Vzdolžni in prečni valovi. Pojav in širjenje mehanskih valov. Fizikalne količine, ki označujejo valove

val- proces širjenja vibracij v elastičnem mediju.

Mehanski val- mehanske motnje, ki se širijo v prostoru in prenašajo energijo.

Vrste valov:

    vzdolžni - delci medija vibrirajo v smeri širjenja valov - v vseh elastičnih medijih;

x

smer vibracij

točke okolja

    prečno - delci medija vibrirajo pravokotno na smer širjenja valov - na površini tekočine.

X

Vrste mehanskih valov:

    elastični valovi - širjenje elastičnih deformacij;

    valovi na površini tekočine.

Značilnosti valovanja:

Naj A niha v skladu z zakonom:
.

Potem B niha z zamikom za kot
, kje
, tj.

    Energija valovanja.

je skupna energija enega delca. Če so delci N, kje - epsilon, V - prostornina.

Epsilon- energija na enoto volumna valovanja - volumetrična energijska gostota.

Pretok energije valov je enak razmerju med energijo, ki jo valovi prenašajo skozi določeno površino, in časom, v katerem je bil ta prenos izveden:
, vat; 1 vat = 1J/s.

    Gostota energijskega toka - intenzivnost valov- pretok energije skozi enoto površine - vrednost, enaka povprečni energiji, ki jo val prenese na enoto časa na enoto površine preseka.

[W / m 2]

.

Umov vektor- vektor I, ki kaže smer širjenja valovanja in je enak pretoku energije valov, ki poteka skozi enoto površine pravokotno na to smer:

.

Fizične značilnosti vala:

    oscilatorno:

    1. amplituda

    val:

    1. valovna dolžina

      hitrost valovanja

      intenzivnost

Kompleksna nihanja (sprostitev) - drugačna od sinusnih.

Fourierjeva transformacija- vsako kompleksno periodično funkcijo lahko predstavimo kot vsoto več preprostih (harmoničnih) funkcij, katerih obdobja so večkratniki obdobja kompleksne funkcije - to je harmonična analiza. Pojavlja se v analizatorjih. Rezultat je harmonični spekter kompleksne vibracije:

A

0

Zvok - vibracije in valovi, ki delujejo na človeško uho in povzročajo slušni občutek.

Zvočne vibracije in valovi so poseben primer mehanskih vibracij in valov. Vrste zvokov:

    Toni- zvok, ki je periodičen proces:

    1. enostavne - harmonske - uglaste vilice

      težko - anharmonično - govor, glasba

Kompleksni ton lahko razdelimo na preproste. Najnižja frekvenca takšne dekompozicije je osnovni ton, preostali harmoniki (pretoni) imajo frekvence enake 2 drugo. Nabor frekvenc z navedbo njihove relativne intenzivnosti - akustični spekter.

        hrup - zvok s kompleksno neponavljajočo se časovno odvisnostjo (šustenje, škripanje, aplavz). Spekter je soliden.

Fizične značilnosti zvoka:


Značilnosti slušnih čutov:

    Višina- določeno s frekvenco zvočnega vala. Višja kot je frekvenca, višji je ton. Večja intenzivnost zveni nižje.

    Timbre- določeno z akustičnim spektrom. Več kot je tonov, bogatejši je spekter.

    Glasnost- označuje raven slušnega občutka. Odvisno od jakosti in frekvence zvoka. Psihofizični Weber-Fechnerjev zakon: če povečate draženje eksponentno (za enako število krat), se bo občutek tega draženja povečal v aritmetični progresiji (za enako količino).

, kjer je E glasnost (merjena v ozadju);
- raven intenzivnosti (merjeno v belih). 1 bel - sprememba stopnje intenzivnosti, ki ustreza 10-kratni spremembi jakosti zvoka K - koeficient sorazmernosti, je odvisen od frekvence in jakosti.

Razmerje med glasnostjo in jakostjo zvoka - krivulje enake glasnosti na podlagi eksperimentalnih podatkov (ustvarijo zvok s frekvenco 1 kHz, spreminjajo intenzivnost, dokler se ne pojavi slušni občutek, podoben občutku glasnosti preučevanega zvoka). Če poznate intenzivnost in frekvenco, lahko najdete ozadje.

Avdiometrija- metoda za merjenje ostrine sluha. Naprava je avdiometer. Nastala krivulja je avdiogram. Določimo in primerjamo prag slušnega občutka pri različnih frekvencah.

Merilnik zvoka - merjenje ravni hrupa.

V kliniki: auskultacija - stetoskop / fonendoskop. Fonendoskop je votla kapsula z membrano in gumijastimi cevkami.

Fonokardiografija je grafični posnetek ozadja in srčnih šumov.

Tolkala.

ultrazvok- mehanske vibracije in valovi s frekvenco nad 20 kHz do 20 MHz. Ultrazvočni oddajniki so elektromehanski oddajniki, ki temeljijo na piezoelektričnem učinku (izmenični tok na elektrode, med katerimi je kvarc).

Ultrazvočna valovna dolžina je manjša od valovne dolžine zvoka: 1,4 m - zvok v vodi (1 kHz), 1,4 mm - ultrazvok v vodi (1 MHz). Ultrazvok se dobro odraža na meji kosti-periosteum-mišica. Ultrazvok ne bo prodrl v človeško telo, če ga ne namažemo z oljem (zračna plast). Hitrost širjenja ultrazvoka je odvisna od okolja. Fizikalni procesi: mikrovibracije, uničenje biomakromolekul, prestrukturiranje in poškodbe bioloških membran, toplotno delovanje, uničenje celic in mikroorganizmov, kavitacija. V ambulanti: diagnostika (encefalograf, kardiograf, ultrazvok), fizioterapija (800 kHz), ultrazvočni skalpel, farmacevtska industrija, osteosinteza, sterilizacija.

