기계적 파동이 전달됩니다. 기계적 파동: 소스, 속성, 공식
파도– 탄성 매체에서 진동의 전파 과정.
기계적 파동– 공간에서 전파되고 에너지를 운반하는 기계적 교란.
웨이브 유형:
세로 방향 - 매질의 입자는 모든 탄성 매질에서 파동 전파 방향으로 진동합니다.
엑스
진동 방향
환경의 포인트
횡단 - 유체의 표면에서 매질의 입자가 파동 전파 방향에 수직으로 진동합니다.
엑스
기계적 파동의 유형:
탄성파 - 탄성 변형의 전파;
액체 표면의 파동.
웨이브 특성:
법칙에 따라 A를 진동시키자: 
.
그런 다음 B는 각도만큼 지연되어 진동합니다. 
, 어디 
, 즉.
파동 에너지.
는 한 입자의 총 에너지입니다. 입자가 N이면 어디서 
- 엡실론, V - 볼륨.
엡실론– 파동의 단위 부피당 에너지 – 부피 에너지 밀도.
파동 에너지 플럭스는 특정 표면을 통해 파동이 전달하는 에너지와 이 전달이 수행되는 시간의 비율과 같습니다. 
, 와트; 1와트 = 1J/s.
에너지 플럭스 밀도 - 파동 강도- 단위 면적을 통한 에너지 흐름 - 단면의 단위 면적당 단위 시간당 파동에 의해 전달된 평균 에너지와 동일한 값.
[W/m2]
.
우모프 벡터– 파동 전파의 방향을 나타내는 벡터 I 및 흐름과 동일이 방향에 수직인 단위 면적을 통과하는 파동 에너지:
.
파동의 물리적 특성:
진폭
파장
파도 속도
강함
진동:
파도:
복잡한 진동(이완) - 사인파와 다릅니다.
푸리에 변환- 모든 복잡한 주기 함수는 여러 단순(고조파) 함수의 합으로 나타낼 수 있으며, 그 기간은 복소수 함수 주기의 배수입니다. 이것이 조화 분석입니다. 파서에서 발생합니다. 결과는 복잡한 진동의 고조파 스펙트럼입니다.
하지만
0 
소리 -사람의 귀에 작용하여 청각 감각을 일으키는 진동과 파동.
소리 진동과 파동은 기계적 진동과 파동의 특수한 경우입니다. 소리의 종류:
단순 - 고조파 - 소리굽쇠
복잡한 - 조화 - 연설, 음악
음색- 주기적인 과정인 소리:
복잡한 톤은 단순한 톤으로 분해될 수 있습니다. 이러한 분해의 가장 낮은 주파수는 기본음이고 나머지 고조파(배음)는 2와 같은 주파수를 갖습니다. 
다른. 상대 강도를 나타내는 주파수 세트는 음향 스펙트럼입니다.
소음 -복잡하고 반복되지 않는 시간 의존성(바스락거림, 삐걱거림, 박수)이 있는 소리. 스펙트럼은 연속적입니다.
소리의 물리적 특성:
청력 특성:
키음파의 주파수에 의해 결정됩니다. 주파수가 높을수록 톤이 높아집니다. 더 큰 강도의 소리는 더 낮습니다.
음색– 음향 스펙트럼에 의해 결정됩니다. 톤이 많을수록 스펙트럼이 더 풍부해집니다.
용량- 청각 감각의 수준을 특성화합니다. 소리의 강도와 주파수에 따라 다릅니다. 정신 물리학 Weber-Fechner 법칙: 자극을 증가시키는 경우 기하학적 진행(동일한 횟수로), 이 자극의 느낌은 다음 시간에 증가할 것입니다. 산술 진행(동일한 금액으로).
, 여기서 E는 음량(폰 단위로 측정)입니다. 
- 강도 수준(벨로 측정). 1 bel - 소리 강도의 10배 변화에 해당하는 강도 레벨의 변화 K - 비례 계수는 주파수와 강도에 따라 다릅니다.
소리의 크기와 강도의 관계는 다음과 같습니다. 동일한 음량 곡선, 실험 데이터를 기반으로합니다 (1 kHz의 주파수로 소리를 생성하고 연구중인 소리의 볼륨 감각과 유사한 청각 감각이 생길 때까지 강도를 변경합니다). 강도와 빈도를 알면 배경을 찾을 수 있습니다.
청력 측정- 청력 측정 방법. 악기는 청력계입니다. 결과 곡선은 청력도입니다. 다른 주파수에서 청력 임계값이 결정되고 비교됩니다.
소음 측정기 - 소음 수준 측정.
클리닉에서: 청진 - 청진기 / 폰 내시경. Phonendoscope는 멤브레인과 고무 튜브가 있는 속이 빈 캡슐입니다.
심음 초음파 - 배경 및 심장 잡음의 그래픽 등록.
충격.
초음파– 20kHz 이상에서 최대 20MHz까지의 주파수를 갖는 기계적 진동 및 파동. 초음파 에미터는 압전 효과를 기반으로 하는 전자기계 에미터입니다( 교류전극 사이에 - 석영).
초음파의 파장은 소리의 파장보다 작습니다. 1.4m - 물 속의 소리(1kHz), 1.4mm - 물 속의 초음파(1MHz). 초음파는 뼈-골막-근육의 경계에서 잘 반사됩니다. 기름(공기층)으로 윤활하지 않으면 초음파가 인체에 침투하지 않습니다. 초음파의 전파 속도는 환경에 따라 다릅니다. 물리적 과정: 미세진동, 생체거대분자의 파괴, 생물학적 막의 재구성 및 손상, 열 효과, 세포 및 미생물의 파괴, 캐비테이션. 진료소에서: 진단(뇌파계, 심전도, 초음파), 물리 치료(800kHz), 초음파 메스, 제약 산업, 골합성, 살균.
