Unde longitudinale și transversale. Apariția și propagarea undelor mecanice. Mărimi fizice care caracterizează undele

Val– procesul de propagare a vibraţiilor într-un mediu elastic.

Undă mecanică– perturbații mecanice care se propagă în spațiu și transportă energie.

Tipuri de valuri:

longitudinal - particulele de mediu oscilează în direcția de propagare a undei - în toate mediile elastice;

X

direcția de vibrație

puncte ale mediului

transversal - particulele mediului oscilează perpendicular pe direcția de propagare a undei - pe suprafața lichidului.

X

Tipuri de unde mecanice:

unde elastice – propagarea deformațiilor elastice;

valuri pe suprafața unui lichid.

Caracteristicile valului:

Fie ca A să oscileze conform legii:
.

Apoi B oscilează cu o întârziere cu un unghi
, Unde
, adică

Energia valurilor.

- energia totală a unei particule. Dacă particuleN, atunci unde - epsilon, V – volum.

Epsilon– energie pe unitatea de volum a undei – densitatea energiei volumetrice.

Fluxul de energie a valurilor este egal cu raportul dintre energia transferată de unde printr-o anumită suprafață și timpul în care se efectuează acest transfer:
, watt; 1 watt = 1J/s.

Densitatea fluxului energetic - intensitatea undei– flux de energie printr-o unitate de suprafață - o valoare egală cu energia medie transferată de o undă pe unitatea de timp pe unitatea de suprafață a secțiunii transversale.

[W/m2]

.

Vector Umov– vector I, care arată direcția de propagare a undei și egal cu fluxul de energie a valurilor care trece printr-o unitate de suprafață perpendiculară pe această direcție:

.

Caracteristicile fizice ale valului:

oscilator:

1. amplitudine

Val:

1. lungime de undă

   viteza undei

   intensitate

Oscilații complexe (relaxare) - diferite de sinusoidale.

transformata Fourier- orice funcție periodică complexă poate fi reprezentată ca suma mai multor funcții simple (armonice), ale căror perioade sunt multiple ale perioadei funcției complexe - aceasta este analiza armonică. Apare la analizoare. Rezultatul este spectrul armonic al unei vibrații complexe:

A

0

sunet - vibratii si unde care actioneaza asupra urechii umane si provoaca senzatie auditiva.

Vibrațiile și undele sonore sunt un caz special de vibrații și unde mecanice. Tipuri de sunete:

Tonuri– sunetul, care este un proces periodic:

1. simplu - armonic - diapazon

   complex – anarmonic – vorbire, muzică

Un ton complex poate fi împărțit în unele simple. Cea mai joasă frecvență a unei astfel de descompunere este tonul fundamental, armonicile rămase (harmonice) au frecvențe egale cu 2 si altii. Un set de frecvențe care indică intensitățile lor relative este spectrul acustic.

Zgomot - sunet cu o dependență complexă, nerepetată de timp (foșnet, scârțâit, aplauze). Spectrul este continuu.

Caracteristicile fizice ale sunetului:

Caracteristici senzatie auditiva :

Înălţime– determinată de frecvența undei sonore. Cu cât frecvența este mai mare, cu atât tonul este mai mare. Un sunet de intensitate mai mare este mai scăzut.

Timbru– determinat de spectrul acustic. Cu cât sunt mai multe tonuri, cu atât spectrul este mai bogat.

Volum– caracterizează nivelul senzaţiei auditive. Depinde de intensitatea și frecvența sunetului. Psihofizic Legea Weber-Fechner: dacă creșteți iritația exponențial (de același număr de ori), atunci senzația acestei iritații va crește cu progresie aritmetică(cu aceeasi suma).

, unde E este volumul (măsurat în fundal);
- nivelul de intensitate (măsurat în bels). 1 bel – modificarea nivelului de intensitate, care corespunde unei modificări a intensității sunetului de 10 ori K – coeficient de proporționalitate, depinde de frecvență și intensitate.

Relația dintre zgomot și intensitatea sunetului este curbe de volum egal, pe baza datelor experimentale (creează un sunet cu o frecvență de 1 kHz, modifică intensitatea până când apare o senzație auditivă, similară cu senzația volumului sunetului studiat). Cunoscând intensitatea și frecvența, puteți găsi fundalul.

Audiometrie– metoda de masurare a acuitatii auditive. Aparatul este un audiometru. Curba rezultată este o audiogramă. Se determină și se compară pragul de senzație auditivă la diferite frecvențe.

Sonometru – măsoară nivelul de zgomot.

În clinică: auscultatie – stetoscop/fonendoscop. Un fonendoscop este o capsulă goală, cu o membrană și tuburi de cauciuc.

Fonocardiografia este o înregistrare grafică a fundalului și a zgomotelor cardiace.

Percuţie.

Ecografie– vibrații mecanice și unde cu o frecvență peste 20 kHz până la 20 MHz. Emițătorii de ultrasunete sunt emițători electromecanici bazați pe efectul piezoelectric (curent alternativ la electrozi cu cuarț între ei).

Lungimea de undă a ultrasunetelor este mai mică decât lungimea de undă a sunetului: 1,4 m – sunet în apă (1 kHz), 1,4 mm – ultrasunete în apă (1 MHz). Ecografia este bine reflectată la limita os-periost-mușchi. Ultrasunetele nu vor pătrunde în corpul uman decât dacă sunt lubrifiate cu ulei (stratul de aer). Viteza de propagare a ultrasunetelor depinde de mediu. Procese fizice: microvibrații, distrugerea biomacromoleculelor, restructurarea și deteriorarea membranelor biologice, efecte termice, distrugerea celulelor și microorganismelor, cavitația. În clinică: diagnostic (encefalograf, cardiograf, ecografie), kinetoterapie (800 kHz), bisturiu cu ultrasunete, industria farmaceutică, osteosinteză, sterilizare.