Infrazvok- valovi s frekvenco manj kot 20 Hz. Neugoden učinek - resonanca v telesu.

Vibracije... Koristno in škodljivo delovanje. Sporočilo. Vibracijska bolezen.

Dopplerjev učinek- sprememba frekvence valov, ki jih zazna opazovalec (valovni sprejemnik) zaradi relativnega gibanja valovnega vira in opazovalca.

Primer 1: H se približuje I.

2 primer: In približevanje N.

3 primer: približevanje in razdalja I in H drug od drugega:

Sistem: ultrazvočni generator - sprejemnik - nepremičen glede na okolje. Objekt se premika. Ultrazvok prejema s frekvenco
, ga odbije in ga pošlje sprejemniku, ki sprejme ultrazvočni val s frekvenco
... Frekvenčna razlika - Dopplerjev frekvenčni premik:
... Uporablja se za določanje hitrosti pretoka krvi, hitrosti gibanja zaklopk.

Valovi. Splošne lastnosti valov.

val - to je pojav širjenja v prostoru skozi čas spremembe (motnje) fizikalne količine, ki s seboj nosi energijo.

Ne glede na naravo valovanja se prenos energije zgodi brez prenosa snovi; slednje lahko nastane le kot stranski učinek. Prenos energije- temeljna razlika med valovi in ​​nihanji, pri katerih potekajo le »lokalne« energetske transformacije. Valovi se praviloma lahko odmaknejo na precejšnji razdalji od kraja svojega izvora. Zaradi tega se valovi včasih imenujejo " vibracije, ločene od oddajnika».

Valove je mogoče razvrstiti

Po svoji naravi:

Elastični valovi - valovi, ki se širijo v tekočih, trdnih in plinastih medijih zaradi delovanja elastičnih sil.

Elektromagnetni valovi- motnja (sprememba stanja) elektromagnetnega polja, ki se širi v prostoru.

Valovi na površini tekočine- konvencionalno ime za različne valove, ki nastanejo na vmesniku med tekočino in plinom ali tekočino in tekočino. Valovi na vodi se razlikujejo po osnovnem mehanizmu nihanja (kapilarni, gravitacijski itd.), kar vodi do različnih disperzijskih zakonov in posledično do različno obnašanja teh valov.

Glede na smer vibracije delcev medija:

vzdolžni valovi - delci medija vibrirajo vzporedno v smeri širjenja valov (kot na primer v primeru širjenja zvoka).

strižni valovi - delci medija vibrirajo pravokotno smer širjenja valov (elektromagnetno valovanje, valovanje na površinah ločitve medijev).

a - prečno; b - vzdolžno.

Mešani valovi.

Glede na geometrijo valovne fronte:

Valovna površina (valovna fronta) je lokus točk, do katerih je motnja dosegla določen trenutek. V homogenem izotropnem mediju je hitrost širjenja valov enaka v vseh smereh, kar pomeni, da vse točke fronte nihajo v isti fazi, fronta je pravokotna na smer širjenja valovanja, vrednosti nihajne količine na vseh točkah sprednje strani so enaki.

Stanovanje val - ravnine faz so pravokotne na smer širjenja valov in vzporedne med seboj.

Sferična val - površina enakih faz je krogla.

Cilindrična val - površina faz spominja na valj.

Spiralna val - nastane, ko se sferični ali valjasti vir / viri valovanja v procesu sevanja premika po določeni zaprti krivulji.

Ravni val

Val imenujemo ravninski, če so njegove valovne površine vzporedne z drugo ravnino, pravokotno na fazno hitrost vala. = f (x, t)).

Razmislite o ravni monokromatskem (enofrekvenčnem) sinusnem valu, ki se širi v homogenem mediju brez dušenja vzdolž osi X.

,kje

Fazna hitrost valovanja - hitrost gibanja valovne površine (spredaj),

- amplituda valovanja - modul največjega odstopanja vrednosti spremenljivke od ravnotežnega položaja,

- ciklična frekvenca, T - obdobje nihanja, - frekvenca valov (podobno kot nihanje)

k je valovno število, ima pomen prostorske frekvence,

Druga značilnost vala je valovna dolžina m, to je razdalja, na katero se val širi v enem obdobju nihanja, ima pomen prostorske periode, to je najkrajša razdalja med točkami, ki nihajo v isti fazi.


y

Valovna dolžina je povezana z valovnim številom z razmerjem, ki je podobno časovnemu razmerju

Valovna številka je povezana s ciklično frekvenco in hitrostjo širjenja valov


x
y
y

Slike prikazujeta oscilogram (a) in posnetek (b) vala z določenimi časovnimi in prostorskimi obdobji. Za razliko od stacionarnih nihanj imajo valovi dve glavni značilnosti: časovno periodičnost in prostorsko periodičnost.

Splošne lastnosti valov:


  1. Valovi nosijo energijo.
Intenzivnost vala je časovno povprečna energija, ki jo elektromagnetno ali zvočno valovanje prenese na enoto časa skozi enoto površine, ki se nahaja pravokotno na smer širjenja valovanja. Intenzivnost vala je sorazmerna s kvadratom njegove amplitude, I = W / t ∙ S, kjer je W energija, t čas, S sprednja površina. I = [W / m2]. Intenzivnost katerega koli vala lahko določimo tudi z I = wv, kjer je v hitrost širjenja valov (skupina).

