

Nëse dridhja e grimcave të saj ngacmohet në një mjedis elastik (të lëngët, të ngurtë, të gaztë), atëherë për shkak të ndërveprimit midis tyre ai do të përhapet me shpejtësinë u. Pra, nëse ka një trup lëkundës në një mjedis të gaztë ose të lëngshëm, atëherë lëvizja e tij do të fillojë të transmetohet në të gjitha grimcat ngjitur me të. Ata do të përfshijnë të tjerët në proces e kështu me radhë. Në këtë rast, absolutisht të gjitha pikat e mediumit do të fillojnë të lëkunden në të njëjtën frekuencë, e barabartë me frekuencën e trupit lëkundës. Kjo është frekuenca e valës. Me fjalë të tjera, kjo sasi mund të karakterizohet si pika në mjedisin ku përhapet vala.

Mund të mos jetë menjëherë e qartë se si ndodh ky proces. Valët mekanike shoqërohen me transferimin e energjisë së lëvizjes vibruese nga burimi i saj në periferi të mediumit. Gjatë këtij procesi lindin të ashtuquajturat deformime periodike, të transferuara nga një valë nga një pikë në tjetrën. Në këtë rast, vetë grimcat e mediumit nuk lëvizin së bashku me valën. Ato luhaten pranë pozicionit të tyre të ekuilibrit. Kjo është arsyeja pse përhapja valë mekanike nuk shoqërohet me kalimin e një lënde nga një vend në tjetrin. Valët mekanike kanë frekuenca të ndryshme. Prandaj, ato u ndanë në vargje dhe u krijua një shkallë e veçantë. Frekuenca matet në Hertz (Hz).

Formulat bazë

Valët mekanike, formulat e llogaritjes për të cilat janë mjaft të thjeshta, janë një objekt interesant për t'u studiuar. Shpejtësia e valës (υ) është shpejtësia e lëvizjes së pjesës së përparme të saj (vendndodhja gjeometrike e të gjitha pikave në të cilat ka arritur dridhja e mediumit në një moment të caktuar):

ku ρ është dendësia e mediumit, G është moduli elastik.

Kur llogaritni, nuk duhet të ngatërroni shpejtësinë e valës mekanike në një mjedis me shpejtësinë e lëvizjes së grimcave të mediumit që përfshihen në proces. Kështu, për shembull, një valë zanore në ajër përhapet me Shpejtësia mesatare dridhjet e molekulave të saj janë 10 m/s, ndërsa shpejtësia e valës së zërit në kushte normale është 330 m/s.

Balli i valës ndodh tipe te ndryshme, më të thjeshtat prej të cilave janë:

Sferike - e shkaktuar nga dridhjet në një mjedis të gaztë ose të lëngshëm. Amplituda e valës zvogëlohet me distancën nga burimi në proporcion të zhdrejtë me katrorin e distancës.

Flat - është një rrafsh që është pingul me drejtimin e përhapjes së valës. Ndodh, për shembull, në një cilindër pistoni të mbyllur kur funksionon lëvizjet osciluese. Një valë e rrafshët karakterizohet nga një amplitudë pothuajse konstante. Rënia e lehtë e tij me distancën nga burimi i shqetësimit shoqërohet me shkallën e viskozitetit të mediumit të gaztë ose të lëngët.

Gjatësia e valës

Me nënkuptohet distanca në të cilën do të zhvendoset pjesa e përparme e saj në një kohë që është e barabartë me periudhën e lëkundjes së grimcave të mediumit:

λ = υT = υ/v = 2πυ/ ω,

ku T është periudha e lëkundjes, υ është shpejtësia e valës, ω është frekuenca ciklike, ν është frekuenca e lëkundjes së pikave në mjedis.

Meqenëse shpejtësia e përhapjes së një vale mekanike varet plotësisht nga vetitë e mediumit, gjatësia e saj λ ndryshon gjatë kalimit nga një medium në tjetrin. Në këtë rast, frekuenca e lëkundjeve ν mbetet gjithmonë e njëjtë. Mekanike dhe të ngjashme në atë që gjatë përhapjes së tyre transferohet energji, por substanca nuk bartet.