Infrasunete– unde cu o frecvență mai mică de 20 Hz. Efect advers – rezonanță în organism.

Vibrații. Efecte benefice și nocive. Masaj. Boala vibrațiilor.

efectul Doppler– modificarea frecvenței undelor percepute de observator (receptor de unde) datorită mișcării relative a sursei de undă și a observatorului.

Cazul 1: N se apropie de I.

Cazul 2: Și se apropie de N.

Cazul 3: apropierea și îndepărtarea I și N unul de celălalt:

Sistem: generator de ultrasunete – receptor – staționar față de mediu. Obiectul se mișcă. El primește ultrasunete la o frecvență
, o reflectă, trimițând-o către receptor, care primește o undă ultrasonică cu o frecvență
. Diferența de frecvență - Schimbarea frecvenței Doppler:
. Folosit pentru a determina viteza fluxului sanguin și viteza de mișcare a valvei.

Valuri. Proprietăți generale valuri

Val - este fenomenul de propagare în spațiu în timp a unei modificări (perturbare) a unei mărimi fizice, purtând cu ea energie.

Indiferent de natura undei, transferul de energie are loc fără transfer de materie; acesta din urmă nu poate apărea decât ca prin efect. Transfer de energie - diferenta fundamentala unde de la oscilații în care au loc doar transformări energetice „locale”. Valurile, de regulă, sunt capabile să parcurgă distanțe considerabile de la locul de origine. Din acest motiv, undele sunt uneori numite „ vibraţie desprinsă de emiţător».

Valurile pot fi clasificate

Prin natura sa:

unde elastice - undele care se propagă în medii lichide, solide și gazoase datorită acțiunii forțelor elastice.

Undele electromagnetice- o perturbare (schimbare de stare) a câmpului electromagnetic care se propagă în spațiu.

Valuri pe suprafața unui lichid- o denumire convențională pentru diverse unde care apar la interfața dintre lichid și gaz sau lichid și lichid. Undele de apă diferă în mecanismul fundamental de oscilație (capilar, gravitațional etc.), ceea ce duce la diferite legi de dispersie și, în consecință, la un comportament diferit al acestor unde.

În raport cu direcția de vibrație a particulelor mediului:

unde longitudinale - particulele de mediu vibrează paralelîn direcția de propagare a undelor (ca, de exemplu, în cazul propagării sunetului).

unde transversale - particulele de mediu vibrează perpendicular direcția de propagare a undelor (unde electromagnetice, unde pe suprafețele de separare a mediilor).

a - transversal; b - longitudinal.

Valuri mixte.

Conform geometriei frontului de undă:

Suprafața de undă (frontul de undă) este locația geometrică a punctelor la care perturbația a ajuns la un moment dat în timp. Într-un mediu izotrop omogen, viteza de propagare a undelor este aceeași în toate direcțiile, ceea ce înseamnă că toate punctele frontului oscilează în aceeași fază, frontul este perpendicular pe direcția de propagare a undei, valorile oscilante. cantitatea este aceeași în toate punctele din față.

Apartament planurile undă - fază sunt perpendiculare pe direcția de propagare a undei și paralele între ele.

Sferic val - suprafața fazelor egale este o sferă.

Cilindric val - suprafața fazelor seamănă cu un cilindru.

Spirală undă - se formează dacă o sursă/surse de undă sferică sau cilindrică se deplasează de-a lungul unei anumite curbe închise în timpul procesului de radiație.

Val de avion

O undă se numește plată dacă suprafețele sale de undă sunt plane paralele între ele, perpendiculare pe viteza de fază a undei. Dacă axa de coordonate x este îndreptată de-a lungul vitezei de fază a undei v, atunci vectorul care descrie unda va fi un funcţie de numai două variabile: coordonatele x şi timpul t (y = f(x,t)).

Să considerăm o undă sinusoidală plată monocromatică (o singură frecvență) care se propagă într-un mediu omogen fără atenuare de-a lungul axei X. Dacă sursa (planul infinit) oscilează conform legii y=, atunci oscilația va atinge punctul cu coordonata x cu o întârziere de timp. Prin urmare,

,Unde

Viteza fazei undei - viteza de mișcare a suprafeței undei (față),

– amplitudinea undei – modulul abaterii maxime a unei mărimi în schimbare de la poziția de echilibru,

– frecvența ciclică, T – perioada de oscilație, – frecvența undei (asemănătoare oscilațiilor)

k este numărul de undă, are semnificația frecvenței spațiale,

O altă caracteristică a undei este lungimea de undă m, aceasta este distanța pe care se propagă unda în timpul unei perioade de oscilație, are semnificația unei perioade spațiale, aceasta cea mai scurta distantaîntre punctele care oscilează în aceeași fază.

y

Lungimea de undă este legată de numărul de undă prin relație, care este similară cu relația de timp

Numărul de undă este legat de frecvența ciclică și viteza de propagare a undei

X
y
y

Figurile arată o oscilogramă (a) și un instantaneu (b) a unei unde cu perioadele de timp și spațiu indicate. Spre deosebire de oscilațiile staționare, undele au două caracteristici principale: periodicitatea temporală și periodicitatea spațială.

Proprietățile generale ale undelor:

1. 
   Valurile transportă energie.

Intensitatea undei este energia medie în timp pe care o undă electromagnetică sau sonoră o transferă pe unitatea de timp printr-o unitate de suprafață situată perpendicular pe direcția de propagare a undei. Intensitatea undei este proporțională cu pătratul amplitudinii sale.I=W/t∙S, unde W este energia, t este timpul, S este aria frontală. I=[W/m2]. De asemenea, intensitatea oricărei unde poate fi determinată de I=wv, unde v este viteza de propagare a undei (grup).