2. Valovi izvajajo pritisk na telesa (imajo zagon).

3. Hitrost valovanja v mediju je odvisna od frekvence valovanja – disperzije.Tako se valovi različnih frekvenc širijo v istem mediju z različno hitrostjo (fazno hitrostjo).

4. Valovi obkrožajo ovire – difrakcija.

Difrakcija se pojavi, ko je velikost ovire primerljiva z valovno dolžino.

5. Na vmesniku med dvema medijema se valovi odbijajo in lomijo.

Vpadni kot je enak kotu odboja, razmerje med sinusom vpadnega kota in sinusom lomnega kota pa je konstantna vrednost za oba medija.


6. Pri superponiranju koherentnih valov (fazna razlika teh valov v kateri koli točki je časovno konstantna) interferirajo – nastane stabilen vzorec minimumov in maksimumov interference.

Valovi in ​​viri, ki jih vzbujajo, se imenujejo koherentni, če fazna razlika valov ni odvisna od časa. Valovi in ​​viri, ki jih vzbujajo, se imenujejo nekoherentni, če se fazna razlika valov sčasoma spreminja.

Interferirajo lahko samo valovi z enako frekvenco, pri katerih se nihanja pojavljajo v isti smeri (t.j. koherentni valovi). Interferenca je stacionarna in nestacionarna. Samo koherentni valovi lahko dajo stacionarni interferenčni vzorec. Na primer, dva sferična vala na vodni površini, ki se širita iz dveh koherentnih točkovnih virov, bosta ob interferenci dala rezultantni val. Sprednji del nastalega vala bo krogla.

Ko se valovi vmešavajo, se njihove energije ne seštevajo. Interferenca valov vodi do prerazporeditve energije tresljajev med različnimi tesno razporejenimi delci medija. To ni v nasprotju z zakonom o ohranjanju energije, ker je v povprečju za veliko območje prostora energija nastalega vala enaka vsoti energij motečih valov.

Ko se nekoherentni valovi prekrijejo, je povprečna kvadratna amplituda nastalega vala enaka vsoti kvadratov amplitud superponiranih valov. Energija nastalih vibracij vsake točke medija je enaka vsoti energij njegovih vibracij, ki jih povzročajo vsi nekoherentni valovi posebej.

7. Okolje absorbira valove. Z oddaljenostjo od vira se amplituda vala zmanjša, saj se energija vala delno prenese v medij.

8. Valovi so razpršeni v nehomogenem mediju.

Sipanje - motnje valovnih polj, ki nastanejo zaradi nehomogenosti medija in razpršitvenih predmetov, ki so v tem mediju. Intenzivnost sipanja je odvisna od velikosti nepravilnosti in frekvence valovanja.

Mehanski valovi. Zvok. Zvočna značilnost .

val- ogorčenje se širi v vesolju.

Splošne lastnosti valov:


  • prenos energije;

  • imajo impulz (pritisk na telesa);

  • se odbijajo in lomijo na meji dveh medijev;

  • absorbira okolje;

  • difrakcija;

  • motnje;

  • disperzija;

  • hitrost valov je odvisna od medija, skozi katerega valovi prehajajo.

  1. Mehanski (elastični) valovi.
Če se na nekem mestu elastičnega (trdega, tekočega ali plinastega) medija vzbujajo vibracije delcev, potem se zaradi interakcije atomov in molekul medija začnejo vibracije prenašati od ene točke do druge s končno hitrostjo, odvisno od tega. na gostoto in elastične lastnosti medija. Ta pojav se imenuje mehanski ali elastični val. Upoštevajte, da se mehanski valovi ne morejo širiti v vakuumu.

Poseben primer mehanskih valov - valovi na površini tekočine, valovi, ki nastajajo in se širijo vzdolž proste površine tekočine ali na vmesniku dveh tekočin, ki se ne mešata. Nastanejo pod vplivom zunanjih vplivov, zaradi česar se površina tekočine odstrani iz ravnotežnega stanja. V tem primeru nastanejo sile, ki vzpostavijo ravnovesje: sile površinske napetosti in gravitacije.

Mehanski valovi so dveh vrst


Vzdolžni valovi, ki jih spremljajo natezne in tlačne deformacije, se lahko širijo v vseh elastičnih medijih: plinih, tekočinah in trdnih snoveh. Prečni valovi se širijo v tistih medijih, kjer se med strižno deformacijo pojavijo elastične sile, torej v trdnih snoveh.

Preprosti harmonični ali sinusoidni valovi so zelo zanimivi za prakso. Enačba ravnega sinusnega vala je:

- tako imenovani valovno število ,

– krožna frekvenca ,

A - amplituda vibracij delcev.

Slika prikazuje "posnetke" strižnega vala dvakrat: t in t + Δt. V času Δt se je val premikal vzdolž osi OX na razdalji υΔt. Takšne valove običajno imenujemo potujoči valovi.

Valovna dolžina λ je razdalja med dvema sosednjima točkama na osi OX, ki nihata v istih fazah. Na razdalji, ki je enaka valovni dolžini λ, val potuje v obdobju T, torej

λ = υT, kjer je υ hitrost širjenja valov.

Za katero koli izbrano točko na grafu valovnega procesa (na primer za točko A) se s časom t spremeni koordinata x te točke in vrednost izraza ωt - kx se ne spremeni. Po časovnem intervalu Δt se bo točka A premaknila vzdolž osi OX za določeno razdaljo Δx = υΔt. torej: ωt - kx = ω (t + Δt) - k (x + Δx) = konst ali ωΔt = kΔx.