Me valë të çdo origjine, në kushte të caktuara, ju mund të vëzhgoni katër fenomenet e renditura më poshtë, të cilat do t'i shqyrtojmë duke përdorur shembullin e valëve të zërit në ajër dhe valëve në sipërfaqen e ujit.

Reflektimi i valës. Le të bëjmë një eksperiment me një gjenerator të rrymës së frekuencës audio në të cilin është lidhur një altoparlant (altoparlant), siç tregohet në Fig. "A". Do të dëgjojmë një fërshëllimë. Në anën tjetër të tabelës do të vendosim një mikrofon të lidhur me një oshiloskop. Meqenëse në ekran shfaqet një sinusoid me amplitudë të ulët, kjo do të thotë që mikrofoni percepton një tingull të dobët.

Tani le ta vendosim tabelën në krye të tabelës, siç tregohet në Fig. “b”. Meqenëse amplituda në ekranin e oshiloskopit është rritur, tingulli që arrin në mikrofon është bërë më i fortë. Ky dhe shumë eksperimente të tjera sugjerojnë këtë Valët mekanike të çdo origjine kanë aftësinë të reflektohen nga ndërfaqja midis dy mediave.

Përthyerja e valës. Le t'i drejtohemi fotos, e cila tregon valët që vrapojnë mbi cekëtat bregdetare (pamja nga lart). Bregu ranor është paraqitur në të verdhë gri, dhe pjesa e thellë e detit është blu. Midis tyre ka një breg rëre - ujë të cekët.

Valët që udhëtojnë nëpër ujëra të thella udhëtojnë në drejtim të shigjetës së kuqe. Në pikën ku vala përplaset, ajo përthyhet, pra ndryshon drejtimin e përhapjes. Prandaj, shigjeta blu që tregon drejtimin e ri të përhapjes së valës ndodhet ndryshe.

Kjo dhe shumë vëzhgime të tjera tregojnë këtë Valët mekanike të çdo origjine mund të përthyhen kur ndryshojnë kushtet e përhapjes, për shembull, në ndërfaqen midis dy mediave.

Difraksioni i valës. Përkthyer nga latinishtja, "diffractus" do të thotë "i thyer". Në fizikë Difraksioni është devijimi i valëve nga përhapja drejtvizore në të njëjtin mjedis, duke çuar në përkuljen e tyre rreth pengesave.

Tani shikoni një model tjetër valësh në sipërfaqen e detit (pamje nga bregu). Valët që vrapojnë drejt nesh nga larg errësohen nga një shkëmb i madh në të majtë, por në të njëjtën kohë pjesërisht përkulen rreth tij. Shkëmbi më i vogël në të djathtë nuk është aspak një pengesë për valët: ato shkojnë plotësisht rreth tij, duke u përhapur në të njëjtin drejtim.

Eksperimentet tregojnë se difraksioni manifestohet më qartë nëse gjatësia e valës rënëse më shumë madhësi pengesat. Pas tij, vala përhapet sikur nuk kishte asnjë pengesë.

Ndërhyrja në valë. Ne ekzaminuam fenomenet që lidhen me përhapjen e një vale të vetme: reflektimi, përthyerja dhe difraksioni. Le të shqyrtojmë tani përhapjen me dy ose më shumë valë të mbivendosura mbi njëra-tjetrën - fenomeni i ndërhyrjes(nga latinishtja "inter" - reciprokisht dhe "ferio" - godita). Le ta studiojmë këtë fenomen në mënyrë eksperimentale.

Do të lidhim dy altoparlantë të lidhur paralelisht me gjeneratorin e rrymës së frekuencës audio. Marrësi i zërit, si në eksperimentin e parë, do të jetë një mikrofon i lidhur me një oshiloskop.

Le të fillojmë të lëvizim mikrofonin në të djathtë. Oshiloskopi do të tregojë se tingulli bëhet më i dobët dhe më i fortë, pavarësisht nga fakti që mikrofoni largohet nga altoparlantët. Le ta kthejmë mikrofonin në vija e mesme midis altoparlantëve, dhe më pas do ta zhvendosim në të majtë, duke u larguar përsëri nga altoparlantët. Oshiloskopi do të na tregojë sërish dobësimin dhe forcimin e zërit.

Ky dhe shumë eksperimente të tjera tregojnë këtë në një hapësirë ​​ku përhapen disa valë, ndërhyrja e tyre mund të çojë në shfaqjen e rajoneve të alternuara me përforcim dhe dobësim të lëkundjeve.

