1. Մեխանիկական ալիքներ, ալիքի հաճախականություն: Երկայնական և լայնակի ալիքներ:

2. Ալիքի ճակատ. Արագություն և ալիքի երկարություն:

3. Հարթ ալիքի հավասարում.

4. Ալիքի էներգետիկ բնութագրերը.

5. Ալիքների որոշ հատուկ տեսակներ.

6. Դոպլերի էֆեկտը և դրա կիրառումը բժշկության մեջ.

7. Անիզոտրոպիա մակերեսային ալիքների տարածման ժամանակ։ Շոկային ալիքների ազդեցությունը կենսաբանական հյուսվածքների վրա.

8. Հիմնական հասկացություններ և բանաձևեր.

9. Առաջադրանքներ.

2.1. Մեխանիկական ալիքներ, ալիքի հաճախականություն: Երկայնական և լայնակի ալիքներ

Եթե ​​առաձգական միջավայրի որևէ վայրում (պինդ, հեղուկ կամ գազային) նրա մասնիկների տատանումները գրգռված են, ապա մասնիկների փոխազդեցության պատճառով այս տատանումը միջավայրում կսկսի տարածվել մասնիկից մասնիկ որոշակի արագությամբ։ v.

Օրինակ, եթե տատանվող մարմինը դրված է հեղուկ կամ գազային միջավայրում, ապա տատանվող շարժումմարմինը կփոխանցվի շրջակա միջավայրի հարակից մասնիկներին: Նրանք իրենց հերթին հարևան մասնիկներին ներգրավում են տատանողական շարժման մեջ և այլն։ Այս դեպքում միջավայրի բոլոր կետերը տատանվում են նույն հաճախականությամբ՝ հավասար մարմնի թրթիռի հաճախականությանը։ Այս հաճախականությունը կոչվում է ալիքի հաճախականությունը.

ալիքառաձգական միջավայրում մեխանիկական թրթռումների տարածման գործընթացն է։

ալիքի հաճախականությունըկոչվում է այն միջավայրի այն կետերի տատանումների հաճախականությունը, որոնցում տարածվում է ալիքը։

Ալիքը կապված է թրթռման էներգիայի փոխանցման հետ թրթռումների աղբյուրից դեպի միջավայրի ծայրամասային մասեր։ Միևնույն ժամանակ, շրջակա միջավայրում կան

պարբերական դեֆորմացիաներ, որոնք ալիքով տեղափոխվում են միջավայրի մի կետից մյուսը: Միջավայրի մասնիկներն իրենք չեն շարժվում ալիքի հետ մեկտեղ, այլ տատանվում են իրենց հավասարակշռության դիրքերի շուրջ։ Հետեւաբար, ալիքի տարածումը չի ուղեկցվում նյութի տեղափոխմամբ։

ըստ հաճախականության մեխանիկական ալիքներբաժանված են տարբեր միջակայքերի, որոնք նշված են Աղյուսակում: 2.1.

Աղյուսակ 2.1.Մեխանիկական ալիքների սանդղակ

Կախված ալիքի տարածման ուղղության նկատմամբ մասնիկների տատանումների ուղղությունից՝ առանձնանում են երկայնական և լայնակի ալիքները։

Երկայնական ալիքներ- ալիքներ, որոնց տարածման ընթացքում միջավայրի մասնիկները տատանվում են նույն ուղիղ գծով, որով տարածվում է ալիքը։ Այս դեպքում միջավայրում սեղմման և նոսրացման տարածքները փոխարինվում են:

Երկայնական մեխանիկական ալիքներ կարող են առաջանալ բոլորի մեջմիջավայրեր (պինդ, հեղուկ և գազային):

լայնակի ալիքներ- ալիքներ, որոնց տարածման ժամանակ մասնիկները տատանվում են ալիքի տարածման ուղղությանը ուղղահայաց. Այս դեպքում միջավայրում տեղի են ունենում պարբերական կտրվածքային դեֆորմացիաներ:

Հեղուկների և գազերի մեջ առաձգական ուժերը առաջանում են միայն սեղմման ժամանակ և չեն առաջանում կտրման ժամանակ, հետևաբար այս միջավայրերում լայնակի ալիքներ չեն առաջանում։ Բացառություն են հեղուկի մակերեսի ալիքները:

2.2. ալիքի ճակատ. Արագություն և ալիքի երկարություն

Բնության մեջ չկան պրոցեսներ, որոնք տարածվում են անսահման մեծ արագությամբ, հետևաբար արտաքին ազդեցությամբ ստեղծված խանգարումը շրջակա միջավայրի մի կետում կհասնի մեկ այլ կետի ոչ թե ակնթարթորեն, այլ որոշ ժամանակ անց։ Այս դեպքում միջավայրը բաժանվում է երկու շրջանի՝ շրջան, որի կետերն արդեն ներգրավված են տատանողական շարժման մեջ, և շրջան, որի կետերը դեռ հավասարակշռության մեջ են։ Այս շրջանները բաժանող մակերեսը կոչվում է ալիքի ճակատ.

Ալիքի ճակատ -այն կետերի տեղանքը, որոնց տատանումը (միջավայրի խառնաշփոթը) հասել է տվյալ պահի:

Երբ ալիքը տարածվում է, նրա ճակատը շարժվում է որոշակի արագությամբ, որը կոչվում է ալիքի արագություն։

Ալիքի արագությունը (v) նրա ճակատի շարժման արագությունն է:

Ալիքի արագությունը կախված է միջավայրի հատկություններից և ալիքի տեսակից. լայնակի և երկայնական ալիքները պինդ վիճակում տարածվում են տարբեր արագություններով:

Բոլոր տեսակի ալիքների տարածման արագությունը որոշվում է թույլ ալիքի թուլացման պայմաններում հետևյալ արտահայտությամբ.

որտեղ G-ը առաձգականության արդյունավետ մոդուլն է, ρ՝ միջավայրի խտությունը:

Միջավայրում ալիքի արագությունը չպետք է շփոթել դրա մեջ ներգրավված միջավայրի մասնիկների շարժման արագության հետ. ալիքային գործընթաց. Օրինակ, երբ ձայնային ալիքը տարածվում է օդում, նրա մոլեկուլների թրթռման միջին արագությունը մոտ 10 սմ/վ է, իսկ արագությունը. ձայնային ալիքնորմալ պայմաններում մոտ 330 մ/վ։

Ալիքի ճակատի ձևը որոշում է ալիքի երկրաչափական տեսակը: Այս հիմքի վրա ալիքների ամենապարզ տեսակներն են հարթև գնդաձեւ.

հարթԱլիքը կոչվում է այն ալիքը, որի ճակատը տարածման ուղղությանը ուղղահայաց հարթություն է:

Հարթ ալիքներն առաջանում են, օրինակ, գազով փակ մխոցային բալոնում, երբ մխոցը տատանվում է:

Հարթ ալիքի ամպլիտուդը գործնականում մնում է անփոփոխ։ Նրա աննշան նվազումը ալիքի աղբյուրից հեռավորության հետ կապված է հեղուկ կամ գազային միջավայրի մածուցիկության հետ:

գնդաձեւկոչվում է ալիք, որի ճակատը գնդիկի տեսք ունի։

Այդպիսին է, օրինակ, ալիքը, որն առաջանում է հեղուկ կամ գազային միջավայրում իմպուլսացիոն գնդաձև աղբյուրից։

Գնդաձև ալիքի ամպլիտուդը նվազում է աղբյուրից հեռավորության հետ հակադարձ համեմատական ​​հեռավորության քառակուսու հետ:

Մի շարք ալիքային երևույթներ նկարագրելու համար, ինչպիսիք են միջամտությունը և դիֆրակցիան, օգտագործեք հատուկ հատկանիշ, որը կոչվում է ալիքի երկարություն:

Ալիքի երկարություն կոչվում է այն հեռավորությունը, որով շարժվում է նրա ճակատը միջավայրի մասնիկների տատանումների ժամանակաշրջանին հավասար ժամանակում.

Այստեղ v- ալիքի արագություն, T - տատանումների ժամանակաշրջան, ν - միջին կետերի տատանումների հաճախականությունը, ω - ցիկլային հաճախականություն.

Քանի որ ալիքի տարածման արագությունը կախված է միջավայրի հատկություններից, ալիքի երկարությունից λ մի միջավայրից մյուսը տեղափոխվելիս այն փոխվում է, մինչդեռ հաճախականությունը ν մնում է նույնը:

Ալիքի երկարության այս սահմանումը ունի կարևոր երկրաչափական մեկնաբանություն: Դիտարկենք Նկ. 2.1ա, որը ցույց է տալիս միջավայրի կետերի տեղաշարժերը ժամանակի ինչ-որ կետում: Ալիքի ճակատի դիրքը նշվում է A և B կետերով:

T ժամանակից հետո, որը հավասար է տատանումների մեկ ժամանակաշրջանին, ալիքի ճակատը կշարժվի: Նրա դիրքերը ներկայացված են Նկ. 2.1, բ կետեր A 1 և B 1: Նկարից երևում է, որ ալիքի երկարությունը λ հավասար է նույն փուլում տատանվող հարակից կետերի միջև եղած հեռավորությանը, օրինակ՝ խառնաշփոթության երկու հարակից առավելագույն կամ նվազագույնի հեռավորությանը:

Բրինձ. 2.1.Ալիքի երկարության երկրաչափական մեկնաբանություն

2.3. Հարթ ալիքի հավասարում

Ալիքն առաջանում է միջավայրի վրա պարբերական արտաքին ազդեցությունների արդյունքում։ Հաշվի առեք բաշխումը հարթԱղբյուրի ներդաշնակ տատանումներով ստեղծված ալիք.

որտեղ x և - աղբյուրի տեղաշարժ, A - տատանումների ամպլիտուդ, ω - տատանումների շրջանաձև հաճախականություն:

Եթե ​​միջավայրի որոշ կետ հեռացվում է աղբյուրից s հեռավորության վրա, և ալիքի արագությունը հավասար է v,ապա աղբյուրի կողմից ստեղծված խառնաշփոթը կհասնի ժամանակի այս կետին τ = s/v: Հետևաբար, t-ում դիտարկված կետում տատանումների փուլը նույնն է լինելու, ինչ տվյալ պահին աղբյուրի տատանումների փուլը. (t - s/v),իսկ տատանումների ամպլիտուդը գործնականում կմնա անփոփոխ։ Արդյունքում այս կետի տատանումները կորոշվեն հավասարմամբ

Այստեղ մենք օգտագործել ենք շրջանաձև հաճախականության բանաձևերը (ω = 2π/T) և ալիքի երկարությունը (λ = vՏ)

Այս արտահայտությունը փոխարինելով սկզբնական բանաձևով, մենք ստանում ենք

Հավասարումը (2.2), որը որոշում է միջավայրի ցանկացած կետի տեղաշարժը ցանկացած ժամանակ, կոչվում է. հարթ ալիքի հավասարումը.Կոսինուսի արգումենտը մեծությունն է φ = ωt - 2 π ս /λ - կանչեց ալիքային փուլ.

2.4. Ալիքի էներգետիկ բնութագրերը

Միջավայրը, որտեղ ալիքը տարածվում է, ունի մեխանիկական էներգիա, որը կազմված է իր բոլոր մասնիկների տատանողական շարժման էներգիաներից։ m 0 զանգվածով մեկ մասնիկի էներգիան հայտնաբերվում է բանաձևով (1.21). E 0 = m 0 Α 2 վտ 2/2. Միջավայրի ծավալային միավորը պարունակում է n = էջ/մ 0 մասնիկներ (ρ միջավայրի խտությունն է): Հետևաբար, միջավայրի միավորի ծավալն ունի էներգիա w р = nЕ 0 = ρ Α 2 վտ 2 /2.

Զանգվածային էներգիայի խտությունը(\¥ p) - դրա ծավալի միավորում պարունակվող միջավայրի մասնիկների տատանողական շարժման էներգիան.

որտեղ ρ-ն միջավայրի խտությունն է, A-ն մասնիկների տատանումների ամպլիտուդն է, ω-ն ալիքի հաճախականությունն է:

Քանի որ ալիքը տարածվում է, աղբյուրի հաղորդած էներգիան փոխանցվում է հեռավոր շրջաններ:

Էներգիայի փոխանցման քանակական նկարագրության համար ներկայացվում են հետևյալ մեծությունները.

Էներգիայի հոսք(Ф) - արժեք, որը հավասար է ալիքի կողմից տրված մակերևույթի միջոցով մեկ միավոր ժամանակի ընթացքում փոխանցվող էներգիային.

