अनुदैर्ध्य और अनुप्रस्थ तरंगें। यांत्रिक तरंगों का उद्भव और प्रसार। तरंगों की विशेषता वाली भौतिक मात्राएँ

लहर- एक लोचदार माध्यम में दोलनों के प्रसार की प्रक्रिया।

यांत्रिक तरंग- यांत्रिक गड़बड़ी अंतरिक्ष में फैलती है और ऊर्जा ले जाती है।

लहर के प्रकार:

अनुदैर्ध्य - माध्यम के कण तरंग प्रसार की दिशा में दोलन करते हैं - सभी लोचदार मीडिया में;

एक्स

दोलन दिशा

पर्यावरण के बिंदु

अनुप्रस्थ - माध्यम के कण तरंग प्रसार की दिशा में लंबवत होते हैं - तरल की सतह पर।

एक्स

यांत्रिक तरंगों के प्रकार:

लोचदार तरंगें - लोचदार विकृतियों का प्रसार;

तरल की सतह पर तरंगें।

लहर विशेषताएं:

A को नियम के अनुसार दोलन करने दें:
.

तब B एक कोण से देरी से दोलन करता है
, कहाँ पे
, अर्थात।

तरंग ऊर्जा।

एक कण की कुल ऊर्जा है। यदि कणN, तो कहाँ - एप्सिलॉन, वी - वॉल्यूम।

एप्सिलॉन- तरंग की प्रति इकाई आयतन ऊर्जा - आयतन ऊर्जा घनत्व।

तरंग ऊर्जा प्रवाह एक निश्चित सतह के माध्यम से तरंगों द्वारा स्थानांतरित ऊर्जा के अनुपात के बराबर है, जिसके दौरान यह स्थानांतरण किया जाता है:
, वाट; 1 वाट = 1J/s।

ऊर्जा प्रवाह घनत्व - तरंग तीव्रता- एक इकाई क्षेत्र के माध्यम से ऊर्जा प्रवाह - क्रॉस सेक्शन के प्रति यूनिट क्षेत्र में प्रति यूनिट समय में एक तरंग द्वारा स्थानांतरित औसत ऊर्जा के बराबर मूल्य।

[डब्ल्यू/एम2]

.

उमोव वेक्टर- वेक्टर I, तरंग प्रसार की दिशा दिखा रहा है और इस दिशा के लंबवत एक इकाई क्षेत्र से गुजरने वाली तरंग ऊर्जा के प्रवाह के बराबर है:

.

तरंग की भौतिक विशेषताएं:

कंपन:

1. आयाम

लहर:

1. तरंग दैर्ध्य

   तरंग गति

   तीव्रता

जटिल दोलन (विश्राम) - साइनसोइडल से अलग।

फुरियर रूपांतरण- किसी भी जटिल आवधिक कार्य को कई सरल (हार्मोनिक) कार्यों के योग के रूप में दर्शाया जा सकता है, जिसकी अवधि जटिल कार्य की अवधि के गुणक हैं - यह हार्मोनिक विश्लेषण है। पार्सर्स में होता है। परिणाम एक जटिल दोलन का हार्मोनिक स्पेक्ट्रम है:

ए

0

ध्वनि -कंपन और तरंगें जो मानव कान पर कार्य करती हैं और श्रवण संवेदना का कारण बनती हैं।

ध्वनि कंपन और तरंग यांत्रिक कंपन और तरंगों का एक विशेष मामला है। ध्वनियों के प्रकार:

टन- ध्वनि, जो एक आवधिक प्रक्रिया है:

1. सरल - हार्मोनिक - ट्यूनिंग कांटा

   जटिल - अनहारमोनिक - भाषण, संगीत

एक जटिल स्वर को सरल में विघटित किया जा सकता है। इस तरह के अपघटन की सबसे कम आवृत्ति मौलिक स्वर है, शेष हार्मोनिक्स (ओवरटोन) की आवृत्ति 2 के बराबर होती है अन्य। उनकी सापेक्ष तीव्रता को इंगित करने वाली आवृत्तियों का एक सेट ध्वनिक स्पेक्ट्रम है।

शोर -एक जटिल गैर-दोहराव समय निर्भरता (सरसराहट, क्रेक, तालियाँ) के साथ ध्वनि। स्पेक्ट्रम निरंतर है।

ध्वनि की भौतिक विशेषताएं:

श्रवण संवेदना विशेषताएं:

कदध्वनि तरंग की आवृत्ति द्वारा निर्धारित किया जाता है। आवृत्ति जितनी अधिक होगी, स्वर उतना ही अधिक होगा। अधिक तीव्रता की ध्वनि कम होती है।

लय- ध्वनिक स्पेक्ट्रम द्वारा निर्धारित। जितने अधिक स्वर, उतने ही समृद्ध स्पेक्ट्रम।

आयतन- श्रवण संवेदना के स्तर की विशेषता है। ध्वनि की तीव्रता और आवृत्ति पर निर्भर करता है। psychophysical वेबर-फेचनर कानून: यदि आप जलन को तेजी से (समान संख्या में) बढ़ाते हैं, तो इस जलन की अनुभूति अंकगणितीय प्रगति (उसी मात्रा से) में बढ़ जाएगी।

, जहां ई जोर है (फोन में मापा जाता है);
- तीव्रता का स्तर (बेल में मापा जाता है)। 1 बेल - तीव्रता के स्तर में परिवर्तन, जो ध्वनि की तीव्रता में 10 गुना परिवर्तन से मेल खाती है। K - आनुपातिकता गुणांक, आवृत्ति और तीव्रता पर निर्भर करता है।

ध्वनि की प्रबलता और तीव्रता के बीच संबंध है समान प्रबलता वक्र, प्रायोगिक डेटा पर निर्मित (वे 1 kHz की आवृत्ति के साथ एक ध्वनि बनाते हैं, तीव्रता को तब तक बदलते हैं जब तक कि अध्ययन के तहत ध्वनि की मात्रा की अनुभूति के समान श्रवण संवेदना उत्पन्न न हो जाए)। तीव्रता और आवृत्ति को जानकर, आप पृष्ठभूमि का पता लगा सकते हैं।

श्रव्यतामिति- श्रवण तीक्ष्णता मापने की एक विधि। उपकरण एक ऑडियोमीटर है। परिणामी वक्र एक ऑडियोग्राम है। विभिन्न आवृत्तियों पर श्रवण संवेदना की दहलीज निर्धारित और तुलना की जाती है।

शोर मीटर - शोर स्तर माप।

क्लिनिक में: ऑस्केल्टेशन - स्टेथोस्कोप / फोनेंडोस्कोप। एक फोनेंडोस्कोप एक झिल्ली और रबर ट्यूब के साथ एक खोखला कैप्सूल होता है।

फोनोकार्डियोग्राफी - पृष्ठभूमि और दिल बड़बड़ाहट का ग्राफिक पंजीकरण।

टक्कर।

अल्ट्रासाउंड- यांत्रिक कंपन और तरंगें जिनकी आवृत्ति 20 kHz से 20 MHz तक होती है। अल्ट्रासाउंड उत्सर्जक - पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव के आधार पर इलेक्ट्रोमैकेनिकल एमिटर (इलेक्ट्रोड के लिए प्रत्यावर्ती धारा, जिसके बीच क्वार्ट्ज है)।

अल्ट्रासाउंड की तरंग दैर्ध्य ध्वनि की तरंग दैर्ध्य से कम है: 1.4 मीटर - पानी में ध्वनि (1 kHz), 1.4 मिमी - पानी में अल्ट्रासाउंड (1 मेगाहर्ट्ज)। हड्डी-पेरीओस्टेम-मांसपेशी की सीमा पर अल्ट्रासाउंड अच्छी तरह से परिलक्षित होता है। तेल (हवा की परत) से चिकनाई न होने पर अल्ट्रासाउंड मानव शरीर में प्रवेश नहीं करेगा। अल्ट्रासाउंड के प्रसार की गति पर्यावरण पर निर्भर करती है। भौतिक प्रक्रियाएं: माइक्रोवाइब्रेशन, बायोमैक्रोमोलेक्यूल्स का विनाश, जैविक झिल्ली का पुनर्गठन और क्षति, थर्मल प्रभाव, कोशिकाओं और सूक्ष्मजीवों का विनाश, गुहिकायन। क्लिनिक में: डायग्नोस्टिक्स (एन्सेफैलोग्राफ, कार्डियोग्राफ, अल्ट्रासाउंड), फिजियोथेरेपी (800 kHz), अल्ट्रासोनिक स्केलपेल, फार्मास्युटिकल उद्योग, ऑस्टियोसिंथेसिस, नसबंदी।