2. Undele exercită presiune asupra corpurilor (au impuls).

3. Viteza unei unde într-un mediu depinde de frecvența undei - dispersie.Astfel, undele de frecvențe diferite se propagă în același mediu la viteze diferite (viteza de fază).

4. Undele se îndoaie în jurul obstacolelor - difracție.

Difracția are loc atunci când dimensiunea obstacolului este comparabilă cu lungimea de undă.

5. La interfața dintre două medii, undele sunt reflectate și refractate.

Unghiu de incidenta egal cu unghiul reflexia, iar raportul dintre sinusul unghiului de incidență și sinusul unghiului de refracție este o valoare constantă pentru două medii date.

6. Când sunt suprapuse unde coerente (diferența de fază a acestor unde în orice punct este constantă în timp), ele interferează - se formează un model stabil de minime și maxime de interferență.

Undele și sursele care le excită sunt numite coerente dacă diferența de fază dintre unde nu depinde de timp. Undele și sursele care le excită sunt numite incoerente dacă diferența de fază dintre unde se modifică în timp.

Numai undele care au aceeași frecvență și oscilează pe aceeași direcție (adică unde coerente) pot interfera. Interferența poate fi staționară sau non-staționară. Numai undele coerente pot produce un model de interferență staționar. De exemplu, două unde sferice de pe suprafața apei, care se propagă din două surse punctuale coerente, vor produce o undă rezultată la interferență. Frontul undei rezultate va fi o sferă.

Când undele interferează, energiile lor nu se adună. Interferența undelor duce la redistribuirea energiei de vibrație între diferite particule strâns distanțate ale mediului. Acest lucru nu contrazice legea conservării energiei deoarece, în medie, pentru o regiune mare a spațiului, energia undei rezultate este egală cu suma energiilor undelor interferente.

Când undele incoerente sunt suprapuse, amplitudinea pătrată medie a undei rezultate este egală cu suma amplitudinilor pătrate ale undelor suprapuse. Energia oscilațiilor rezultate ale fiecărui punct al mediului este egală cu suma energiilor oscilațiilor sale cauzate de toate undele incoerente separat.

7. Undele sunt absorbite de mediu. Pe măsură ce vă îndepărtați de sursă, amplitudinea undei scade, deoarece energia undei este parțial transferată în mediu.

8. Undele sunt împrăștiate într-un mediu neomogen.

Imprăștirea reprezintă perturbări ale câmpurilor de undă cauzate de neomogenitățile mediului și împrăștierea obiectelor plasate în acest mediu. Intensitatea împrăștierii depinde de mărimea neomogenităților și de frecvența undei.

Unde mecanice. Sunet. Caracteristicile sunetului .

Val- o perturbare care se propagă în spațiu.

Proprietățile generale ale undelor:

• 
  transfer de energie;
• 
  au impuls (exercită presiune asupra corpului);
• 
  la limita a două medii sunt reflectate și refractate;
• 
  sunt absorbite de mediu;
• 
  difracţie;
• 
  interferență;
• 
  dispersie;
• 
  Viteza undelor depinde de mediul prin care trec undele.

1. 
   Unde mecanice (elastice).

Dacă vibrațiile particulelor sunt excitate în orice loc într-un mediu elastic (solid, lichid sau gazos), atunci datorită interacțiunii atomilor și moleculelor mediului, vibrațiile încep să se transmită dintr-un punct în altul cu o viteză finită în funcție de asupra densității și proprietăților elastice ale mediului. Acest fenomen se numește undă mecanică sau elastică. Rețineți că undele mecanice nu se pot propaga în vid.

Un caz special de unde mecanice - valuri pe suprafața unui lichid, unde care apar și se propagă de-a lungul suprafeței libere a unui lichid sau la interfața a două lichide nemiscibile. Ele se formează sub influența influențelor externe, în urma cărora suprafața lichidului este îndepărtată din starea de echilibru. În acest caz, apar forțe care restabilesc echilibrul: forțele tensiunii superficiale și gravitației.

Există două tipuri de unde mecanice

Undele longitudinale, însoțite de deformații de tracțiune și compresiune, se pot propaga în orice mediu elastic: gaze, lichide și solide. Undele transversale se propagă în acele medii în care apar forțe elastice în timpul deformării prin forfecare, adică în solide.

Undele simple armonice sau sinusoidale prezintă un interes semnificativ pentru practică. Ecuația unei undă sinusoidală plană este:

- asa numitul numărul de undă ,

– frecventa circulara ,

A - amplitudinea vibrației particulelor.

Figura prezintă „instantanee” ale unei unde transversale în două momente în timp: t și t + Δt. În timpul Δt, unda s-a deplasat de-a lungul axei OX la o distanță υΔt. Astfel de valuri sunt de obicei numite valuri care călătoresc.

Lungimea de undă λ este distanța dintre două puncte adiacente pe axa OX, oscilând în aceleași faze. Unda parcurge o distanta egala cu lungimea de unda λ intr-o perioada T, prin urmare,

λ = υT, unde υ este viteza de propagare a undei.

Pentru orice punct selectat de pe graficul procesului undei (de exemplu, pentru punctul A), în timp t, coordonatele x a acestui punct se schimbă și valoarea expresiei ωt – kx nu se schimba. După o perioadă de timp Δt, punctul A se va deplasa de-a lungul axei OX la o anumită distanță Δx = υΔt. Prin urmare: ωt – kx = ω(t + Δt) – k(x + Δx) = const sau ωΔt = kΔx.