Ալիքի ինտենսիվությունըկամ էներգիայի հոսքի խտություն (I) - արժեք, հոսքին հավասարէներգիա, որը տեղափոխվում է ալիքի միջոցով ալիքի տարածման ուղղությանը ուղղահայաց տարածքով.

Կարելի է ցույց տալ, որ ալիքի ինտենսիվությունը հավասար է դրա տարածման արագության և ծավալային էներգիայի խտության արտադրյալին

2.5. Որոշ հատուկ սորտեր

ալիքներ

1. հարվածային ալիքներ.Երբ ձայնային ալիքները տարածվում են, մասնիկների տատանման արագությունը չի գերազանցում մի քանի սմ/վրկ, այսինքն. այն հարյուրավոր անգամ փոքր է ալիքի արագությունից: Ուժեղ խանգարումների դեպքում (պայթյուն, մարմինների շարժում գերձայնային արագությամբ, հզոր էլեկտրական լիցքաթափում) միջավայրի տատանվող մասնիկների արագությունը կարող է համեմատելի դառնալ ձայնի արագության հետ։ Սա ստեղծում է էֆեկտ, որը կոչվում է հարվածային ալիք:

Պայթյունի ժամանակ բարձր խտությամբ արտադրանքները, որոնք տաքացվում են մինչև բարձր ջերմաստիճան, ընդլայնվում և սեղմվում են բարակ շերտշրջակա օդը.

հարվածային ալիք -բարակ անցումային շրջան, որը տարածվում է գերձայնային արագությամբ, որտեղ տեղի է ունենում նյութի ճնշման, խտության և արագության կտրուկ աճ։

Հարվածային ալիքը կարող է զգալի էներգիա ունենալ։ Այսպիսով, միջուկային պայթյունի ժամանակ հարվածային ալիքի ձևավորումը ներս է միջավայրըծախսվում է պայթյունի ընդհանուր էներգիայի մոտ 50%-ը։ Հարվածային ալիքը, հասնելով առարկաներին, ունակ է ոչնչացնել։

2. մակերեսային ալիքներ.Երկարացված սահմանների առկայության դեպքում շարունակական միջավայրերում մարմնի ալիքների հետ մեկտեղ կարող են լինել սահմանների մոտ տեղայնացված ալիքներ, որոնք խաղում են ալիքատարների դերը: Այդպիսիք են, մասնավորապես, մակերևութային ալիքները հեղուկ և առաձգական միջավայրում, որոնք հայտնաբերել է անգլիացի ֆիզիկոս Վ. Սթրեթը (Լորդ Ռեյլի) 19-րդ դարի 90-ականներին։ Իդեալական դեպքում Ռեյլի ալիքները տարածվում են կիսատության սահմանի երկայնքով՝ լայնակի ուղղությամբ քայքայվելով։ Արդյունքում, մակերևութային ալիքները տեղայնացնում են մակերեսի վրա ստեղծված շեղումների էներգիան համեմատաբար նեղ մերձմակերևութային շերտում։

մակերեսային ալիքներ -ալիքներ, որոնք տարածվում են մարմնի ազատ մակերևույթի երկայնքով կամ մարմնի սահմանի երկայնքով այլ միջավայրերի հետ և արագ քայքայվում սահմանից հեռավորության հետ:

Նման ալիքների օրինակ են ալիքները երկրի ընդերքում (սեյսմիկ ալիքներ): Մակերեւութային ալիքների ներթափանցման խորությունը մի քանի ալիքի երկարություն է։ Ալիքի երկարությանը հավասար խորության վրա ալիքի ծավալային էներգիայի խտությունը մակերեսի վրա նրա ծավալային խտության մոտավորապես 0,05 է։ Տեղաշարժման ամպլիտուդը արագորեն նվազում է մակերեսից հեռավորության հետ և գործնականում անհետանում է մի քանի ալիքի երկարության խորության վրա:

3. Գրգռման ալիքներ ակտիվ միջավայրեր.

Ակտիվ գրգռված կամ ակտիվ միջավայրը շարունակական միջավայր է, որը բաղկացած է մեծ թվով տարրերից, որոնցից յուրաքանչյուրն ունի էներգիայի պաշար:

Ընդ որում, յուրաքանչյուր տարր կարող է լինել երեք վիճակներից մեկում՝ 1 - գրգռվածություն, 2 - հրակայունություն (գրգռումից հետո որոշակի ժամանակահատվածում ոչ գրգռելիություն), 3 - հանգիստ: Տարրերը կարող են գրգռվել միայն հանգստի վիճակից: Ակտիվ միջավայրերում գրգռման ալիքները կոչվում են ավտոալիքներ: Ավտոալիքներ -սրանք ինքնապահպանվող ալիքներ են ակտիվ միջավայրում, որոնք իրենց բնութագրերը կայուն են պահում միջավայրում բաշխված էներգիայի աղբյուրների շնորհիվ:

Ավտոալիքի բնութագրերը՝ ժամանակաշրջան, ալիքի երկարություն, տարածման արագություն, առատություն և ձև, կայուն վիճակում կախված են միայն միջավայրի տեղական հատկություններից և կախված չեն սկզբնական պայմաններից։ Աղյուսակում. 2.2-ը ցույց է տալիս ավտոալիքների և սովորական մեխանիկական ալիքների նմանություններն ու տարբերությունները:

Ավտոալիքները կարելի է համեմատել տափաստանում հրդեհի տարածման հետ։ Բոցը տարածվում է էներգիայի բաշխված պաշարներով (չոր խոտ) տարածքի վրա։ Յուրաքանչյուր հաջորդ տարր (խոտի չոր շեղբ) բռնկվում է նախորդից։ Եվ այսպիսով, գրգռման ալիքի (բոցի) ճակատը տարածվում է ակտիվ միջավայրի միջոցով (չոր խոտ): Երբ երկու հրդեհներ հանդիպում են, բոցը անհետանում է, քանի որ էներգիայի պաշարները սպառվում են. ամբողջ խոտը այրվում է:

Ակտիվ միջավայրերում ավտոալիքների տարածման գործընթացների նկարագրությունը օգտագործվում է նյարդային և մկանային մանրաթելերի երկայնքով գործողության պոտենցիալների տարածման ուսումնասիրության ժամանակ:

Աղյուսակ 2.2.Ավտոալիքների և սովորական մեխանիկական ալիքների համեմատություն

2.6. Դոպլերի էֆեկտը և դրա օգտագործումը բժշկության մեջ

Քրիստիան Դոպլեր (1803-1853) - ավստրիացի ֆիզիկոս, մաթեմատիկոս, աստղագետ, աշխարհի առաջին ֆիզիկական ինստիտուտի տնօրեն։

Դոպլերի էֆեկտբաղկացած է դիտորդի կողմից ընկալվող տատանումների հաճախականության փոփոխումից՝ պայմանավորված տատանումների աղբյուրի և դիտորդի հարաբերական շարժմամբ։

Էֆեկտը նկատվում է ակուստիկայում և օպտիկայում։

Մենք ստանում ենք մի բանաձև, որը նկարագրում է Դոպլերի էֆեկտը այն դեպքի համար, երբ ալիքի աղբյուրը և ստացողը շարժվում են միջինի նկատմամբ մեկ ուղիղ գծով համապատասխանաբար v I և v P արագություններով: Աղբյուրպարտավորվում է ներդաշնակ թրթռումներհաճախականությամբ ν 0՝ համեմատած իր հավասարակշռության դիրքի հետ։ Այս տատանումների արդյունքում ստեղծված ալիքը տարածվում է միջավայրում արագությամբ v.Եկեք պարզենք, թե այս դեպքում տատանումների ինչ հաճախականություն է ֆիքսվելու ստացող.

Աղբյուրի տատանումներից առաջացած խանգարումները տարածվում են միջավայրում և հասնում ստացողին։ Դիտարկենք աղբյուրի մեկ ամբողջական տատանում, որը սկսվում է t 1 = 0 ժամանակում

և ավարտվում է t 2 = T 0 պահին (T 0-ը աղբյուրի տատանումների ժամանակաշրջանն է): Ժամանակի այս պահերին ստեղծված միջավայրի խանգարումները հասնում են ստացողին համապատասխանաբար t"1 և t"2 պահերին։ Այս դեպքում ստացողը ֆիքսում է տատանումները կետով և հաճախականությամբ.

Գտնենք t" 1 և t" 2 պահերը այն դեպքի համար, երբ աղբյուրը և ստացողը շարժվում են նկատմամբմիմյանց, և նրանց միջև սկզբնական հեռավորությունը հավասար է S-ի: t 2 \u003d T 0 պահին այս հեռավորությունը հավասար կլինի S - (v I + v P) T 0, (նկ. 2.2):

Բրինձ. 2.2.Աղբյուրի և ստացողի փոխադարձ դիրքը t 1 և t 2 պահերին

Այս բանաձևը վավեր է այն դեպքում, երբ v և v և p արագությունները ուղղված են նկատմամբմիմյանց. Ընդհանուր առմամբ, երբ շարժվում է

աղբյուրը և ստացողը մեկ ուղիղ գծով, Դոպլերի էֆեկտի բանաձևը ձևավորվում է

Աղբյուրի համար v And արագությունը վերցվում է «+» նշանով, եթե այն շարժվում է ստացողի ուղղությամբ, իսկ «-» նշանով հակառակ դեպքում։ Ստացողի համար՝ նույն կերպ (նկ. 2.3):

Բրինձ. 2.3.Ալիքների աղբյուրի և ստացողի արագության նշանների ընտրություն

Դիտարկենք մեկը հատուկ դեպքԴոպլերի էֆեկտի օգտագործումը բժշկության մեջ. Թող ուլտրաձայնային գեներատորը զուգակցվի ընդունիչի հետ ինչ-որ տեխնիկական համակարգի տեսքով, որը կայուն է միջավայրի համեմատ: Գեներատորն արձակում է ուլտրաձայն՝ ν 0 հաճախականությամբ, որը տարածվում է միջավայրում v արագությամբ։ Դեպի v t արագությամբ համակարգը շարժում է որոշ մարմին: Նախ, համակարգը կատարում է դերը աղբյուր (v AND= 0), իսկ մարմինը ստացողի դերն է (vTl= v T): Այնուհետև ալիքը արտացոլվում է օբյեկտից և ամրագրվում է ֆիքսված ընդունիչ սարքով: Այս դեպքում v AND = v T,և v p \u003d 0:

Երկու անգամ կիրառելով (2.7) բանաձևը, մենք ստանում ենք համակարգի կողմից ֆիքսված հաճախականության բանաձևը արտանետվող ազդանշանի արտացոլումից հետո.

ժամը մոտեցումառարկել արտացոլված ազդանշանի սենսորային հաճախականությանը ավելանում էև ժամը հեռացում - նվազում է.

Չափելով Դոպլերի հաճախականության շեղումը, բանաձևից (2.8) կարող ենք գտնել արտացոլող մարմնի արագությունը.

«+» նշանը համապատասխանում է մարմնի շարժմանը դեպի էմիտեր։

Դոպլերի էֆեկտն օգտագործվում է արյան հոսքի արագությունը, սրտի փականների և պատերի շարժման արագությունը (Դոպլեր էխոկարդիոգրաֆիա) և այլ օրգաններ: Արյան արագության չափման համապատասխան կարգաբերման դիագրամը ներկայացված է Նկ. 2.4.

Բրինձ. 2.4.Արյան արագության չափման տեղադրման սխեման. 1 - ուլտրաձայնային աղբյուր, 2 - ուլտրաձայնային ընդունիչ

Սարքը բաղկացած է երկու պիեզոկրիստալներից, որոնցից մեկը օգտագործվում է ուլտրաձայնային թրթռումներ առաջացնելու համար (հակադարձ պիեզոէլեկտրական էֆեկտ), իսկ երկրորդը՝ արյան միջոցով ցրված ուլտրաձայնային (ուղղակի պիեզոէլեկտրական էֆեկտ) ստանալու համար։

Օրինակ. Որոշեք արյան հոսքի արագությունը զարկերակում, եթե ուլտրաձայնի հակադարձ արտացոլումը (ν 0 = 100 կՀց = 100,000 Հց, v \u003d 1500 մ/վ) էրիթրոցիտներից տեղի է ունենում դոպլերային հաճախականության տեղաշարժ ν Դ = 40 Հց:

Որոշում. Բանաձևով (2.9) մենք գտնում ենք.

v 0 = v D v /2v0 = 40x 1500/(2x 100000) = 0,3 մ/վ:

2.7. Անիզոտրոպիա մակերեսային ալիքների տարածման ժամանակ։ Շոկային ալիքների ազդեցությունը կենսաբանական հյուսվածքների վրա

1. Մակերեւութային ալիքների տարածման անիզոտրոպիա.Հետազոտելիս մեխանիկական հատկություններմաշկը մակերեսային ալիքների օգնությամբ 5-6 կՀց հաճախականությամբ (չշփոթել ուլտրաձայնի հետ), դրսևորվում է մաշկի ակուստիկ անիզոտրոպիա։ Սա արտահայտվում է նրանով, որ մակերեսային ալիքի տարածման արագությունները փոխադարձ ուղղահայաց ուղղություններով՝ մարմնի ուղղահայաց (Y) և հորիզոնական (X) առանցքների երկայնքով տարբերվում են։

Ակուստիկ անիզոտրոպիայի ծանրությունը քանակականացնելու համար օգտագործվում է մեխանիկական անիզոտրոպության գործակիցը, որը հաշվարկվում է բանաձևով.

