Параметры волн

Параметры волн

Анимация на примере звуковой волны объясняет основные свойства волн.

Физика

Этикетки

волна, звуковая волна, волны, частота колебаний, амплитуда, fázis, механическая волна, длина волны, звук, герц, электромагнитные волны, скорость звука, стена волны, вибрация, просто гармоническое колебание, скорость распространения, весна, ультразвук, инфразвук, сила звука, периодичность, Состояние, физика, механика

Связанные экстра

Вопросы

  • Верно ли, что чем громче мы кричим, тем быстрее распространяется звук?
  • Верно ли, что скорость распространения зависит от частоты?
  • Какова единица измерения частоты?
  • Что такое число колебаний?
  • Каково соотношение между частотой и длиной волны?
  • Каково соотношение между частотой и амплитудой?
  • Какова единица измерения амплитуды?
  • Где скорость звука больше: в воде или в воздухе?
  • Каково соотношение между частотой и скоростью распространения?
  • Какова скорость звука в воздухе при температуре 15 °C?
  • Что такое ультразвук?
  • Какой угол имеет сдвиг фаз между синхронно колеблющимися частицами?
  • Верно ли, что распространяющиеся в газах звуковые волны всегда продольные?
  • Что такое фронт волны?
  • Какова длина звуковой волны в воздухе над уровнем моря, которая имеет частоту 20 000 Гц? (c=f*λ)

Сцены

Возникновение волны

  • волновой фронт - Поверхность, которая образуется из частиц, колеблющихся в одинаковой фазе.
  • длина волны (λ) - Расстояние между соседними волновыми фронтами обозначается как λ (лямбда). В действительности длина волны воспринимаемого ухом звука составляет ок. 1,6 см и находится в диапазоне 16 мм - 16м, а скорость его распространения ок. 340 м/с.
  • частица - Каждая из них выполняет колебательное движение.
  • Cкорость распространения - Волны распространяются со скоростью, которая скорее является величиной, характеризующей среду. Она отличается от скорости движения частиц.
  • Частота - Величина, характеризующая число колебаний в секунду.
  • Амплитуда - Максимальное значение одного из параметров колебания. В случае звука чаще всего отождествляется с максимальным значением давления воздуха или смещения и воспринимается человеческим ухом как уровень громкости. Не зависит от частоты и скорости звука.
  • амплитуда
  • громкоговоритель - Громкоговоритель испускает продольные волны. Звук, как и любая другая волна, обладает всеми волновыми свойствами: длиной, частотой, скоростью распространения и амплитудой.

Формирование волны

Волна возникает тогда, когда в какой-либо среде происходит распространение возбуждения. Волны могут быть различными в зависимости от характеристик их источника и среды, в которой они распространяются.

Простейшим типом волн являются хорошо распространяющиеся в газовой среде механические волны, примером могут быть звуковые волны в воздухе. Источник звука приводит в движение молекулы воздуха, которые толкают и заставляют колебаться соседние молекулы. Процесс повторяется, и колебания в среде распространяются дальше.
Если направление движения частиц параллельно направлению распространения волны, то такая волна называется продольной. В воздухе звук распространяется всегда в виде продольной волны. Чередующиеся области сжатия и разрежения воздуха образуют волновые фронты. Расстояние между двумя соседними волновыми фронтами называется длиной волны. Если скорость распространения звуковой волны растёт, то увеличивается и длина волны.

Скорость распространения

  • волновой фронт - Поверхность, которая образуется из частиц, колеблющихся в одинаковой фазе.
  • длина волны (λ) - Расстояние между соседними волновыми фронтами обозначается как λ (лямбда). В действительности длина волны воспринимаемого ухом звука составляет ок. 1,6 см и находится в диапазоне 16 мм - 16м, а скорость его распространения ок. 340 м/с.
  • частица - Каждая из них выполняет колебательное движение.
  • Cкорость распространения - Волны распространяются со скоростью, которая скорее является величиной, характеризующей среду. Она отличается от скорости движения частиц.
  • Частота - Величина, характеризующая число колебаний в секунду.
  • Амплитуда - Максимальное значение одного из параметров колебания. В случае звука чаще всего отождествляется с максимальным значением давления воздуха или смещения и воспринимается человеческим ухом как уровень громкости. Не зависит от частоты и скорости звука.
  • амплитуда
  • громкоговоритель - Громкоговоритель испускает продольные волны. Звук, как и любая другая волна, обладает всеми волновыми свойствами: длиной, частотой, скоростью распространения и амплитудой.