To pomeni:

Tako ima potujoči sinusni val dvojno periodičnost - v času in prostoru. Časovno obdobje je enako obdobju nihanja T delcev medija, prostorsko obdobje je enako valovni dolžini λ. Valovna številka je prostorski analog krožne frekvence.


  1. Zvok.
Zvok- to so mehanske vibracije, ki se širijo v elastičnih medijih - plinih, tekočinah in trdnih snoveh - in jih zaznavajo slušni organi. Zvok je val z dokaj nizko intenzivnostjo, razpon slišnih zvočnih frekvenc je približno 20 Hz do 20 kHz. Imenujemo valove s frekvenco manj kot 20 Hz infrazvok in s frekvenco več kot 20 kHz - ultrazvok... Imenujemo valove s frekvenco od do Hz hiperzvok... Veja fizike, imenovana akustika, se ukvarja s preučevanjem zvočnih pojavov.

Vsak nihajni proces je opisan z enačbo. Izpeljan je tudi za zvočne vibracije:

Osnovne značilnosti zvočnih valov



Subjektivna percepcija zvoka

(glasnost, višina, ton)
Objektivne fizikalne značilnosti zvoka

(hitrost, intenzivnost, spekter)

Hitrost zvoka v katerem koli plinastem mediju se izračuna po formuli:

β - adiabatska stisljivost medija,

ρ je gostota.


  1. Zvočna aplikacija
Dobro znane živali s sposobnostjo eholokacije - netopirji in delfini. Po svoji popolnosti sonarji teh živali niso slabši in v mnogih pogledih presegajo (glede zanesljivosti, natančnosti, energijske učinkovitosti) sodobne sonare, ki jih je izdelal človek.

Sonari, ki se uporabljajo pod vodo, se imenujejo sonarji ali sonarji (ime sonar je sestavljeno iz začetnih črk treh angleških besed: zvok - zvok; navigacija - navigacija; doseg - doseg). Sonari so nepogrešljivi za raziskovanje morskega dna (njenega profila, globine), za odkrivanje in raziskovanje različnih predmetov, ki se premikajo globoko pod vodo. Z njihovo pomočjo je mogoče zlahka zaznati tako posamezne velike predmete ali živali kot jate majhnih rib ali mehkužcev.

Ultrazvočni frekvenčni valovi se v medicini pogosto uporabljajo za diagnostične namene. Ultrazvočni skenerji vam omogočajo, da pregledate notranje organe osebe. Ultrazvočno sevanje je za človeka manj škodljivo kot rentgenski žarki.

Elektromagnetni valovi.

Njihove lastnosti.

Elektromagnetno valovanje je elektromagnetno polje, ki se sčasoma širi v prostoru.

Elektromagnetne valove je mogoče vzbuditi le s pospešenimi gibljivimi naboji.

Obstoj elektromagnetnih valov je leta 1864 teoretično napovedal veliki angleški fizik J. Maxwell. Predlagal je novo razlago Faradayevega zakona elektromagnetne indukcije in svoje ideje še naprej razvijal.

Vsaka sprememba magnetnega polja ustvari vrtinčno električno polje v okoliškem prostoru, časovno spremenljivo električno polje ustvari magnetno polje v okoliškem prostoru.

Slika 1. Izmenično električno polje generira izmenično magnetno polje in obratno

Lastnosti elektromagnetnih valov na podlagi Maxwellove teorije:

Elektromagnetni valovi prečno - vektorji in so pravokotni drug na drugega in ležijo v ravnini, pravokotni na smer širjenja.

Slika 2. Širjenje elektromagnetnega valovanja

Električno in magnetno polje v potujočem valu se spreminjata v isti fazi.

Vektorji v potujočem elektromagnetnem valu tvorijo tako imenovani desni triplet vektorjev.

Nihanja vektorjev in se pojavljajo v fazi: v istem trenutku v eni točki prostora projekcije jakosti električnega in magnetnega polj dosežejo maksimum, minimum ali nič.

Elektromagnetno valovanje se širi v snovi s končna hitrost

Kje je dielektrična in magnetna prepustnost medija (od njih je odvisna hitrost širjenja elektromagnetnega valovanja v mediju),

Električne in magnetne konstante.

Hitrost elektromagnetnih valov v vakuumu



Gostota pretoka elektromagnetne energije ozintenzivnost J imenujemo elektromagnetna energija, ki jo val prenaša na enoto časa skozi površino enote površine:

,


Če tukaj nadomestimo izraza za in υ ter upoštevamo enakost volumetričnih gostot energije električnega in magnetnega polj v elektromagnetnem valu, lahko dobimo:

Elektromagnetni valovi so lahko polarizirani.

Tudi elektromagnetno valovanje imajo vse osnovne lastnosti valov : prenašajo energijo, imajo zagon, se odbijajo in lomijo na vmesniku med dvema medijema, absorbirajo jih medij, kažejo disperzijske, difrakcijske in interferenčne lastnosti.

Hertzovi poskusi (eksperimentalno odkrivanje elektromagnetnih valov)

Prvič so eksperimentalno preučevali elektromagnetno valovanje

Hertz leta 1888. Razvil je uspešno zasnovo elektromagnetnega oscilatorja (Hertz vibrator) in metodo za njihovo odkrivanje z resonanco.

Vibrator je bil sestavljen iz dveh linearnih prevodnikov, na koncih katerih so bile kovinske kroglice, ki tvorijo iskriško režo. Ko je bila od indukcije do trupa napajana visoka napetost, je v režo preskočila iskra, ki je povzročila kratek stik. Med njegovim gorenjem je v krogu prišlo do velikega števila nihanj. Sprejemnik (resonator) je bil sestavljen iz žice z iskriško režo. Prisotnost resonance se je izrazila v pojavu isker v iskriščih resonatorja kot odgovoru na iskro, ki nastane v vibratorju.