इन्फ्रासाउंड- 20 हर्ट्ज से कम आवृत्ति वाली तरंगें। प्रतिकूल क्रिया - शरीर में प्रतिध्वनि।

कंपन. लाभकारी और हानिकारक क्रिया। मालिश। कंपन रोग।

डॉपलर प्रभाव- तरंग स्रोत और प्रेक्षक की सापेक्ष गति के कारण प्रेक्षक (वेव रिसीवर) द्वारा देखी गई तरंगों की आवृत्ति में परिवर्तन।

केस 1: N, I के पास पहुंचता है।

केस 2: और एन के पास जाता है।

केस 3: एक दूसरे से I और H का दृष्टिकोण और दूरी:

प्रणाली: अल्ट्रासोनिक जनरेटर - रिसीवर - माध्यम के सापेक्ष गतिहीन है। वस्तु गतिमान है। यह आवृत्ति के साथ अल्ट्रासाउंड प्राप्त करता है
, इसे प्रतिबिंबित करता है, इसे रिसीवर को भेजता है, जो आवृत्ति के साथ एक अल्ट्रासोनिक तरंग प्राप्त करता है
. आवृत्ति अंतर - डॉपलर फ़्रीक्वेंसी शिफ्ट:
. इसका उपयोग रक्त प्रवाह की गति, वाल्वों की गति की गति को निर्धारित करने के लिए किया जाता है।

लहर की। तरंगों के सामान्य गुण।

लहर - यह एक भौतिक मात्रा के परिवर्तन (परेशान) के समय के साथ अंतरिक्ष में प्रसार की घटना है जो अपने साथ ऊर्जा ले जाती है।

तरंग की प्रकृति के बावजूद, ऊर्जा का हस्तांतरण पदार्थ के हस्तांतरण के बिना होता है; उत्तरार्द्ध केवल एक साइड इफेक्ट के रूप में हो सकता है। ऊर्जा अंतरण- तरंगों और दोलनों के बीच मूलभूत अंतर, जिसमें केवल "स्थानीय" ऊर्जा परिवर्तन होते हैं। लहरें, एक नियम के रूप में, अपने मूल स्थान से काफी दूरी तय करने में सक्षम हैं। इस कारण से, तरंगों को कभी-कभी " उत्सर्जक से अलग कंपन».

तरंगों को वर्गीकृत किया जा सकता है

इसके स्वभाव से:

लोचदार तरंगें -लोचदार बलों की क्रिया के कारण तरल, ठोस और गैसीय माध्यमों में फैलने वाली तरंगें।

विद्युतचुम्बकीय तरंगें- विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के अंतरिक्ष गड़बड़ी (राज्य का परिवर्तन) में प्रसार।

एक तरल की सतह पर लहरें- तरल और गैस या तरल और तरल के बीच इंटरफेस में होने वाली विभिन्न तरंगों का पारंपरिक नाम। पानी पर लहरें दोलन (केशिका, गुरुत्वाकर्षण, आदि) के मौलिक तंत्र में भिन्न होती हैं, जो विभिन्न फैलाव कानूनों की ओर ले जाती हैं और परिणामस्वरूप, इन तरंगों के विभिन्न व्यवहार के लिए।

माध्यम के कणों के दोलन की दिशा के संबंध में:

अनुदैर्ध्य तरंगें -माध्यम के कण दोलन करते हैं समानांतरतरंग प्रसार की दिशा में (जैसे, उदाहरण के लिए, ध्वनि प्रसार के मामले में)।

अनुप्रस्थ तरंगें -माध्यम के कण दोलन करते हैं सीधातरंग प्रसार की दिशा (विद्युत चुम्बकीय तरंगें, मीडिया पृथक्करण सतहों पर तरंगें)।

ए - अनुप्रस्थ; बी - अनुदैर्ध्य।

मिश्रित लहरें।

वेव फ्रंट की ज्यामिति के अनुसार:

वेव सरफेस (वेव फ्रंट) उन बिंदुओं का स्थान है, जहां पर गड़बड़ी एक निश्चित समय पर पहुंच गई है। एक सजातीय आइसोट्रोपिक माध्यम में, तरंग प्रसार वेग सभी दिशाओं में समान होता है, जिसका अर्थ है कि सामने के सभी बिंदु एक ही चरण में दोलन करते हैं, सामने तरंग प्रसार की दिशा के लंबवत है, और दोलन के मान मोर्चे के सभी बिंदुओं पर मात्रा समान है।

समतलतरंग-चरण तल तरंग प्रसार की दिशा के लंबवत होते हैं और एक दूसरे के समानांतर होते हैं।

गोलाकारलहर - समान चरणों की सतह एक गोला है।

बेलनाकारलहर - चरणों की सतह एक सिलेंडर जैसा दिखता है।

कुंडलीतरंग - तब बनती है जब विकिरण की प्रक्रिया में एक गोलाकार या बेलनाकार स्रोत / तरंग के स्रोत एक निश्चित बंद वक्र के साथ चलते हैं।

समतल लहर

एक तरंग को समतल कहा जाता है यदि इसकी तरंग सतहें एक दूसरे के समानांतर समतल हों, जो तरंग के चरण वेग के लंबवत हों। = f(x, t))।

आइए हम एक समतल मोनोक्रोमैटिक (एकल आवृत्ति) साइनसॉइडल तरंग पर विचार करें जो एक्स अक्ष के साथ क्षीणन के बिना एक सजातीय माध्यम में फैलती है।

,कहाँ पे

एक तरंग का चरण वेग तरंग सतह (सामने) की गति है,

- तरंग आयाम - संतुलन स्थिति से बदलते मूल्य के अधिकतम विचलन का मॉड्यूल,

- चक्रीय आवृत्ति, टी - दोलन अवधि, - तरंग आवृत्ति (दोलन के समान)

k - तरंग संख्या, स्थानिक आवृत्ति का अर्थ है,

तरंग की एक अन्य विशेषता तरंग दैर्ध्य m है, यह वह दूरी है जिस पर तरंग एक दोलन अवधि के दौरान फैलती है, इसका एक स्थानिक अवधि का अर्थ है, यह एक चरण में दोलन करने वाले बिंदुओं के बीच की सबसे छोटी दूरी है।

आप

तरंगदैर्घ्य तरंग संख्या से संबंध द्वारा संबंधित होता है, जो समय संबंध के समान होता है

तरंग संख्या चक्रीय आवृत्ति और तरंग प्रसार गति से संबंधित है

एक्स
आप
आप

आंकड़े संकेतित समय और स्थान अवधियों के साथ एक तरंग का एक ऑसिलोग्राम (ए) और एक स्नैपशॉट (बी) दिखाते हैं। स्थिर दोलनों के विपरीत, तरंगों की दो मुख्य विशेषताएं होती हैं: अस्थायी आवधिकता और स्थानिक आवधिकता।

तरंगों के सामान्य गुण:

1. 
   लहरें ऊर्जा ले जाती हैं।

तरंग की तीव्रता समय-औसत ऊर्जा है जो एक विद्युत चुम्बकीय या ध्वनि तरंग तरंग प्रसार की दिशा के लंबवत स्थित सतह के एक इकाई क्षेत्र के माध्यम से प्रति इकाई समय में स्थानांतरित होती है। तरंग की तीव्रता उसके आयाम के वर्ग के समानुपाती होती है I=W/t∙S, जहां W ऊर्जा है, t समय है, S सामने का क्षेत्र है। मैं = [डब्ल्यू / एम 2]। साथ ही, किसी भी तरंग की तीव्रता I=wv द्वारा निर्धारित की जा सकती है, जहां v तरंग प्रसार वेग (समूह) है।

2. तरंगें पिंडों पर दबाव डालती हैं (संवेग है)।

3. किसी माध्यम में तरंग की चाल तरंग-प्रकीर्णन की आवृत्ति पर निर्भर करती है। इस प्रकार, भिन्न-भिन्न आवृत्तियों की तरंगें एक ही माध्यम में भिन्न-भिन्न चालों (फेज वेग) से संचरित होती हैं।