초저주파– 주파수가 20Hz 미만인 파동. 부작용 - 신체의 공명.
진동. 유익하고 해로운 행동. 마사지. 진동 질환.
도플러 효과– 파동 소스와 관찰자의 상대 운동으로 인해 관찰자(파동 수신기)가 감지하는 파동의 주파수 변화.
사례 1: N이 I에 접근합니다.
사례 2: 그리고 N에게 접근한다.
사례 3: I와 H의 접근 및 거리:
시스템: 초음파 발생기 - 수신기 -는 매체에 대해 움직이지 않습니다. 물체가 움직이고 있습니다. 주파수로 초음파를 수신한다. 
, 반사하여 주파수의 초음파를 수신하는 수신기로 보냅니다. 
. 주파수 차이 - 도플러 주파수 편이:
. 혈류의 속도, 판막의 이동 속도를 결정하는 데 사용됩니다.
파동의 존재는 진동의 근원과 이 파동이 전파되는 물질적 매질 또는 장을 필요로 합니다. 파도는 가장 다양한 성질을 가지고 있지만 유사한 법칙을 따릅니다.
체질상 구별하다:
방해의 방향에 따라 구별하다:
|
종파 -
입자의 변위는 전파 방향을 따라 발생합니다. 압축하는 동안 매체에 탄성력이 있어야 합니다. 어떤 환경에서도 배포할 수 있습니다. 예:음파  |
횡파 -
입자의 변위는 전파 방향에 걸쳐 발생합니다. 탄성 매체에서만 전파될 수 있습니다. 매체에 전단 탄성력이 있어야 합니다. 단단한 매체에서만(그리고 두 매체의 경계에서만) 전파될 수 있습니다. 예:끈의 탄성파, 물 위의 파동
|
시간 의존도의 특성상 구별하다:
탄성파 - 탄성 매체에서 전파되는 기계적 변위(변형). 탄성파라고 한다. 고조파(sinusoidal) 그것에 상응하는 매질의 진동이 고조파인 경우.
흐르는 파도 - 우주에서 에너지를 운반하는 파동.
파도 표면의 모양에 따라 : 평면, 구형, 원통형 파.
파면진동이 도달한 지점의 궤적입니다. 현재 순간시각.
파도 표면- 한 단계에서 진동하는 점의 궤적.
파동 특성
파장 λ - 진동주기와 같은 시간에 파동이 전파되는 거리
파진폭 A - 파동에서 입자의 진동 진폭
파도 속도 v - 매체에서 섭동의 전파 속도
웨이브 기간 T - 진동 주기
파동 주파수 ν - 기간의 역수
진행파 방정식
진행파가 전파되는 동안 매질의 교란은 공간의 다음 지점에 도달하는 반면 파동은 에너지와 운동량을 전달하지만 물질은 전달하지 않습니다(매질의 입자는 공간의 같은 위치에서 계속 진동함).
어디 V-속도 , φ 0 - 초기 단계 , ω – 주기적 주파수 , ㅏ– 진폭
기계적 파동의 속성
1. 파도 반사 – 모든 근원의 기계적 파동은 두 매체 사이의 경계면에서 반사될 수 있습니다. 매질에서 전파되는 기계적 파동이 경로에서 장애물을 만나면 행동의 특성을 극적으로 바꿀 수 있습니다. 예를 들어 서로 다른 두 미디어 사이의 인터페이스에서 기계적 성질파동은 부분적으로 반사되고 부분적으로 두 번째 매질로 침투합니다.
2. 파동의 굴절 – 기계적 파동이 전파되는 동안 굴절 현상을 관찰할 수도 있습니다. 즉, 한 매체에서 다른 매체로 전환하는 동안 기계적 파동의 전파 방향이 변경됩니다.
3. 파동 회절 – 웨이브 편차 직선 전파즉, 장애물 주위를 구부립니다.
4. 파동 간섭 – 두 개의 파도 추가. 여러 개의 파동이 전파되는 공간에서 간섭으로 인해 진동 진폭의 최소값과 최대값이 있는 영역이 나타납니다.
기계적 파동의 간섭 및 회절.
고무줄이나 끈을 따라 흐르는 파도는 고정된 끝에서 반사됩니다. 이것은 반대 방향으로 진행하는 파동을 생성합니다.
파동이 중첩되면 간섭 현상이 관찰될 수 있습니다. 간섭 현상은 간섭파가 중첩될 때 발생합니다.
일관된 ~라고 불리는파도동일한 주파수, 일정한 위상차를 가지며 동일한 평면에서 진동이 발생합니다.
간섭 진동의 상호 증폭 및 약화의 시간 상수 현상이라고 다른 점일관된 파동의 중첩 결과로 매체.
파동 중첩의 결과는 진동이 서로 중첩되는 위상에 따라 다릅니다.
소스 A와 B의 파동이 동일한 위상으로 점 C에 도달하면 진동이 증가합니다. 반대 위상에 있으면 진동이 약해집니다. 결과적으로 공간에서 강화 및 약화 진동 영역이 교대하는 안정적인 패턴이 형성됩니다.
최대 및 최소 조건
점 A와 B의 진동이 위상이 일치하고 동일한 진폭을 갖는다면 점 C에서의 결과적인 변위는 두 파동의 경로 사이의 차이에 의존한다는 것이 분명합니다.
최대 조건
이들 파동의 경로 차이가 파동의 정수(즉, 반파의 짝수)인 경우 Δd = kλ , 어디 케이= 0, 1, 2, ...이면 이러한 파동이 중첩되는 지점에서 최대 간섭이 형성됩니다.
최대 조건
: 
A = 2x0.
최소 조건
이 파동의 경로차가 홀수 반파동과 같으면 점 A와 B의 파동이 역위상으로 점 C에 와서 서로 상쇄된다는 의미입니다.
