Акустика Конспект преподавателя РТКи Т Ковпак Н Н

Акустика. Конспект преподавателя РТКи. Т Ковпак Н. Н. г. Ростов Н/Д 10. 03. 2006 г. Переработал и дополнил для ГОУ СПО ТХК № 60 ЗУРФ Иванов А. К. 01. 09. 2010 г. Акустика Ростовский техникум кино и телевидения. Конспект лекций преподавателя РТКи. Т Ковпак Н. Н. Ростов на Дону. 10. 03. 2006 г. Переработал и дополнил для ГОУ СПО ТХК № 60 Иванов А. К. Москва. 2010 г. Урок 3

Акустика. Конспект преподавателя РТКи. Т Ковпак Н. Н. г. Ростов Н/Д 10. 03. 2006 г. Переработал и дополнил для ГОУ СПО ТХК № 60 ЗУРФ Иванов А. К. 01. 09. 2010 г. Урок 3. Механический закон Ома. Закон Ома для внешней электрической цепи переменного тока: ; где R - активное сопротивление, XL=ωL - индуктивное сопротивление, XC=1/(ωC) - емкостное сопротивление. Урок 3 2

Акустика. Конспект преподавателя РТКи. Т Ковпак Н. Н. г. Ростов Н/Д 10. 03. 2006 г. Переработал и дополнил для ГОУ СПО ТХК № 60 ЗУРФ Иванов А. К. 01. 09. 2010 г. Таблица электромеханических аналогий Механические величины Электрические величины • Масса m, кг • Инерционное сопротивление Xm=ω·m, кг/с • Гибкость Сm, м/Н • Упругое сопротивление Xc=1/(ω·Cm), кг/с • Полное механическое сопротивление Zm, кг/с • Индуктивность L, Гн • Индуктивное сопротивление XL=ω·L, Ом • Емкость С, Ф • Емкостное сопротивление XC=1/(ω·C), Ом • Полное электрическое сопротивление Z, Ом Урок 3 3

Акустика. Конспект преподавателя РТКи. Т Ковпак Н. Н. г. Ростов Н/Д 10. 03. 2006 г. Переработал и дополнил для ГОУ СПО ТХК № 60 ЗУРФ Иванов А. К. 01. 09. 2010 г. Используя таблицу электромеханических аналогий, получим механический закон Ома: где Zm, кг/с - общее механическое сопротивление, Хm=ω·m, кг/с - инерционное механическое сопротивление, Xс=1/ω·Cm, кг/с - упругое механическое сопротивление, v = х′, м/с - скорость колебаний - скорость с которой частицы среды меняют свое положение в среде, в которой существует звуковая волна. Урок 3

Акустика. Конспект преподавателя РТКи. Т Ковпак Н. Н. г. Ростов Н/Д 10. 03. 2006 г. Переработал и дополнил для ГОУ СПО ТХК № 60 ЗУРФ Иванов А. К. 01. 09. 2010 г. Анализ формулы механического закона Ома. Установим зависимость колебательной скорости - скорости колебания частиц среды, передающих звуковую волну от изменения частоты. Рассмотрим 3 участка частот: ØУчасток низких частот (НЧ), лежащий от частоты ωн=0 до частоты резонанса ωо – область частот, лежащая ниже частоты резонанса. ØУчасток высоких частот (ВЧ), лежащий от частоты ωо до частоты ωв = ∞ – область частот, лежащая выше частоты резонанса. ØМомент резонанса ω = ωо (рад/сек), где ωо - угловая скорость при резонансе. Урок 3 5

Акустика. Конспект преподавателя РТКи. Т Ковпак Н. Н. г. Ростов Н/Д 10. 03. 2006 г. Переработал и дополнил для ГОУ СПО ТХК № 60 ЗУРФ Иванов А. К. 01. 09. 2010 г. Полное механическое сопротивление колебательной системы определяется выражением: Определим поведение механической колебательной системы на указанных участках частот, приравняв нулю элементы, не зависящие от частоты. В данном выражении от частоты не зависит активное механическое сопротивление r. Выражение примет вид Урок 3

Акустика. Конспект преподавателя РТКи. Т Ковпак Н. Н. г. Ростов Н/Д 10. 03. 2006 г. Переработал и дополнил для ГОУ СПО ТХК № 60 ЗУРФ Иванов А. К. 01. 09. 2010 г. Рассмотрим зависимость полного механического сопротивления Zm от частоты при активном сопротивлении колебательной системы r равном нулю. На частоте равной нулю ωн=0 произведение ωнm будет равно нулю, а выражение для механического сопротивления примет вид: Следовательно колебательная скорость будет равна: С ростом частоты от 0 Гц инерционная компонента ωнm уравнения растет, а упругая 1/(ωн. L) уменьшается. Следовательно и колебательная скорость также растет. Урок 3