որտեղ v y- ուղղահայաց առանցքի երկայնքով արագություն, v x- հորիզոնական առանցքի երկայնքով.

Անիզոտրոպության գործակիցը ընդունվում է որպես դրական (K+), եթե v y> v xժամը v y < v xգործակիցը ընդունվում է որպես բացասական (K -): Մաշկի մակերեսային ալիքների արագության թվային արժեքները և անիզոտրոպության աստիճանը օբյեկտիվ չափանիշներ են տարբեր ազդեցությունների գնահատման համար, ներառյալ մաշկի վրա:

2. Կենսաբանական հյուսվածքների վրա հարվածային ալիքների գործողություն.Կենսաբանական հյուսվածքների (օրգանների) վրա ազդեցության շատ դեպքերում անհրաժեշտ է հաշվի առնել առաջացող հարվածային ալիքները։

Այսպիսով, օրինակ, հարվածային ալիք է առաջանում, երբ բութ առարկան հարվածում է գլխին: Հետևաբար, պաշտպանիչ սաղավարտներ նախագծելիս ուշադրություն է դարձվում հարվածային ալիքը թուլացնելու և գլխի հետևի մասի պաշտպանությունը ճակատային հարվածից: Այս նպատակին է ծառայում սաղավարտի ներքին ժապավենը, որն առաջին հայացքից թվում է, թե անհրաժեշտ է միայն օդափոխության համար։

Շոկային ալիքները առաջանում են հյուսվածքներում, երբ ենթարկվում են բարձր ինտենսիվության լազերային ճառագայթմանը: Հաճախ դրանից հետո մաշկում սկսում են զարգանալ ցիկատրիկ (կամ այլ) փոփոխություններ։ Այդպես է, օրինակ, կոսմետիկ պրոցեդուրաների դեպքում։ Հետեւաբար, նվազեցնելու համար վնասակար ազդեցությունհարվածային ալիքների դեպքում անհրաժեշտ է նախապես հաշվարկել ազդեցության չափաբաժինը` հաշվի առնելով ինչպես ճառագայթման, այնպես էլ հենց մաշկի ֆիզիկական հատկությունները:

Բրինձ. 2.5.Ճառագայթային հարվածային ալիքների տարածում

Շոկային ալիքները օգտագործվում են ճառագայթային հարվածային ալիքային թերապիայի մեջ: Նկ. 2.5-ը ցույց է տալիս շառավղային հարվածային ալիքների տարածումը ապլիկատորից:

Նման ալիքները ստեղծվում են հատուկ կոմպրեսորով հագեցած սարքերում։ Առաջանում է ճառագայթային հարվածային ալիք օդաճնշական մեթոդ. Մխոցը, որը գտնվում է մանիպուլյատորում, մեծ արագությամբ շարժվում է սեղմված օդի վերահսկվող զարկերակի ազդեցության տակ։ Երբ մխոցը հարվածում է մանիպուլյատորում տեղադրված ապլիկատորին, դրա կինետիկ էներգիան վերածվում է ազդակիր մարմնի տարածքի մեխանիկական էներգիայի: Այս դեպքում ապլիկատորի և մաշկի միջև գտնվող օդային բացվածքում ալիքների փոխանցման ժամանակ կորուստները նվազեցնելու և հարվածային ալիքների լավ հաղորդունակություն ապահովելու համար օգտագործվում է կոնտակտային գել։ Նորմալ աշխատանքային ռեժիմ՝ հաճախականություն 6-10 Հց, աշխատանքային ճնշում՝ 250 կՊա, մեկ նստաշրջանում իմպուլսների քանակը՝ մինչև 2000:

1. Նավի վրա ազդանշան է տալիս մառախուղում ազդանշաններ տալով, իսկ t=6,6 վրկ հետո լսվում է արձագանք։ Որքա՞ն հեռու է արտացոլող մակերեսը: ձայնի արագությունը օդում v= 330 մ/վ:

Որոշում

t ժամանակում ձայնը անցնում է 2S ճանապարհով՝ 2S = vt →S = vt/2 = 1090 մ: Պատասխան. S = 1090 մ.

2. Ինչ նվազագույն չափըառարկաներ, որոնց դիրքը կարող են որոշել չղջիկները՝ օգտագործելով իրենց սենսորը, որն ունի 100000 Հց հաճախականություն: Ո՞րն է առարկաների նվազագույն չափը, որը դելֆինները կարող են հայտնաբերել 100000 Հց հաճախականությամբ:

Որոշում

Օբյեկտի նվազագույն չափերը հավասար են ալիքի երկարությանը.

λ1\u003d 330 մ / վ / 10 5 Հց \u003d 3,3 մմ: Սա մոտավորապես այն միջատների չափն է, որոնցով սնվում են չղջիկները.

λ2\u003d 1500 մ / վ / 10 5 Հց \u003d 1,5 սմ: Դելֆինը կարող է հայտնաբերել փոքր ձուկ:

Պատասխան.λ1= 3,3 մմ; λ2= 1,5 սմ:

3. Սկզբում մարդը տեսնում է կայծակի բռնկում, իսկ դրանից 8 վայրկյան հետո լսում է ամպրոպ։ Ո՞ր հեռավորության վրա է կայծակը փայլատակել նրանից։

Որոշում

S \u003d v աստղ t \u003d 330 x 8 = 2640 մ. Պատասխան. 2640 մ

4. Երկու ձայնային ալիքներ ունեն նույն բնութագրերը, բացառությամբ, որ մեկի ալիքի երկարությունը երկու անգամ մեծ է մյուսից: Ո՞րն է ամենաշատ էներգիան կրում: Քանի անգամ?

Որոշում

Ալիքի ինտենսիվությունը ուղիղ համեմատական ​​է հաճախականության քառակուսուն (2.6) և հակադարձ համեմատական ​​ալիքի երկարության քառակուսուն (ω = 2πv/λ ). Պատասխան.մեկը ավելի կարճ ալիքի երկարությամբ; 4 անգամ։

5. 262 Հց հաճախականությամբ ձայնային ալիքը տարածվում է օդում 345 մ/վ արագությամբ։ ա) Որքա՞ն է նրա ալիքի երկարությունը. բ) Որքա՞ն ժամանակ է պահանջվում, որպեսզի տիեզերքի տվյալ կետում փուլը փոխվի 90°-ով: գ) Որքա՞ն է փուլային տարբերությունը (աստիճաններով) միմյանցից 6,4 սմ հեռավորության վրա գտնվող կետերի միջև:

Որոշում

ա) λ =v /ν = 345/262 = 1,32 մ;

մեջ) Δφ = 360°s/λ= 360 x 0,064 / 1,32 = 17,5 °: Պատասխան.ա) λ = 1,32 մ; բ) t = T/4; մեջ) Δφ = 17,5 °:

6. Գնահատեք օդում ուլտրաձայնի վերին սահմանը (հաճախականությունը), եթե հայտնի է դրա տարածման արագությունը. v= 330 մ/վ: Ենթադրենք, որ օդի մոլեկուլները ունեն d = 10 -10 մ կարգի չափ:

Որոշում

Օդում մեխանիկական ալիքը երկայնական է, և ալիքի երկարությունը համապատասխանում է մոլեկուլների երկու մոտակա կոնցենտրացիաների (կամ արտանետումների) միջև եղած հեռավորությանը: Քանի որ կլաստերների միջև հեռավորությունը չի կարող լինել ավելի փոքր չափսերմոլեկուլներ, ապա d = λ. Այս նկատառումներից մենք ունենք ν =v /λ = 3,3x 10 12 Հց. Պատասխան.ν = 3,3x 10 12 Հց.

7. Երկու մեքենա շարժվում են դեպի մեկը՝ v 1 = 20 մ/վ և v 2 = 10 մ/վ արագությամբ։ Առաջին մեքենան ազդանշան է տալիս հաճախականությամբ ν 0 = 800 Հց: Ձայնի արագություն v= 340 մ/վ: Ի՞նչ հաճախականությամբ կլսի երկրորդ մեքենայի վարորդը. ա) մինչև մեքենաների հանդիպումը. բ) մեքենաների հանդիպումից հետո.

8. Երբ գնացքը անցնում է կողքով, դուք լսում եք, թե ինչպես է նրա սուլիչի հաճախականությունը փոխվում ν 1 = 1000 Հց-ից (մոտենալիս) մինչև ν 2 = 800 Հց (երբ գնացքը հեռանում է): Որքա՞ն է գնացքի արագությունը:

Որոշում

Այս խնդիրը տարբերվում է նախորդներից նրանով, որ մենք չգիտենք ձայնի աղբյուրի՝ գնացքի արագությունը, իսկ դրա ազդանշանի ν 0 հաճախականությունը անհայտ է։ Այսպիսով, ստացվում է երկու անհայտ ունեցող հավասարումների համակարգ.

Որոշում

Թող լինի vքամու արագությունն է, և այն փչում է անձից (ընդունիչից) դեպի ձայնի աղբյուրը։ Գետնի համեմատ նրանք անշարժ են, իսկ օդի համեմատ երկուսն էլ շարժվում են դեպի աջ u արագությամբ։

Բանաձևով (2.7) մենք ստանում ենք ձայնի հաճախականությունը: ընկալվում է մարդու կողմից. Նա անփոփոխ է.

Պատասխան.հաճախականությունը չի փոխվի.

Մեխանիկական կամ առաձգական ալիքը առաձգական միջավայրում տատանումների տարածման գործընթացն է։ Օրինակ, օդը սկսում է տատանվել թրթռացող լարերի կամ բարձրախոսի կոնի շուրջ - լարը կամ բարձրախոսը դարձել են ձայնային ալիքի աղբյուր:

Մեխանիկական ալիքի առաջացման համար պետք է կատարվի երկու պայման՝ ալիքի աղբյուրի (դա կարող է լինել ցանկացած տատանվող մարմին) և առաձգական միջավայրի (գազ, հեղուկ, պինդ) առկայություն։

Պարզեք ալիքի պատճառը. Ինչու՞ ցանկացած տատանվող մարմին շրջապատող միջավայրի մասնիկները նույնպես ընկնում են տատանողական շարժման մեջ:

Միաչափ առաձգական միջավայրի ամենապարզ մոդելը զսպանակներով միացված գնդիկների շղթան է։ Գնդիկները մոլեկուլների մոդելներ են, դրանք միացնող աղբյուրները մոդելավորում են մոլեկուլների փոխազդեցության ուժերը:

Ենթադրենք, որ առաջին գնդակը տատանվում է ω հաճախականությամբ: Զսպանակ 1-2-ը դեֆորմացվում է, նրա մեջ առաջանում է առաձգական ուժ, որը փոխվում է ω հաճախականությամբ։ Արտաքին պարբերաբար փոփոխվող ուժի գործողության ներքո երկրորդ գնդակը սկսում է հարկադրված տատանումներ կատարել: Քանի որ հարկադիր տատանումները միշտ տեղի են ունենում արտաքին շարժիչ ուժի հաճախականությամբ, երկրորդ գնդակի տատանումների հաճախականությունը կհամընկնի առաջինի տատանումների հաճախականության հետ: Այնուամենայնիվ, երկրորդ գնդակի հարկադիր տատանումները տեղի կունենան արտաքին շարժիչ ուժի համեմատ փուլային ուշացումով: Այլ կերպ ասած, երկրորդ գնդակը կսկսի տատանվել մի փոքր ավելի ուշ, քան առաջինը:

Երկրորդ գնդակի թրթռումները կառաջացնեն զսպանակի 2-3 պարբերաբար փոփոխվող դեֆորմացիա, որը կստիպի երրորդ գնդակը տատանվել և այլն։ Այսպիսով, շղթայի բոլոր գնդիկները հերթափոխով կներգրավվեն առաջին գնդակի տատանումների հաճախականությամբ տատանողական շարժման մեջ:

Ակնհայտ է, որ առաձգական միջավայրում ալիքի տարածման պատճառը մոլեկուլների միջև փոխազդեցության առկայությունն է: Ալիքի բոլոր մասնիկների տատանումների հաճախականությունը նույնն է և համընկնում է ալիքի աղբյուրի տատանումների հաճախականության հետ։

Ըստ ալիքի մասնիկների տատանումների բնույթի՝ ալիքները բաժանվում են լայնակի, երկայնական և մակերեսային ալիքների։

AT երկայնական ալիքմասնիկները տատանվում են ալիքի տարածման ուղղությամբ:

Երկայնական ալիքի տարածումը կապված է միջավայրում առաձգական-սեղմող դեֆորմացիայի առաջացման հետ։ Միջավայրի ձգված հատվածներում նկատվում է նյութի խտության նվազում՝ հազվադեպություն։ Միջավայրի սեղմված հատվածներում, ընդհակառակը, տեղի է ունենում նյութի խտության աճ՝ այսպես կոչված խտացում։ Այդ իսկ պատճառով, երկայնական ալիքը շարժում է խտացման և հազվագյուտ տարածքների տարածության մեջ:

Հետևաբար, առաձգական-սեղմման դեֆորմացիան կարող է առաջանալ ցանկացած առաձգական միջավայրում երկայնական ալիքներկարող է տարածվել գազերում, հեղուկներում և պինդ մարմիններում: Երկայնական ալիքի օրինակ է ձայնը:

AT կտրող ալիքմասնիկները տատանվում են ալիքի տարածման ուղղությանը ուղղահայաց։

Լայնակի ալիքի տարածումը կապված է միջավայրում կտրվածքային դեֆորմացիայի առաջացման հետ: Այս տեսակի դեֆորմացիան կարող է գոյություն ունենալ միայն պինդ նյութեր, ուստի լայնակի ալիքները կարող են տարածվել միայն պինդ մարմիններում։ Կտրող ալիքի օրինակ է սեյսմիկ S-ալիքը:

մակերեսային ալիքներտեղի են ունենում երկու լրատվամիջոցների միջերեսում: Միջավայրի տատանվող մասնիկներն ունեն տեղաշարժի վեկտորի և՛ լայնակի, մակերեսին ուղղահայաց, և՛ երկայնական բաղադրիչներ: Իրենց տատանումների ժամանակ միջավայրի մասնիկները նկարագրում են էլիպսաձև հետագծեր մակերեսին ուղղահայաց և ալիքի տարածման ուղղությամբ անցնող հարթության մեջ։ Մակերեւութային ալիքների օրինակ են ջրի մակերևույթի ալիքները և սեյսմիկ L-ալիքները:

Ալիքի ճակատը այն կետերի տեղն է, որին հասել է ալիքի գործընթացը: Ալիքի ճակատի ձևը կարող է տարբեր լինել: Առավել տարածված են հարթ, գնդաձև և գլանաձև ալիքները։

Նշենք, որ ալիքի ճակատը միշտ գտնվում է ուղղահայացալիքի ուղղությունը! Ալիքի ճակատի բոլոր կետերը կսկսեն տատանվել մեկ փուլով.

Ալիքային գործընթացը բնութագրելու համար ներկայացվում են հետևյալ մեծությունները.

1. Ալիքի հաճախականությունըν-ը ալիքի բոլոր մասնիկների տատանումների հաճախականությունն է։

2. Ալիքի ամպլիտուդ A-ն ալիքի մասնիկների տատանման ամպլիտուդն է։

3. Ալիքի արագությունυ-ն այն հեռավորությունն է, որի վրա ալիքային պրոցեսը (խառնաշփոթը) տարածվում է միավոր ժամանակում:

Խնդրում ենք նկատի ունենալ, որ ալիքի արագությունը և մասնիկների տատանման արագությունը ալիքում են տարբեր հասկացություններ! Ալիքի արագությունը կախված է երկու գործոնից՝ ալիքի տեսակից և այն միջավայրից, որտեղ ալիքը տարածվում է։

Ընդհանուր օրինաչափությունը հետևյալն է. երկայնական ալիքի արագությունը պինդ մարմիններում ավելի մեծ է, քան հեղուկներում, իսկ հեղուկներում արագությունը, իր հերթին, ավելի մեծ է, քան գազերում ալիքի արագությունը:

Դժվար չէ հասկանալ այս օրինաչափության ֆիզիկական պատճառը։ Ալիքի տարածման պատճառը մոլեկուլների փոխազդեցությունն է։ Բնականաբար, խառնաշփոթն ավելի արագ է տարածվում այն ​​միջավայրում, որտեղ մոլեկուլների փոխազդեցությունն ավելի ուժեղ է:

Նույն միջավայրում օրինաչափությունը տարբեր է՝ երկայնական ալիքի արագությունն ավելի մեծ է, քան լայնակի ալիքի արագությունը։

Օրինակ՝ պինդ մարմնում երկայնական ալիքի արագությունը, որտեղ E-ն նյութի առաձգականության մոդուլն է (Յանգի մոդուլը), ρ՝ նյութի խտությունը։

Կտրման ալիքի արագությունը պինդ մարմնում, որտեղ N-ը կտրման մոդուլն է: Քանի որ բոլոր նյութերի համար, ուրեմն. Երկրաշարժի աղբյուրի հեռավորությունը որոշելու մեթոդներից մեկը հիմնված է երկայնական և լայնակի սեյսմիկ ալիքների արագությունների տարբերության վրա։

Ձգված լարում կամ լարում լայնակի ալիքի արագությունը որոշվում է լարվածության F ուժով և մեկ միավորի երկարության մ զանգվածով.

4. Ալիքի երկարություն λ - նվազագույն հեռավորությունըկետերի միջև, որոնք հավասարապես տատանվում են:

Ջրի մակերևույթով ընթացող ալիքների համար ալիքի երկարությունը հեշտությամբ որոշվում է որպես երկու հարևան կույտերի կամ հարակից իջվածքների միջև ընկած հեռավորություն:

Երկայնական ալիքի համար ալիքի երկարությունը կարելի է գտնել որպես երկու հարակից կոնցենտրացիաների կամ հազվադեպությունների միջև հեռավորություն:

5. Ալիքի տարածման գործընթացում միջավայրի հատվածները ներգրավված են տատանողական գործընթացում: Տատանվող միջավայրը, առաջին հերթին, շարժվում է, հետևաբար ունի կինետիկ էներգիա։ Երկրորդ, այն միջավայրը, որի միջով անցնում է ալիքը, դեֆորմացվում է, հետևաբար այն ունի պոտենցիալ էներգիա: Հեշտ է տեսնել, որ ալիքի տարածումը կապված է էներգիայի փոխանցման հետ միջավայրի չգրգռված մասերին: Էներգիայի փոխանցման գործընթացը բնութագրելու համար ներկայացնում ենք ալիքի ինտենսիվությունը Ի.

Ֆիզիկայի 7-րդ դասարանում սովորել եք մեխանիկական թրթիռները։ Հաճախ է պատահում, որ մեկ վայրում առաջանալով թրթռումները տարածվում են տարածության հարևան շրջաններում: Հիշեք, օրինակ, ջրի մեջ նետված խճաքարից թրթռումների տարածումը կամ թրթռումները երկրի ընդերքըտարածվում է երկրաշարժի էպիկենտրոնից։ Նման դեպքերում խոսում են ալիքային շարժման մասին՝ ալիքներ (նկ. 17.1): Այս բաժնում դուք կծանոթանաք ալիքային շարժման առանձնահատկություններին:

Ստեղծեք մեխանիկական ալիքներ

Եկեք գեղեցիկ լինենք երկար պարան, որի մի ծայրը կցված է ուղղահայաց մակերես, իսկ երկրորդը կտեղափոխենք վեր ու վար (տատանում): Ձեռքի թրթռումները կտարածվեն պարանի երկայնքով՝ աստիճանաբար ներգրավելով ավելի ու ավելի հեռավոր կետեր տատանողական շարժման մեջ. պարանի երկայնքով կանցնի մեխանիկական ալիք (նկ. 17.2):

Մեխանիկական ալիքը տատանումների տարածումն է առաձգական միջավայրում*։

Այժմ մենք հորիզոնական հարթեցնում ենք երկար փափուկ զսպանակ և մի շարք հաջորդական հարվածներ ենք հասցնում դրա ազատ ծայրին. գարնանը ալիք է առաջանալու, որը բաղկացած է աղբյուրի պարույրների խտացումներից և հազվագյուտությունից (նկ. 17.3):

Վերևում նկարագրված ալիքները կարելի է տեսնել, բայց մեխանիկական ալիքների մեծ մասն անտեսանելի է, օրինակ՝ ձայնային ալիքները (Նկար 17.4):

Առաջին հայացքից բոլոր մեխանիկական ալիքները բոլորովին տարբեր են, սակայն դրանց առաջացման և տարածման պատճառները նույնն են։

Մենք պարզում ենք, թե ինչպես և ինչու է մեխանիկական ալիքը տարածվում միջավայրում

Ցանկացած մեխանիկական ալիք ստեղծվում է տատանվող մարմնի կողմից՝ ալիքի աղբյուրը: Կատարելով տատանողական շարժում՝ ալիքի աղբյուրը դեֆորմացնում է իրեն ամենամոտ միջավայրի շերտերը (սեղմում և ձգում կամ տեղահանում)։ Արդյունքում առաջանում են առաձգական ուժեր, որոնք գործում են միջավայրի հարևան շերտերի վրա և ստիպում նրանց իրականացնել հարկադիր տատանումներ։ Այս շերտերն իրենց հերթին դեֆորմացնում են հաջորդ շերտերը և առաջացնում նրանց տատանումներ։ Աստիճանաբար, մեկ առ մեկ, միջավայրի բոլոր շերտերը ներգրավվում են տատանողական շարժման մեջ. միջավայրում տարածվում է մեխանիկական ալիք:

Բրինձ. 17.6. Երկայնական ալիքում միջավայրի շերտերը տատանվում են ալիքի տարածման ուղղությամբ

Տարբերակել լայնակի և երկայնական մեխանիկական ալիքները

Եկեք համեմատենք ալիքի տարածումը պարանի երկայնքով (տես նկ. 17.2) և զսպանակով (տես նկ. 17.3):

Ճոպանի առանձին մասերը շարժվում են (տատանվում) ալիքի տարածման ուղղությանը ուղղահայաց (նկ. 17.2-ում ալիքը տարածվում է աջից ձախ, իսկ պարանի մասերը՝ վեր ու վար)։ Նման ալիքները կոչվում են լայնակի (նկ. 17.5): Լայնակի ալիքների տարածման ժամանակ միջավայրի որոշ շերտեր տեղաշարժվում են մյուսների համեմատ։ Տեղաշարժման դեֆորմացիան ուղեկցվում է առաձգական ուժերի ի հայտ գալով միայն պինդ մարմիններում, ուստի լայնակի ալիքները չեն կարող տարածվել հեղուկներում և գազերում։ Այսպիսով, լայնակի ալիքները տարածվում են միայն պինդ մարմիններում:

Երբ ալիքը տարածվում է զսպանակում, աղբյուրի կծիկները շարժվում են (տատանվում) ալիքի տարածման ուղղությամբ։ Նման ալիքները կոչվում են երկայնական (նկ. 17.6): Երբ երկայնական ալիքը տարածվում է, միջավայրում տեղի են ունենում սեղմման և առաձգական դեֆորմացիաներ (ալիքի տարածման ուղղությամբ, միջավայրի խտությունը կա՛մ մեծանում է, կա՛մ նվազում): Ցանկացած միջավայրում նման դեֆորմացիաները ուղեկցվում են առաձգական ուժերի ի հայտ գալով։ Հետևաբար, երկայնական ալիքները տարածվում են պինդ, հեղուկների և գազերի մեջ:

Հեղուկի մակերեսի ալիքները ոչ երկայնական են, ոչ լայնակի: Նրանք ունեն բարդ երկայնական լայնակի բնույթ, մինչդեռ հեղուկ մասնիկները շարժվում են էլիպսներով։ Սա հեշտ է ստուգել, ​​եթե դուք թեթեւ չիպ եք նետում ծովը և հետևում դրա շարժմանը ջրի մակերեսին:

Պարզելով ալիքների հիմնական հատկությունները

1. Տատանողական շարժումը միջավայրի մի կետից մյուսը փոխանցվում է ոչ թե ակնթարթորեն, այլ որոշակի ուշացումով, ուստի ալիքները միջավայրում տարածվում են վերջավոր արագությամբ։

2. Մեխանիկական ալիքների աղբյուրը տատանվող մարմին է։ Երբ ալիքը տարածվում է, միջավայրի մասերի թրթռումները հարկադրված են, ուստի միջավայրի յուրաքանչյուր մասի թրթռումների հաճախականությունը հավասար է ալիքի աղբյուրի թրթռումների հաճախականությանը:

3. Մեխանիկական ալիքները չեն կարող տարածվել վակուումում։

4. Ալիքային շարժումը չի ուղեկցվում նյութի տեղափոխմամբ. միջավայրի մասերը տատանվում են միայն հավասարակշռության դիրքերի շուրջ։

5. Ալիքի գալով միջավայրի մասերը սկսում են շարժվել (կինետիկ էներգիա են ձեռք բերում): Սա նշանակում է, որ երբ ալիքը տարածվում է, էներգիան փոխանցվում է:

Էներգիայի փոխանցում առանց նյութի փոխանցման - ամենակարեւոր գույքըցանկացած ալիք:

Հիշեք ջրի երեսին ալիքների տարածումը (նկ. 17.7): Ո՞ր դիտարկումներն են հաստատում ալիքային շարժման հիմնական հատկությունները:

Մենք հիշում ենք տատանումները բնութագրող ֆիզիկական մեծությունները

Ալիքը տատանումների տարածումն է, ուստի այն ֆիզիկական մեծությունները, որոնք բնութագրում են տատանումները (հաճախականություն, պարբերություն, ամպլիտուդ) նույնպես բնութագրում են ալիքը։ Այսպիսով, հիշենք 7-րդ դասարանի նյութը.

	Տատանումները բնութագրող ֆիզիկական մեծություններ
	Տատանումների հաճախականությունը Ն	Տատանումների ժամանակաշրջան Տ	Տատանումների ամպլիտուդ Ա
Սահմանել	տատանումների քանակը ժամանակի միավորի վրա	մեկ տատանումների ժամանակը	կետի առավելագույն հեռավորությունը շեղվում է իր հավասարակշռության դիրքից
Որոշելու բանաձև
	N-ը տատանումների թիվն է t ժամանակային միջակայքում
Միավոր SI-ում		երկրորդ (ներ)

Նշում! Երբ մեխանիկական ալիքը տարածվում է, միջավայրի բոլոր մասերը, որոնցում ալիքը տարածվում է, տատանվում են նույն հաճախականությամբ (ν), որը հավասար է ալիքի աղբյուրի տատանումների հաճախականությանը, ուստի պարբերաշրջանը.

տատանումները (T) միջավայրի բոլոր կետերի համար նույնպես նույնն են, քանի որ

Բայց տատանումների ամպլիտուդը աստիճանաբար նվազում է ալիքի աղբյուրից հեռավորության հետ։

Մենք պարզում ենք ալիքի տարածման երկարությունը և արագությունը

Հիշեք ալիքի տարածումը պարանի երկայնքով: Թող պարանի ծայրը կատարի մեկ ամբողջական տատանում, այսինքն՝ ալիքի տարածման ժամանակը հավասար է մեկ շրջանի (t = T): Այդ ընթացքում ալիքը տարածվել է որոշակի հեռավորության վրա λ (նկ. 17.8, ա): Այս հեռավորությունը կոչվում է ալիքի երկարություն:

Ալիքի երկարությունը λ-ն այն հեռավորությունն է, որով ալիքը տարածվում է T պարբերաշրջանին հավասար ժամանակում.

որտեղ v-ն ալիքի տարածման արագությունն է: SI-ում ալիքի երկարության միավորը մետրն է.

Հեշտ է նկատել, որ ճոպանի կետերը, որոնք գտնվում են միմյանցից մեկ ալիքի երկարության հեռավորության վրա, տատանվում են սինխրոն՝ դրանք ունեն տատանման նույն փուլը (նկ. 17.8, բ, գ): Օրինակ՝ պարանի A և B կետերը միաժամանակ շարժվում են դեպի վեր, միաժամանակ հասնում ալիքի գագաթին, ապա միաժամանակ սկսում շարժվել դեպի ներքև և այլն։

Բրինձ. 17.8. Ալիքի երկարությունը հավասար է այն տարածությանը, որով անցնում է ալիքը մեկ տատանումների ժամանակ (սա նաև երկու մոտակա գագաթների կամ երկու մոտակա տախտակների միջև եղած հեռավորությունն է)

Օգտագործելով λ = vT բանաձևը, մենք կարող ենք որոշել տարածման արագությունը

Մենք ստանում ենք ալիքի տարածման երկարության, հաճախականության և արագության փոխհարաբերության բանաձևը՝ ալիքի բանաձևը.

Եթե ​​ալիքը անցնում է մի միջավայրից մյուսը, նրա տարածման արագությունը փոխվում է, բայց հաճախականությունը մնում է նույնը, քանի որ հաճախականությունը որոշվում է ալիքի աղբյուրով։ Այսպիսով, ըստ v = λν բանաձեւի, երբ ալիքը մի միջավայրից մյուսն է անցնում, ալիքի երկարությունը փոխվում է։

Ալիքի բանաձև

Սովորելով լուծել խնդիրները

Առաջադրանք. Լարի երկայնքով լայնակի ալիքը տարածվում է 3 մ/վ արագությամբ։ Նկ. 1-ը ցույց է տալիս լարերի դիրքը ժամանակի որոշակի կետում և ալիքի տարածման ուղղությունը: Ենթադրելով, որ վանդակի կողմը 15 սմ է, որոշեք.

1) լայնություն, պարբերություն, հաճախականություն և ալիքի երկարություն.

Ֆիզիկական խնդրի վերլուծություն, լուծում

Ալիքը լայնակի է, ուստի լարի կետերը տատանվում են ալիքի տարածման ուղղությանը ուղղահայաց (դրանք շարժվում են վեր ու վար՝ որոշ հավասարակշռության դիրքերի համեմատ)։

1) նկ. 1 տեսնում ենք, որ հավասարակշռության դիրքից առավելագույն շեղումը (ալիքի A ամպլիտուդը) հավասար է 2 բջիջի։ Այսպիսով, A \u003d 2 15 սմ \u003d 30 սմ:

Գլխի և գոգավորության միջև հեռավորությունը 60 սմ է (4 բջիջ), համապատասխանաբար, երկու մոտակա գագաթների միջև հեռավորությունը (ալիքի երկարությունը) երկու անգամ ավելի մեծ է: Այսպիսով, λ = 2 60 սմ = 120 սմ = 1,2 մ:

Մենք գտնում ենք ալիքի ν հաճախականությունը և T պարբերությունը՝ օգտագործելով ալիքի բանաձևը.

2) Լարի կետերի շարժման ուղղությունը պարզելու համար կատարում ենք լրացուցիչ կոնստրուկցիա. Թող ալիքը շարժվի փոքր հեռավորության վրա Δt կարճ ժամանակային ընդմիջումով: Քանի որ ալիքը շարժվում է դեպի աջ, և դրա ձևը ժամանակի ընթացքում չի փոխվում, կծկման կետերը կգրավեն Նկ. 2 կետավոր.

Ալիքը լայնակի է, այսինքն՝ լարի կետերը շարժվում են ալիքի տարածման ուղղությանը ուղղահայաց։ Սկսած թզ. 2 մենք տեսնում ենք, որ K կետը ժամանակային միջակայքից հետո Δt կլինի իր սկզբնական դիրքից ցածր, հետևաբար նրա արագությունն ուղղված է դեպի ներքև. B կետը կտեղափոխվի ավելի բարձր, հետևաբար, դրա շարժման արագությունն ուղղված է դեպի վեր; C կետը կտեղափոխվի ավելի ցածր, հետևաբար նրա շարժման արագությունն ուղղված է դեպի ներքև:

Պատասխան՝ A = 30 սմ; T = 0.4 վ; ν = 2,5 Հց; λ = 1,2 մ; K և C - ներքև, B - վերև:

Ամփոփելով

Առաձգական միջավայրում տատանումների տարածումը կոչվում է մեխանիկական ալիք։ Մեխանիկական ալիքը, որտեղ միջավայրի մասերը տատանվում են ալիքի տարածման ուղղությանը ուղղահայաց, կոչվում է լայնակի; ալիքը, որում միջավայրի մասերը տատանվում են ալիքի տարածման ուղղությամբ, կոչվում է երկայնական:

Ալիքը տարածվում է տարածության մեջ ոչ թե ակնթարթորեն, այլ որոշակի արագությամբ։ Երբ ալիքը տարածվում է, էներգիան փոխանցվում է առանց նյութի փոխանցման: Հեռավորությունը, որի վրա ալիքը տարածվում է ժամանակաշրջանին հավասար ժամանակում, կոչվում է ալիքի երկարություն. սա երկու ամենամոտ կետերի միջև հեռավորությունն է, որոնք տատանվում են համաժամանակյա (ունեն տատանման նույն փուլը): Ալիքի տարածման λ երկարությունը, ν հաճախականությունը և v արագությունը կապված են ալիքի բանաձևով՝ v = λν:

թեստի հարցեր

1. Սահմանել մեխանիկական ալիք: 2. Նկարագրե՛ք մեխանիկական ալիքի առաջացման և տարածման մեխանիզմը: 3. Անվանե՛ք ալիքային շարժման հիմնական հատկությունները: 4. Ո՞ր ալիքներն են կոչվում երկայնական: լայնակի? Ի՞նչ միջավայրերում են դրանք տարածվում: 5. Որքա՞ն է ալիքի երկարությունը: Ինչպե՞ս է այն սահմանվում: 6. Ինչպե՞ս են կապված ալիքի տարածման երկարությունը, հաճախականությունը և արագությունը:

Զորավարժություն թիվ 17

1. Որոշեք յուրաքանչյուր ալիքի երկարությունը նկ. մեկ.

2. Օվկիանոսում ալիքի երկարությունը հասնում է 270 մ-ի, իսկ ժամանակաշրջանը՝ 13,5 վրկ։ Որոշեք նման ալիքի տարածման արագությունը:

3. Արդյո՞ք ալիքի տարածման արագությունը և այն միջավայրի այն կետերի շարժման արագությունը, որտեղ ալիքը տարածվում է, համընկնում են:

4. Ինչու՞ մեխանիկական ալիքը չի տարածվում վակուումում:

5. Երկրաբանների կողմից առաջացած պայթյունի արդյունքում ալիքը տարածվել է երկրի ընդերքում 4,5 կմ/վ արագությամբ։ Երկրի խորքային շերտերից արտացոլված՝ ալիքը գրանցվել է Երկրի մակերեսին պայթյունից 20 վրկ հետո։ Ի՞նչ խորության վրա է ընկած ժայռը, որի խտությունը կտրուկ տարբերվում է երկրի ընդերքի խտությունից։

6. Նկ. 2-ը ցույց է տալիս երկու պարան, որոնց երկայնքով տարածվում է լայնակի ալիք: Յուրաքանչյուր պարան ցույց է տալիս իր կետերից մեկի տատանման ուղղությունը։ Որոշեք ալիքի տարածման ուղղությունները.

7. Նկ. 3-ը ցույց է տալիս երկու թելերի դիրքը, որոնց երկայնքով ալիքը տարածվում է՝ ցույց տալով յուրաքանչյուր ալիքի տարածման ուղղությունը։ a և b յուրաքանչյուր դեպքի համար որոշեք՝ 1) ամպլիտուդը, պարբերությունը, ալիքի երկարությունը. 2) ուղղությունը, որով այս պահինԼարի շարժման ժամանակային կետերը A, B և C; 3) տատանումների թիվը, որ կատարում է լարի ցանկացած կետ 30 վրկ-ում. Հաշվի առեք, որ վանդակի կողմը 20 սմ է։

8. Ծովի ափին կանգնած տղամարդը որոշել է, որ հարակից ալիքների գագաթների միջև հեռավորությունը 15 մ է, բացի այդ, նա հաշվարկել է, որ 16 ալիքների գագաթները ափ են հասնում 75 վայրկյանում: Որոշեք ալիքի տարածման արագությունը:

Սա դասագրքի նյութ է։

Դասախոսություն - 14. Մեխանիկական ալիքներ.

