В физике звуковая энергия передается посредством волн, которые имеют уникальную способность распространяться в абсолютно любой среде. Разнообразие и огромное количество волновых процессов не позволяют ученым выделить основные свойства волн, так как среди них есть и простые типы, уделяющие внимание энергии. Они уникальны тем, что могут простираться сквозь абсолютную пустоту.
Определение 1
Длина волны - это определенное расстояние между двумя близко расположенными волнами сигнала.
Чтобы точно определить полную длину волновых процессов, необходимо изначально измерить расстояние между двумя соседними точками двух волн. Зачастую физики определяют эту величину с помощью промежутка между пиками волн, которые находятся на близком расстоянии друг к другу.
Длина волны имеет прямое отношение с частотой потока, исходящего от сигнала. Чем больше постоянство данного элемента, тем меньше будет в итоге длина волнового процесса. Такая подвластность обусловлена стремительным увеличением общего количества повторений волны сигнала в течение определенного периода времени с уменьшением нестабильной длины волны.
Для волн Де Бройля этот показатель можно рассчитать таким образом:
$\LARGE \lambda =\frac{h}{p }$
А если вам необходимо определить более точную формулу переменного элемента электромагнитном поле или воздухе, то можно воспользоваться такой теорией, где
$\LARGE \lambda =\frac{c}{\nu }=\frac{299792458}{\nu }$
Здесь используется:
- $\lambda$ - длина самой волны;
- $\upsilon$ - постоянная скорость волны;
- $T$ - определенный период волны;
- $\nu$ - частота общих колебаний;
- $h$ - стабильная планка;
- $p$ - импульс элемента;
- $c$ - скорость света.
Стоит отметить, что раздел физики, который занимается изучением звуковых волн, называется акустикой. Для людей, звук выступает в роли главного источника получения важной информации.
Определение 2
Звук - это конкретный период волны, имеющий механическое происхождение и распространяющийся в газообразном и твердом пространстве.
Их невозможно увидеть, однако они очень восприимчивы для человеческого уха.
Скорость волны в физике
Рисунок 2. Скорость и длина волны. Автор24 - интернет-биржа студенческих работ
Любой волновой процесс распространяется с определенной скоростью. Под быстротой волны считают общий показатель распространения противодействия. Например, удар по торцу металлического стержня образует в нем местное прочное сжатие, которое затем будет двигаться вдоль выколотки со скоростью примерно 10 км/с.
Скорость волны можно определить свойствами окружающей среды, в которой этот процесс происходит. При трансформации волны из одного пространства в другое ее скорость кардинально изменяется.
В физике под длиной волны подразумевают расстояние, на которое может распространиться волна за время, равное общему периоду колебаний в ней.
Определение 3
Скорость волны - это абсолютная и постоянная величина для определенной среды, равная произведению скорости на время ее генерализации.
Таким образом, чтобы измерить длину волны, надо скорость волнового процесса умножить на фазу его колебаний в ней: где $v$ - скорость конкретной волны, $T$ - период общих колебаний в волне, $\lambda$ - длина самой волны.
Указанная формула определяет связь длины волны с ее скоростью и фазой. Учитывая, что промежуток колебаний в волновых процессах всегда пропорционален частоте, можно утверждать, что что скорость волны равна созданию длины на стабильную частоту колебаний в ней.
Замечание 1
Волны способны передавать силу и энергию, а также обладают конкретикой, что способствует одному волновому процессу не влиять на колебания другого.
В результате, эти две гранитизации могут легко проходить параллельно и не мешать друг другу.
Виды волн
Волны с точки зрения физики передают общую звуковую энергию, которая легко может существовать в любой среде. Благодаря разнообразию существующих волновых процессов, их невозможно точно определить и выделить основные характеристики, присущи только этому явлению.
Волновой процесс имеет многогранную природу в физике, сюда относят:
- химическую;
- механическую;
- электромагнитную;
- спиновую волны;
- гравитационную;
- плотность вероятности.