Asta implică:

Astfel, o undă sinusoidală care călătorește are periodicitate dublă - în timp și spațiu. Perioada de timp este egală cu perioada de oscilație T a particulelor mediului, perioada spațială este egală cu lungimea de undă λ. Numărul de undă este analogul spațial al frecvenței circulare.

1. 
   Sunet.

Sunet- sunt vibratii mecanice care se propaga in medii elastice - gaze, lichide si solide - si percepute de organele auzului. Sunetul este o undă cu o intensitate destul de scăzută. Gama de frecvențe sonore audibile variază de la aproximativ 20 Hz la 20 kHz. Se numesc unde cu o frecvență mai mică de 20 Hz infrasuneteși cu o frecvență mai mare de 20 kHz – ecografie. Se numesc unde cu frecvențe de până la Hz hipersunet. Ramura fizicii numită acustică studiază fenomenele sonore.

Orice proces oscilator este descris de ecuație. De asemenea, este derivat pentru vibrațiile sonore:

Principalele caracteristici unde sonore

Percepția subiectivă a sunetului (volum, înălțime, timbru)

Obiectiv caracteristici fizice sunet (viteza, intensitatea, spectrul)

Viteza sunetului în orice mediu gazos se calculează prin formula:

β - compresibilitatea adiabatică a mediului,

ρ - densitate.

1. 
   Aplicarea sunetului

Animalele care au capacitatea de ecolocație sunt bine cunoscute - lilieciiși delfini. În ceea ce privește perfecțiunea lor, ecolocatoarele acestor animale nu sunt inferioare și în multe privințe superioare (ca fiabilitate, precizie, eficiență energetică) ecolocatoarelor moderne create de om.

Ecolocatoarele folosite sub apă se numesc sonare sau sonare (numele sonar este format din literele inițiale a trei cuvinte englezești: sunet - sunet; navigatie - navigatie; gamă – gamă). Sonarele sunt indispensabile cercetării fundul mării(profilul său, adâncimea), pentru a detecta și studia diverse obiecte care se mișcă adânc sub apă. Cu ajutorul lor, pot fi detectate cu ușurință atât obiectele sau animalele mari individuale, cât și școlile de pești mici sau crustacee.

Undele ultrasonice sunt utilizate pe scară largă în medicină în scopuri de diagnostic. Scanerele cu ultrasunete vă permit să examinați organe interne persoană. Radiațiile cu ultrasunete sunt mai puțin dăunătoare pentru oameni decât razele X.

Undele electromagnetice.

Proprietățile lor.

Undă electromagnetică este un câmp electromagnetic care se propagă în spațiu în timp.

Undele electromagnetice pot fi excitate doar de sarcinile care se mișcă rapid.

Existența undelor electromagnetice a fost prezisă teoretic de marele fizician englez J. Maxwell în 1864. S-a oferit noua interpretare lege inductie electromagnetica Faraday și și-a dezvoltat ideile în continuare.

Orice modificare a câmpului magnetic generează un câmp electric vortex în spațiul înconjurător, iar un câmp electric care variază în timp generează un câmp magnetic în spațiul înconjurător.

Figura 1. Un câmp electric alternativ generează un câmp magnetic alternativ și invers

Proprietățile undelor electromagnetice bazate pe teoria lui Maxwell:

Undele electromagnetice transversal – vectori și sunt perpendiculare între ele și se află într-un plan perpendicular pe direcția de propagare.

Figura 2. Propagarea undelor electromagnetice

electrice și camp magneticîntr-un val care călătoresc se schimbă într-o fază.

Vectorii dintr-o undă electromagnetică care călătoresc formează așa-numitul triplu de vectori dreptaci.

Oscilațiile vectorilor apar în fază: în același moment de timp, într-un punct din spațiu, proiecțiile intensităților câmpului electric și magnetic ating un maxim, minim sau zero.

Undele electromagnetice se propagă în materie cu viteza terminalului

Unde sunt permeabilitatea dielectrică și magnetică a mediului (viteza de propagare a undei electromagnetice în mediu depinde de acestea),

Constante electrice și magnetice.

Viteza undelor electromagnetice în vid

Densitatea fluxului de energie electromagnetică sauintensitate J este energia electromagnetică transferată de o undă pe unitatea de timp printr-o suprafață de unitate de suprafață:

,

Înlocuind aici expresiile pentru , și υ, și ținând cont de egalitatea densităților volumetrice de energie ale câmpurilor electrice și magnetice din unda electromagnetică, putem obține:

Undele electromagnetice pot fi polarizate.

De asemenea, unde electromagnetice au toate proprietățile de bază ale undelor : transferă energie, au impuls, sunt reflectate și refractate la interfața dintre două medii, absorbite de mediu, prezintă proprietăți de dispersie, difracție și interferență.

Experimentele lui Hertz (detecția experimentală a undelor electromagnetice)

Pentru prima dată undele electromagnetice au fost studiate experimental

Hertz în 1888 El a dezvoltat un design de succes pentru un generator de oscilații electromagnetice (vibrator Hertz) și o metodă de detectare a rezonanței acestora.

Vibratorul era format din doi conductori liniari, la capetele cărora se aflau bile metalice care formau un eclator. Când a fost aplicată tensiune înaltă de la bobina de inducție la inductor, o scânteie a sărit prin spațiu și a scurtcircuitat spațiul. În timpul arderii sale, circuitul a experimentat un numar mare de ezitare. Receptorul (rezonatorul) era format dintr-un fir cu un eclator. Prezența rezonanței a fost exprimată prin apariția scânteilor în ecartul de scânteie al rezonatorului, ca răspuns la o scânteie care a apărut în vibrator.