2. Մեխանիկական ալիք.

3. Մեխանիկական ալիքների աղբյուր։

4. Ալիքների կետային աղբյուր։

5. Լայնակի ալիք.

6. Երկայնական ալիք.

7. Ալիքի ճակատ.

9. Պարբերական ալիքներ.

10. Հարմոնիկ ալիք.

11. Ալիքի երկարություն.

12. Բաշխման արագություն.

13. Ալիքի արագության կախվածությունը միջավայրի հատկություններից:

14. Հյուգենսի սկզբունքը.

15. Ալիքների արտացոլումը և բեկումը:

16. Ալիքի անդրադարձման օրենքը.

17. Ալիքների բեկման օրենքը.

18. Հարթ ալիքի հավասարում.

19. Ալիքի էներգիան և ուժգնությունը:

20. Սուպերպոզիցիայի սկզբունքը.

21. Համահունչ թրթռումներ.

22. Համահունչ ալիքներ.

23. Ալիքների միջամտություն. ա) միջամտության առավելագույն պայման, բ) միջամտության նվազագույն պայման.

24. Միջամտություն և էներգիայի պահպանման օրենքը.

25. Ալիքների դիֆրակցիա.

26. Հյուգենս-Ֆրենսելի սկզբունքը.

27. Բեւեռացված ալիք.

29. Ձայնի ծավալը.

30. Ձայնի բարձրություն.

31. Ձայնային տեմբր.

32. Ուլտրաձայնային.

33. Ինֆրաձայն.

34. Դոպլերի էֆեկտ.

1.Ալիք -սա տարածության մեջ ցանկացած ֆիզիկական մեծության տատանումների տարածման գործընթացն է։ Օրինակ, ձայնային ալիքները գազերում կամ հեղուկներում ներկայացնում են ճնշման և խտության տատանումների տարածումը այդ միջավայրերում: էլեկտրամագնիսական ալիք- սա էլեկտրական մագնիսական դաշտերի ինտենսիվության տատանումների տարածության մեջ տարածման գործընթացն է:

Էներգիան և իմպուլսը տարածության մեջ կարող են փոխանցվել նյութի փոխանցման միջոցով: Ցանկացած շարժվող մարմին ունի կինետիկ էներգիա: Ուստի նյութի փոխանցման միջոցով այն փոխանցում է կինետիկ էներգիա։ Նույն մարմինը, տաքանալով, շարժվելով տարածության մեջ, փոխանցում է ջերմային էներգիա՝ փոխանցելով նյութ։

Առաձգական միջավայրի մասնիկները փոխկապակցված են: Խանգարումներ, այսինքն. Մեկ մասնիկի հավասարակշռության դիրքից շեղումները փոխանցվում են հարևան մասնիկներին, այսինքն. էներգիան և իմպուլսը փոխանցվում են մեկ մասնիկից հարևան մասնիկներին, մինչդեռ յուրաքանչյուր մասնիկ մնում է իր հավասարակշռության դիրքի մոտ: Այսպիսով, էներգիան և իմպուլսը շղթայի երկայնքով փոխանցվում են մի մասնիկից մյուսը, և նյութի փոխանցում չկա:

Այսպիսով, ալիքային գործընթացը տիեզերքում էներգիայի և իմպուլսի փոխանցման գործընթացն է՝ առանց նյութի փոխանցման։

2. Մեխանիկական ալիք կամ առաձգական ալիքառաձգական միջավայրում տարածվող շեղում (տատանում) է։ Առաձգական միջավայրը, որտեղ մեխանիկական ալիքները տարածվում են, օդը, ջուրը, փայտը, մետաղները և այլ առաձգական նյութեր են: Էլաստիկ ալիքները կոչվում են ձայնային ալիքներ:

3. Մեխանիկական ալիքների աղբյուր- մարմին, որը կատարում է տատանողական շարժում՝ գտնվելով առաձգական միջավայրում, օրինակ՝ թրթռացող թյունինգի պատառաքաղներ, լարեր, ձայնալարեր։

4. Ալիքների կետային աղբյուր -ալիքի աղբյուր, որի չափերը կարելի է անտեսել՝ համեմատած այն տարածության հետ, որով տարածվում է ալիքը։

5. լայնակի ալիք -ալիք, որում միջավայրի մասնիկները տատանվում են ալիքի տարածման ուղղությանը ուղղահայաց ուղղությամբ։ Օրինակ, ջրի մակերեսի ալիքները լայնակի ալիքներ են, քանի որ Ջրի մասնիկների թրթռումները տեղի են ունենում ջրի մակերեսի ուղղությանը ուղղահայաց ուղղությամբ, և ալիքը տարածվում է ջրի մակերևույթի երկայնքով: Լարի երկայնքով տարածվում է լայնակի ալիք, որի մի ծայրը ամրացված է, մյուսը տատանվում է ուղղահայաց հարթության վրա։

Լայնակի ալիքը կարող է տարածվել միայն տարբեր լրատվամիջոցների ոգու միջով:

6. Երկայնական ալիք -ալիք, որում թրթռումները տեղի են ունենում ալիքի տարածման ուղղությամբ։ Երկայնական ալիքը առաջանում է երկար պարուրաձև զսպանակում, եթե դրա ծայրերից մեկը ենթարկվում է աղբյուրի երկայնքով ուղղված պարբերական խանգարումների: Աղբյուրի երկայնքով հոսող առաձգական ալիքը սեղմման և ձգման տարածվող հաջորդականություն է (նկ. 88):

Երկայնական ալիքը կարող է տարածվել միայն առաձգական միջավայրի ներսում, օրինակ՝ օդում, ջրի մեջ։ AT պինդ նյութերիսկ հեղուկներում ինչպես լայնակի, այնպես էլ երկայնական ալիքները կարող են միաժամանակ տարածվել, tk. պինդ մարմինը և հեղուկը միշտ սահմանափակված են մակերեսով` երկու միջավայրերի միջերեսով: Օրինակ, եթե պողպատե ձողը մուրճով հարվածում է ծայրին, ապա դրա մեջ կսկսի տարածվել առաձգական դեֆորմացիա։ Ձողի մակերևույթի երկայնքով կանցնի լայնակի ալիք, և դրա ներսում կտարածվի երկայնական ալիք (միջավայրի սեղմում և հազվադեպացում) (նկ. 89):

7. Ալիքի ճակատ (ալիքի մակերես)նույն փուլերում տատանվող կետերի տեղն է: Ալիքի մակերևույթի վրա ժամանակի դիտարկված պահին տատանվող կետերի փուլերն ունեն նույն արժեքը: Եթե ​​քարը գցում են հանգիստ լիճը, ապա շրջանագծի տեսքով լայնակի ալիքները կսկսեն տարածվել լճի մակերևույթի երկայնքով՝ անկման վայրից, կենտրոնը՝ քարի ընկնելու վայրում։ Այս օրինակում ալիքի ճակատը շրջանագիծ է:

Գնդաձև ալիքում ալիքի ճակատը գունդ է: Նման ալիքները առաջանում են կետային աղբյուրներից:

Աղբյուրից շատ մեծ հեռավորությունների դեպքում ճակատի կորությունը կարող է անտեսվել, իսկ ալիքի ճակատը կարելի է համարել հարթ: Այս դեպքում ալիքը կոչվում է հարթ ալիք:

8. Ճառագայթ - ուղիղգիծը նորմալ է ալիքի մակերեսին: Գնդաձեւ ալիքում ճառագայթներն ուղղվում են գնդերի շառավիղներով կենտրոնից, որտեղ գտնվում է ալիքի աղբյուրը (նկ.90):

Հարթ ալիքում ճառագայթները ուղղահայաց են ճակատի մակերեսին (նկ. 91):

9. Պարբերական ալիքներ.Ալիքների մասին խոսելիս նկատի ունեինք տարածության մեջ տարածվող մեկ շեղում:

Եթե ​​ալիքների աղբյուրը կատարում է շարունակական տատանումներ, ապա միջավայրում առաջանում են առաձգական ալիքներ, որոնք հերթով անցնում են: Նման ալիքները կոչվում են պարբերական:

10. ներդաշնակ ալիք- ներդաշնակ տատանումների արդյունքում առաջացած ալիք: Եթե ​​ալիքի աղբյուրը կատարում է ներդաշնակ տատանումներ, ապա այն առաջացնում է ներդաշնակ ալիքներ՝ ալիքներ, որոնցում մասնիկները տատանվում են ներդաշնակ օրենքի համաձայն:

11. Ալիքի երկարություն.Թող ներդաշնակ ալիքը տարածվի OX առանցքի երկայնքով և տատանվի դրա մեջ OY առանցքի ուղղությամբ: Այս ալիքը լայնակի է և կարող է ներկայացվել որպես սինուսոիդ (նկ.92):

Նման ալիք կարելի է ստանալ՝ լարերի ազատ ծայրի ուղղահայաց հարթությունում թրթռումներ առաջացնելով։

Ալիքի երկարությունը երկու ամենամոտ կետերի միջև եղած հեռավորությունն է: Ա և Բտատանվելով նույն փուլերում (նկ. 92):

12. Ալիքի տարածման արագությունը – ֆիզիկական քանակությունթվայինորեն հավասար է տարածության մեջ տատանումների տարածման արագությանը։ Սկսած Նկ. 92 հետևում է, որ այն ժամանակը, որի ընթացքում տատանումը տարածվում է կետից կետ ԲԱՅՑդեպի կետ AT, այսինքն. ալիքի երկարության հեռավորությամբ, որը հավասար է տատանման ժամանակաշրջանին: Հետևաբար, ալիքի տարածման արագությունը կազմում է

13. Ալիքի տարածման արագության կախվածությունը միջավայրի հատկություններից. Տատանումների հաճախականությունը, երբ առաջանում է ալիք, կախված է միայն ալիքի աղբյուրի հատկություններից և կախված չէ միջավայրի հատկություններից։ Ալիքի տարածման արագությունը կախված է միջավայրի հատկություններից։ Հետևաբար, ալիքի երկարությունը փոխվում է երկու տարբեր լրատվամիջոցների միջև միջերեսը հատելիս: Ալիքի արագությունը կախված է միջավայրի ատոմների և մոլեկուլների միջև կապից։ Հեղուկների և պինդ մարմինների ատոմների և մոլեկուլների միջև կապը շատ ավելի կոշտ է, քան գազերում: Հետևաբար, հեղուկների և պինդ մարմինների մեջ ձայնային ալիքների արագությունը շատ ավելի մեծ է, քան գազերում: Օդում ձայնի արագությունը նորմալ պայմաններում 340 է, ջրում՝ 1500, իսկ պողպատում՝ 6000։

Միջին արագությունը ջերմային շարժումԳազերում մոլեկուլները նվազում են ջերմաստիճանի նվազման հետ և, որպես հետևանք, գազերում ալիքի տարածման արագությունը նվազում է: Ավելի խիտ միջավայրում և, հետևաբար, ավելի իներտ, ալիքի արագությունն ավելի ցածր է: Եթե ​​ձայնը տարածվում է օդում, ապա դրա արագությունը կախված է օդի խտությունից։ Այնտեղ, որտեղ օդի խտությունն ավելի մեծ է, ձայնի արագությունն ավելի ցածր է: Ընդհակառակը, որտեղ օդի խտությունը փոքր է, ձայնի արագությունն ավելի մեծ է։ Արդյունքում, երբ ձայնը տարածվում է, ալիքի ճակատը աղավաղվում է: Ճահճի կամ լճի վրայով, հատկապես ներս երեկոյան ժամջրի գոլորշու պատճառով մակերեսի մոտ օդի խտությունը ավելի մեծ է, քան որոշակի բարձրության վրա: Ուստի ջրի մակերևույթի մոտ ձայնի արագությունը փոքր է, քան որոշակի բարձրության վրա։ Արդյունքում ալիքի ճակատը պտտվում է այնպես, որ վերին մասԱռջևն ավելի ու ավելի թեքվում է դեպի լճի մակերեսը։ Պարզվում է, որ լճի մակերևույթի երկայնքով ընթացող ալիքի էներգիան և լճի մակերեսին անկյան տակ ընթացող ալիքի էներգիան գումարվում են: Հետեւաբար, երեկոյան ձայնը լավ է տարածվում լճի վրա։ Անգամ դիմացի ափին կանգնած հանգիստ խոսակցություն է լսվում։