Американские ученые два года назад получили Нобелевскую премию за изобретение уникального детектора, которые способен с точностью измерить указанные показатели. Устройство в лазерной гравитационно-волновой обсерватории в первый раз зафиксировало гравитационную волну. Чтобы указанный вид волн долететь до нашей планеты, ему понадобилось более одного миллиарда лет. Далеко за видимым горизонтом галактики произошло мощное столкновение двух черных дыр, после чего прошло уже полтора миллиарда лет.
Звуковыми волнами принято считать волны, которые легко воспринимаются человеческим ухом. Диапазон этих частот находятся в границах примерно от 20 Гц до 20 кГц, а волновые процессы с частотой менее указанных показателей называются инфразвуком, а с частотой более 20 кГц – ультразвуком. Волны звукового диапазона могут находится не только в газе, но и в жидкости, и в других состояниях. Однако волны в газообразном пространстве – среде нашего обитания – представляют собой особый интерес.
Типы волн
Все звуковые колебания оснащены постоянной амплитудой, фазой и частотой. Звуки могут проходить абсолютно разные расстояния, а затем передаваться в пространстве в виде неких механических колебаний молекул конкретного вещества. Они распространяются постепенно, а с определенной скоростью, а после мгновенно исчезают. Их скорость непосредственно зависит от среды, в которой они расположены: в жидких и твердых состояниях звуковой процесс простирается лучше и быстрее, чем в воздухе.
Типы волн бывают следующими:
- бегущая - обуславливается периодом, скоростью и длиной, а также характеризуется распространением фаз в пространственном времени, зависящим от частоты и среды;
- стоячая – подразумевает суммарность двух волн: отраженной и падающей, для образования которых необходима одинаковая интенсивность волновых процессов;
- звуковая – характеризуется важным фактором, так как только благодаря этому типу волны люди могут общаться и получать необходимую информацию.
В целом, можно сделать вывод, что причиной всех звуковых процессов являются вибрации, для стабильного распространения звука требуется определенное пространство, источником данного явления выступает тело, имеющее свойство колебаться и вибрировать с правильной, постоянной частотой.
Однако не каждые физические тела, которые перемещаются, могут быть источниками звука. Интересным фактом из истории считается то, что расширение инфразвука на огромные расстояния дает возможность более точно предсказывать стихийные бедствия. А морские животные, такие как раки или медузы, крайне чувствительны к указанным процессам, поэтому способны еще за несколько дней до наступления шторма предвидеть его и спрятаться в безопасное место. Звуки также представляют собой частоту гармонических и абсолютных колебаний.
При изучении этого раздела следует иметь в виду, что колебания различной физической природы описываются с единых математических позиций. Здесь надо четко уяснить такие понятия, как гармоническое колебание, фаза, разность фаз, амплитуда, частота, период колебани.
Надо иметь в виду, что во всякой реальной колебательной системе есть сопротивления среды, т.е. колебания будут затухающими. Для характеристики затухания колебаний вводится коэффициент затухания и логарифмический декремент затухани.
Если колебания совершаются под действием внешней, периодически изменяющейся силы, то такие колебания называют вынужденными. Они будут незатухающими. Амплитуда вынужденных колебаний зависит от частоты вынуждающей силы. При приближении частоты вынужденных колебаний к частоте собственных колебаний амплитуда вынужденных колебаний резко возрастает. Это явление называется резонансом.
Переходя к изучению электромагнитных волн нужно четко представлять, что электромагнитная волна - это распространяющееся в пространстве электромагнитное поле. Простейшей системой, излучающей электромагнитные волны, является электрический диполь. Если диполь совершает гармонические колебания, то он излучает монохроматическую волну.