Astfel, experimentele lui Hertz au oferit o bază solidă pentru teoria lui Maxwell. Undele electromagnetice prezise de Maxwell s-au dovedit a fi realizate experimental.

PRINCIPIILE COMUNICĂRII RADIO

Comunicare radio – transmiterea și recepția de informații cu ajutorul undelor radio.

La 24 martie 1896, la o reuniune a departamentului de fizică al Societății Ruse de Fizicochimice, Popov, folosind instrumentele sale, a demonstrat în mod clar transmiterea semnalelor pe o distanță de 250 m, transmițând prima radiogramă de două cuvinte din lume „Heinrich Hertz”. .

SCHEMA RECEPTOR A.S.POPOV

Popov a folosit comunicarea radiotelegrafică (transmisia semnalului de durate diferite), o astfel de comunicare poate fi efectuată numai folosind cod. Un emițător de scântei cu un vibrator Hertz a fost folosit ca sursă de unde radio, iar un coherer, un tub de sticlă cu pilitură de metal, a cărui rezistență scade de sute de ori atunci când o undă electromagnetică îl lovește, a servit drept receptor. Pentru a crește sensibilitatea cohererului, un capăt al acestuia a fost împământat, iar celălalt a fost conectat la un fir ridicat deasupra Pământului, lungimea totală a antenei fiind un sfert din lungimea de undă. Semnalul emițătorului de scânteie dispare rapid și nu poate fi transmis către distante lungi.

Pentru comunicațiile radiotelefonice (transmisia vorbirii și a muzicii), se utilizează un semnal modulat de înaltă frecvență. Un semnal de frecvență joasă (sunet) transportă informații, dar practic nu este emis, iar un semnal de frecvență înaltă este emis bine, dar nu transportă informații. Modulația este utilizată pentru comunicațiile radiotelefonice.

Modulare – procesul de stabilire a unei corespondențe între parametrii semnalelor HF și LF.

În inginerie radio se folosesc mai multe tipuri de modulație: amplitudine, frecvență, fază.

Modulație de amplitudine - o modificare a amplitudinii vibratiilor (electrice, mecanice etc.), survenind la o frecventa mult mai mica decat frecventa vibratiilor in sine.

O oscilație armonică de înaltă frecvență ω este modulată în amplitudine de o oscilație armonică de joasă frecvență Ω (τ = 1/Ω este perioada sa), t este timpul, A este amplitudinea oscilației de înaltă frecvență, T este perioada acesteia.

Circuit de comunicație radio folosind semnal AM

Generator de modulație de amplitudine

Amplitudinea semnalului RF este modificată în conformitate cu amplitudinea semnalului LF, apoi semnalul modulat este radiat de antena de transmisie.

Într-un receptor radio, antena de recepție preia unde radio; în circuitul oscilant, datorită rezonanței, semnalul la care este reglat frecvența circuitului (frecvența purtătoare a stației de transmisie) este izolat și amplificat, atunci este necesar pentru a izola componenta de joasă frecvență a semnalului.

Detector radio

Detectare – procesul de conversie a unui semnal de înaltă frecvență într-un semnal de joasă frecvență. Semnalul primit după detectare corespunde semnalului sonor care a acționat asupra microfonului emițătorului. Odată amplificate, vibrațiile de joasă frecvență pot fi transformate în sunet.

Detector (demodulator)

Dioda este folosită pentru a redresa curentul alternativ

a) semnal AM, b) semnal detectat

RADAR

Detectarea și definiție precisă se numește locația obiectelor și viteza de mișcare a acestora folosind unde radio radar . Principiul radarului se bazează pe proprietatea de reflectare a undelor electromagnetice din metale.

1 - antenă rotativă; 2 - comutator antene; 3 - emițător; 4 - receptor; 5 - scanner; 6 - indicator de distanta; 7 - indicator de direcție.

Undele radio de înaltă frecvență (VHF) sunt utilizate pentru radar; cu ajutorul lor, se formează cu ușurință un fascicul direcționat și puterea de radiație este mare. În domeniul metrului și al decimetrului există sisteme vibratoare cu zăbrele, în domeniul centimetrilor și milimetricilor există emițători parabolici. Localizarea poate fi efectuată atât în ​​modul continuu (pentru a detecta o țintă), cât și în modul pulsat (pentru a determina viteza unui obiect).

Domenii de aplicare a radarului:

• 
  Aviație, astronautică, marina: siguranța traficului navelor în orice vreme și în orice moment al zilei, prevenirea coliziunilor, siguranța la decolare etc. aterizări de avioane.
• 
  Afaceri militare: detectarea în timp util a aeronavelor sau rachetelor inamice, reglarea automată a focului antiaerien.
• 
  Radar de planete: măsurarea distanței până la acestea, clarificarea parametrilor orbitelor lor, determinarea perioadei de rotație, observarea topografiei suprafeței. În fosta Uniune Sovietică (1961) - radarul lui Venus, Mercur, Marte, Jupiter. În SUA și Ungaria (1946) - un experiment privind primirea unui semnal reflectat de la suprafața Lunii.

O TELEVIZIUNE

Circuitul de telecomunicații este, în principiu, același cu circuitul de comunicații radio. Diferența este că, pe lângă semnalul sonor, sunt transmise o imagine și semnale de control (schimbarea liniei și schimbarea cadrului) pentru a sincroniza funcționarea emițătorului și receptorului. În transmițător, aceste semnale sunt modulate și transmise, în receptor sunt preluate de antenă și fiecare merge pe calea proprie pentru procesare.