최소 조건:
결과 진동의 진폭 A = 0.
Δd가 반파의 정수와 같지 않으면 0< А < 2х 0 .
파동의 회절.
직선 전파에서 벗어나 파도에 의해 장애물이 반올림되는 현상을회절.
파장(λ)과 장애물의 크기(L) 사이의 관계는 파동의 거동을 결정합니다. 입사 파장의 경우 회절이 가장 두드러집니다. 더 많은 크기장애물. 실험에 따르면 회절은 항상 존재하지만 다음 조건에서 눈에 띄게 나타납니다. 디<<λ , 여기서 d는 장애물의 크기입니다.
회절은 항상 발생하는 모든 자연 파동의 공통 속성이지만 관찰 조건이 다릅니다.
수면의 파도는 충분히 큰 장애물을 향해 전파되며 그 뒤에 그림자가 형성됩니다. 파동 과정은 관찰되지 않습니다. 이 속성은 항구의 방파제 건설에 사용됩니다. 장애물의 크기가 파장과 비슷하면 장애물 뒤에 파도가 있습니다. 그 뒤에는 장애물이 전혀 없는 것처럼 파도가 전파됩니다. 파동 회절이 관찰된다.
회절 현상의 예 . 집 모퉁이에서 들리는 시끄러운 대화, 숲의 소리, 수면의 파도.
정상파
정상파 주파수와 진폭이 같은 경우 직접파와 반사파를 더하여 생성됩니다.
양쪽 끝이 고정된 현에서는 복잡한 진동이 발생하는데, 이는 중첩의 결과로 간주될 수 있습니다( 중첩) 반대 방향으로 전파하고 끝에서 반사와 재반사를 경험하는 두 개의 파동. 양쪽 끝에 고정된 현의 진동은 모든 현악기의 소리를 만듭니다. 오르간 파이프를 비롯한 관악기의 소리에서도 매우 유사한 현상이 발생합니다.
현 진동. 양쪽 끝에 고정된 늘어진 현에서 횡방향 진동이 들릴 때, 정상파 , 매듭은 끈이 고정된 위치에 있어야 합니다. 따라서 문자열은 다음과 같이 흥분됩니다. 눈에 띄는 강도 그러한 진동만이 그 파장의 절반이 스트링의 길이에 정수 번 맞는 것입니다.
이것은 조건을 의미합니다 
파장은 주파수에 해당합니다. 
n = 1, 2, 3...주파수 VN ~라고 불리는 고유진동수 문자열.
주파수에 따른 고조파 진동 VN ~라고 불리는 자체 또는 정상 진동 . 고조파라고도 합니다. 일반적으로 현의 진동은 서로 다른 고조파의 중첩입니다.
정상파 방정식 :
좌표가 조건을 만족하는 점에서 
(N= 1, 2, 3, ...), 총 진폭은 최대값과 같습니다. 안티노드
정상파. 안티노드 좌표
: 
좌표가 조건을 만족하는 점에서
(N= 0, 1, 2,…), 총 진동 진폭은 0과 같습니다. – 이것 노드정상파. 노드 좌표: 
정상파의 형성은 진행파와 반사파가 간섭할 때 관찰됩니다. 파동이 반사되는 경계에서 반사가 발생하는 매질의 밀도가 낮으면(a) 반대극을 얻고 밀도가 높으면(b) 매듭을 얻습니다.
우리가 고려한다면 여행 파도 , 다음 전파 방향으로 에너지가 전달된다진동 운동. 언제 같은 에너지 전달의 정상파가 없다 , 왜냐하면 같은 진폭의 입사파와 반사파는 반대 방향으로 같은 에너지를 전달합니다.
예를 들어, 정재파는 횡방향 진동이 여기될 때 양쪽 끝이 늘어진 끈에서 발생합니다. 또한 고정 장소에는 정상파의 노드가 있습니다.
한쪽 끝이 열려 있는 기주(음파)에 정재파가 발생하면 열린 쪽 끝에 안티노드가 형성되고 반대쪽 끝에 매듭이 형성됩니다.
웨이브 프로세스- 물질의 이동 없이 에너지가 전달되는 과정.
기계적 파동- 탄성 매체에서 전파되는 섭동.
탄성 매체의 존재는 기계적 파동의 전파에 필요한 조건입니다.
매질에서 에너지와 운동량의 전달은 매질의 인접한 입자 사이의 상호 작용의 결과로 발생합니다.
파도는 세로 및 가로입니다.
종방향 기계적 파동 - 매질 입자의 이동이 파동 전파 방향으로 발생하는 파동. 횡방향 기계적 파동 - 매질의 입자가 파동 전파 방향에 수직으로 움직이는 파동.
종파는 모든 매체에서 전파될 수 있습니다. 횡파는 기체와 액체에서 발생하지 않는다.
입자의 고정된 위치는 없습니다.
주기적인 외부 작용은 주기적인 파동을 일으킵니다.
고조파- 매질 입자의 고조파 진동에 의해 생성되는 파동.
파장- 소스의 진동 기간 동안 파동이 전파되는 거리:
기계적 파동 속도- 매체에서 섭동 전파의 속도. 편광은 매질에서 입자의 진동 방향의 순서입니다.
편광면- 매질의 입자가 파동에서 진동하는 평면. 선형 편파 기계적 파동은 입자가 특정 방향(선)을 따라 진동하는 파동입니다.
편광판- 특정 극성의 파동을 방출하는 장치.
정상파- 주기, 진폭, 편파가 같은 2개의 고조파가 중첩되어 형성되는 파동.
정상파의 안티노드- 진동의 최대 진폭이 있는 점의 위치.
정상파의 매듭- 진동 진폭이 0인 파도의 움직이지 않는 점.
끝에 고정된 끈의 길이 l에 가로 정상파의 정수 n 반파가 적합합니다.