Таблица формул: колебания и волны
|
Физические законы, формулы, переменные |
Формулы колебания и волны |
||||||
|
Уравнение гармонических колебаний: где х - смещение (отклонение) колеблющейся величины от положения равновесия; А - амплитуда; ω - круговая (циклическая) частота; α - начальная фаза; (ωt+α) - фаза. |
|||||||
|
Связь между периодом и круговой частотой: |
|||||||
|
Частота: |
|||||||
|
Связь круговой частоты с частотой: |
|||||||
|
Периоды собственных колебаний 1) пружинного маятника: где k - жесткость пружины; 2) математического маятника: где l - длина маятника, g - ускорение свободного падения; 3) колебательного контура: где L - индуктивность контура, С - емкость конденсатора. |
|
||||||
|
Частота собственных колебаний: |
|||||||
|
Сложение колебаний одинаковой частоты и направления: 1) амплитуда результирующего колебания где А 1 и А 2 - амплитуды составляющих колебаний, α 1 и α 2 - начальные фазы составляющих колебаний; 2) начальная фаза результирующего колебания |
|
||||||
|
Уравнение затухающих колебаний: е = 2,71... - основание натуральных логарифмов. |
|
||||||
|
Амплитуда затухающих колебаний: где А 0 - амплитуда в начальный момент времени; β - коэффициент затухания; |
|
||||||
|
Коэффициент затухания: колеблющегося тела где r - коэффициент сопротивления среды, m - масса тела; колебательного контура где R - активное сопротивление, L - индуктивность контура. |
|||||||
|
Частота затухающих колебаний ω: |
|
||||||
|
Период затухающих колебаний Т: |
|
||||||
|
Логарифмический декремент затухания: |
|
||||||
|
Связь логарифмического декремента χ и коэффициента затухания β: |
Важный физический параметр, необходимый для решения многих задач акустики и радиоэлектроники. Ее можно высчитать несколькими способами, в зависимости от того, какие параметры заданы. Удобнее всего это делать, зная частоту или период и скорость распространения.
Формулы
Основная формула, которая отвечает на вопрос о том, как найти длину волны через частоту, представлена ниже:
Здесь l - длина волны в метрах, v - скорость ее распространения в м/c, u - линейная частота в герцах.
Поскольку частота связана с периодом обратным соотношением, предыдущее выражение можно записать иначе:
Т - период колебаний в секундах.
Можно выразить этот параметр через циклическую частоту и фазовую скорость:
l = 2pi*v/w
В этом выражении w - циклическая частота, выраженная в радианах за секунду.
Частота волны через длину, как можно заметить из предыдущего выражения, находится следующим образом:
Рассмотрим электромагнитную волну, которая распространяется в веществе с n. Тогда частота волны через длину выражается следующим отношением:
Если она распространяется в вакууме, то n = 1, и выражение приобретает следущий вид:
В последней формуле частота волны через длину выражается с помощью константы с - скорости света в вакууме, с = 300000 км/c.
Длина волны
Примеры
Приближённо, с ошибкой около 0,07%, рассчитать длину радиоволны можно так: 300 делим на частоту в мегагерцах, получаем длину волны в метрах, например для 80 Гц , длина волны 3750 километра, для 89 МГц - 3,37 метра, для 2,4 ГГц - 12,5 см.
Точная формула для расчёта длины волны электромагнитного излучения в вакууме выглядит так:
где - скорость света , равная в Международной системе единиц (СИ) 299 792 458 м/с точно .
Для определения длины волны электромагнитного излучения в какой-либо среде следует использовать формулу:
где - показатель преломления среды для излучения с данной частотой.
Примечания
Литература
Wikimedia Foundation . 2010 .
Смотреть что такое "Длина волны" в других словарях:
Расстояние между двумя ближайшими точками гармонической волны, находящимися в одинаковой фазе. Длина волны λ = vT, где Т период колебаний, ? фазовая скорость волны. * * * ДЛИНА ВОЛНЫ ДЛИНА ВОЛНЫ, расстояние между двумя ближайшими точками… … Энциклопедический словарь
длина волны
- (λ) Расстояние, на которое смещается поверхность равной фазы волны за один период колебаний. [ГОСТ 7601 78] длина волны Расстояние, проходимое упругой волной за время, равное одному полному периоду колебаний. }