Să luăm în considerare unul dintre scheme posibile conversia unei imagini în unde electromagnetice folosind un iconoscop:

Prin utilizarea sistem optic O imagine este proiectată pe un ecran mozaic; datorită efectului fotoelectric, celulele ecranului capătă o încărcătură pozitivă diferită. Tunul de electroni produce un fascicul de electroni care se deplasează pe ecran, descarcând celulele încărcate pozitiv. Deoarece fiecare celulă este un condensator, o schimbare a sarcinii duce la apariția unei tensiuni în schimbare - o oscilație electromagnetică. Semnalul este apoi amplificat și trimis către un dispozitiv modulator. Într-un kinescop, semnalul video este convertit înapoi într-o imagine (în moduri diferite, în funcție de principiul de funcționare al kinescopului).

Deoarece un semnal de televiziune transportă mult mai multe informații decât radioul, munca se desfășoară pe frecvente inalte(metri, decimetri).

Propagarea undelor radio.
Unda radio - Acest unde electromagneticeîn intervalul (104

Fiecare secțiune a acestei game este folosită acolo unde beneficiile sale pot fi exploatate cel mai bine. Undele radio de diferite game se deplasează către distante diferite. Propagarea undelor radio depinde de proprietățile atmosferei. Suprafața pământului, troposfera și ionosfera au, de asemenea, o influență puternică asupra propagării undelor radio.

Propagarea radio este procesul de transmitere a oscilațiilor electromagnetice ale domeniului radio în spațiu dintr-un loc în altul, în special de la un emițător la un receptor.
Valuri frecvente diferite se comportă diferit. Să luăm în considerare mai detaliat caracteristicile propagării undelor lungi, medii, scurte și ultrascurte.
Propagarea undelor lungi.

Undele lungi (>1000 m) se propagă:

• 
  La distanțe de până la 1-2 mii km datorită difracției de pe suprafața sferică a Pământului. Capabil să ocolească Pământ(Figura 1). Apoi propagarea lor are loc datorită acțiunii de ghidare a ghidului de undă sferic, fără reflexie.

Orez. 1

Calitatea conexiunii:

Stabilitatea recepției. Calitatea recepției nu depinde de ora din zi, an sau condițiile meteorologice.

Defecte:

Datorită absorbției puternice a undei pe măsură ce se propagă peste suprafața pământului necesită o antenă mare și un transmițător puternic.

Descărcările atmosferice (fulgerele) creează interferențe.

Utilizare:

• 
  Gama este utilizată pentru transmisii radio, comunicații radiotelegrafice, servicii de radionavigație și comunicații cu submarine.
• 
  Există un număr mic de posturi de radio care difuzează semnale de timp și rapoarte meteo.

Propagarea undelor medii

Undele medii ( =100..1000 m) se propagă:

• 
  La fel ca valurile lungi, ele sunt capabile să se îndoaie în jurul suprafeței pământului.
• 
  La fel ca undele scurte, ele pot fi reflectate în mod repetat din ionosferă.

La distanțe mari de transmițător, recepția poate fi slabă în timpul zilei, dar recepția se îmbunătățește noaptea. Puterea recepției depinde și de perioada anului. Astfel, ziua se răspândesc ca scurte, iar noaptea lungi.

Calitatea conexiunii:

• 
  Raza de comunicare scurta. Stațiile cu unde medii pot fi auzite pe o rază de acțiune de mii de kilometri. Dar există un nivel ridicat de interferență atmosferică și industrială.

Utilizare:

• 
  Sunt folosite pentru comunicații oficiale și de amatori și, de asemenea, în principal pentru difuzare.

Răspândireamic de statura valuri

Undele scurte (=10..100 m) se propagă:

• 
  Reflectat în mod repetat din ionosferă și suprafața pământului (Fig. 2)

Calitatea conexiunii:

Calitatea recepției pe unde scurte depinde foarte mult de diferite procese din ionosferă asociate cu nivelul activității solare, perioada anului și ora zilei. Nu sunt necesare transmițătoare de mare putere. Pentru comunicarea între stațiile terestre și nava spatiala sunt inutilizabile deoarece nu trec prin ionosferă.

Utilizare:

• 
  Pentru comunicare la distanță lungă. Pentru televiziune, radiodifuziune și comunicații radio cu obiecte în mișcare. Funcționează stațiile de radio telegrafice și telefonice departamentale. Acest interval este cel mai „populat”.

Distribuția ultrascurtăvaluri

Unde ultrascurte (

• 
  Uneori pot fi reflectate de nori, sateliți artificiali sau chiar de pe Lună. În acest caz, raza de comunicare poate crește ușor.

Calitatea conexiunii:

Recepția undelor ultrascurte se caracterizează prin audibilitate constantă, absența decolorării și o scădere a diferitelor interferențe.

Comunicarea pe aceste unde este posibilă numai la o distanță de linie de vedere L(Fig. 7).

Deoarece undele ultrascurte nu se propagă dincolo de orizont, este nevoie de a construi mai multe transmițătoare intermediare - repetoare.

Repetitor- un dispozitiv amplasat în punctele intermediare ale liniilor de comunicație radio, care amplifica semnalele primite și le transmite în continuare.

Retransmite- receptia semnalelor intr-un punct intermediar, amplificarea si transmiterea lor in aceeasi directie sau alta. Retransmiterea este concepută pentru a crește raza de comunicare.

Există două metode de releu: satelit și terestră.

Satelit:

Un satelit releu activ primește un semnal de la o stație terestră, îl amplifică și, printr-un transmițător direcțional puternic, trimite semnalul către Pământ în aceeași direcție sau în altă direcție.