4. लहरें बाधाओं के चारों ओर झुकती हैं - विवर्तन।

विवर्तन तब होता है जब बाधा का आकार तरंग दैर्ध्य के बराबर होता है।

5. दो माध्यमों के बीच अंतरापृष्ठ पर तरंगें परावर्तित और अपवर्तित होती हैं।

आपतन कोण परावर्तन कोण के बराबर होता है, और आपतन कोण की ज्या और अपवर्तन कोण की ज्या का अनुपात इन दोनों माध्यमों के लिए एक स्थिर मान होता है।

6. जब सुसंगत तरंगों को आरोपित किया जाता है (किसी भी बिंदु पर इन तरंगों का चरण अंतर समय में स्थिर होता है), तो वे हस्तक्षेप करते हैं - हस्तक्षेप मिनिमा और मैक्सिमा का एक स्थिर पैटर्न बनता है।

तरंगें और वे स्रोत जो उन्हें उत्तेजित करते हैं, सुसंगत कहलाते हैं यदि तरंगों का चरण अंतर समय पर निर्भर नहीं करता है। तरंगें और वे स्रोत जो उन्हें उत्तेजित करते हैं, असंगत कहलाते हैं यदि तरंगों का चरण अंतर समय के साथ बदलता है।

केवल एक ही आवृत्ति की तरंगें, जिनमें एक ही दिशा में दोलन होते हैं (अर्थात, सुसंगत तरंगें), हस्तक्षेप कर सकती हैं। हस्तक्षेप या तो स्थिर या गैर-स्थिर हो सकता है। केवल सुसंगत तरंगें ही स्थिर व्यतिकरण पैटर्न दे सकती हैं। उदाहरण के लिए, पानी की सतह पर दो गोलाकार तरंगें, जो दो सुसंगत बिंदु स्रोतों से फैलती हैं, हस्तक्षेप पर परिणामी तरंग उत्पन्न करेंगी। परिणामी तरंग का अग्र भाग एक गोला होगा।

जब लहरें हस्तक्षेप करती हैं, तो उनकी ऊर्जा नहीं जुड़ती है। तरंगों के हस्तक्षेप से माध्यम के विभिन्न निकट दूरी वाले कणों के बीच दोलनों की ऊर्जा का पुनर्वितरण होता है। यह ऊर्जा के संरक्षण के नियम का खंडन नहीं करता है, क्योंकि औसतन, अंतरिक्ष के एक बड़े क्षेत्र के लिए, परिणामी तरंग की ऊर्जा हस्तक्षेप करने वाली तरंगों की ऊर्जा के योग के बराबर होती है।

जब असंगत तरंगों को आरोपित किया जाता है, तो परिणामी तरंग के वर्ग आयाम का औसत मान आरोपित तरंगों के वर्ग आयामों के योग के बराबर होता है। माध्यम के प्रत्येक बिंदु के परिणामी दोलनों की ऊर्जा, सभी असंगत तरंगों के अलग-अलग होने के कारण, इसके दोलनों की ऊर्जाओं के योग के बराबर होती है।

7. तरंगें माध्यम द्वारा अवशोषित होती हैं। स्रोत से दूरी के साथ, तरंग का आयाम कम हो जाता है, क्योंकि तरंग की ऊर्जा आंशिक रूप से माध्यम में स्थानांतरित हो जाती है।

8. तरंगें अमानवीय माध्यम में प्रकीर्णित होती हैं।

प्रकीर्णन - इस माध्यम में रखी गई माध्यम और बिखरने वाली वस्तुओं की विषमताओं के कारण तरंग क्षेत्रों की गड़बड़ी। प्रकीर्णन की तीव्रता विषमताओं के आकार और तरंग की आवृत्ति पर निर्भर करती है।

यांत्रिक तरंगें। ध्वनि। ध्वनि विशेषता .

लहर- अंतरिक्ष में फैलने वाली गड़बड़ी।

तरंगों के सामान्य गुण:

• 
  ऊर्जा ले जाना;
• 
  गति है (पिंडों पर दबाव डालें);
• 
  दो माध्यमों की सीमा पर वे परावर्तित और अपवर्तित होते हैं;
• 
  पर्यावरण द्वारा अवशोषित;
• 
  विवर्तन;
• 
  दखल अंदाजी;
• 
  फैलाव;
• 
  तरंगों की गति उस माध्यम पर निर्भर करती है जिससे तरंगें गुजरती हैं।

1. 
   यांत्रिक (लोचदार) तरंगें।

यदि लोचदार (ठोस, तरल या गैसीय) माध्यम के किसी भी स्थान पर कणों के दोलन उत्तेजित होते हैं, तो माध्यम के परमाणुओं और अणुओं की परस्पर क्रिया के कारण, दोलनों को एक बिंदु से दूसरे बिंदु पर परिमित गति के आधार पर प्रसारित करना शुरू हो जाता है माध्यम के घनत्व और लोचदार गुण। इस घटना को यांत्रिक या लोचदार तरंग कहा जाता है। ध्यान दें कि यांत्रिक तरंगें निर्वात में नहीं फैल सकती हैं।

यांत्रिक तरंगों की एक विशेष स्थिति - एक तरल की सतह पर तरंगें, तरंगें जो एक तरल की मुक्त सतह के साथ या दो अमिश्रणीय तरल पदार्थों के बीच अंतरापृष्ठ पर उत्पन्न होती हैं और फैलती हैं। वे बाहरी प्रभाव के प्रभाव में बनते हैं, जिसके परिणामस्वरूप तरल की सतह को संतुलन की स्थिति से हटा दिया जाता है। इस मामले में, बल उत्पन्न होते हैं जो संतुलन बहाल करते हैं: सतह तनाव और गुरुत्वाकर्षण बल।

यांत्रिक तरंगें दो प्रकार की होती हैं

तन्य और संपीड़ित उपभेदों के साथ अनुदैर्ध्य तरंगें किसी भी लोचदार मीडिया में फैल सकती हैं: गैस, तरल और ठोस। अनुप्रस्थ तरंगें उन माध्यमों में फैलती हैं जहां कतरनी विरूपण के दौरान लोचदार बल दिखाई देते हैं, अर्थात ठोस में।

अभ्यास के लिए काफी रुचि सरल हार्मोनिक या साइनसॉइडल तरंगें हैं। समतल ज्या तरंग समीकरण है:

- तथाकथित लहर संख्या ,

– वृत्ताकार आवृत्ति ,

ए - कण दोलन आयाम।

यह आंकड़ा समय में दो बिंदुओं पर अनुप्रस्थ तरंग के "स्नैपशॉट" दिखाता है: टी और टी + t। t समय के दौरान, तरंग OX अक्ष के अनुदिश t दूरी से गति करती है। ऐसी तरंगों को यात्रा तरंगें कहते हैं।

तरंग दैर्ध्य समान चरणों में दोलन करते हुए OX अक्ष पर दो आसन्न बिंदुओं के बीच की दूरी है। तरंगदैर्घ्य के बराबर दूरी पर, तरंग T आवर्त में चलती है, इसलिए,

= T, जहां तरंग प्रसार वेग है।

तरंग प्रक्रिया के ग्राफ पर किसी भी चुने हुए बिंदु के लिए (उदाहरण के लिए, बिंदु A के लिए), इस बिंदु का x-निर्देशांक समय t के साथ बदलता है, और व्यंजक का मान t - kxबदलना मत। एक समय अंतराल Δt के बाद, बिंदु A एक निश्चित दूरी x = t के लिए OX अक्ष के अनुदिश गति करेगा। इसलिये: t - kx = (t + t) - k(x + Δx) = constया t = kΔx.