이러한 파동을 진동 모드라고 합니다.
임의의 정수 n > 1에 대한 진동 모드를 n차 고조파 또는 n차 배음이라고 합니다. n = 1에 대한 발진 모드를 1차 고조파 또는 기본 발진 모드라고 합니다. 음파- 사람에게 청각 감각을 일으키는 매체의 탄성파.
음파에 해당하는 진동의 주파수는 16Hz에서 20kHz 범위에 있습니다.
음파의 전파 속도는 입자 간의 상호 작용 전달 속도에 의해 결정됩니다. 고체 v p의 음속은 일반적으로 액체 v l의 음속보다 빠르며, 이는 차례로 기체 v g의 음속을 초과합니다.
소리 신호는 음높이, 음색 및 크기로 분류됩니다. 소리의 높낮이는 소리 진동 소스의 주파수에 의해 결정됩니다. 진동 주파수가 높을수록 소리가 높아집니다. 낮은 주파수의 진동은 낮은 소리에 해당합니다. 소리의 음색은 소리의 진동 형태에 의해 결정됩니다. 동일한 주기를 갖는 진동의 모양의 차이는 기본 모드 및 배음의 다른 상대 진폭과 연관됩니다. 사운드 볼륨은 사운드 강도의 수준으로 특징지어집니다. 사운드 강도 - 1 m 2 in 1 s의 영역에 입사하는 음파의 에너지.
파도. 파도의 일반적인 속성.파도 - 이것은 에너지를 운반하는 물리량의 변화(섭동)가 시간에 따라 공간적으로 전파되는 현상입니다.
파동의 성질에 관계없이 에너지의 이동은 물질의 이동 없이 발생합니다. 후자는 부작용으로 만 발생할 수 있습니다. 에너지 전달- "국부적인" 에너지 변환만 발생하는 파동과 진동의 근본적인 차이. 일반적으로 파도는 원래 위치에서 상당한 거리를 이동할 수 있습니다. 이러한 이유로 파도는 때때로 " 이미터에서 분리된 진동».
파도는 분류될 수 있습니다
본질적으로:
탄력 있는 파도 -탄성력의 작용으로 인해 액체, 고체 및 기체 매체에서 전파되는 파동.
전자파- 공간에서 전파되는 전자기장의 섭동(상태 변화).
액체 표면의 파동- 액체와 기체 또는 액체와 액체의 경계면에서 발생하는 다양한 파동의 통칭. 물 위의 파동은 진동의 기본 메커니즘(모세관, 중력 등)이 다르므로 분산 법칙이 달라지고 결과적으로 이러한 파동의 거동이 달라집니다.
매질 입자의 진동 방향과 관련하여:
종파 -매질의 입자가 진동한다 평행한파동 전파 방향으로(예를 들어, 소리 전파의 경우와 같이).
횡파 -매질의 입자가 진동한다 수직파동 전파 방향(전자파, 매체 분리 표면의 파동).
a - 가로; b - 세로.
혼합 파도.
파면의 기하학에 따르면:
파면(파면)은 섭동이 주어진 시간에 도달한 지점의 궤적입니다. 균질한 등방성 매질에서 파동의 전파 속도는 모든 방향에서 동일하며, 이는 전면의 모든 점이 동일한 위상으로 진동하고, 전면은 파동의 전파 방향에 수직이며, 진동의 값은 전면의 모든 지점에서 수량은 동일합니다.
평평한파동 - 위상 평면은 파동 전파 방향에 수직이고 서로 평행합니다.
구의파동 - 동일한 위상의 표면은 구입니다.
원통형웨이브 - 위상의 표면은 실린더와 비슷합니다.
나선파동 - 방사 과정에서 구형 또는 원통형 소스 / 소스가 특정 닫힌 곡선을 따라 움직이는 경우 형성됩니다.
평면파
파동의 표면이 서로 평행하고 파동의 위상 속도에 수직인 경우 파동은 평면이라고 합니다. = f(x, t)).
X축을 따라 감쇠되지 않고 균일한 매질에서 전파되는 평면 단색(단일 주파수) 사인파를 고려합시다.
,어디
파동의 위상속도는 파면(전면)의 속도이고,
- 파동 진폭 - 평형 위치에서 변화하는 값의 최대 편차 모듈,
– 순환 주파수, T – 진동 주기, – 파동 주파수(진동과 유사)
k - 파수, 공간 주파수의 의미를 가지며,
파동의 또 다른 특징은 파장 m인데, 이것은 한 진동주기 동안 파동이 전파되는 거리이며, 공간주기의 의미를 가지며, 이것은 한 위상에서 진동하는 점들 사이의 최단 거리이다. 
와이 
파장은 시간 관계와 유사한 관계에 의해 파수와 관련됩니다.
파수는 주기적 주파수 및 파동 전파 속도와 관련이 있습니다.
엑스
와이
와이 
그림은 오실로그램(a)과 파동의 스냅샷(b)을 시간과 공간 주기로 표시한 것입니다. 정지 진동과 달리 파동은 시간적 주기성과 공간적 주기성의 두 가지 주요 특성을 가지고 있습니다.
파도의 일반적인 속성:
파도는 에너지를 운반합니다.
2. 파도는 몸에 압력을 가합니다(운동량을 가짐).
3. 매질에서 파동의 속도는 파동의 주파수-분산에 따라 달라지므로 동일한 매질에서 서로 다른 주파수의 파동이 서로 다른 속도(위상 속도)로 전파됩니다. 
4. 파도는 장애물 주위로 휘어집니다 - 회절.
장애물의 크기가 파장과 비슷할 때 회절이 발생합니다.
5. 두 매질 사이의 경계면에서 파동이 반사되고 굴절됩니다.
입사각은 반사각과 같으며 입사각 사인 대 굴절각 사인의 비율은 이 두 매질에 대해 일정한 값입니다.