Valët mekanike

Nëse dridhjet e grimcave ngacmohen në çdo vend në një mjedis të ngurtë, të lëngët ose të gaztë, atëherë për shkak të bashkëveprimit të atomeve dhe molekulave të mediumit, dridhjet fillojnë të transmetohen nga një pikë në tjetrën me një shpejtësi të kufizuar. Procesi i përhapjes së dridhjeve në një mjedis quhet valë .

Valët mekanike ka lloje të ndryshme. Nëse grimcat e mediumit në një valë zhvendosen në një drejtim pingul me drejtimin e përhapjes, atëherë vala quhet tërthore . Një shembull i një vale të këtij lloji mund të jenë valët që kalojnë përgjatë një brezi gome të shtrirë (Fig. 2.6.1) ose përgjatë një vargu.

Nëse zhvendosja e grimcave të mediumit ndodh në drejtim të përhapjes së valës, atëherë vala quhet gjatësore . Valët në një shufër elastike (Fig. 2.6.2) ose valët e zërit në një gaz janë shembuj të valëve të tilla.

Valët në sipërfaqen e një lëngu kanë përbërës tërthor dhe gjatësor.

Si në valët tërthore ashtu edhe në ato gjatësore, nuk ka transferim të materies në drejtim të përhapjes së valës. Në procesin e përhapjes, grimcat e mediumit luhaten vetëm rreth pozicioneve të ekuilibrit. Megjithatë, valët transferojnë energjinë vibruese nga një pikë e mediumit në tjetrën.

Tipar karakteristik valët mekanike janë se ato përhapen në media materiale (të ngurta, të lëngshme ose të gazta). Ka valë që mund të përhapen në vakum (për shembull, valë të lehta). Valët mekanike kërkojnë domosdoshmërisht një medium që ka aftësinë për të ruajtur energjinë kinetike dhe potenciale. Prandaj, mjedisi duhet të ketë vetitë inerte dhe elastike. Në mjedise reale, këto veti shpërndahen në të gjithë vëllimin. Kështu, për shembull, çdo element i vogël të ngurta ka masë dhe elasticitet. Në më të thjeshtën model njëdimensional një trup i fortë mund të përfaqësohet si një koleksion topash dhe sustash (Fig. 2.6.3).

Valët mekanike gjatësore mund të përhapen në çdo media - të ngurtë, të lëngët dhe të gaztë.

Nëse në një model njëdimensional të një trupi të ngurtë një ose më shumë topa zhvendosen në një drejtim pingul me zinxhirin, atëherë do të ndodhë deformimi ndërrim. Sustat, të deformuara nga një zhvendosje e tillë, do të tentojnë t'i kthejnë grimcat e zhvendosura në pozicionin e ekuilibrit. Në këtë rast, forcat elastike do të veprojnë në grimcat më të afërta të pazhvendosura, duke tentuar t'i devijojnë ato nga pozicioni i ekuilibrit. Si rezultat, një valë tërthore do të kalojë përgjatë zinxhirit.

Në lëngje dhe gazra, deformimi elastik i prerjes nuk ndodh. Nëse një shtresë lëngu ose gazi zhvendoset në një distancë të caktuar në lidhje me shtresën ngjitur, atëherë nuk do të shfaqen forca tangjenciale në kufirin midis shtresave. Forcat që veprojnë në kufirin e një lëngu dhe një të ngurtë, si dhe forcat midis shtresave ngjitur të lëngut, drejtohen gjithmonë normalisht në kufi - këto janë forca presioni. E njëjta gjë vlen edhe për mediat e gazta. Prandaj, valët tërthore nuk mund të ekzistojnë në media të lëngshme ose të gazta.

Me interes të rëndësishëm praktik janë të thjeshta valë harmonike ose sinusale . Ato karakterizohen amplitudaA dridhjet e grimcave, frekuencaf Dhe gjatësia valoreλ. Valët sinusoidale përhapen në media homogjene me disa shpejtësi konstante υ.

Paragjykim y (x, t) grimcat e mediumit nga pozicioni i ekuilibrit në një valë sinusoidale varet nga koordinata x në bosht OK, përgjatë së cilës përhapet vala, dhe në kohë t në ligj.