इसका अर्थ है:

इस प्रकार, एक यात्रा करने वाली साइनसॉइडल तरंग की दोहरी आवधिकता होती है - समय और स्थान में। समय अवधि माध्यम के कणों के दोलन काल T के बराबर होती है, स्थानिक अवधि तरंग दैर्ध्य के बराबर होती है। वेवनंबर वृत्ताकार आवृत्ति का स्थानिक एनालॉग है।

1. 
   ध्वनि।

ध्वनि- ये यांत्रिक कंपन हैं जो लोचदार मीडिया में फैलते हैं - गैसों, तरल पदार्थ और ठोस, श्रवण अंगों द्वारा माना जाता है। ध्वनि काफी कम तीव्रता वाली तरंग है। श्रव्य ध्वनि आवृत्तियों की सीमा लगभग 20 हर्ट्ज से 20 किलोहर्ट्ज़ तक होती है। 20 Hz से कम आवृत्ति वाली तरंगें कहलाती हैं इन्फ्रासाउंड, और 20 kHz से अधिक की आवृत्ति के साथ - अल्ट्रासाउंड. Hz से आवृत्ति वाली तरंगें कहलाती हैं आवाज़ से जल्द. भौतिक विज्ञान की वह शाखा जो ध्वनि परिघटनाओं का अध्ययन करती है, ध्वनिकी कहलाती है।

किसी भी दोलन प्रक्रिया को एक समीकरण द्वारा वर्णित किया जाता है। यह ध्वनि कंपन के लिए भी प्राप्त किया गया था:

ध्वनि तरंगों की मूल विशेषताएं

ध्वनि की व्यक्तिपरक धारणा (वॉल्यूम, पिच, टाइमब्रे)

ध्वनि की उद्देश्य भौतिक विशेषताएं (गति, तीव्रता, स्पेक्ट्रम)

किसी भी गैसीय माध्यम में ध्वनि की गति की गणना सूत्र द्वारा की जाती है:

β - माध्यम की रुद्धोष्म संपीड्यता,

- घनत्व।

1. 
   ध्वनि लागू करना

प्रसिद्ध जानवर जिनमें इकोलोकेशन की क्षमता होती है, वे हैं चमगादड़ और डॉल्फ़िन। उनकी पूर्णता के संदर्भ में, इन जानवरों के इकोलोकेटर हीन नहीं हैं, लेकिन कई मायनों में वे (विश्वसनीयता, सटीकता, ऊर्जा दक्षता के मामले में) आधुनिक मानव निर्मित इकोलोकेटर से आगे निकल जाते हैं।

पानी के भीतर इस्तेमाल होने वाले सोनार को सोनार या सोनार कहा जाता है (सोनार नाम तीन अंग्रेजी शब्दों के शुरुआती अक्षरों से बना है: ध्वनि - ध्वनि; नेविगेशन - नेविगेशन; रेंज - रेंज)। समुद्र तल (इसकी रूपरेखा, गहराई) का अध्ययन करने के लिए, पानी के नीचे गहराई में जाने वाली विभिन्न वस्तुओं का पता लगाने और उनका अध्ययन करने के लिए सोनार अपरिहार्य हैं। उनकी मदद से, अलग-अलग बड़ी वस्तुओं या जानवरों के साथ-साथ छोटी मछलियों या मोलस्क के झुंडों का आसानी से पता लगाया जा सकता है।

नैदानिक ​​​​उद्देश्यों के लिए अल्ट्रासोनिक आवृत्तियों की तरंगों का व्यापक रूप से दवा में उपयोग किया जाता है। अल्ट्रासाउंड स्कैनर आपको किसी व्यक्ति के आंतरिक अंगों की जांच करने की अनुमति देते हैं। एक्स-रे की तुलना में अल्ट्रासोनिक विकिरण मनुष्यों के लिए कम हानिकारक है।

विद्युतचुम्बकीय तरंगें।

उनके गुण।

विद्युत चुम्बकीय तरंग समय के साथ अंतरिक्ष में फैलने वाला एक विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र है।

विद्युत चुम्बकीय तरंगें केवल तीव्र गति से गतिमान आवेशों द्वारा ही उत्तेजित की जा सकती हैं।

1864 में महान अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी जे मैक्सवेल ने सैद्धांतिक रूप से विद्युत चुम्बकीय तरंगों के अस्तित्व की भविष्यवाणी की थी। उन्होंने फैराडे के विद्युत चुम्बकीय प्रेरण के नियम की एक नई व्याख्या का प्रस्ताव रखा और अपने विचारों को और विकसित किया।

चुंबकीय क्षेत्र में कोई भी परिवर्तन आसपास के अंतरिक्ष में एक भंवर विद्युत क्षेत्र उत्पन्न करता है, एक समय-भिन्न विद्युत क्षेत्र आसपास के अंतरिक्ष में एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करता है।

चित्रा 1. एक वैकल्पिक विद्युत क्षेत्र एक वैकल्पिक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करता है और इसके विपरीत

मैक्सवेल के सिद्धांत पर आधारित विद्युत चुम्बकीय तरंगों के गुण:

विद्युतचुम्बकीय तरंगें आड़ा - सदिश और एक दूसरे के लंबवत होते हैं और प्रसार की दिशा के लंबवत समतल में स्थित होते हैं।

चित्र 2. एक विद्युत चुम्बकीय तरंग का प्रसार

एक यात्रा तरंग में विद्युत और चुंबकीय क्षेत्र एक चरण में बदलते हैं।

एक यात्रा विद्युत चुम्बकीय तरंग में वैक्टर वैक्टर के तथाकथित सही ट्रिपल बनाते हैं।

वैक्टर के दोलन और चरण में होते हैं: एक ही समय में, अंतरिक्ष में एक बिंदु पर, विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों की ताकत का अनुमान अधिकतम, न्यूनतम या शून्य तक पहुंच जाता है।

विद्युतचुंबकीय तरंगें किसके साथ पदार्थ में फैलती हैं अंतिम गति

कहाँ - माध्यम की ढांकता हुआ और चुंबकीय पारगम्यता (माध्यम में विद्युत चुम्बकीय तरंग के प्रसार की गति उन पर निर्भर करती है),

विद्युत और चुंबकीय स्थिरांक।

निर्वात में विद्युत चुम्बकीय तरंगों की गति

विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा का प्रवाह घनत्व यातीव्रता जे एक इकाई क्षेत्र की सतह के माध्यम से समय की प्रति इकाई तरंग द्वारा ले जाने वाली विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा कहलाती है:

,

यहाँ , और के लिए व्यंजकों को प्रतिस्थापित करते हुए, और एक विद्युत चुम्बकीय तरंग में विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों की वॉल्यूमेट्रिक ऊर्जा घनत्व की समानता को ध्यान में रखते हुए, हम प्राप्त कर सकते हैं:

विद्युत चुम्बकीय तरंगों का ध्रुवीकरण किया जा सकता है।

इसी तरह, विद्युत चुम्बकीय तरंगें तरंगों के सभी मूल गुण होते हैं : वे ऊर्जा ले जाते हैं, गति रखते हैं, वे दो माध्यमों के बीच इंटरफेस में परावर्तित और अपवर्तित होते हैं, माध्यम द्वारा अवशोषित होते हैं, फैलाव, विवर्तन और हस्तक्षेप के गुणों को प्रदर्शित करते हैं।

हर्ट्ज़ प्रयोग (विद्युत चुम्बकीय तरंगों का प्रायोगिक पता लगाना)

पहली बार विद्युत चुम्बकीय तरंगों का प्रयोगात्मक अध्ययन किया गया था

1888 में हर्ट्ज। उन्होंने एक विद्युत चुम्बकीय दोलन जनरेटर (हर्ट्ज वाइब्रेटर) का एक सफल डिजाइन और अनुनाद विधि द्वारा उनका पता लगाने की एक विधि विकसित की।

वाइब्रेटर में दो रैखिक कंडक्टर होते हैं, जिसके सिरों पर धातु की गेंदें होती हैं जो स्पार्क गैप बनाती हैं। जब एक उच्च वोल्टेज इंडक्शन से शव पर लगाया गया, तो गैप में एक चिंगारी उछली, इसने गैप को छोटा कर दिया। इसके जलने के दौरान परिपथ में बड़ी संख्या में दोलन हुए। रिसीवर (गुंजयमान यंत्र) में एक स्पार्क गैप वाला तार होता है। थरथानेवाला में उत्पन्न होने वाली एक चिंगारी के जवाब में गुंजयमान यंत्र के स्पार्क गैप में चिंगारी की उपस्थिति में प्रतिध्वनि की उपस्थिति व्यक्त की गई थी।

इस प्रकार, हर्ट्ज़ के प्रयोगों ने मैक्सवेल के सिद्धांत के लिए एक ठोस आधार प्रदान किया। मैक्सवेल द्वारा भविष्यवाणी की गई विद्युत चुम्बकीय तरंगों को व्यवहार में महसूस किया गया।