6. 간섭파가 중첩되면(어떤 지점에서든 이러한 파동의 위상차는 시간적으로 일정함) 간섭합니다. 즉, 간섭의 최소값과 최대값의 안정적인 패턴이 형성됩니다. 
파동과 파동을 여기시키는 소스는 파동의 위상차가 시간에 의존하지 않는 경우 간섭성(coherent)이라고 합니다. 파동과 파동을 여기시키는 소스는 파동의 위상차가 시간에 따라 변하는 경우 비간섭성이라고 합니다.
동일한 방향으로 진동이 발생하는 동일한 주파수의 파동(즉, 간섭성 파동)만 간섭할 수 있습니다. 간섭은 고정적이거나 고정적이지 않을 수 있습니다. 일관된 파동만이 정지 간섭 패턴을 줄 수 있습니다. 예를 들어, 물 표면에 있는 두 개의 구형파는 2개의 일관된 점 소스에서 전파되며 간섭 시 결과적인 파동을 생성합니다. 결과 파도의 전면은 구가 될 것입니다.
파도가 간섭하면 에너지가 합산되지 않습니다. 파동의 간섭은 매질의 밀접하게 배치된 다양한 입자 사이의 진동 에너지를 재분배합니다. 이것은 평균적으로 넓은 공간 영역에서 결과 파동의 에너지가 간섭 파동의 에너지 합과 같기 때문에 에너지 보존 법칙과 모순되지 않습니다.
비간섭파가 중첩될 때 결과 파형의 제곱 진폭의 평균값은 중첩된 파동의 제곱 진폭의 합과 같습니다. 매질의 각 지점에서 발생하는 진동의 에너지는 모든 비간섭성 파동으로 인해 진동 에너지의 합과 같습니다.
7. 파동은 매질에 흡수됩니다. 소스로부터의 거리에 따라 파동의 에너지가 매체로 부분적으로 전달되기 때문에 파동의 진폭이 감소합니다.
8. 파도는 불균일한 매질에 흩어져 있습니다.
산란 - 매질의 불균일성과 이 매질에 배치된 산란 물체로 인한 파동장의 섭동. 산란 강도는 불균일성의 크기와 파동의 주파수에 따라 다릅니다.
기계적 파동. 소리. 사운드 특성 .
파도- 우주에서 전파되는 섭동.
파도의 일반적인 속성:
에너지를 나르다;
추진력이 있다(몸에 압력을 가하다);
두 매체의 경계에서 반사되고 굴절됩니다.
환경에 의해 흡수됨;
회절;
간섭;
분산;
파도의 속도는 파도가 통과하는 매질에 따라 다릅니다.
기계적(탄성) 파동.
기계적 파동의 특별한 경우 - 액체 표면의 파동, 액체의 자유 표면을 따라 또는 섞이지 않는 두 액체 사이의 경계면에서 발생하고 전파하는 파동. 그들은 외부 영향의 영향으로 형성되어 액체 표면이 평형 상태에서 제거됩니다. 이 경우 균형을 복원하는 힘, 즉 표면 장력과 중력이 발생합니다.
기계적 파동에는 두 가지 유형이 있습니다.
인장 및 압축 변형을 수반하는 종파는 기체, 액체 및 고체와 같은 탄성 매체에서 전파될 수 있습니다. 횡파는 전단 변형 동안 탄성력이 나타나는 매체, 즉 고체에서 전파됩니다.
실습에 대한 상당한 관심은 단순 조화파 또는 사인파입니다. 평면 사인파 방정식은 다음과 같습니다.
- 이른바 파수 ,
– 원형 주파수 ,
하지만 - 입자 진동 진폭.
그림은 t 및 t + Δt의 두 시점에서 횡파의 "스냅샷"을 보여줍니다. 시간 Δt 동안 파동은 OX 축을 따라 거리 υΔt만큼 이동했습니다. 이러한 파동을 진행파라고 합니다.
파장 λ는 동일한 위상에서 진동하는 OX 축의 두 인접 지점 사이의 거리입니다. 파장 λ와 같은 거리에서 파동은 기간 T에 걸쳐 진행되므로,
λ = υT, 여기서 υ는 파동 전파 속도입니다.
파동 과정의 그래프에서 선택된 점(예: 점 A의 경우)에 대해 이 점의 x 좌표는 시간 t에 따라 변하고 식의 값은 ωt – kx변하지 않는다. 시간 간격 Δt 후에 점 A는 OX 축을 따라 특정 거리 Δx = υΔt만큼 이동할 것입니다. 따라서: ωt – kx = ω(t + Δt) – k(x + Δx) = 상수또는 ωΔt = kΔx.
이것은 다음을 의미합니다.
따라서 진행하는 정현파는 시간과 공간에서 이중 주기성을 갖습니다. 시간 주기는 매질 입자의 진동 주기 T와 같고, 공간 주기는 파장 λ와 같습니다. 파수는 원형 주파수의 공간 아날로그입니다.
소리.
모든 진동 과정은 방정식으로 설명됩니다. 또한 소리 진동에 대해서도 파생되었습니다.
음파의 기본 특성
|
소리에 대한 주관적인 인식 (볼륨, 피치, 음색) |
소리의 객관적인 물리적 특성 (속도, 강도, 스펙트럼) |
모든 기체 매체에서 음속은 다음 공식으로 계산됩니다.
β - 매체의 단열 압축성,
ρ - 밀도.
소리 적용
수중에서 사용되는 소나는 소나 또는 소나라고 합니다. 수중 음파 탐지기는 해저(해저 프로파일, 깊이) 연구, 수심 깊숙이 이동하는 다양한 물체를 탐지 및 연구하는 데 필수적입니다. 그들의 도움으로 작은 물고기나 연체 동물의 무리뿐만 아니라 개별적인 큰 물체나 동물 모두를 쉽게 감지할 수 있습니다.