Акустика. Конспект преподавателя РТКи. Т Ковпак Н. Н. г. Ростов Н/Д 10. 03. 2006 г. Переработал и дополнил для ГОУ СПО ТХК № 60 ЗУРФ Иванов А. К. 01. 09. 2010 г. На самой верхней частоте, то есть на частоте равной бесконечности, выражение принимает вид: Следовательно колебательная скорость будет равна: С уменьшением частоты упругая компонента уравнения растет, а инерционная уменьшается. Механическое сопротивление уменьшается и, следовательно, колебательная скорость растет. Урок 3

Акустика. Конспект преподавателя РТКи. Т Ковпак Н. Н. г. Ростов Н/Д 10. 03. 2006 г. Переработал и дополнил для ГОУ СПО ТХК № 60 ЗУРФ Иванов А. К. 01. 09. 2010 г. На частоте резонанса, то есть на частоте ω=ωо, инерционное механическое сопротивление равно упругому, то есть ωоm=1/ωо. С, а выражение принимает вид То есть полное механическое сопротивление равно нулю. А колебательная скорость будет равна бесконечности. Урок 3

Акустика. Конспект преподавателя РТКи. Т Ковпак Н. Н. г. Ростов Н/Д 10. 03. 2006 г. Переработал и дополнил для ГОУ СПО ТХК № 60 ЗУРФ Иванов А. К. 01. 09. 2010 г. Так и должно быть. Ведь это основное свойство любой резонансной колебательной системы. На частоте резонанса упругие и инерционные элементы не определяют полное механическое сопротивление колебательной системы, то есть, исключаются и не участвуют в колебательном процессе. Механическое сопротивление в этом случае определяется только активным сопротивлением, то есть сопротивлением трения r. Поэтому колебательная скорость v=F/Zm=F/r будет определяться исключительно сопротивлением трения, которое в реальности не может быть равным 0. Урок 3

Акустика. Конспект преподавателя РТКи. Т Ковпак Н. Н. г. Ростов Н/Д 10. 03. 2006 г. Переработал и дополнил для ГОУ СПО ТХК № 60 ЗУРФ Иванов А. К. 01. 09. 2010 г. На частотах выше резонансной частоты (на высоких частотах) полное механическое сопротивление определяется инерционным сопротивлением подвижной массы колебательной системы. В том числе собственно колеблющейся массы колебательной системы и массы соколеблющегося с ней воздуха. Урок 3

Акустика. Конспект преподавателя РТКи. Т Ковпак Н. Н. г. Ростов Н/Д 10. 03. 2006 г. Переработал и дополнил для ГОУ СПО ТХК № 60 ЗУРФ Иванов А. К. 01. 09. 2010 г. До частоты резонанса, на низких частотах, полное механическое сопротивление определяется упругим сопротивлением, то есть гибкостью подвеса колеблющегося элемента системы, гибкостью соединенного с подвижным элементом воздуха и другими элементами колебательной системы придающими дополнительную гибкость. Урок 3

Акустика. Конспект преподавателя РТКи. Т Ковпак Н. Н. г. Ростов Н/Д 10. 03. 2006 г. Переработал и дополнил для ГОУ СПО ТХК № 60 ЗУРФ Иванов А. К. 01. 09. 2010 г. На резонансной частоте полное механическое сопротивление определяется только активным механическим сопротивлением - трением r. Чем оно больше, тем меньше колебательная скорость. Урок 3

Акустика. Конспект преподавателя РТКи. Т Ковпак Н. Н. г. Ростов Н/Д 10. 03. 2006 г. Переработал и дополнил для ГОУ СПО ТХК № 60 ЗУРФ Иванов А. К. 01. 09. 2010 г. Звуковые волны. Звуком мы, люди, называем то, что мы слышим. Физический процесс, который приводит к ощущению присутствия звука, сводится к тому, что на чувствительный элемент слухового аппарата человека воздействует изменение атмосферного давления воздуха, окружающего человека частотой от 20 герц до 20000 герц и в пределах нескольких паскалей. Перенос такого изменения давления от источника звука (источника колебаний атмосферного давления) к его приемнику (слуховому аппарату человека) осуществляет звуковая волна. Урок 3 14

Акустика. Конспект преподавателя РТКи. Т Ковпак Н. Н. г. Ростов Н/Д 10. 03. 2006 г. Переработал и дополнил для ГОУ СПО ТХК № 60 ЗУРФ Иванов А. К. 01. 09. 2010 г. На рисунке поршень совершает колебания от положения равновесия вправо и влево на величину х. У поверхности поршня, при его движении вправо, воздух сжимается, передавая энергию W частицам воздуха, которые начинают перемещаться вправо с ускорением х″. Урок 3