रेडियो संचार के सिद्धांत

रेडियो संचार रेडियो तरंगों का उपयोग करके सूचना का प्रसारण और स्वागत।

24 मार्च, 1896 को, रूसी भौतिक और रासायनिक सोसायटी के भौतिकी विभाग की एक बैठक में, पोपोव ने अपने उपकरणों का उपयोग करते हुए, दुनिया के पहले दो-शब्द रेडियोग्राम "हेनरिक" को प्रसारित करते हुए, 250 मीटर की दूरी पर संकेतों के संचरण को स्पष्ट रूप से प्रदर्शित किया। हर्ट्ज"।

पीओपीओवी के रूप में रिसीवर की योजना

पोपोव ने रेडियो टेलीग्राफ संचार (विभिन्न अवधि के संकेतों का प्रसारण) का उपयोग किया, ऐसा संचार केवल एक कोड का उपयोग करके किया जा सकता है। हर्ट्ज वाइब्रेटर के साथ एक स्पार्क ट्रांसमीटर का उपयोग रेडियो तरंगों के स्रोत के रूप में किया जाता था, और एक कोहेरर एक रिसीवर के रूप में कार्य करता था, धातु के बुरादे के साथ एक ग्लास ट्यूब, जिसका प्रतिरोध, जब एक विद्युत चुम्बकीय तरंग हिट होती है, तो सैकड़ों बार गिर जाती है। कोहेरर की संवेदनशीलता को बढ़ाने के लिए, इसके एक सिरे को जमीन पर रखा गया था, और दूसरे को पृथ्वी के ऊपर उठाए गए तार से जोड़ा गया था, एंटीना की कुल लंबाई तरंग दैर्ध्य का एक चौथाई होता है। स्पार्क ट्रांसमीटर सिग्नल जल्दी खराब हो जाता है और लंबी दूरी पर प्रसारित नहीं किया जा सकता है।

रेडियोटेलीफोन संचार (भाषण और संगीत) एक उच्च-आवृत्ति मॉड्यूलेटेड सिग्नल का उपयोग करते हैं। एक कम (ध्वनि) आवृत्ति संकेत जानकारी रखता है, लेकिन व्यावहारिक रूप से उत्सर्जित नहीं होता है, और एक उच्च आवृत्ति संकेत अच्छी तरह से उत्सर्जित होता है, लेकिन जानकारी नहीं लेता है। रेडियोटेलीफोन संचार के लिए मॉड्यूलेशन का उपयोग किया जाता है।

मॉडुलन - एचएफ और एलएफ सिग्नल के मापदंडों के बीच एक पत्राचार स्थापित करने की प्रक्रिया।

रेडियो इंजीनियरिंग में, कई प्रकार के मॉड्यूलेशन का उपयोग किया जाता है: आयाम, आवृत्ति, चरण।

आयाम अधिमिश्रण - दोलनों (विद्युत, यांत्रिक, आदि) के आयाम में परिवर्तन, स्वयं दोलनों की आवृत्ति की तुलना में बहुत कम आवृत्ति पर होता है।

एक उच्च आवृत्ति हार्मोनिक दोलन ω को कम आवृत्ति वाले हार्मोनिक दोलन द्वारा आयाम में संशोधित किया जाता है (τ = 1/Ω इसकी अवधि है), टी समय है, ए उच्च आवृत्ति दोलन का आयाम है, टी इसकी अवधि है।

AM सिग्नल का उपयोग कर रेडियो संचार योजना

AM थरथरानवाला

आरएफ सिग्नल का आयाम एलएफ सिग्नल के आयाम के अनुसार बदलता है, फिर मॉड्यूलेटेड सिग्नल ट्रांसमिटिंग एंटीना द्वारा उत्सर्जित होता है।

रेडियो रिसीवर में, प्राप्त करने वाला एंटीना रेडियो तरंगों को उठाता है, ऑसिलेटरी सर्किट में, अनुनाद के कारण, जिस सिग्नल को सर्किट ट्यून किया जाता है (ट्रांसमिटिंग स्टेशन की वाहक आवृत्ति) का चयन किया जाता है और प्रवर्धित किया जाता है, फिर कम-आवृत्ति घटक संकेत का चयन किया जाना चाहिए।

डिटेक्टर रेडियो

खोज - उच्च-आवृत्ति संकेत को निम्न-आवृत्ति संकेत में परिवर्तित करने की प्रक्रिया। पता लगाने के बाद प्राप्त सिग्नल ट्रांसमीटर माइक्रोफोन पर काम करने वाले ध्वनि सिग्नल से मेल खाता है। प्रवर्धन के बाद, कम आवृत्ति कंपन को ध्वनि में बदला जा सकता है।

डिटेक्टर (डिमोडुलेटर)

डायोड का उपयोग प्रत्यावर्ती धारा को ठीक करने के लिए किया जाता है

ए) एएम सिग्नल, बी) सिग्नल का पता चला

राडार

रेडियो तरंगों का उपयोग करके वस्तुओं की स्थिति और उनके गति की गति का पता लगाने और सटीक निर्धारण को कहा जाता है राडार . रडार का सिद्धांत धातुओं से विद्युत चुम्बकीय तरंगों के परावर्तन के गुण पर आधारित है।

1 - घूर्णन एंटीना; 2 - एंटीना स्विच; 3 - ट्रांसमीटर; 4 - रिसीवर; 5 - स्कैनर; 6 - दूरी संकेतक; 7 - दिशा सूचक।

रडार के लिए उच्च-आवृत्ति रेडियो तरंगों (VHF) का उपयोग किया जाता है, उनकी सहायता से एक दिशात्मक किरण आसानी से बनती है और विकिरण शक्ति अधिक होती है। मीटर और डेसीमीटर रेंज में - वाइब्रेटर की जाली प्रणाली, सेंटीमीटर और मिलीमीटर रेंज में - परवलयिक उत्सर्जक। स्थान को निरंतर (लक्ष्य का पता लगाने के लिए) और स्पंदित (किसी वस्तु की गति निर्धारित करने के लिए) मोड में किया जा सकता है।

रडार के अनुप्रयोग के क्षेत्र:

• 
  विमानन, अंतरिक्ष यात्री, नौसेना: किसी भी मौसम में और दिन के किसी भी समय जहाजों की यातायात सुरक्षा, उनकी टक्कर की रोकथाम, टेकऑफ़ सुरक्षा, आदि। विमान की लैंडिंग।
• 
  युद्ध: दुश्मन के विमानों या मिसाइलों का समय पर पता लगाना, विमान भेदी आग का स्वचालित समायोजन।
• 
  ग्रहों के रडार: उनसे दूरी को मापना, उनकी कक्षाओं के मापदंडों को निर्दिष्ट करना, रोटेशन की अवधि निर्धारित करना, सतह की स्थलाकृति का अवलोकन करना। पूर्व सोवियत संघ (1961) में - शुक्र, बुध, मंगल, बृहस्पति का रडार। संयुक्त राज्य अमेरिका और हंगरी (1946) में - चंद्रमा की सतह से परावर्तित संकेत प्राप्त करने पर एक प्रयोग।

टेलीविज़न

दूरसंचार योजना मूल रूप से रेडियो संचार योजना से मेल खाती है। अंतर यह है कि, ध्वनि संकेत के अलावा, ट्रांसमीटर और रिसीवर के संचालन को सिंक्रनाइज़ करने के लिए एक छवि और नियंत्रण संकेत (लाइन परिवर्तन और फ्रेम परिवर्तन) प्रेषित किए जाते हैं। ट्रांसमीटर में, इन संकेतों को संशोधित और प्रसारित किया जाता है, रिसीवर में वे एंटीना द्वारा उठाए जाते हैं और प्रसंस्करण के लिए जाते हैं, प्रत्येक अपने रास्ते में।

एक आइकोस्कोप का उपयोग करके एक छवि को विद्युत चुम्बकीय दोलनों में परिवर्तित करने के लिए संभावित योजनाओं में से एक पर विचार करें:

एक ऑप्टिकल सिस्टम की मदद से, एक छवि को मोज़ेक स्क्रीन पर प्रक्षेपित किया जाता है, फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के कारण, स्क्रीन कोशिकाएं एक अलग सकारात्मक चार्ज प्राप्त करती हैं। इलेक्ट्रॉन गन एक इलेक्ट्रॉन बीम उत्पन्न करता है जो सकारात्मक रूप से आवेशित कोशिकाओं का निर्वहन करते हुए, स्क्रीन पर यात्रा करता है। चूंकि प्रत्येक सेल एक संधारित्र है, इसलिए आवेश में परिवर्तन एक बदलते वोल्टेज की उपस्थिति की ओर जाता है - एक विद्युत चुम्बकीय दोलन। सिग्नल को तब बढ़ाया जाता है और मॉड्यूलेटिंग डिवाइस में फीड किया जाता है। एक किनेस्कोप में, वीडियो सिग्नल को एक छवि में वापस परिवर्तित किया जाता है (विभिन्न तरीकों से, किनेस्कोप के संचालन के सिद्धांत के आधार पर)।

चूंकि टेलीविजन सिग्नल रेडियो की तुलना में बहुत अधिक जानकारी रखता है, इसलिए काम उच्च आवृत्तियों (मीटर, डेसीमीटर) पर किया जाता है।

रेडियो तरंगों का प्रसार।
रेडियो तरंग -रेंज में एक विद्युत चुम्बकीय तरंग है (10 4

इस श्रेणी के प्रत्येक खंड को लागू किया जाता है जहां इसके लाभों का सर्वोत्तम उपयोग किया जा सकता है। अलग-अलग रेंज की रेडियो तरंगें अलग-अलग दूरी पर फैलती हैं। रेडियो तरंगों का प्रसार वायुमंडल के गुणों पर निर्भर करता है। पृथ्वी की सतह, क्षोभमंडल और आयनमंडल का भी रेडियो तरंगों के प्रसार पर गहरा प्रभाव पड़ता है।

रेडियो तरंगों का प्रसार- यह अंतरिक्ष में रेडियो रेंज के विद्युत चुम्बकीय दोलनों को एक स्थान से दूसरे स्थान पर प्रसारित करने की प्रक्रिया है, विशेष रूप से एक ट्रांसमीटर से एक रिसीवर तक।
विभिन्न आवृत्तियों की तरंगें अलग-अलग व्यवहार करती हैं। आइए हम लंबी, मध्यम, छोटी और अल्ट्राशॉर्ट तरंगों के प्रसार की विशेषताओं पर अधिक विस्तार से विचार करें।
लंबी तरंगों का प्रसार।

लंबी तरंगें (>1000 मीटर) फैलती हैं:

• 
  पृथ्वी की गोलाकार सतह पर विवर्तन के कारण 1-2 हजार किमी तक की दूरी पर। ग्लोब की परिक्रमा करने में सक्षम (चित्र 1)। फिर उनका प्रसार गोलाकार वेवगाइड की मार्गदर्शक क्रिया के कारण होता है, बिना परावर्तित हुए।

चावल। एक

कनेक्शन गुणवत्ता:

स्वागत स्थिरता। स्वागत की गुणवत्ता दिन, वर्ष, मौसम की स्थिति के समय पर निर्भर नहीं करती है।

कमियां:

लहर के मजबूत अवशोषण के कारण जब यह पृथ्वी की सतह पर फैलती है, तो एक बड़े एंटीना और एक शक्तिशाली ट्रांसमीटर की आवश्यकता होती है।

वायुमंडलीय निर्वहन (बिजली) हस्तक्षेप करते हैं।

उपयोग:

• 
  रेंज का उपयोग रेडियो प्रसारण, रेडियोटेलीग्राफी, रेडियो नेविगेशन सेवाओं और पनडुब्बियों के साथ संचार के लिए किया जाता है।
• 
  सटीक समय संकेत और मौसम संबंधी रिपोर्ट प्रसारित करने वाले रेडियो स्टेशनों की एक छोटी संख्या है।

मध्यम तरंगों का प्रसार

मध्यम तरंगें ( = 100..1000 मीटर) फैलती हैं:

• 
  लंबी तरंगों की तरह, वे पृथ्वी की सतह के चारों ओर झुकने में सक्षम हैं।
• 
  छोटी तरंगों की तरह, उन्हें भी आयनमंडल से बार-बार परावर्तित किया जा सकता है।

ट्रांसमीटर से लंबी दूरी पर, दिन के दौरान रिसेप्शन खराब हो सकता है, लेकिन रात में रिसेप्शन में सुधार होता है। रिसेप्शन की ताकत साल के समय पर भी निर्भर करती है। इस प्रकार, दिन के दौरान वे छोटे, और रात में - लंबे समय तक फैलते हैं।

कनेक्शन गुणवत्ता:

• 
  लघु संचार रेंज। मध्यम तरंग स्टेशन एक हजार किलोमीटर के भीतर श्रव्य हैं। लेकिन उच्च स्तर का वायुमंडलीय और औद्योगिक हस्तक्षेप है।

उपयोग:

• 
  आधिकारिक और शौकिया संचार के साथ-साथ मुख्य रूप से प्रसारण के लिए उपयोग किया जाता है।

प्रसारकम लहर की

लघु तरंगें (=10..100 मीटर) फैलती हैं:

• 
  आयनमंडल और पृथ्वी की सतह से बार-बार परावर्तित होता है (चित्र 2)

कनेक्शन गुणवत्ता:

लघु तरंगों पर स्वागत की गुणवत्ता बहुत कुछ आयनमंडल में सौर गतिविधि के स्तर, वर्ष के समय और दिन के समय से जुड़ी विभिन्न प्रक्रियाओं पर निर्भर करती है। कोई उच्च शक्ति ट्रांसमीटर की आवश्यकता नहीं है। ग्राउंड स्टेशनों और अंतरिक्ष यान के बीच संचार के लिए, वे अनुपयुक्त हैं, क्योंकि वे आयनमंडल से नहीं गुजरते हैं।

उपयोग:

• 
  लंबी दूरी पर संचार के लिए। चलती वस्तुओं के साथ टेलीविजन, रेडियो प्रसारण और रेडियो संचार के लिए। विभागीय टेलीग्राफ और टेलीफोन रेडियो स्टेशन हैं। यह श्रेणी सबसे अधिक "आबादी" है।

अल्ट्राशॉर्ट का वितरणलहर की

अल्ट्राशॉर्ट तरंगें (

• 
  कभी-कभी वे बादलों, पृथ्वी के कृत्रिम उपग्रहों या चंद्रमा से भी परावर्तित हो सकते हैं। इस मामले में, संचार सीमा थोड़ी बढ़ सकती है।

कनेक्शन गुणवत्ता:

अल्ट्राशॉर्ट तरंगों का स्वागत श्रव्यता की स्थिरता, लुप्त होती की अनुपस्थिति के साथ-साथ विभिन्न हस्तक्षेपों में कमी की विशेषता है।

इन तरंगों पर संचार केवल दृष्टि की रेखा की दूरी पर ही संभव है ली(चित्र 7)।

चूँकि अल्ट्राशॉर्ट तरंगें क्षितिज से आगे नहीं फैलती हैं, इसलिए कई मध्यवर्ती ट्रांसमीटरों - रिपीटर्स का निर्माण करना आवश्यक हो जाता है।

अपराधी- रेडियो संचार लाइनों के मध्यवर्ती बिंदुओं पर स्थित एक उपकरण, प्राप्त संकेतों को बढ़ाना और उन्हें आगे प्रसारित करना।

रिले- एक मध्यवर्ती बिंदु पर संकेतों का स्वागत, उसी या किसी अन्य दिशा में उनका प्रवर्धन और संचरण। संचार रेंज को बढ़ाने के लिए रिट्रांसमिशन को डिज़ाइन किया गया है।

रिले करने के दो तरीके हैं: उपग्रह और स्थलीय।

उपग्रह:

एक सक्रिय रिले उपग्रह ग्राउंड स्टेशन सिग्नल प्राप्त करता है, इसे बढ़ाता है, और एक शक्तिशाली दिशात्मक ट्रांसमीटर के माध्यम से पृथ्वी को उसी दिशा में या एक अलग दिशा में सिग्नल भेजता है।

ज़मीन:

संकेत एक स्थलीय एनालॉग या डिजिटल रेडियो स्टेशन, या ऐसे स्टेशनों के नेटवर्क को प्रेषित किया जाता है, और फिर उसी दिशा में या एक अलग दिशा में आगे भेजा जाता है।