Sol:

Semnalul este transmis către o stație radio terestră analogică sau digitală sau o rețea de astfel de stații și apoi trimis mai departe în aceeași direcție sau într-o direcție diferită.

1 - transmițător radio,

2 – antenă de transmisie, 3 – antenă de recepție, 4 – receptor radio.

Utilizare:

• 
  Pentru comunicarea cu sateliții pământești artificiali și

rachete spațiale. Folosit pe scară largă pentru transmisii de televiziune și radio (benzi VHF și FM), navigație radio, radar și comunicații celulare.

VHF este împărțit în următoarele intervale:

unde metrice - de la 10 la 1 metru, utilizat pentru comunicațiile telefonice între nave, nave și serviciile portuare.

decimetru - de la 1 metru la 10 cm, folosit pentru comunicatii prin satelit.

centimetru - de la 10 la 1 cm, folosit in radar.

milimetru - de la 1cm la 1mm, folosit mai ales in medicina.

Procesul valurilor- procesul de transfer de energie fără transfer de materie.

Undă mecanică- o perturbare care se propagă într-un mediu elastic.

Prezența unui mediu elastic - conditie necesara propagarea undelor mecanice.

Transferul de energie și impuls într-un mediu are loc ca rezultat al interacțiunii dintre particulele învecinate ale mediului.

Undele sunt longitudinale și transversale.

Unda mecanică longitudinală este o undă în care mișcarea particulelor mediului are loc în direcția de propagare a undei. O undă mecanică transversală este o undă în care particulele mediului se mișcă perpendicular pe direcția de propagare a undei.

Undele longitudinale se pot propaga în orice mediu. Undele transversale nu apar în gaze și lichide, deoarece în ele

nu există poziții fixe ale particulelor.

Periodic influență externă provoacă unde periodice.

Undă armonică- o undă generată de vibrațiile armonice ale particulelor mediului.

Lungime de undă- distanța pe care se propagă unda în perioada de oscilație a sursei sale:

Viteza undei mecanice- viteza de propagare a perturbaţiei în mediu. Polarizarea este ordonarea direcțiilor vibrațiilor particulelor într-un mediu.

Planul de polarizare- planul în care particulele mediului vibrează în undă. O undă mecanică polarizată liniar este o undă ale cărei particule oscilează de-a lungul unei anumite direcții (linie).

Polarizator- un dispozitiv care emite o undă de o anumită polarizare.

val în picioare- o undă formată ca urmare a suprapunerii a două unde armonice care se propagă una spre alta și care au aceeași perioadă, amplitudine și polarizare.

Antinoduri val în picioare - poziţia punctelor cu amplitudine maximă a oscilaţiilor.

Noduri de unde staționare- puncte de undă nemișcatoare a căror amplitudine de oscilație este zero.

De-a lungul lungimii l a șirului, fixat la capete, se potrivește un număr întreg n semi-unde de unde stătătoare transversale:

Astfel de unde se numesc moduri de oscilație.

Modul de vibrație pentru un întreg arbitrar n > 1 se numește a n-a armonică sau a n-a harmonică. Modul de vibrație pentru n = 1 se numește primul mod armonic sau fundamental de vibrație. Undele sonore sunt unde elastice într-un mediu care provoacă senzații auditive la oameni.

Frecvența vibrațiilor corespunzătoare undelor sonore variază de la 16 Hz la 20 kHz.

Viteza de propagare a undelor sonore este determinată de viteza de transmitere a interacțiunilor dintre particule. Viteza sunetului într-un solid vp este, de regulă, mai mare decât viteza sunetului într-un lichid vg, care, la rândul său, depășește viteza sunetului într-un gaz vg.

Semnalele sonore sunt clasificate după înălțime, timbru și volum. Înălțimea unui sunet este determinată de frecvența sursei de vibrații sonore. Cu cât frecvența de vibrație este mai mare, cu atât sunetul este mai mare; vibraţiilor de frecvenţe joase corespund sunetelor joase. Timbrul unui sunet este determinat de forma vibrațiilor sonore. Diferența de formă a vibrațiilor care au aceeași perioadă este asociată cu amplitudini relative diferite ale modului fundamental și ale tonului. Intensitatea unui sunet este caracterizată de nivelul de intensitate al sunetului. Intensitatea sunetului este energia undelor sonore incidente pe o suprafață de 1 m2 în 1 s.

Mecanicvalîn fizică, acesta este fenomenul de propagare a perturbaţiilor, însoţit de transferul de energie al unui corp oscilant dintr-un punct în altul fără a transporta materie, într-un mediu elastic.

Un mediu în care există o interacțiune elastică între molecule (lichid, gaz sau solid) este o condiție prealabilă pentru apariția perturbărilor mecanice. Ele sunt posibile numai atunci când moleculele unei substanțe se ciocnesc unele de altele, transferând energie. Un exemplu de astfel de perturbări este sunetul (unda acustică). Sunetul poate călători în aer, apă sau solid, dar nu în vid.

Pentru a crea o undă mecanică, este necesară o energie inițială, care va scoate mediul din poziția sa de echilibru. Această energie va fi apoi transmisă de undă. De exemplu, o piatră aruncată într-o cantitate mică de apă creează un val la suprafață. Un țipăt puternic creează o undă acustică.

Principalele tipuri de unde mecanice:

• Sunet;
• La suprafața apei;
• Cutremurele;
• Unde seismice.

Undele mecanice au vârfuri și văi ca toate mișcările oscilatorii. Principalele lor caracteristici sunt:

• Frecvență. Acesta este numărul de vibrații care apar pe secundă. Unități SI: [ν] = [Hz] = [s -1 ].
• Lungime de undă. Distanța dintre vârfurile sau văile adiacente. [λ] = [m].
• Amplitudine. Cea mai mare abatere a unui punct din mediu de la poziția de echilibru. [X max] = [m].
• Viteză. Aceasta este distanța pe care o parcurge un val într-o secundă. [V] = [m/s].