초음파 주파수의 파동은 진단 목적으로 의학에서 널리 사용됩니다. 초음파 스캐너를 사용하면 사람의 내부 장기를 검사할 수 있습니다. 초음파 방사선은 엑스레이보다 인체에 덜 해롭습니다.
전자파.
그들의 속성.
전자기파 시간이 지남에 따라 공간에서 전파되는 전자기장입니다.
전자기파는 빠르게 움직이는 전하에 의해서만 여기될 수 있습니다.
전자기파의 존재는 1864년 영국의 위대한 물리학자 J. Maxwell에 의해 이론적으로 예측되었습니다. 그는 패러데이의 전자기 유도 법칙에 대한 새로운 해석을 제안하고 그의 아이디어를 더욱 발전시켰습니다.
자기장의 모든 변화는 주변 공간에 소용돌이 전기장을 생성하고, 시변 전기장은 주변 공간에서 자기장을 생성합니다.
그림 1. 교류 전기장은 교류 자기장을 생성하고 그 반대도 마찬가지입니다.
Maxwell의 이론에 기초한 전자기파의 특성:
전자파 횡축 - 벡터 및 서로 수직이고 전파 방향에 수직인 평면에 놓여 있습니다.
그림 2. 전자파의 전파
진행파의 전기장과 자기장은 한 단계에서 변화합니다.
진행하는 전자기파의 벡터는 벡터의 소위 오른쪽 삼중항을 형성합니다.
벡터의 진동은 위상이 동일하게 발생합니다. 동일한 시간에 공간의 한 지점에서 전기장 및 자기장의 강도 투영은 최대, 최소 또는 0에 도달합니다.
전자기파는 물질과 함께 전파됩니다. 최종 속도
어디서 - 매체의 유전 및 투자율(매체에서 전자기파의 전파 속도는 매체에 따라 다름),
전기 및 자기 상수.
진공에서 전자기파의 속도
전자기 에너지의 자속 밀도
또는강함
제이
단위 면적의 표면을 통해 단위 시간당 파동에 의해 운반되는 전자기 에너지:
,
여기에서 , 및 υ에 대한 식을 대입하고 전자기파에서 전기장과 자기장의 체적 에너지 밀도의 평등을 고려하면 다음을 얻을 수 있습니다.
전자기파는 편광될 수 있습니다.
마찬가지로 전자파 파동의 모든 기본 속성을 가지고 있습니다. : 그들은 에너지를 운반하고 운동량을 가지며 두 매질 사이의 경계면에서 반사 및 굴절되어 매질에 흡수되어 분산, 회절 및 간섭의 특성을 나타냅니다.
Hertz 실험(전자파의 실험적 검출)
처음으로 전자파를 실험적으로 연구했습니다.
1888년 헤르츠. 그는 전자기 발진기(Hertz vibrator)의 성공적인 설계와 공진법에 의한 검출 방법을 개발했습니다.
진동기는 두 개의 선형 도체로 구성되었으며 끝 부분에는 스파크 갭을 형성하는 금속 볼이 있습니다. 인덕션에서 도체까지 고전압을 인가하면 그 틈에서 스파크가 튀어나와 틈을 단락시켰다. 연소하는 동안 회로에서 많은 진동이 발생했습니다. 수신기(공진기)는 스파크 갭이 있는 와이어로 구성됩니다. 공진의 존재는 진동기에서 발생하는 스파크에 대한 응답으로 공진기의 스파크 갭에 스파크가 나타나는 것으로 표현되었습니다.
따라서 Hertz의 실험은 Maxwell 이론의 견고한 토대를 제공했습니다. Maxwell이 예측한 전자파는 실제로 실현된 것으로 나타났습니다.
무선 통신의 원리
무선 통신 전파를 이용한 정보의 송수신.
1896년 3월 24일 러시아 물리 및 화학 학회의 물리학과 회의에서 Popov는 자신의 장비를 사용하여 250m 거리에서 신호 전송을 명확하게 시연하여 세계 최초의 2단어 방사선 사진 "하인리히"를 전송했습니다. 헤르츠".
수신기 A.S. POPOV의 계획
Popov는 무선 전신 통신(다른 기간의 신호 전송)을 사용했으며 이러한 통신은 코드를 통해서만 수행할 수 있습니다. Hertz 진동기가있는 스파크 송신기는 전파의 소스로 사용되었고 coherer는 수신기 역할을했으며 전자파가 부딪힐 때 저항이 수백 번 떨어지는 금속 조각이있는 유리관입니다. 코히어러의 감도를 높이기 위해 한쪽 끝을 접지하고 다른 쪽 끝을 지구 위로 올려진 전선에 연결했는데 안테나의 전체 길이는 파장의 4분의 1입니다. 스파크 송신기 신호는 빠르게 감쇠하며 장거리 전송이 불가능합니다.
무선 전화 통신(음성 및 음악)은 고주파 변조 신호를 사용합니다. 저주파(음향) 신호는 정보를 전달하지만 실제로는 방출되지 않으며 고주파 신호는 잘 방출되지만 정보를 전달하지 않습니다. 변조는 무선 전화 통신에 사용됩니다.
조정 - HF와 LF 신호의 매개변수 간의 대응 관계를 설정하는 프로세스.
무선 공학에서는 진폭, 주파수, 위상과 같은 여러 유형의 변조가 사용됩니다.
진폭 변조 - 진동 자체의 주파수보다 훨씬 낮은 주파수에서 발생하는 진동 진폭의 변화(전기적, 기계적 등).
고주파 고조파 발진 ω은 저주파 고조파 발진 Ω(τ = 1/Ω은 주기)에 의해 진폭이 변조되고, t는 시간, A는 고주파 발진의 진폭, T는 주기입니다.