1 - रेडियो ट्रांसमीटर,

2 - प्रसारण एंटीना, 3 - एंटीना प्राप्त करना, 4 - रेडियो रिसीवर।

उपयोग:

• 
  कृत्रिम पृथ्वी उपग्रहों के साथ संचार के लिए और

अंतरिक्ष रॉकेट। टेलीविजन और रेडियो प्रसारण (वीएचएफ और एफएम बैंड), रेडियो नेविगेशन, रडार और सेलुलर संचार के लिए व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

वीएचएफ को निम्नलिखित श्रेणियों में बांटा गया है:

मीटर तरंगें - 10 से 1 मीटर तक, जहाजों, जहाजों और बंदरगाह सेवाओं के बीच टेलीफोन संचार के लिए उपयोग किया जाता है।

मिटर का दशमांश - 1 मीटर से 10 सेमी तक, उपग्रह संचार के लिए उपयोग किया जाता है।

सेंटीमीटर - 10 से 1 सेमी तक, रडार में प्रयोग किया जाता है।

मिलीमीटर - 1 सेमी से 1 मिमी तक, मुख्य रूप से दवा में उपयोग किया जाता है।

तरंग प्रक्रिया- पदार्थ के हस्तांतरण के बिना ऊर्जा हस्तांतरण की प्रक्रिया।

यांत्रिक तरंग- लोचदार माध्यम में फैलने वाली गड़बड़ी।

एक लोचदार माध्यम की उपस्थिति यांत्रिक तरंगों के प्रसार के लिए एक आवश्यक शर्त है।

माध्यम में ऊर्जा और संवेग का स्थानांतरण माध्यम के पड़ोसी कणों के बीच परस्पर क्रिया के परिणामस्वरूप होता है।

लहरें अनुदैर्ध्य और अनुप्रस्थ होती हैं।

अनुदैर्ध्य यांत्रिक तरंग - एक तरंग जिसमें माध्यम के कणों की गति तरंग प्रसार की दिशा में होती है। अनुप्रस्थ यांत्रिक तरंग - एक तरंग जिसमें माध्यम के कण तरंग प्रसार की दिशा में लंबवत चलते हैं।

अनुदैर्ध्य तरंगें किसी भी माध्यम में फैल सकती हैं। अनुप्रस्थ तरंगें गैसों और तरल पदार्थों में नहीं होती हैं, क्योंकि वे

कणों की कोई निश्चित स्थिति नहीं होती है।

आवधिक बाहरी क्रिया आवधिक तरंगों का कारण बनती है।

हार्मोनिक तरंग- माध्यम के कणों के हार्मोनिक कंपन द्वारा उत्पन्न तरंग।

वेवलेंथ- वह दूरी जिस पर तरंग अपने स्रोत के दोलन की अवधि के दौरान फैलती है:

यांत्रिक तरंग गति- माध्यम में विक्षोभ प्रसार का वेग। ध्रुवीकरण एक माध्यम में कणों के दोलनों की दिशाओं का क्रम है।

ध्रुवीकरण का विमान- वह तल जिसमें माध्यम के कण तरंग में कंपन करते हैं। एक रैखिक रूप से ध्रुवीकृत यांत्रिक तरंग एक तरंग है जिसके कण एक निश्चित दिशा (रेखा) के साथ दोलन करते हैं।

polarizer- एक उपकरण जो एक निश्चित ध्रुवीकरण की लहर का उत्सर्जन करता है।

खड़ी लहर- दो हार्मोनिक तरंगों के एक दूसरे की ओर फैलने और समान अवधि, आयाम और ध्रुवीकरण होने के परिणामस्वरूप बनने वाली लहर।

एक स्थायी तरंग के एंटिनोड्स- दोलनों के अधिकतम आयाम वाले बिंदुओं की स्थिति।

खड़ी लहर की गांठें- लहर के गैर-चलती बिंदु, जिसका दोलन आयाम शून्य के बराबर है।

सिरों पर तय की गई एक स्ट्रिंग की लंबाई l पर, अनुप्रस्थ खड़ी तरंगों की एक पूर्णांक n अर्ध-तरंगें फिट होती हैं:

ऐसी तरंगों को दोलन मोड कहा जाता है।

एक मनमाना पूर्णांक n > 1 के लिए दोलन मोड को nवां हार्मोनिक या nवां ओवरटोन कहा जाता है। n = 1 के लिए दोलन मोड को पहला हार्मोनिक या मौलिक दोलन मोड कहा जाता है। ध्वनि तरंगें माध्यम में लोचदार तरंगें होती हैं जो किसी व्यक्ति में श्रवण संवेदनाओं का कारण बनती हैं।

ध्वनि तरंगों के अनुरूप दोलनों की आवृत्ति 16 हर्ट्ज से 20 किलोहर्ट्ज़ तक होती है।

ध्वनि तरंगों के प्रसार की गति कणों के बीच अंतःक्रिया के हस्तांतरण की दर से निर्धारित होती है। एक ठोस v p में ध्वनि की गति, एक नियम के रूप में, एक तरल v l में ध्वनि की गति से अधिक होती है, जो बदले में, गैस v g में ध्वनि की गति से अधिक होती है।

ध्वनि संकेतों को पिच, टाइमब्रे और लाउडनेस द्वारा वर्गीकृत किया जाता है। ध्वनि की पिच ध्वनि कंपन के स्रोत की आवृत्ति से निर्धारित होती है। दोलन आवृत्ति जितनी अधिक होगी, ध्वनि उतनी ही अधिक होगी; कम आवृत्तियों के कंपन कम ध्वनियों के अनुरूप होते हैं। ध्वनि का समय ध्वनि कंपन के रूप से निर्धारित होता है। समान अवधि वाले कंपनों के आकार में अंतर मौलिक मोड और ओवरटोन के विभिन्न सापेक्ष आयामों से जुड़ा होता है। ध्वनि की मात्रा ध्वनि की तीव्रता के स्तर की विशेषता है। ध्वनि की तीव्रता - ध्वनि तरंगों की ऊर्जा 1 सेकंड में 1 मीटर 2 के क्षेत्र पर घटना होती है।

यांत्रिकलहरभौतिकी में, यह गड़बड़ी के प्रसार की घटना है, साथ में एक दोलनशील शरीर की ऊर्जा को एक बिंदु से दूसरे स्थान पर बिना परिवहन के, किसी लोचदार माध्यम में स्थानांतरित किया जाता है।

एक माध्यम जिसमें अणुओं (तरल, गैस या ठोस) के बीच एक लोचदार संपर्क होता है, यांत्रिक गड़बड़ी की घटना के लिए एक पूर्वापेक्षा है। ये तभी संभव हैं जब किसी पदार्थ के अणु आपस में टकराते हैं, ऊर्जा का संचार करते हैं। इस तरह की गड़बड़ी का एक उदाहरण ध्वनि (ध्वनिक तरंग) है। ध्वनि हवा, पानी या ठोस में यात्रा कर सकती है, लेकिन निर्वात में नहीं।

एक यांत्रिक तरंग बनाने के लिए, कुछ प्रारंभिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है, जो माध्यम को संतुलन से बाहर कर देगी। यह ऊर्जा तब तरंग द्वारा प्रेषित की जाएगी। उदाहरण के लिए, पानी की थोड़ी मात्रा में फेंका गया पत्थर सतह पर एक लहर पैदा करता है। एक तेज चीख एक ध्वनिक तरंग पैदा करती है।

यांत्रिक तरंगों के मुख्य प्रकार:

• ध्वनि;
• पानी की सतह पर;
• भूकंप;
• भूकंपीय तरंगें।

यांत्रिक तरंगों में सभी दोलन गतियों की तरह शिखर और गर्त होते हैं। उनकी मुख्य विशेषताएं हैं:

• आवृत्ति। यह प्रति सेकंड दोलनों की संख्या है। एसआई में माप की इकाइयां: [ν] = [हर्ट्ज] = [एस -1]।
• तरंग दैर्ध्य। आसन्न चोटियों या कुंडों के बीच की दूरी। [λ] = [एम]।
• आयाम। संतुलन की स्थिति से मध्यम बिंदु का सबसे बड़ा विचलन। [एक्स अधिकतम] = [एम]।
• गति। यह वह दूरी है जो एक तरंग एक सेकंड में तय करती है। [वी] = [एम / एस]।

वेवलेंथ

तरंग दैर्ध्य एक दूसरे के निकटतम बिंदुओं के बीच की दूरी है, जो समान चरणों में दोलन करते हैं।

अंतरिक्ष में तरंगें फैलती हैं। इनके प्रसार की दिशा कहलाती है किरणऔर तरंग सतह के लंबवत रेखा द्वारा निरूपित किया जाता है। और उनकी गति की गणना सूत्र द्वारा की जाती है:

तरंग सतह की सीमा, जो माध्यम के उस हिस्से को अलग करती है जिसमें पहले से ही दोलन हो रहे हैं, उस माध्यम के हिस्से से जिसमें अभी तक दोलन शुरू नहीं हुए हैं, - लहरसामने.