Tako so Hertzovi poskusi postavili trdne temelje za Maxwellovo teorijo. Izkazalo se je, da so elektromagnetno valovanje, ki ga je napovedal Maxwell, eksperimentalno realizirano.

NAČELA RADIJSKIH KOMUNIKACIJ

Radijska komunikacija - prenos in sprejem informacij z uporabo radijskih valov.

24. marca 1896 je Popov na sestanku fizikalnega oddelka Ruskega fizikokemičnega društva s svojimi instrumenti jasno pokazal prenos signalov na razdalji 250 m in oddal prvi na svetu dvobesedni radiogram "Heinrich Hertz" .

DIAGRAM SPREJEMNIKA A.S. POPOVA

Popov je uporabljal radiotelegrafsko komunikacijo (prenos signalov različnega trajanja), takšno komunikacijo je mogoče izvesti le s kodo. Kot vir radijskih valov je bil uporabljen oddajnik iskre z vibratorjem Hertz, kot sprejemnik pa je služil koherer, steklena cev s kovinskimi opilki, katere upor se ob udarcu elektromagnetnega vala zmanjša stokrat. Za povečanje občutljivosti kohererja so en konec le-tega ozemljili, drugega pa povezali z žico, dvignjeno nad Zemljo, skupna dolžina antene je četrtina valovne dolžine. Signal oddajnika iskre hitro upada in ga ni mogoče prenašati na velike razdalje.

Za radiotelefonsko komunikacijo (prenos glasu in glasbe) se uporablja visokofrekvenčni moduliran signal. Nizko (avdio) frekvenčni signal prenaša informacije, vendar se praktično ne oddaja, visokofrekvenčni signal pa se oddaja dobro, vendar ne prenaša informacij. Za radiotelefonsko komunikacijo se uporablja modulacija.

Modulacija - postopek vzpostavitve ujemanja med parametri VF in NF signala.

V radijskem inženiringu se uporablja več vrst modulacij: amplituda, frekvenca, faza.

Amplitudna modulacija - sprememba amplitude vibracij (električnih, mehanskih itd.), ki se pojavljajo s frekvenco, veliko nižjo od frekvence samih vibracij.

Harmonično nihanje visoke frekvence ω je amplitudno modulirano s harmonskim nihanjem nizke frekvence Ω (τ = 1 / Ω je njegova doba), t je čas, A je amplituda visokofrekvenčnega nihanja, T je njegova perioda.

Radiokomunikacijska shema z uporabo AM signala

Amplitudno modulirani oscilator

Amplituda RF signala se spreminja v skladu z amplitudo LF signala, nato modulirani signal oddaja oddajna antena.

V radijskem sprejemniku sprejemna antena sprejema radijske valove, v nihajnem krogu se zaradi resonance signal dodeli in ojača na frekvenco, na katero je vezje uglašeno (nosilna frekvenca oddajne postaje), nato pa nizko- frekvenčna komponenta signala mora biti izolirana.

Radio detektor

Odkrivanje - proces pretvorbe visokofrekvenčnega signala v nizkofrekvenčni signal. Signal, prejet po zaznavi, ustreza zvočnemu signalu, ki je deloval na mikrofon oddajnika. Ko so ojačene, se lahko nizkofrekvenčne vibracije pretvorijo v zvok.

Detektor (demodulator)

Dioda služi za popravljanje izmeničnega toka

a) AM signal, b) zaznan signal

RADAR

Imenuje se odkrivanje in natančno določanje lokacije predmetov in njihove hitrosti gibanja z uporabo radijskih valov radar ... Načelo radarja temelji na lastnosti odboja elektromagnetnih valov od kovin.

1 - vrtljiva antena; 2 - antensko stikalo; 3 - oddajnik; 4 - sprejemnik; 5 - skener; 6 - indikator razdalje; 7 - smerni kazalnik.

Za radar se uporabljajo visokofrekvenčni radijski valovi (VHF), z njihovo pomočjo se zlahka oblikuje usmerjen žarek in visoka moč sevanja. V metrskem in decimetrskem območju - rešetkasti sistemi vibratorjev, v centimetrskem in milimetrskem - parabolični oddajniki. Lociranje se lahko izvaja tako v neprekinjenem (za zaznavanje cilja) kot v impulznem (za določanje hitrosti predmeta) načinu.

Radarske aplikacije:


  • Letalstvo, astronavtika, flota: varnost ladij v vsakem vremenu in ob katerem koli času dneva, preprečevanje trkov, varnost vzleta itd. pristanek letala.

  • Vojska: pravočasno odkrivanje sovražnikovih letal ali raket, samodejno prilagajanje protiletalskega ognja.

  • Radar planetov: merjenje razdalje do njih, določanje parametrov njihovih orbit, določanje obdobja vrtenja, opazovanje površinskega reliefa. V nekdanji Sovjetski zvezi (1961) radar Venere, Merkurja, Marsa, Jupitra. V ZDA in na Madžarskem (1946) poskus sprejemanja signala, ki se odbija od lunine površine.
TELEVIZIJA

Telekomunikacijska shema je načeloma enaka radijski komunikacijski shemi. Razlika je v tem, da se poleg zvočnega signala prenašajo slika in krmilni signali (sprememba vrstice in okvirja) za sinhronizacijo delovanja oddajnika in sprejemnika. V oddajniku se ti signali modulirajo in prenašajo, v sprejemniku jih zajame antena in gre vsak na svojo pot za obdelavo.