Скорость распространения

Скорость перемещения волнового фронта - это скорость распространения волны. Она отличается от скорости движения частиц среды. Скорость распространения звука преимущественно зависит от физических свойств среды, но на нее могут оказывать влияние и другие показатели среды, такие как, например, температура.

В воздухе при температуре 0 °C скорость распространения звука составляет примерно 1200 км/ч, а при температуре -57 °C - всего лишь около 1060 км/ч.
Однако в плотной среде (твёрдых телах) скорость звука может быть во много раз больше.

Частота

  • волновой фронт - Поверхность, которая образуется из частиц, колеблющихся в одинаковой фазе.
  • длина волны (λ) - Расстояние между соседними волновыми фронтами обозначается как λ (лямбда). В действительности длина волны воспринимаемого ухом звука составляет ок. 1,6 см и находится в диапазоне 16 мм - 16м, а скорость его распространения ок. 340 м/с.
  • частица - Каждая из них выполняет колебательное движение.
  • Cкорость распространения - Волны распространяются со скоростью, которая скорее является величиной, характеризующей среду. Она отличается от скорости движения частиц.
  • Частота - Величина, характеризующая число колебаний в секунду.
  • Амплитуда - Максимальное значение одного из параметров колебания. В случае звука чаще всего отождествляется с максимальным значением давления воздуха или смещения и воспринимается человеческим ухом как уровень громкости. Не зависит от частоты и скорости звука.
  • амплитуда
  • громкоговоритель - Громкоговоритель испускает продольные волны. Звук, как и любая другая волна, обладает всеми волновыми свойствами: длиной, частотой, скоростью распространения и амплитудой.

Частота

Количество волновых фронтов, которые достигают наблюдателя за одну секунду, называется частотой, или числом колебаний.
В случае звуковых волн, чем больше частота колебаний, тем выше звук, который мы воспринимаем. Звуки ниже диапазона слышимости имеют более низкую частоту. Единица измерения частоты - герц (Гц).
Например, если мы воспринимаем звук в 1000 Гц, это означает, что за одну секунду наших ушей достигает 1000 волновых фронтов. Чем выше скорость распространения волны и чем меньше длина волны, тем выше частота.
Связь между этими тремя параметрами может быть описана следующей формулой:
с = f * λ
(где c - скорость волны, f - частота, λ - длина волны).
Обычно человеческое ухо может воспринимать звуковые волны в диапазоне частот от 20 Гц до 20 000 Гц. Очень низкие звуки с частотой менее 20 Гц называют инфразвуком. Например, при помощи инфразвука общаются между собой слоны. Очень высокие звуки с частотой более 20 000 Гц называют ультразвуком. К примеру, летучие мыши и дельфины пользуются ультразвуком для ориентировки в пространстве и обнаружения препятствий.

Амплитуда

  • волновой фронт - Поверхность, которая образуется из частиц, колеблющихся в одинаковой фазе.
  • длина волны (λ) - Расстояние между соседними волновыми фронтами обозначается как λ (лямбда). В действительности длина волны воспринимаемого ухом звука составляет ок. 1,6 см и находится в диапазоне 16 мм - 16м, а скорость его распространения ок. 340 м/с.
  • частица - Каждая из них выполняет колебательное движение.
  • Cкорость распространения - Волны распространяются со скоростью, которая скорее является величиной, характеризующей среду. Она отличается от скорости движения частиц.
  • Частота - Величина, характеризующая число колебаний в секунду.
  • Амплитуда - Максимальное значение одного из параметров колебания. В случае звука чаще всего отождествляется с максимальным значением давления воздуха или смещения и воспринимается человеческим ухом как уровень громкости. Не зависит от частоты и скорости звука.
  • амплитуда
  • громкоговоритель - Громкоговоритель испускает продольные волны. Звук, как и любая другая волна, обладает всеми волновыми свойствами: длиной, частотой, скоростью распространения и амплитудой.