AM 신호를 이용한 무선 통신 방식
AM 오실레이터
RF 신호의 진폭은 LF 신호의 진폭에 따라 변하고 변조된 신호는 송신 안테나에서 방출됩니다.
무선 수신기에서 수신 안테나는 전파를 포착하고 발진 회로에서는 공진으로 인해 회로가 튜닝되는 신호(송신국의 반송 주파수)가 선택되고 증폭된 다음 저주파 성분 신호를 선택해야 합니다.
탐지기 라디오
발각 - 고주파 신호를 저주파 신호로 변환하는 과정. 감지 후 수신된 신호는 송신기 마이크에 작용한 사운드 신호에 해당합니다. 증폭 후 저주파 진동은 소리로 바뀔 수 있습니다.
검출기(복조기)
다이오드는 교류를 정류하는 데 사용됩니다
a) AM 신호, b) 감지된 신호
레이더
전파를 사용하여 물체의 위치와 이동 속도를 감지하고 정밀하게 결정하는 것을 레이더 . 레이더의 원리는 금속에서 나오는 전자파가 반사되는 성질을 기반으로 합니다.
1 - 회전 안테나; 2 - 안테나 스위치; 3 - 송신기; 4 - 수신기; 5 - 스캐너; 6 - 거리 표시기; 7 - 방향 표시기.
레이더의 경우 고주파 전파 (VHF)가 사용되며 방향성 빔이 쉽게 형성되고 방사 전력이 높습니다. 미터 및 데시미터 범위 - 진동기의 격자 시스템, 센티미터 및 밀리미터 범위 - 포물선 이미 터. 위치는 연속(목표물 감지) 및 펄스(물체의 속도 결정) 모드로 수행할 수 있습니다.
레이더 적용 분야:
항공, 우주 비행, 해군: 날씨와 시간에 관계없이 선박의 교통 안전, 충돌 방지, 이륙 안전 등 항공기 착륙.
전쟁: 적의 항공기 또는 미사일을 적시에 탐지하고 대공포 사격을 자동으로 조정합니다.
행성 레이더: 거리 측정, 궤도 매개변수 지정, 회전 주기 결정, 표면 지형 관찰. 구소련 (1961) - 금성, 수성, 화성, 목성의 레이더. 미국과 헝가리에서(1946) - 달 표면에서 반사된 신호를 수신하는 실험.
통신 방식은 기본적으로 무선 통신 방식과 일치합니다. 차이점은 음성 신호 외에 영상 및 제어 신호(라인 변경 및 프레임 변경)를 전송하여 송신기와 수신기의 작동을 동기화한다는 것입니다. 송신기에서 이러한 신호는 변조 및 전송되고 수신기에서는 안테나에 의해 포착되어 처리를 위해 각각 고유한 경로를 따릅니다.
iconoscope를 사용하여 이미지를 전자기 진동으로 변환하는 가능한 방식 중 하나를 고려하십시오.
광학 시스템의 도움으로 이미지가 모자이크 화면에 투영되고 광전 효과로 인해 화면 셀이 다른 양전하를 얻습니다. 전자총은 화면을 가로질러 이동하는 전자빔을 생성하여 양전하를 띤 세포를 방출합니다. 각 셀은 커패시터이기 때문에 전하의 변화는 전압 변화(전자기 진동)로 이어집니다. 그런 다음 신호가 증폭되어 변조 장치에 공급됩니다. 키네스코프에서 비디오 신호는 다시 이미지로 변환됩니다(키네스코프의 작동 원리에 따라 다른 방식으로).
텔레비전 신호는 라디오보다 훨씬 더 많은 정보를 전달하기 때문에 작업은 고주파수(미터, 데시미터)에서 수행됩니다.
전파의 전파.
전파 -(10 4
이 범위의 각 섹션은 장점을 가장 잘 사용할 수 있는 곳에 적용됩니다. 다른 범위의 전파는 다른 거리에서 전파됩니다. 전파의 전파는 대기의 특성에 따라 달라집니다. 지구 표면, 대류권 및 전리층도 전파 전파에 강한 영향을 미칩니다.
전파의 전파- 이것은 한 곳에서 다른 곳으로, 특히 송신기에서 수신기로 공간에서 무선 범위의 전자기 진동을 전송하는 프로세스입니다.
다른 주파수의 파동은 다르게 동작합니다. 장파, 중파, 단파 및 초단파 전파의 특징을 더 자세히 살펴 보겠습니다.
장파의 전파.
장파(>1000m) 전파:
지구 구면의 회절로 인해 최대 1-2,000km의 거리에서. 돌아다닐 수 있다 지구(그림 1). 그런 다음 반사되지 않고 구형 도파관의 안내 작용으로 인해 전파가 발생합니다.
쌀. 하나 연결 품질:
수신 안정성. 수신 품질은 시간, 연도, 기상 조건에 좌우되지 않습니다.
단점:
지구 표면으로 전파되는 파동의 강한 흡수로 인해 대형 안테나와 강력한 송신기가 필요합니다.
대기 방전(번개)이 간섭합니다.
용법:
범위는 무선 방송, 무선 전신, 무선 항법 서비스 및 잠수함과의 통신에 사용됩니다.
정확한 시간 신호와 기상 보고를 전송하는 소수의 라디오 방송국이 있습니다.
중파( =100..1000m) 전파:
긴 파도처럼, 그들은 지표면 주위를 구부릴 수 있습니다.
단파와 마찬가지로 전리층에서 반복적으로 반사될 수도 있습니다.
연결 품질:
짧은 통신 범위. 중파 방송국은 천 킬로미터 내에서 들을 수 있습니다. 그러나 높은 수준의 대기 및 산업 간섭이 있습니다.
공식 및 아마추어 통신뿐만 아니라 주로 방송용으로 사용됩니다.