Razmislite o eni od možnih shem za pretvorbo slike v elektromagnetna nihanja z ikonoskopom:

S pomočjo optičnega sistema se slika projicira na mozaični zaslon, zaradi fotoučinka pa celice zaslona pridobijo drugačen pozitiven naboj. Elektronska pištola tvori elektronski žarek, ki potuje po zaslonu in izprazni pozitivno nabite celice. Ker je vsaka celica kondenzator, sprememba naboja vodi do pojava spreminjajoče se napetosti - elektromagnetnega nihanja. Nato se signal ojača in napaja v modulacijsko napravo. V kineskopu se video signal pretvori nazaj v sliko (različno, odvisno od principa delovanja kineskopa).

Ker televizijski signal nosi veliko več informacij kot radijski, se delo izvaja na visokih frekvencah (metri, decimetri).

Širjenje radijskih valov.
Radijski val - to je elektromagnetno valovanje v območju (10 4

Vsak del tega obsega se uporablja tam, kjer je mogoče najbolje izkoristiti njegove prednosti. Radijski valovi različnih pasov potujejo na različne razdalje. Širjenje radijskih valov je odvisno od lastnosti atmosfere. Močan vpliv na širjenje radijskih valov imajo tudi zemeljska površina, troposfera in ionosfera.


Širjenje radijskih valov Je proces prenosa elektromagnetnih nihanj radijskega območja v vesolju z enega mesta na drugega, zlasti od oddajnika do sprejemnika.
Valovi različnih frekvenc se obnašajo različno. Podrobneje razmislimo o značilnostih širjenja dolgih, srednjih, kratkih in ultrakratkih valov.
Dolgovalovno širjenje.

Dolgi valovi (> 1000 m) se širijo:


  • Na razdaljah do 1-2 tisoč km zaradi difrakcije na sferični površini Zemlje. Sposoben obkrožiti svet (slika 1). Nato pride do njihovega širjenja zaradi vodilnega delovanja sferičnega valovoda, ne da bi se odbili.

riž. eno

Kakovost povezave:

Stabilnost sprejema. Kakovost sprejema ni odvisna od časa dneva, leta, vremenskih razmer.

pomanjkljivosti:

Zaradi močne absorpcije vala, ko se širi po zemeljski površini, sta potrebna velika antena in močan oddajnik.

Atmosferske razelektritve (strele) motijo.

Uporaba:


  • Pas se uporablja za radijsko oddajanje, radiotelegrafsko komunikacijo, radionavigacijske storitve in za komunikacijo s podmornicami.

  • Deluje majhno število radijskih postaj, ki oddajajo točne časovne signale in vremenska poročila.
Razširjanje srednjega valovanja

Povprečni valovi ( = 100..1000 m) se širijo:


  • Tako kot dolgi valovi se lahko upognejo okoli zemeljske površine.

  • Tako kot kratki valovi se lahko tudi večkrat odbijejo od ionosfere.
Na velikih razdaljah od oddajnika je lahko sprejem podnevi slab, ponoči pa se izboljša. Moč sprejema je odvisna tudi od letnega časa. Tako se čez dan razmnožujejo tako kratke, ponoči pa tako dolge.

Kakovost povezave:


  • Majhen komunikacijski doseg. Srednje valovne postaje je mogoče slišati v razdalji tisoč kilometrov. Obstaja pa visoka stopnja atmosferskih in industrijskih motenj.
Uporaba:

  • Uporablja se za poslovno in amatersko komunikacijo ter predvsem za oddajanje.
Širjenjekratek valovi

Kratki valovi ( = 10..100 m) se širijo:


  • Večkrat se odbija od ionosfere in zemeljskega površja (slika 2)


Kakovost povezave:

Kakovost sprejema na kratkih valovnih dolžinah je močno odvisna od različnih procesov v ionosferi, povezanih s stopnjo sončne aktivnosti, letnim časom in časom dneva. Oddajniki velike moči niso potrebni. Niso primerni za komunikacijo med zemeljskimi postajami in vesoljskimi plovili, saj ne prehajajo skozi ionosfero.

Uporaba:


  • Za komunikacijo na dolge razdalje. Za televizijsko, radijsko oddajanje in radijsko komunikacijo z mobilnimi objekti. Delujejo oddelčne telegrafske in telefonske radijske postaje. Ta razpon je najbolj "naseljen".
Proliferacija ultrashortvalovi

Ultrakratki valovi (


  • Včasih se lahko odbijejo od oblakov, umetnih satelitov zemlje ali celo od lune. V tem primeru se lahko komunikacijski doseg nekoliko poveča.
Kakovost povezave:

Za sprejem ultrakratkih valov je značilna konstantnost slišnosti, odsotnost bledenja, pa tudi zmanjšanje različnih motenj.

Komunikacija na teh valovih je možna le na vidni razdalji. L(slika 7).


Ker se ultrakratki valovi ne širijo čez obzorje, je treba zgraditi veliko vmesnih oddajnikov - repetitorjev.

Ponavljalec- naprava, ki se nahaja na vmesnih točkah radijskih komunikacijskih vodov, ki ojača prejete signale in jih oddaja naprej.

Prenos- sprejem signalov na vmesni točki, njihovo ojačanje in prenos v isto ali drugo smer. Rele je zasnovan za povečanje komunikacijskega dosega.

Obstajata dva načina prenosa: satelitski in prizemni.

Satelit:

Aktivni relejni satelit sprejema signal iz zemeljske postaje, ga ojača in prek močnega usmerjenega oddajnika pošlje signal Zemlji v isto ali drugo smer.