Амплитуда

Уровень и громкость звука, которые воспринимает ухо, не зависят от скорости распространения и частоты волны.
Интенсивность звука, или сила звука, определяется амплитудой механических колебаний, то есть максимальным смещением колеблющихся частиц среды в некоторой точке (вибрацией).
В случае, когда волны не механические, амплитуду нельзя объяснить как максимальное смещение, поэтому здесь она может означать максимальное значение другого параметра. Для электромагнитных волн, например, амплитуда соответствует величине максимальной напряжённости электрического и магнитного поля.
Если волновые фронты по форме образуют прямую линию или плоскость, амплитуда колебаний не будет уменьшаться при распространении. Однако, как правило, волны образуют сферические фронты, поэтому энергия, переносимая волной, всё больше и больше распределяется в пространстве, а её амплитуда по мере удаления от источника возмущения уменьшается.

Фаза

  • Фазы волны - Сдвиг фаз между синхронно колеблющимися частицами равен 0, а между частицами, двигающимися в противоположных направлениях, составляет 180°.

Фазы

Поскольку колебания представляют собой периодический процесс, аналогичный вращательному движению, поэтому с помощью величины угла 0-360° можно охарактеризовать текущее положение колеблющейся частицы внутри периода. Смещение частицы относительно положения равновесия зависит от её фазы в данный момент времени.
Когда частицы колеблются в одной фазе, двигаясь полностью синхронно, то есть колебания синфазны, то сдвиг фаз между ними равен 0. Если разность фаз между колеблющимися частицами составляет 180°, частицы всегда движутся в противоположных направлениях, и колебания противофазны. Если разность фаз составляет 90°, то между колебаниями частиц наблюдается сдвиг на четверть периода, и такие колебания находятся в квадратуре.

Речевое сопровождение

Формирование волны

Волна возникает тогда, когда в какой-либо среде происходит распространение возбуждения. Волны могут быть различными в зависимости от характеристик их источника и среды, в которой они распространяются.

Простейшим типом волн являются хорошо распространяющиеся в газовой среде механические волны, примером могут быть звуковые волны в воздухе. Источник звука приводит в движение молекулы воздуха, которые толкают и заставляют колебаться соседние молекулы. Процесс повторяется, и колебания в среде распространяются дальше.
Если направление движения частиц параллельно направлению распространения волны, то такая волна называется продольной. В воздухе звук распространяется всегда в виде продольной волны. Чередующиеся области сжатия и разрежения воздуха образуют волновые фронты. Расстояние между двумя соседними волновыми фронтами называется длиной волны. Если скорость распространения звуковой волны растёт, то увеличивается и длина волны.

Скорость распространения

Скорость перемещения волнового фронта - это скорость распространения волны. Она отличается от скорости движения частиц среды. Скорость распространения звука преимущественно зависит от физических свойств среды, но на нее могут оказывать влияние и другие показатели среды, такие как, например, температура.
В воздухе при температуре 0 °C скорость распространения звука составляет примерно 1200 км/ч, а при температуре -57 °C - всего лишь около 1060 км/ч.
Однако в плотной среде (твёрдых телах) скорость звука может быть во много раз больше.

Частота

Количество волновых фронтов, которые достигают наблюдателя за одну секунду, называется частотой, или числом колебаний.
В случае звуковых волн, чем больше частота колебаний, тем выше звук, который мы воспринимаем. Звуки ниже диапазона слышимости имеют более низкую частоту. Единица измерения частоты - герц (Гц).
Например, если мы воспринимаем звук в 1000 Гц, это означает, что за одну секунду наших ушей достигает 1000 волновых фронтов. Чем выше скорость распространения волны и чем меньше длина волны, тем выше частота.