अनुदैर्ध्य और अनुप्रस्थ तरंगें

यांत्रिक प्रकार की तरंगों को वर्गीकृत करने के तरीकों में से एक माध्यम के अलग-अलग कणों की गति की दिशा को उसके प्रसार की दिशा के संबंध में निर्धारित करना है।

तरंगों में कणों की गति की दिशा के आधार पर, निम्न हैं:

1. आड़ालहर की।इस प्रकार की तरंगों में माध्यम के कण तरंग बीम के समकोण पर दोलन करते हैं। एक तालाब में एक लहर या एक गिटार के कंपन तार अनुप्रस्थ तरंगों की कल्पना करने में मदद कर सकते हैं। इस प्रकार के दोलन तरल या गैस माध्यम में नहीं फैल सकते, क्योंकि इन मीडिया के कण बेतरतीब ढंग से चलते हैं और तरंग प्रसार की दिशा में उनके आंदोलन को लंबवत रूप से व्यवस्थित करना असंभव है। अनुप्रस्थ प्रकार की तरंगें अनुदैर्ध्य की तुलना में बहुत अधिक धीमी गति से चलती हैं।
2. अनुदैर्ध्यलहर की।माध्यम के कण उसी दिशा में दोलन करते हैं जिस दिशा में तरंग फैलती है। इस प्रकार की कुछ तरंगों को संपीडन या संपीडन तरंगें कहते हैं। एक वसंत के अनुदैर्ध्य दोलन - आवधिक संपीड़न और विस्तार - ऐसी तरंगों का एक अच्छा दृश्य प्रदान करते हैं। अनुदैर्ध्य तरंगें यांत्रिक प्रकार की सबसे तेज तरंगें हैं। हवा में ध्वनि तरंगें, सुनामी और अल्ट्रासाउंड अनुदैर्ध्य हैं। इनमें एक निश्चित प्रकार की भूकंपीय तरंगें शामिल हैं जो भूमिगत और पानी में फैलती हैं।

किसी भी उत्पत्ति की तरंगों के साथ, कुछ शर्तों के तहत, नीचे सूचीबद्ध चार घटनाएं देखी जा सकती हैं, जिन्हें हम हवा में ध्वनि तरंगों और पानी की सतह पर तरंगों के उदाहरण का उपयोग करके विचार करेंगे।

तरंगों का परावर्तन।आइए एक ऑडियो फ़्रीक्वेंसी करंट जनरेटर के साथ एक प्रयोग करें जिससे एक लाउडस्पीकर (स्पीकर) जुड़ा हो, जैसा कि अंजीर में दिखाया गया है। "ए"। हम एक सीटी की आवाज सुनेंगे। तालिका के दूसरे छोर पर, हम एक आस्टसीलस्कप से जुड़ा एक माइक्रोफोन लगाते हैं। चूंकि स्क्रीन पर एक छोटे आयाम के साथ एक साइन तरंग दिखाई देती है, इसका मतलब है कि माइक्रोफ़ोन एक कमजोर ध्वनि को मानता है।

आइए अब टेबल के ऊपर एक बोर्ड रखें, जैसा कि चित्र "बी" में दिखाया गया है। चूंकि आस्टसीलस्कप स्क्रीन पर आयाम बढ़ गया है, इसका मतलब है कि माइक्रोफोन तक पहुंचने वाली आवाज तेज हो गई है। यह और कई अन्य प्रयोग बताते हैं कि किसी भी मूल की यांत्रिक तरंगों में दो मीडिया के बीच इंटरफेस से प्रतिबिंबित होने की क्षमता होती है।

तरंगों का अपवर्तन।आइए आकृति की ओर मुड़ें, जो तटीय उथले (शीर्ष दृश्य) पर चल रही लहरों को दिखाती है। ग्रे-पीला रंग रेतीले किनारे को दर्शाता है, और नीला - समुद्र का गहरा हिस्सा। उनके बीच एक रेत का किनारा है - उथला पानी।

गहरे पानी से गुजरने वाली लहरें लाल तीर की दिशा में फैलती हैं। परिभ्रमण के स्थान पर तरंग अपवर्तित हो जाती है, अर्थात् यह संचरण की दिशा बदल देती है। इसलिए, तरंग प्रसार की नई दिशा का संकेत देने वाला नीला तीर अलग तरह से स्थित है।

यह और कई अन्य टिप्पणियों से पता चलता है कि किसी भी मूल की यांत्रिक तरंगों को अपवर्तित किया जा सकता है जब प्रसार की स्थिति बदलती है, उदाहरण के लिए, दो मीडिया के बीच इंटरफेस में।

तरंगों का विवर्तन।लैटिन से अनुवादित "डिफ्रैक्टस" का अर्थ है "टूटा हुआ"। भौतिकी में विवर्तन एक ही माध्यम में सीधा प्रसार से तरंगों का विचलन है, जिससे बाधाओं को गोल किया जाता है।

अब समुद्र की सतह पर लहरों के एक और पैटर्न पर एक नज़र डालें (किनारे से देखें)। दूर से हमारी ओर दौड़ती लहरें बाईं ओर एक बड़ी चट्टान से छिप जाती हैं, लेकिन साथ ही वे आंशिक रूप से इसके चारों ओर घूमती हैं। दाईं ओर की छोटी चट्टान लहरों के लिए बिल्कुल भी बाधा नहीं है: वे पूरी तरह से इसके चारों ओर घूमती हैं, एक ही दिशा में फैलती हैं।

अनुभव बताते हैं कि विवर्तन सबसे स्पष्ट रूप से प्रकट होता है यदि आपतित तरंग की लंबाई बाधा के आयामों से अधिक है।उसके पीछे लहर ऐसे फैलती है जैसे कोई बाधा ही न हो।

लहर हस्तक्षेप।हमने एक तरंग के प्रसार से जुड़ी परिघटनाओं पर विचार किया है: परावर्तन, अपवर्तन और विवर्तन। अब एक दूसरे पर दो या दो से अधिक तरंगों के अध्यारोपण के साथ प्रसार पर विचार करें - हस्तक्षेप घटना(लैटिन "इंटर" से - पारस्परिक रूप से और "फेरियो" - मैं हड़ताल करता हूं)। आइए इस घटना का प्रयोगात्मक रूप से अध्ययन करें।

ऑडियो फ़्रीक्वेंसी करंट जनरेटर के समानांतर जुड़े दो स्पीकर कनेक्ट करें। ध्वनि रिसीवर, पहले प्रयोग की तरह, एक आस्टसीलस्कप से जुड़ा एक माइक्रोफोन होगा।

आइए माइक्रोफ़ोन को दाईं ओर ले जाना शुरू करें। आस्टसीलस्कप दिखाएगा कि ध्वनि कमजोर और मजबूत हो जाती है, इस तथ्य के बावजूद कि माइक्रोफोन स्पीकर से दूर चला जाता है। आइए माइक्रोफ़ोन को स्पीकरों के बीच की मध्य रेखा पर लौटाएँ, और फिर हम इसे फिर से स्पीकर से दूर, बाईं ओर ले जाएंगे। आस्टसीलस्कप हमें फिर से क्षीणन दिखाएगा, फिर ध्वनि का प्रवर्धन।

यह और कई अन्य प्रयोग बताते हैं कि एक ऐसे स्थान में जहां कई तरंगें फैलती हैं, उनके हस्तक्षेप से दोलनों के प्रवर्धन और क्षीणन के साथ वैकल्पिक क्षेत्रों की उपस्थिति हो सकती है।