Колебания в природе и технике Колебания один

Колебания в природе и технике Колебания – один из самых распространенных процессов в природе и технике. Колебания бывают механические, электромагнитные, химические, термодинамические и различные другие. Несмотря на такое разнообразие, все они имеют между собой много общего и поэтому описываются одними и теми же законами.

Любые периодически повторяющие движения называются механическими колебаниями. Колебания, возникающие под действием внутренних сил, называются свободными Колебания, совершаемые телами под действием внешних периодических изменяющихся сил, называются вынужденными

Гармонические колебания – частный случай свободных колебаний Свободные колебания, которые происходят по закону синуса или косинуса называют гармоническими колебаниями.

Величины, характеризующие колебательное движение. А -амплитуда колебания, т. е максимальное отклонение от состояния равновесия. Измеряется в метрах. Т-период колебания (время одного полного колебания). Измеряется в секундах. ν=1/Т – частота колебаний (количество колебаний в единицу времени). Измеряется в Герцах. t - текущее время.

ВОЛНЫ

Механические волны— это колебания, распространяющиеся в упругой среде с течением времени. Источником волн -являются колеблющиеся тела, которые создают в окружающем пространстве деформацию среды. Механические волны могут распространяться только в среде (веществе): в газе, в жидкости, в твердом теле. При распространении волны происходит перенос энергии без переноса вещества

Механические волны делятся на: • Продольные - колебания среды происходят вдоль направления распространения волн, при этом возникают области сжатия и разрежения среды. Продольные волны возникают в любой среде. • Поперечные - колебания среды происходят перпендикулярно направлению их распространения, при этом происходит сдвиг слоев среды. Поперечные волны возникают только в твердых телах и на поверхности жидкости.

Характеристики волны: • расстояние, на которое распространяется волна за время, равное периоду (T [с] ) колебаний её источника, называется длиной волны ( [м]) • скорость, с которой распространяется возмущение в упругой среде, называют скоростью волны ( [м/с] )

ЭТО ИНТЕРЕСНО ! Волны на поверхности жидкости являются…

• Волны на поверхности жидкости не являются ни продольными, ни поперечными. Если бросить на поверхность воды небольшой мяч, то можно увидеть, что он движется, покачиваясь на волнах, по круговой траектории. Таким образом, волна на поверхности жидкости представляет собой результат сложения продольного и поперечного движения частиц воды.

Звуковые волны Звук – это механические упругие волны, распространяющиеся в газах, жидкостях, твердых телах. Волны, которые вызывают ощущение звука, с частотой от 20 Гц до 20 000 Гц называют звуковыми волнами (в основном продольные). 20 к. Гц 20 Гц Инфразвук ультразвук

Источники звука — физические тела, которые колеблются , т. е. дрожат или вибрируют с частотой от 20 до 20000 раз в секунду. Вибрирующее тело может быть твердым, газообразным или жидким.

Субъективные характеристики звука характеристики, зависящие от свойств приемника: -громкость. Громкость звука определяется амплитудой колебаний в звуковой волне. - тон (высота тона). Определяется частотой колебаний. - тембр (окраска звука).

Объективные характеристики звука - характеристики, не зависящие от свойств приемника: - интенсивность (сила звука) - энергия, проносимая звуковой волной за единицу времени через единицу площади, установленной перпендикулярно волне звука. - частота основного тона. - спектр звука - количество обертонов.

Свойства звука Распространение звука происходит не мгновенно, а с конечной скоростью. Для распространения звука обязательно нужна среда — воздух, вода, металл и т. д. Звук в вакууме распространяться не может, т. к. здесь нет упругой среды, и поэтому не могут возникнуть упругие механические колебания.

В каждой среде звук распространяется с разной скоростью. Скорость звука в воздухе приблизительно 330 м/с. Скорость звука в воде — 1500 м/с. Скорость звука в металлах, в стали — 5000 м/с.

Звук отражается от непроницаемой преграды и образуется эхо. Это свойство используется в эхолокации (обнаружение цели и определение расстояния до неё)

Эхолокация при исследовании рельефа морского дна

Ультразвук • Основными свойствами ультразвука являются: • 1) ультразвук хорошо поглощается воздухом; • 2) чем больше размеры излучателя по сравнению с длиной волны, тем уже ультразвуковой пучок; • 3) кавитация.

Кавитация • (от лат. cavitas — пустота), образование в капельной жидкости полостей, заполненных газом, паром или их смесью (так называемых кавитационных пузырьков, или каверн).

• Кавитационные пузырьки образуются в тех местах, где давление в жидкости становится ниже некоторого критического значения pkp (в реальной жидкости pkp приблизительно равно давлению насыщенного пара этой жидкости при данной температуре). Если понижение давления происходит вследствие больших местных скоростей в потоке движущейся капельной жидкости. то К. называют гидродинамической, . а если вследствие прохождения акустических волн — акустической.

Инфразвук - упругие волны, аналогичные звуковым, но с частотами ниже области слышимых человеком частот. Обычно за верхнюю границу инфразвуковой области принимают частоты 16— 25 гц. Нижняя граница инфразвукового диапазона не определена. Практический интерес могут представлять колебания от десятых и даже сотых долей герц, т. е. с периодами в десяток секунд.

Инфразвук Особые свойства: • малое поглощение в различных средах • инфразвуковые волны в воздухе, воде и в земной коре могут распространяться на очень далёкие расстояния.

Инфразвук источники: • Скоростные поезда и другой транспорт. • Дизельные двигатели. • Вентиляционная система. • Взрывы, выстрелы • Другие механизмы и технические приспособления.

Инфразвук • При извержении вулкана Кракатау образовалась инфразвуковая волна, несколько раз обошедшая вокруг Земли. • У мистраля (ветер юга Франции) неслышимый посвист- 6 колебаний в секунду. • Землетрясения вызывают инфразвуковые волны. • Инфразвук предупреждает о цунами. • Возникает при грозе. • В земной коре наблюдаются сотрясения и вибрации инфразвуковых частот.

Легенда о Летучем Голландце… Люди покидают корабль. Они в панике прыгают за борт под действием инфразвука.

Именно про инфразвук повествует легенда о падении Иерихона. В марсельской лаборатории получили звук 3, 5 колебания в секунду. Опыт был остановлен, так как стены задрожали, а потолок покрылся трещинами. Здание могло рухнуть. Инфразвук имеет разрушающее действие.

Инфразвук Опыты на кроликах : 7 колебаний в секунду… 6… 5 … Сердце кролика стало биться с такой частотой, что опыт был прекращен. Кролик мог погибнуть. Инфразвук вызывает страх, панику и у животных, и у людей. Он может даже убить.

Инфразвук При совпадении частот инфразвука и внутренних органов организмов возникает резонанс, что приводит к нарушению их деятельности, вплоть до смерти.