Обычно человеческое ухо может воспринимать звуковые волны в диапазоне частот от 20 Гц до 20 000 Гц. Очень низкие звуки с частотой менее 20 Гц называют инфразвуком. Например, при помощи инфразвука общаются между собой слоны. Очень высокие звуки с частотой более 20 000 Гц называют ультразвуком. К примеру, летучие мыши и дельфины пользуются ультразвуком для ориентировки в пространстве и обнаружения препятствий.

Амплитуда

Уровень и громкость звука, которые воспринимает ухо, не зависят от скорости распространения и частоты волны.
Интенсивность звука, или сила звука, определяется амплитудой механических колебаний, то есть максимальным смещением колеблющихся частиц среды в некоторой точке (вибрацией).
В случае, когда волны не механические, амплитуду нельзя объяснить как максимальное смещение, поэтому здесь она может означать максимальное значение другого параметра. Для электромагнитных волн, например, амплитуда соответствует величине максимальной напряжённости электрического и магнитного поля.
Если волновые фронты по форме образуют прямую линию или плоскость, амплитуда колебаний не будет уменьшаться при распространении. Однако, как правило, волны образуют сферические фронты, поэтому энергия, переносимая волной, всё больше и больше распределяется в пространстве, а её амплитуда по мере удаления от источника возмущения уменьшается.

Фазы

Поскольку колебания представляют собой периодический процесс, аналогичный вращательному движению, поэтому с помощью величины угла 0-360° можно охарактеризовать текущее положение колеблющейся частицы внутри периода. Смещение частицы относительно положения равновесия зависит от её фазы в данный момент времени.
Когда частицы колеблются в одной фазе, двигаясь полностью синхронно, то есть колебания синфазны, то сдвиг фаз между ними равен 0. Если разность фаз между колеблющимися частицами составляет 180°, частицы всегда движутся в противоположных направлениях, и колебания противофазны. Если разность фаз составляет 90°, то между колебаниями частиц наблюдается сдвиг на четверть периода, и такие колебания находятся в квадратуре.

Связанные экстра

Как работает громкоговоритель?

Громкоговоритель при помощи электромагнитной индукции вызывает звуковые колебания воздуха.

Образование звука

При образовании звука воздух, выходящий из лёгких, приводит в колебание голосовые связки.

Связь гармонического колебания и кругового движения

Перпендикулярная проекция тела, находящегося в равномерном круговом движении, производит...

Цунами

Мощная морская волна высотой до нескольких десятков метров, способная нанести огромные...

Землетрясение

Землетрясение - одно из самых разрушительных природных явлений на Земле.

"Конкорд" (1969)

Первый сверхзвуковой пассажирский самолёт, совершающий рейсовые полёты, был введён в...

Поезд TGV POS

Крейсерская скорость высокоскоростного поезда, курсирующего между Парижем и Южной...

Типы волн

Волны играют важную роль в различных областях нашей жизни.

Радар (Золтан Бай)

В 1946 году с помощью оборудования удалось заметить сигналы радара, отражённые Луной.

Эффект Доплера

Хорошо известно, что звук приближающегося источника звука выше, чем звук удаляющегося...

Барабаны

Известно чрезвычайно много вариаций ударных музыкальных инструментов.

Гитара

Гитара различной формы относится к группе струнных щипковых музыкальных инструментов.

Как работает гидролокатор (сонар)?

Он создаёт изображение с помощью отражения испускаемых звуковых сигналов.

Гравитационные волны (обсерватория LIGO)

Если тела с большой массой движутся с ускорением, вокруг них в пространстве-времени...

B-2 «Спирит» (США, 1989)

Американский тяжёлый малозаметный бомбардировщик использовали в югославской войне, в...

Малый подковонос

Летучие мыши при помощи ультразвука ориентируются и охотятся.(ультразвуковая эхолокация).

Афалина (бутылконосый дельфин)

Афалины – морские млекопитающие, которые ориентируются с помощью издаваемых ими ультразвуков.

Африканский слон

Самое большое наземное животное.

Электрический звонок

Устройство, работающее при помощи электромагнита.

Ухо, слуховой процесс

Наш орган слуха преобразует колебания воздуха в электрические сигналы, которые...

Added to your cart.