Tla:

Signal se prenaša na prizemno analogno ali digitalno radijsko postajo ali omrežje takšnih postaj, nato pa se pošlje naprej v isto ali v drugo smer.


1 - radijski oddajnik,

2 - oddajna antena, 3 - sprejemna antena, 4 - radijski sprejemnik.

Uporaba:


  • Za komunikacijo z umetnimi zemeljskimi sateliti in
vesoljske rakete. Široko se uporabljajo za televizijsko in radijsko oddajanje (VHF in FM pasovi), radijsko navigacijo, radarske in celične komunikacije.

VHF je razdeljen na naslednje pasove:

metrski valovi - od 10 do 1 meter, ki se uporablja za telefonsko komunikacijo med ladjami, ladjami in pristaniškimi službami.

decimeter - od 1 metra do 10 cm, uporablja se za satelitsko komunikacijo.

centimeter - od 10 do 1 cm, ki se uporablja v radarju.

milimeter - od 1 cm do 1 mm, uporablja se predvsem v medicini.

Valovni proces- proces prenosa energije brez prenosa snovi.

Mehanski val- motnja, ki se širi v elastičnem mediju.

Prisotnost elastičnega medija je nujen pogoj za širjenje mehanskih valov.

Prenos energije in gibanja v mediju nastane kot posledica interakcije med sosednjimi delci medija.

Valovi so vzdolžni in prečni.

Vzdolžni mehanski val je val, pri katerem se gibanje delcev medija dogaja v smeri širjenja valov. Prečni mehanski val - val, pri katerem se delci medija premikajo pravokotno na smer širjenja valov.

Vzdolžni valovi se lahko širijo v katerem koli okolju. Prečni valovi v plinih in tekočinah ne nastanejo, saj v njih

ni fiksnih položajev delcev.

Periodični zunanji vplivi povzročajo periodične valove.

Harmonični val- val, ki ga ustvarjajo harmonične vibracije delcev medija.

Valovna dolžina je razdalja, po kateri se val širi v obdobju nihanja svojega vira:

Mehanska valovna hitrost- hitrost širjenja motnje v okolju. Polarizacija je urejanje smeri tresljajev delcev v mediju.

Polarizacijska ravnina- ravnina, v kateri vibrirajo delci medija v valu. Linearno polarizirani mehanski val je val, katerega delci vibrirajo vzdolž določene smeri (črte).

polarizator- naprava, ki oddaja val določene polarizacije.

Stoječi val- val, ki nastane kot posledica superpozicije dveh harmoničnih valov, ki se širita drug proti drugemu in imata enako obdobje, amplitudo in polarizacijo.

Debelina stoječega vala- položaj točk z največjo amplitudo vibracij.

Vozlišča stoječih valov- negibljive točke vala, katerih amplituda vibracij je enaka nič.

Na dolžini l vrvice, pritrjene na koncih, se prilega celo število n polvalov prečnih stoječih valov:


Takšni valovi se imenujejo načini vibracij.

Način vibracije za poljubno celo število n> 1 se imenuje n-ti harmonik ali n-ti prizvok. Vibracijski način za n = 1 se imenuje prvi harmonični ali osnovni način vibracij. Zvočni valovi so elastični valovi v okolju, ki v človeku povzročajo slušne občutke.

Frekvenca vibracij, ki ustreza zvočnim valovom, je v območju od 16 Hz do 20 kHz.

Hitrost širjenja zvočnih valov je določena s hitrostjo prenosa interakcij med delci. Hitrost zvoka v trdnem v p je praviloma večja od hitrosti zvoka v tekočini v w, ki pa presega hitrost zvoka v plinu v g.


Zvočni signali so razvrščeni po višini, tembru in glasnosti. Višina je določena s frekvenco vira zvoka. Višja kot je frekvenca vibracij, višji je zvok; nizkofrekvenčne vibracije ustrezajo nizkim zvokom. Zvok zvoka je določen z obliko zvočnih vibracij. Razlika v načinih nihanja, ki imajo enako obdobje, je povezana z različnimi relativnimi amplitudami osnovnega načina in prizvoka. Za glasnost zvoka je značilna stopnja jakosti zvoka. Intenzivnost zvoka - energija zvočnih valov, ki padejo na površino 1 m 2 v 1 s.

Mehanskival v fiziki je to pojav širjenja motenj, ki ga spremlja prenos energije nihajočega telesa z ene točke na drugo brez transporta snovi v nekem elastičnem mediju.

Okolje, v katerem obstaja elastična interakcija med molekulami (tekočina, plin ali trdna snov), je predpogoj za nastanek mehanskih motenj. Možni so le, ko se molekule snovi med seboj trčijo in prenašajo energijo. Eden od primerov takšnih motenj je zvok (akustični val). Zvok lahko potuje v zraku, v vodi ali v trdni snovi, vendar ne v vakuumu.

Za ustvarjanje mehanskega vala je potrebna nekaj začetne energije, ki bo medij spravila iz ravnotežja. To energijo bo nato val prenašal. Na primer, kamen, vržen v majhno količino vode, ustvari val na površini. Glasen krik ustvari zvočni val.

Glavne vrste mehanskih valov:

  • Zvok;
  • Na površini vode;
  • potresi;
  • Seizmični valovi.

Mehanski valovi imajo vrhove in padce kot vsa oscilatorna gibanja. Njihove glavne značilnosti so:

  • Frekvenca. To je število vibracij na sekundo. Merske enote v SI: [ν] = [Hz] = [s -1].
  • Valovna dolžina. Razdalja med sosednjimi vrhovi ali koriti. [λ] = [m].
  • Amplituda. Največji odmik točke medija od ravnotežnega položaja. [X max] = [m].
  • Hitrost. To je razdalja, ki jo val prepotuje v sekundi. [V] = [m/s].