Акустика. Конспект преподавателя РТКи. Т Ковпак Н. Н. г. Ростов Н/Д 10. 03. 2006 г. Переработал и дополнил для ГОУ СПО ТХК № 60 ЗУРФ Иванов А. К. 01. 09. 2010 г. При движении поршня влево создается разряжение воздуха у поверхности поршня. Частицы воздуха получают отрицательное ускорение - х″, их скорость замедляется. Изменение давления и распространение колебаний происходит по закону колебаний поршня. На рисунке показаны синусоидальные колебания. Если частицы среды колеблются параллельно направлению распространения звуковой волны, такое колебание частиц среды называют продольным. Если частицы среды колеблются перпендикулярно направлению распространения звуковой волны, такое колебание частиц среды называют поперечным. Урок 3

Акустика. Конспект преподавателя РТКи. Т Ковпак Н. Н. г. Ростов Н/Д 10. 03. 2006 г. Переработал и дополнил для ГОУ СПО ТХК № 60 ЗУРФ Иванов А. К. 01. 09. 2010 г. Частотный диапазон звуковых колебаний, который воспринимается слуховым аппаратом человека, лежит в пределах от 16 Гц до 20000 Гц. Колебания ниже 16 Гц называются инфразвуковыми. Колебания частотой выше 20000 Гц называются ультразвуковыми. Инфразвук и ультразвук человеческое ухо не воспринимает. Слышимый диапазон частот условно делится на три участка: Ø низких частот (НЧ); Ø средних частот (СЧ); Ø высоких частот (ВЧ). Урок 3

Акустика. Конспект преподавателя РТКи. Т Ковпак Н. Н. г. Ростов Н/Д 10. 03. 2006 г. Переработал и дополнил для ГОУ СПО ТХК № 60 ЗУРФ Иванов А. К. 01. 09. 2010 г. От источника звука волна распространяется во все, открытые для этого, стороны. Направление распространения звуковой волны указывает звуковой луч. Распространяясь в среде, звуковая волна теряет часть энергии. Причем большее расстояние проходит волна, тем больше энергии теряется. Однако именно поэтому обязательно найдется такая поверхность вокруг источника, которая объединит все точки среды с одинаковой энергией. В этих же точках, как правило, частицы среды колеблются в одной фазе. Фронт звуковой волны это такая поверхность вокруг источника звука, что все множество материальных частиц среды составляющих ее колеблются в одинаковой фазе. Звуковой луч всегда перпендикулярен фронту звуковой волны. Урок 3

Акустика. Конспект преподавателя РТКи. Т Ковпак Н. Н. г. Ростов Н/Д 10. 03. 2006 г. Переработал и дополнил для ГОУ СПО ТХК № 60 ЗУРФ Иванов А. К. 01. 09. 2010 г. Простейшие виды фронтов звуковой волны бывают: Ø плоский фронт волны создается вблизи плоского звучащего тела или при некоторых условия в трубе, Ø цилиндрический фронт возникает вокруг средней части длинного излучателя, Ø шаровой фронт при некоторых условиях образуется вокруг любого звучащего тела. Тело, поверхность которого совершает колебания с частотой звука, называется звучащим телом. Урок 3

Акустика. Конспект преподавателя РТКи. Т Ковпак Н. Н. г. Ростов Н/Д 10. 03. 2006 г. Переработал и дополнил для ГОУ СПО ТХК № 60 ЗУРФ Иванов А. К. 01. 09. 2010 г. Характеристики звуковой волны. • Период колебаний Т, с - время, за которое совершается одно полное колебание. • Частота ƒ, Гц колебаний - количество колебаний (периодов Т), совершаемых за одну секунду. • Угловая частота ω, с (круговая частота, угловая скорость, круговая скорость и др. ) – число полных колебаний, совершающихся при периодическом колебательном процессе за 2π единиц времени (БСЭ). Урок 3 20

Акустика. Конспект преподавателя РТКи. Т Ковпак Н. Н. г. Ростов Н/Д 10. 03. 2006 г. Переработал и дополнил для ГОУ СПО ТХК № 60 ЗУРФ Иванов А. К. 01. 09. 2010 г. • Длина волны λ, м - расстояние, пройденное звуковой волной распространяющейся в среде со скоростью С за время, равное одному периоду Т. Из определения следует: • Скорость звуковой волны или просто скорость звука С, м/с - скорость движения волны в рассматриваемой среде. Средняя скорость звуковой волны в воздухе равна 340 м/с. • Скорость звуковой волны С в газе равна: где γ = Ср/Сv- постоянная адиабаты – отношение теплоемкости среды при постоянном давлении Ср к теплоемкости среды при постоянном объеме Сv; Рас – атмосферное статическое давление; ρ – плотность среды (газа). Урок 3 21

Акустика. Конспект преподавателя РТКи. Т Ковпак Н. Н. г. Ростов Н/Д 10. 03. 2006 г. Переработал и дополнил для ГОУ СПО ТХК № 60 ЗУРФ Иванов А. К. 01. 09. 2010 г. • В твердых средах скорость звука определяется выражением где Е 0 – модуль упругости Юнга, характеризует твердость среды; ρ – плотность среды. • Скорость звука по определению связана с длиной волны, периодом и частотой уравнениями: Урок 3 22