14. Հյուգենսի սկզբունքը- մակերեսի յուրաքանչյուր կետ, որին ալիքը հասել է տվյալ պահին, երկրորդական ալիքների աղբյուր է: Բոլոր երկրորդական ալիքների ճակատներին շոշափող մակերես գծելով՝ հաջորդ անգամ մենք ստանում ենք ալիքի ճակատը:

Դիտարկենք, օրինակ, մի կետից ջրի մակերևույթի վրա տարածվող ալիքը Օ(նկ.93) Թող ժամանակի պահին տճակատն ուներ շառավղով շրջանագծի ձև Ռկենտրոնացած մի կետի վրա Օ. Ժամանակի հաջորդ պահին յուրաքանչյուր երկրորդական ալիք կունենա ճակատ՝ շառավղով շրջանագծի տեսքով, որտեղ Վալիքի տարածման արագությունն է։ Երկրորդական ալիքների ճակատներին շոշափող մակերես գծելով՝ ժամանակի պահին ստանում ենք ալիքի ճակատը (նկ. 93):

Եթե ​​ալիքը տարածվում է շարունակական միջավայրում, ապա ալիքի ճակատը գնդիկ է։

15. Ալիքների արտացոլումը և բեկումը:Երբ ալիքն ընկնում է երկու տարբեր միջավայրերի միջերեսի վրա, այս մակերևույթի յուրաքանչյուր կետ, Հյուգենսի սկզբունքի համաձայն, դառնում է հատվածի մակերեսի երկու կողմերում տարածվող երկրորդական ալիքների աղբյուր։ Հետևաբար, երկու լրատվամիջոցների միջև միջերեսը հատելիս ալիքը մասամբ արտացոլվում է և մասամբ անցնում այս մակերեսով: Որովհետեւ տարբեր կրիչներ, ապա դրանցում ալիքների արագությունը տարբեր է: Հետևաբար, երկու լրատվամիջոցների միջև միջերեսը հատելիս ալիքի տարածման ուղղությունը փոխվում է, այսինքն. տեղի է ունենում ալիքի կոտրում. Նկատի ունեցեք, որ Հյուգենսի սկզբունքի հիման վրա արտացոլման և բեկման գործընթացն ու օրենքներն ամբողջական են:

16. Ալիքի արտացոլման օրենքը. Թող հարթ ալիքը ընկնի երկու տարբեր լրատվամիջոցների միջև հարթ միջերեսի վրա: Նրա մեջ ընտրենք երկու ճառագայթների միջև ընկած հատվածը և (նկ. 94)

Անկյունը անկման անկյունն է անկման փնջի և միջերեսին ուղղահայաց անկյունը անկման կետում:

Արտացոլման անկյուն - անդրադարձված ճառագայթի և միջերեսին ուղղահայաց անկյունը անկման կետում:

Այն պահին, երբ ճառագայթը հասնում է կետի միջերեսին, այս կետը կդառնա երկրորդական ալիքների աղբյուր: Ալիքի ճակատն այս պահին նշվում է ուղիղ գծի հատվածով AC(նկ.94): Հետևաբար, ճառագայթը դեռ պետք է գնա դեպի միջերես այս պահին, ուղին SW. Թող ճառագայթը ժամանակի ընթացքում անցնի այս ճանապարհը: Միջադեպը և անդրադարձած ճառագայթները տարածվում են միջերեսի միևնույն կողմում, ուստի դրանց արագությունները նույնն են և հավասար v.Հետո .

Ժամանակի ընթացքում երկրորդական ալիքը կետից ԲԱՅՑկգնա ճանապարհով. Հետևաբար. ուղղանկյուն եռանկյուններև հավասար են, քանի որ - ընդհանուր հիպոթենուս և ոտքեր: Եռանկյունների հավասարությունից հետևում է անկյունների հավասարությունը . Բայց նաև, այսինքն. .

Այժմ մենք ձևակերպում ենք ալիքի արտացոլման օրենքը. ընկնող ճառագայթ, անդրադարձված ճառագայթ , երկու կրիչների միջերեսին ուղղահայացը, որը վերականգնվել է անկման կետում, գտնվում է նույն հարթության վրա. անկման անկյունը հավասար է անդրադարձման անկյան.

17. Ալիքի բեկման օրենքը. Թող հարթ ալիքն անցնի երկու կրիչների միջև հարթ միջերեսով: Եվանկման անկյունը տարբերվում է զրոյից (նկ.95):

Ճեղքման անկյունը բեկված ճառագայթի և միջերեսին ուղղահայաց անկյունն է, որը վերականգնվել է անկման կետում:

Նշեք և ալիքի տարածման արագությունները 1 և 2 միջավայրերում: Այն պահին, երբ ճառագայթը հասնում է կետի միջերեսին ԲԱՅՑ, այս կետը կդառնա երկրորդ միջավայրում՝ ճառագայթում տարածվող ալիքների աղբյուր, և ճառագայթը դեռ պետք է անցնի դեպի հատվածի մակերեսը։ Թող լինի այն ժամանակը, որին անհրաժեշտ է ճառագայթը ճանապարհն անցնելու համար SW,ապա . Երկրորդ միջավայրում նույն ժամանակահատվածում ճառագայթը կանցնի ճանապարհով: Որովհետեւ , ապա եւ .

Եռանկյունները և ուղիղ անկյունները ընդհանուր հիպոթենուսով և = , նման են միմյանց ուղղահայաց կողմերով անկյուններին: Անկյունների համար և գրում ենք հետևյալ հավասարումները

.

Հաշվի առնելով, որ , , մենք ստանում ենք

Այժմ մենք ձևակերպում ենք ալիքի բեկման օրենքը. Միջադեպի ճառագայթը, բեկված ճառագայթը և երկու միջավայրերի միջերեսին ուղղահայացը, վերականգնված անկման կետում, գտնվում են նույն հարթության վրա. անկման անկյան սինուսի և բեկման անկյան սինուսի հարաբերությունը հաստատուն արժեք է երկու տվյալ միջավայրի համար և կոչվում է բեկման հարաբերական ինդեքս երկու տվյալ միջավայրի համար։

18. Հարթ ալիքի հավասարում.Միջավայրի մասնիկներ, որոնք գտնվում են հեռավորության վրա Սալիքների աղբյուրից սկսում են տատանվել միայն այն ժամանակ, երբ ալիքը հասնում է դրան: Եթե Վալիքի տարածման արագությունն է, ապա տատանումները կսկսվեն որոշ ժամանակ ուշացումով

Եթե ​​ալիքի աղբյուրը տատանվում է ներդաշնակության օրենքի համաձայն, ապա հեռավորության վրա գտնվող մասնիկի համար Սաղբյուրից մենք գրում ենք տատանումների օրենքը ձևով

.

Ներկայացնենք արժեքը կոչվում է ալիքի համար: Այն ցույց է տալիս, թե քանի ալիքի երկարություն է տեղավորվում հեռավորության վրա միավորներերկարությունը։ Այժմ հեռավորության վրա գտնվող միջավայրի մասնիկի տատանումների օրենքը Սսկզբնաղբյուրից, որը մենք գրում ենք ձևով

.

Այս հավասարումը սահմանում է տատանվող կետի տեղաշարժը որպես ալիքի աղբյուրից ժամանակի և հեռավորության ֆունկցիա և կոչվում է հարթ ալիքի հավասարում։

19. Ալիքի էներգիա և ինտենսիվություն. Յուրաքանչյուր մասնիկ, որին հասել է ալիքը, տատանվում է և հետևաբար ունի էներգիա։ Թող ալիքը տարածվի առաձգական միջավայրի ինչ-որ ծավալով ամպլիտուդով ԲԱՅՑև ցիկլային հաճախականությունը: Սա նշանակում է, որ այս ծավալում տատանումների միջին էներգիան հավասար է

Որտեղ մ-միջավայրի հատկացված ծավալի զանգվածը.

Էներգիայի միջին խտությունը (միջին ծավալի նկատմամբ) ալիքի էներգիան է միջավայրի միավորի ծավալի համար

, որտեղ է միջավայրի խտությունը։

Ալիքի ինտենսիվությունըֆիզիկական մեծություն է, որը թվայինորեն հավասար է էներգիային, որը ալիքը փոխանցում է ժամանակի մեկ միավորի համար հարթության տարածքի միավորի միջով, որը ուղղահայաց է ալիքի տարածման ուղղությանը (ալիքի ճակատի միավորի տարածքով), այսինքն.

.

Ալիքի միջին հզորությունը միջին ընդհանուր էներգիան է, որը փոխանցվում է ալիքով մեկ միավոր ժամանակում մակերես ունեցող մակերեսով Ս. Մենք ստանում ենք միջին ալիքի հզորությունը՝ բազմապատկելով ալիքի ինտենսիվությունը տարածքով Ս

20.Սուպերպոզիցիայի (վերածման) սկզբունքը.Եթե ​​երկու կամ ավելի աղբյուրների ալիքները տարածվում են առաձգական միջավայրում, ապա, ինչպես ցույց են տալիս դիտարկումները, ալիքներն անցնում են մեկը մյուսի միջով` ընդհանրապես չազդելով միմյանց վրա: Այսինքն՝ ալիքները չեն փոխազդում միմյանց հետ։ Սա բացատրվում է նրանով, որ առաձգական դեֆորմացիայի սահմաններում մի ուղղությամբ սեղմումը և լարվածությունը ոչ մի կերպ չեն ազդում այլ ուղղություններով առաձգական հատկությունների վրա:

Այսպիսով, միջավայրի յուրաքանչյուր կետ, որտեղ երկու կամ ավելի ալիքներ են գալիս, մասնակցում է յուրաքանչյուր ալիքի առաջացրած տատանումներին: Այս դեպքում միջավայրի մասնիկի առաջացած տեղաշարժը ցանկացած պահի հավասար է երկրաչափական գումարտեղաշարժեր, որոնք առաջացել են ծալովի տատանողական պրոցեսներից յուրաքանչյուրի հետևանքով: Սա տատանումների սուպերպոզիցիայի կամ սուպերպոզիցիայի սկզբունքի էությունն է։

Տատանումների ավելացման արդյունքը կախված է առաջացող տատանողական պրոցեսների ամպլիտուդից, հաճախականությունից և փուլային տարբերությունից։

21. Համահունչ տատանումներ -տատանումներ նույն հաճախականությամբ և ժամանակի կայուն փուլային տարբերությամբ:

22.համահունչ ալիքներ- միևնույն հաճախականության կամ նույն ալիքի երկարության ալիքները, որոնց փուլային տարբերությունը տարածության տվյալ կետում ժամանակի մեջ մնում է հաստատուն.

23.Ալիքային միջամտություն- առաջացող ալիքի ամպլիտուդության ավելացման կամ նվազման երևույթը, երբ երկու կամ ավելի համահունչ ալիքներ են վերադրվում:

ա) . միջամտության առավելագույն պայմանները.Թող ալիքները երկու համահունչ աղբյուրներից հանդիպեն մի կետում ԲԱՅՑ(նկ.96):

Միջին մասնիկների տեղաշարժերը մի կետում ԲԱՅՑ, յուրաքանչյուր ալիքի պատճառով առանձին-առանձին, մենք գրում ենք ըստ ալիքի հավասարման ձևի

որտեղ և, , - մի կետում ալիքների կողմից առաջացած տատանումների ամպլիտուդները և փուլերը ԲԱՅՑև - կետային հեռավորություններ, - այս հեռավորությունների տարբերությունը կամ ալիքների ընթացքի տարբերությունը:

Ալիքների ընթացքի տարբերության պատճառով երկրորդ ալիքը ուշանում է առաջինի համեմատ։ Սա նշանակում է, որ առաջին ալիքի տատանումների փուլը առաջ է երկրորդ ալիքի տատանումների փուլից, այսինքն. . Նրանց փուլային տարբերությունը ժամանակի ընթացքում մնում է մշտական:

Դեպի կետ ԲԱՅՑմասնիկները, որոնք տատանվում են առավելագույն ամպլիտուդով, երկու ալիքների գագաթները կամ դրանց տախտակները պետք է հասնեն կետին ԲԱՅՑմիաժամանակ նույնական փուլերում կամ փուլային տարբերությամբ, որտեղ n-ամբողջ թիվ, և - սինուսի և կոսինուսի ֆունկցիաների ժամանակաշրջանն է,

Այստեղ, հետևաբար, միջամտության առավելագույն պայմանը կարող է գրվել ձևով

Որտեղ է ամբողջ թիվը:

Այսպիսով, երբ համահունչ ալիքները վերադրվում են, արդյունքում առաջացող տատանումների ամպլիտուդը առավելագույնն է, եթե ալիքների ուղու տարբերությունը հավասար է ալիքի երկարությունների ամբողջ թվին:

բ) Միջամտության նվազագույն պայման. Ստացված տատանման ամպլիտուդը մի կետում ԲԱՅՑնվազագույն է, եթե երկու համահունչ ալիքների գագաթն ու անկումը միաժամանակ հասնեն այս կետին: Սա նշանակում է, որ հարյուր ալիքներ կգան այս կետին հակափուլ, այսինքն. դրանց փուլային տարբերությունը հավասար է կամ , որտեղ ամբողջ թիվ է:

Միջամտության նվազագույն պայմանը ստացվում է հանրահաշվական փոխակերպումներ կատարելով.