Valovna dolžina

Valovna dolžina je razdalja med najbližjimi točkami, ki nihajo v istih fazah.

Valovi potujejo skozi vesolje. Smer njihove distribucije se imenuje žarek in označena s črto, pravokotno na valovno površino. In njihova hitrost se izračuna po formuli:

Meja valovne površine, ki ločuje del medija, v katerem se že pojavljajo nihanja, od dela medija, v katerem se nihanja še niso začela, - valspredaj.

Vzdolžni in prečni valovi

Eden od načinov za razvrstitev mehanske vrste valov je določitev smeri gibanja posameznih delcev medija v valovu glede na smer njegovega širjenja.

Glede na smer gibanja delcev v valovih so:

  1. Prečnovalovi. Delci medija pri tej vrsti valov vibrirajo pod pravim kotom na valovni žarek. Valovi v ribniku ali vibrirajoče strune kitare bodo pomagale predstavljati strižne valove. Ta vrsta nihanja se ne more širiti v tekočem ali plinastem mediju, ker se delci teh medijev premikajo kaotično in je nemogoče organizirati njihovo gibanje pravokotno na smer širjenja valov. Prečni valovi se premikajo veliko počasneje kot vzdolžni.
  2. Vzdolžnovalovi. Delci medija vibrirajo v isti smeri, v kateri se širi val. Nekateri valovi te vrste se imenujejo kompresijski ali kompresijski valovi. Vzdolžne vibracije vzmeti - periodične stiske in raztegovanja - zagotavljajo dobro vizualizacijo takšnih valov. Vzdolžni valovi so najhitrejši mehanski valovi. Zvočni valovi v zraku, cunamiji in ultrazvok so vzdolžni. Ti vključujejo določeno vrsto potresnih valov, ki se širijo pod zemljo in v vodi.

Pri valovih katerega koli izvora lahko pod določenimi pogoji opazimo štiri spodaj navedene pojave, ki jih bomo obravnavali na primeru zvočnih valov v zraku in valov na vodni površini.

Odsev valov. Naredimo poskus z generatorjem avdio frekvenčnega toka, na katerega je priključen zvočnik (zvočnik), kot je prikazano na sl. "a". Slišali bomo žvižganje. Na drugi konec mize bomo postavili mikrofon, povezan z osciloskopom. Ker se na zaslonu pojavi sinusni val z majhno amplitudo, to pomeni, da mikrofon zaznava šibek zvok.

Zdaj postavimo desko na vrh mize, kot je prikazano na sliki "B". Ko se je amplituda na zaslonu osciloskopa povečala, je zvok, ki je dosegel mikrofon, postal glasnejši. S tem in številnimi drugimi poskusi je mogoče to trditi mehanski valovi katerega koli izvora se lahko odbijejo od vmesnika med dvema medijema.

Lom valov. Poglejmo si sliko, ki prikazuje valove, ki tečejo po obalnem nasuku (pogled od zgoraj). Peščena obala je prikazana v sivo-rumeni barvi, globoki del morja pa v modri barvi. Med njima je peščena plitvina – plitva voda.

Valovi, ki potujejo skozi globoko vodo, potujejo v smeri rdeče puščice. Na mestu nasedanja se val lomi, torej spremeni smer širjenja. Zato se modra puščica, ki označuje novo smer širjenja valov, nahaja drugače.

To in številna druga opažanja to kažejo mehanski valovi katerega koli izvora se lahko lomijo, ko se spremenijo pogoji širjenja, na primer na vmesniku med dvema medijema.

Difrakcija valov. V prevodu iz latinščine "diffractus" pomeni "zlomljen". V fiziki Difrakcija se nanaša na odstopanje valov od premočrtnega širjenja v istem mediju, zaradi česar se upogibajo okoli ovir.

Oglejte si še en vzorec valov na morski gladini (pogled z obale). Valove, ki tečejo proti nam od daleč, zakriva velika skala na levi strani, a se hkrati delno upogibajo okoli nje. Manjša skala na desni sploh ni ovira za valove: popolnoma jo obidejo in se širijo v isto smer.

Poskusi to kažejo difrakcija se najbolj jasno pokaže, če je valovna dolžina vpadnega vala večja od dimenzij ovire. Za njim se širi val, kot da ni ovir.

Motnje valov. Preučili smo pojave, povezane s širjenjem enega samega vala: odboj, lom in uklon. Razmislite o prekrižanem širjenju dveh ali več valov - pojav motenj(iz latinskega "inter" - vzajemno in "ferio" - udarim). Preučimo ta pojav z izkušnjami.

Priklopimo dva vzporedno priključena zvočnika na tokovni generator avdio frekvence. Sprejemnik zvoka, tako kot v prvem poskusu, bo mikrofon, povezan z osciloskopom.

Začnimo premikati mikrofon v desno. Osciloskop bo pokazal, da je zvok šibkejši ali močnejši, kljub dejstvu, da je mikrofon dlje od zvočnikov. Mikrofon vrnite na sredinsko črto med zvočniki, nato pa ga premaknite v levo in se spet odmaknite od zvočnikov. Osciloskop nam bo spet pokazal dušenje in ojačanje zvoka.

Ta in številni drugi poskusi to kažejo v prostoru, kjer se širi več valov, lahko njihova interferenca povzroči nastanek izmeničnih območij z intenziviranjem in oslabitvijo nihanj.

2022 nowonline.ru
O zdravnikih, bolnišnicah, klinikah, porodnišnicah