Lungime de undă

Lungimea de undă este distanța dintre punctele cele mai apropiate unul de celălalt care oscilează în aceleași faze.

Undele se propagă în spațiu. Direcția de propagare a acestora se numește grindăși este desemnat printr-o linie perpendiculară pe suprafața undei. Și viteza lor este calculată prin formula:

Limita suprafeței undei, care separă partea mediului în care au loc deja oscilații de partea mediului în care oscilațiile nu au început încă - valfață.

Unde longitudinale și transversale

Una dintre modalitățile de clasificare a tipului mecanic de unde este de a determina direcția de mișcare a particulelor individuale ale mediului în undă în raport cu direcția de propagare a acesteia.

În funcție de direcția de mișcare a particulelor în valuri, există:

1. Transversalvaluri. Particulele mediului din acest tip de undă vibrează în unghi drept cu fasciculul de undă. Ondulurile de pe un iaz sau corzile vibratoare ale unei chitare pot ajuta la reprezentarea undelor transversale. Acest tip de vibrație nu se poate propaga într-un mediu lichid sau gazos, deoarece particulele acestor medii se mișcă haotic și este imposibil să-și organizeze mișcarea perpendicular pe direcția de propagare a undei. Undele transversale se deplasează mult mai încet decât cele longitudinale.
2. Longitudinalvaluri. Particulele mediului oscilează în aceeași direcție în care se propagă unda. Unele unde de acest tip se numesc unde de compresie sau compresie. Oscilațiile longitudinale ale unui arc - compresie și extensie periodică - oferă o bună vizualizare a unor astfel de unde. Undele longitudinale sunt cele mai rapide unde mecanice. Undele sonore din aer, tsunami-urile și ultrasunetele sunt longitudinale. Acestea includ anumit tip unde seismice care se propagă sub pământ și în apă.

Cu valuri de orice origine, în anumite condiții, puteți observa cele patru fenomene enumerate mai jos, pe care le vom lua în considerare folosind exemplul undelor sonore în aer și undele de la suprafața apei.

Reflexia valurilor. Să facem un experiment cu un generator de curent de frecvență audio la care este conectat un difuzor (difuzor), așa cum se arată în Fig. "A". Vom auzi un suierat. La celălalt capăt al mesei vom plasa un microfon conectat la un osciloscop. Deoarece pe ecran apare o sinusoidă cu amplitudine mică, înseamnă că microfonul percepe un sunet slab.

Să punem acum placa deasupra mesei, așa cum se arată în Fig. „b”. Deoarece amplitudinea ecranului osciloscopului a crescut, sunetul care ajunge la microfon a devenit mai puternic. Acesta și multe alte experimente sugerează acest lucru Undele mecanice de orice origine au capacitatea de a fi reflectate de la interfața dintre două medii.

Refracția undelor. Să ne întoarcem la imagine, care arată valuri care curg pe zonele de mică adâncime de coastă (vedere de sus). Malul nisipos este înfățișat în gri-galben, iar albastru partea profundă mărilor. Între ele există un banc de nisip - apă puțin adâncă.

Valuri care trec de-a lungul apă adâncă, răspândit în direcția săgeții roșii. În punctul în care unda eșuează, se refractă, adică schimbă direcția de propagare. Prin urmare, săgeata albastră care indică noua direcție de propagare a undei este situată diferit.

Aceasta și multe alte observații arată asta Undele mecanice de orice origine pot fi refractate atunci când condițiile de propagare se schimbă, de exemplu, la interfața dintre două medii.

Difracția undelor. Tradus din latină, „diffractus” înseamnă „rupt”. În fizică Difracția este abaterea undelor de la propagarea rectilinie în același mediu, ceea ce duce la îndoirea acestora în jurul obstacolelor.

Acum uitați-vă la un alt model de valuri de pe suprafața mării (vedere de la țărm). Valurile care aleargă spre noi de departe sunt ascunse de o stâncă mare din stânga, dar în același timp se îndoaie parțial în jurul ei. Stânca mai mică din dreapta nu este deloc o barieră pentru valuri: ele o ocolesc complet, răspândindu-se în aceeași direcție.

Experimentele arată că difracția se manifestă cel mai clar dacă lungimea de undă incidentă mai multe dimensiuni obstacole.În spatele lui, valul se întinde de parcă nu ar fi fost niciun obstacol.

Interferența undelor. Am examinat fenomenele asociate cu propagarea unei singure unde: reflexie, refracție și difracție. Să luăm acum în considerare propagarea cu două sau mai multe unde suprapuse una peste alta - fenomen de interferență(din latinescul „inter” - reciproc și „ferio” - am lovit). Să studiem acest fenomen experimental.

Vom conecta două difuzoare conectate în paralel la generatorul de curent de frecvență audio. Receptorul de sunet, ca și în primul experiment, va fi un microfon conectat la un osciloscop.

Să începem să mișcăm microfonul spre dreapta. Osciloscopul va arăta că sunetul devine mai slab și mai puternic, în ciuda faptului că microfonul se îndepărtează de difuzoare. Să readucem microfonul la linia medianăîntre difuzoare și apoi îl vom muta spre stânga, îndepărtându-ne din nou de difuzoare. Osciloscopul ne va arăta din nou slăbirea și întărirea sunetului.

Acesta și multe alte experimente arată asta într-un spațiu în care se propagă mai multe unde, interferența lor poate duce la apariția unor regiuni alternante cu amplificare și slăbire a oscilațiilor.