Այսպիսով, տատանումների ամպլիտուդը, երբ երկու համահունչ ալիքները միմյանց վրա դրված են, նվազագույն է, եթե ալիքների ուղու տարբերությունը հավասար է կիսաալիքների կենտ թվի:

24. Միջամտություն և էներգիայի պահպանման օրենքը:Երբ ալիքները միջամտում են ինտերֆերենցիայի մինիմումի վայրերում, արդյունքում առաջացող տատանումների էներգիան ավելի քիչ է, քան խանգարող ալիքների էներգիան: Բայց միջամտության առավելագույն տեղերում առաջացող տատանումների էներգիան գերազանցում է միջամտող ալիքների էներգիաների գումարը այնքանով, որքանով էներգիան պակասել է միջամտության մինիմումներում։

Երբ ալիքները խանգարում են, տատանումների էներգիան վերաբաշխվում է տարածության մեջ, սակայն պահպանման օրենքը խստորեն պահպանվում է։

25.Ալիքի դիֆրակցիա- խոչընդոտի շուրջ ալիքի փաթաթման երեւույթը, այսինքն. -ից շեղում ուղղագիծ տարածումալիքներ.

Դիֆրակցիան հատկապես նկատելի է, երբ խոչընդոտի չափը փոքր է կամ համեմատելի է ալիքի երկարությունից: Թող հարթ ալիքի տարածման ճանապարհին տեղադրվի անցք ունեցող էկրան, որի տրամագիծը համեմատելի է ալիքի երկարության հետ (նկ. 97):

Համաձայն Հյուգենսի սկզբունքի՝ անցքի յուրաքանչյուր կետ դառնում է նույն ալիքների աղբյուր։ Անցքի չափն այնքան փոքր է, որ երկրորդական ալիքների բոլոր աղբյուրներն այնքան մոտ են գտնվում միմյանց, որ բոլորը կարելի է համարել մեկ կետ՝ երկրորդական ալիքների մեկ աղբյուր:

Եթե ​​ալիքի ճանապարհին տեղադրվում է խոչընդոտ, որի չափը համեմատելի է ալիքի երկարության հետ, ապա եզրերը, ըստ Հյուգենսի սկզբունքի, դառնում են երկրորդական ալիքների աղբյուր։ Բայց բացվածքի չափն այնքան փոքր է, որ դրա եզրերը կարելի է համընկնող համարել, այսինքն. խոչընդոտն ինքնին երկրորդական ալիքների կետային աղբյուր է (նկ.97):

Դիֆրակցիայի երեւույթը հեշտությամբ նկատվում է, երբ ալիքները տարածվում են ջրի մակերևույթի վրա։ Երբ ալիքը հասնում է բարակ, անշարժ փայտին, այն դառնում է ալիքների աղբյուրը (նկ. 99):

25. Հյուգենս-Ֆրենսելի սկզբունքը.Եթե ​​անցքի չափը զգալիորեն գերազանցում է ալիքի երկարությունը, ապա ալիքը, անցնելով անցքով, տարածվում է ուղիղ գծով (նկ. 100)։

Եթե ​​խոչընդոտի չափը զգալիորեն գերազանցում է ալիքի երկարությունը, ապա խոչընդոտի հետևում ձևավորվում է ստվերային գոտի (նկ. 101): Այս փորձերը հակասում են Հյուգենսի սկզբունքին։ Ֆրանսիացի ֆիզիկոս Ֆրենելը լրացրեց Հյուգենսի սկզբունքը երկրորդական ալիքների համահունչության գաղափարով։ Յուրաքանչյուր կետ, որտեղ հասել է ալիքը, դառնում է նույն ալիքների աղբյուր, այսինքն. երկրորդական համահունչ ալիքներ. Հետևաբար, ալիքները բացակայում են միայն այն վայրերում, որտեղ երկրորդական ալիքների համար բավարար են միջամտության նվազագույնի պայմանները։

26. բևեռացված ալիքլայնակի ալիք է, որի բոլոր մասնիկները տատանվում են նույն հարթության վրա։ Եթե ​​թելքի ազատ ծայրը տատանվում է մեկ հարթության մեջ, ապա թելի երկայնքով տարածվում է հարթ բևեռացված ալիք։ Եթե ​​թելի ազատ ծայրը տատանվում է տարբեր ուղղություններով, ապա թելի երկայնքով տարածվող ալիքը բևեռացված չէ։ Եթե ​​նեղ ճեղքի տեսքով խոչընդոտ է տեղադրվում չբևեռացված ալիքի ճանապարհին, ապա ճեղքով անցնելուց հետո ալիքը դառնում է բևեռացված, քանի որ. բնիկն անցնում է իր երկայնքով առաջացող լարերի տատանումները:

Եթե ​​բևեռացված ալիքի ճանապարհին տեղադրվի առաջինին զուգահեռ երկրորդ բացվածքը, ապա ալիքն ազատորեն կանցնի դրա միջով (նկ. 102):

Եթե ​​երկրորդ բնիկը տեղադրվի առաջինի նկատմամբ ուղիղ անկյան տակ, ապա ալիքը կդադարի տարածվել: Սարքը, որը առանձնացնում է մեկ կոնկրետ հարթությունում տեղի ունեցող թրթռումները, կոչվում է բևեռացնող (առաջին բնիկ): Սարքը, որը որոշում է բևեռացման հարթությունը, կոչվում է անալիզատոր։

27.Ձայն -Սա սեղմումների և նոսրացումների տարածման գործընթաց է առաձգական միջավայրում, օրինակ՝ գազի, հեղուկի կամ մետաղների մեջ: Սեղմումների տարածումը և հազվադեպությունը տեղի է ունենում մոլեկուլների բախման հետևանքով։

28. Ձայնի ծավալըմարդու ականջի թմբկաթաղանթի վրա ձայնային ալիքի ազդեցության ուժն է, որը ձայնային ճնշումից է։

Ձայնային ճնշում - Սա լրացուցիչ ճնշում է, որը տեղի է ունենում գազի կամ հեղուկի մեջ, երբ ձայնային ալիքը տարածվում է:Ձայնային ճնշումը կախված է ձայնի աղբյուրի տատանումների ամպլիտուդից։ Եթե ​​թյունինգի պատառաքաղը թեթեւ հարվածով հնչեցնում ենք, ապա ստանում ենք մեկ ձայն։ Բայց, եթե լարման պատառաքաղն ավելի ուժեղ է հարվածում, ապա նրա տատանումների ամպլիտուդը կմեծանա, և այն ավելի բարձր կհնչի։ Այսպիսով, ձայնի բարձրությունը որոշվում է ձայնի աղբյուրի տատանումների ամպլիտուդով, այսինքն. ձայնային ճնշման տատանումների ամպլիտուդ.

29. Ձայնի բարձրությունորոշվում է տատանումների հաճախականությամբ: Որքան բարձր է ձայնի հաճախականությունը, այնքան բարձր է տոնը:

Ձայնային թրթռումներներդաշնակ օրենքի համաձայն առաջացողներն ընկալվում են որպես երաժշտական ​​հնչերանգ: Սովորաբար ձայնը բարդ ձայն է, որը մոտ հաճախականություններով թրթռումների համակցություն է։

Բարդ ձայնի արմատային տոնայնությունը տվյալ ձայնի հաճախականությունների բազմության ամենացածր հաճախականությանը համապատասխանող հնչերանգն է։ Բարդ ձայնի այլ հաճախականություններին համապատասխան հնչերանգները կոչվում են երանգ:

30. Ձայնային տեմբր. Նույն հիմնական տոնայնությամբ հնչյունները տարբերվում են տեմբրով, որը որոշվում է մի շարք երանգավորումներով:

Յուրաքանչյուր մարդ ունի իր յուրահատուկ տեմբրը: Հետևաբար, մենք միշտ կարող ենք տարբերել մեկ մարդու ձայնը մեկ այլ մարդու ձայնից, նույնիսկ եթե նրանց հիմնարար հնչերանգները նույնն են:

31.Ուլտրաձայնային. Մարդու ականջը ընկալում է ձայներ, որոնց հաճախականությունը 20 Հց-ից 20000 Հց է:

20000 Հց-ից բարձր հաճախականությամբ հնչյունները կոչվում են ուլտրաձայներ: Ուլտրաձայները տարածվում են նեղ ճառագայթների տեսքով և օգտագործվում են սոնարների և թերությունների հայտնաբերման համար: Ուլտրաձայնը կարող է որոշել ծովի հատակի խորությունը և հայտնաբերել տարբեր մասերի թերությունները:

Օրինակ, եթե ռելսը ճաքեր չունի, ապա ռելսի մի ծայրից արձակված ուլտրաձայնը, որը արտացոլվում է նրա մյուս ծայրից, կտա միայն մեկ արձագանք։ Եթե ​​կան ճաքեր, ապա ուլտրաձայնը կարտացոլվի ճաքերից, և գործիքները մի քանի արձագանք կգրանցեն։ Ուլտրաձայնային օգնությամբ հայտնաբերվում են սուզանավեր, ձկների կճղակներ։ ՉղջիկՈւլտրաձայնի օգնությամբ կողմնորոշվում է տարածության մեջ.

32. ինֆրաձայնային- 20 Հց-ից ցածր հաճախականությամբ ձայն: Այս ձայները ընկալվում են որոշ կենդանիների կողմից: Դրանց աղբյուրը հաճախ երկրաշարժերի ժամանակ երկրակեղևի թրթիռներն են:

33. Դոպլերի էֆեկտ- սա ընկալվող ալիքի հաճախականության կախվածությունն է ալիքների աղբյուրի կամ ստացողի շարժումից:

Թող նավակը նստի լճի մակերեսին, և ալիքները որոշակի հաճախականությամբ հարվածեն նրա կողքին: Եթե ​​նավը սկսում է շարժվել ալիքի տարածման ուղղությամբ, ապա նավի կողային մասում ալիքների հարվածների հաճախականությունը ավելի մեծ կլինի: Ավելին, որքան մեծ է նավակի արագությունը, այնքան մեծ է նավի վրա ալիքների ազդեցության հաճախականությունը: Եվ հակառակը, երբ նավը շարժվում է ալիքի տարածման ուղղությամբ, ազդեցությունների հաճախականությունը կնվազի: Այս նկատառումները հեշտ է հասկանալ Նկ. 103.

Որքան մեծ է հանդիպակաց շարժման արագությունը, այնքան քիչ ժամանակ է ծախսվում երկու մոտակա լեռնաշղթաների միջև հեռավորությունն անցնելու վրա, այսինքն. որքան կարճ է ալիքի ժամանակահատվածը և այնքան մեծ է ալիքի հաճախականությունը նավակի համեմատ:

Եթե ​​դիտորդը անշարժ է, բայց ալիքների աղբյուրը շարժվում է, ապա դիտորդի կողմից ընկալվող ալիքի հաճախականությունը կախված է աղբյուրի շարժումից։

Թող մի երաշտ քայլի ծանծաղ լճի երկայնքով դեպի դիտորդը: Ամեն անգամ, երբ նա ոտքը դնում է ջրի մեջ, այդ կետից ալիքներ են ալիքվում: Եվ ամեն անգամ առաջինի և վերջին ալիքներընվազում է, այսինքն. տեղավորել ավելի կարճ հեռավորության վրա ավելինլեռնաշղթաներ և իջվածքներ. Հետևաբար, անշարժ դիտորդի համար, որի ուղղությամբ քայլում է հերոնը, հաճախականությունը մեծանում է: Եվ հակառակը անշարժ դիտորդի համար, ով գտնվում է ավելի մեծ հեռավորության վրա տրամագծորեն հակառակ կետում, կան նույնքան գագաթներ և տաշտակներ: Հետեւաբար, այս դիտորդի համար հաճախականությունը նվազում է (նկ. 104):