단파(=10..100m) 전파:
전리층과 지표면에서 반복적으로 반사(Fig. 2)
연결 품질:
단파에서의 수신 품질은 태양 활동 수준, 연중 시간 및 시간과 관련된 전리층의 다양한 과정에 크게 좌우됩니다. 고출력 송신기가 필요하지 않습니다. 지상국과 우주선 사이의 통신에는 전리층을 통과하지 않기 때문에 부적합합니다.
용법:
장거리 통신용. 텔레비전, 라디오 방송 및 움직이는 물체와의 라디오 통신용. 부서별 전신 및 전화 라디오 방송국이 있습니다. 이 범위는 가장 "밀집된" 범위입니다.
초단파(
때로는 구름, 지구의 인공위성, 심지어 달에서도 반사될 수 있습니다. 이 경우 통신 범위가 약간 늘어날 수 있습니다.
초단파의 수신은 가청의 불변성, 페이딩의 부재 및 다양한 간섭의 감소가 특징입니다.
이 파동의 통신은 시선의 거리에서만 가능합니다. 엘(그림 7).
초단파는 수평선 너머로 전파되지 않기 때문에 많은 중간 송신기인 중계기를 구축해야 합니다.
연발총- 무선 통신 라인의 중간 지점에 위치한 장치로 수신된 신호를 증폭하여 더 전송합니다.
계전기- 중간 지점에서 신호 수신, 동일한 또는 다른 방향으로의 증폭 및 전송. 재전송은 통신 범위를 늘리도록 설계되었습니다.
중계 방법에는 위성과 지상의 두 가지가 있습니다.
위성:
활성 중계 위성은 지상국 신호를 수신하여 증폭하고 강력한 지향성 송신기를 통해 신호를 같은 방향 또는 다른 방향으로 지구로 보냅니다.
지면:
신호는 지상파 아날로그 또는 디지털 라디오 방송국 또는 이러한 방송국의 네트워크로 전송된 다음 동일한 방향 또는 다른 방향으로 더 전송됩니다.
1 - 무선 송신기,
2 - 송신 안테나, 3 - 수신 안테나, 4 - 라디오 수신기.
용법:
연락하다 인공위성지구와
VHF는 다음 범위로 나뉩니다.
미터파 - 선박, 선박 및 항만 서비스 간의 전화 통신에 사용되는 10 ~ 1m.
데시미터 - 위성 통신에 사용되는 1m에서 10cm.
센티미터 - 레이더에 사용되는 10~1cm.
밀리미터 - 1cm ~ 1mm로 주로 약용으로 사용됩니다.
기계파도물리학에서 이것은 일부 탄성 매체에서 물질을 운반하지 않고 진동체의 에너지가 한 지점에서 다른 지점으로 전달되는 섭동의 전파 현상입니다.
분자(액체, 기체 또는 단단한)는 기계적 교란 발생의 전제 조건입니다. 그들은 물질의 분자가 서로 충돌하여 에너지를 전달할 때만 가능합니다. 그러한 섭동의 한 예는 소리(음향파)입니다. 소리는 공기, 물 또는 입체그러나 진공 상태가 아닙니다.
기계적 파동을 생성하려면 매질을 평형 상태에서 벗어나게 하는 초기 에너지가 필요합니다. 이 에너지는 파동에 의해 전달됩니다. 예를 들어, 소량의 물에 돌을 던지면 표면에 파도가 생깁니다. 큰 소리는 음파를 만듭니다.
기계적 파동의 주요 유형:
- 소리;
- 물 표면에;
- 지진;
- 지진파.
기계적 파동에는 모든 것과 마찬가지로 최고점과 최저점이 있습니다. 진동 운동. 주요 특징은 다음과 같습니다.
- 빈도. 이것은 초당 진동 수입니다. SI의 측정 단위: [ν] = [Hz] = [s -1].
- 파장. 인접한 봉우리 또는 골 사이의 거리입니다. [λ] = [m].
- 진폭. 평형 위치에서 중간 지점의 최대 편차. [X 최대] = [m].
- 속도. 이것은 파동이 1초 동안 이동한 거리입니다. [V] = [m/s].
파장
파장은 동일한 위상에서 진동하는 서로 가장 가까운 점 사이의 거리입니다.
파동은 공간에서 전파됩니다. 그들의 전파 방향은 빔파도 표면에 수직인 선으로 표시됩니다. 그리고 속도는 다음 공식으로 계산됩니다.
진동이 발생하고 있는 매질의 부분과 아직 진동이 시작되지 않은 매질의 부분을 구분하는 파면의 경계 - 파도앞쪽.
종파 및 횡파
기계적 유형의 파동을 분류하는 방법 중 하나는 전파 방향과 관련하여 파동에서 매질의 개별 입자의 이동 방향을 결정하는 것입니다.
파동에서 입자의 이동 방향에 따라 다음이 있습니다.
- 횡축파도.이러한 유형의 파동에서 매질의 입자는 파동 빔에 대해 직각으로 진동합니다. 연못의 잔물결이나 기타의 진동하는 현은 횡파를 시각화하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이러한 유형의 진동은 액체 또는 기체 매체에서 전파될 수 없습니다. 왜냐하면 이러한 매체의 입자는 무작위로 움직이고 파동 전파 방향에 수직으로 운동을 구성하는 것이 불가능하기 때문입니다. 가로 유형의 파도는 세로 유형보다 훨씬 느리게 움직입니다.
- 세로파도.매질의 입자는 파동이 전파되는 방향으로 진동합니다. 이러한 유형의 일부 파동을 압축 또는 압축파라고 합니다. 세로 진동스프링 - 주기적 압축 및 확장 - 이러한 파동을 잘 시각화합니다. 종파는 기계적 유형의 가장 빠른 파동입니다. 공기, 쓰나미 및 초음파의 음파는 세로입니다. 여기에는 지하와 수중에서 전파되는 특정 유형의 지진파가 포함됩니다.
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