Refleksija zvuka od prepreka i na granici dva medija. Sobna akustika

REFLEKSIJA ZVUKA- pojava koja se javlja kada zvučni val padne na granicu između dva elastična medija i sastoji se u formiranju valova koji se šire od međusloja u isti medij iz kojeg je došao upadni val. Po pravilu, O. z. praćeno formiranjem prelomljenih talasa u drugom mediju. Poseban slučaj O. z. - refleksija sa slobodne površine. Obično se razmatra refleksija na ravnim interfejsima, ali se može govoriti o O. z. od prepreka proizvoljnog oblika, ako je veličina prepreke mnogo veća od dužine zvučnog vala. Inače, postoji rasipanje zvuka ili difrakcija zvuka.
Upadni val uzrokuje pomicanje granice između medija, uslijed čega nastaju reflektirani i prelomljeni valovi. Njihova struktura i intenzitet treba da budu takvi da, sa obe strane interfejsa, brzine čestica i elastični naponi koji deluju na interfejs budu jednaki. Granični uvjeti na slobodnoj površini sastoje se u jednakosti nule elastičnih napona koji djeluju na ovu površinu.
Reflektirani talasi mogu imati isti tip polarizacije kao i upadni talas, ili mogu imati druge polarizacije. U potonjem slučaju, govori se o transformaciji, ili konverziji, modusa nakon refleksije ili prelamanja. Nema konverzije samo kada se zvučni talas koji se širi u tečnosti reflektuje, jer u tečnom mediju postoje samo uzdužni talasi. Kada zvučni val prođe kroz granicu između čvrstih tijela, u pravilu nastaju i uzdužni i poprečni reflektirani i prelomljeni valovi. Složena priroda O. z. odvija se na granici kristala. medija, gdje u opštem slučaju postoje reflektovani i prelomljeni talasi od tri dekomp. polarizacije.
Refleksija ravnih talasa. Odraz ravnih talasa igra posebnu ulogu, jer ravni talasi, reflektujući se i lomeći, ostaju ravni, a refleksija talasa proizvoljnog oblika može se smatrati odrazom skupa ravnih talasa. Broj reflektiranih i prelomljenih valova koji nastaju određen je prirodom elastičnih svojstava medija i brojem akustičkih. grane koje postoje u njima. Zbog graničnih uslova, projekcije na međuprostornu ravan valnih vektora upadnog, reflektovanog i prelomljenog talasa su međusobno jednake (slika 1).

Rice. 1. Šema refleksije i prelamanja ravnog zvučnog talasa na ravni sučelja.

Odavde slijede zakoni refleksije i prelamanja, prema Krimu: 1) talasni vektori incidenta k i odraženo k r i prelomljena k t talasa i normalno NN" da interfejs leže u istoj ravni (ravan incidencije); 2) odnos sinusa incidencija uglova refleksije i prelamanja prema faznim brzinama c i, a odgovarajući talasi su međusobno jednaki:
(indeks i označavaju polarizacije reflektovanih i prelomljenih talasa). U izotropnim medijima, gdje se smjerovi valnih vektora poklapaju sa smjerovima zvučnih zraka, zakoni refleksije i prelamanja poprimaju uobičajeni oblik Snelovog zakona. U anizotropnim medijima, zakoni refleksije određuju samo smjerove valnih normala; kako će se prelomljene ili reflektirane zrake širiti ovisi o smjeru radijalnih brzina koje odgovaraju ovim normalama.
Pri dovoljno malim upadnim uglovima, svi reflektovani i prelomljeni talasi su ravni talasi koji odnose energiju upadnog zračenja sa interfejsa. Međutim, ako je brzina za to-l. prelomljeni talas većom brzinom c i upadnog talasa, zatim za upadne uglove, velike tzv. kritičan kut \u003d arcsin, normalna komponenta valnog vektora odgovarajućeg prelomljenog vala postaje imaginarna, a sam odaslani val pretvara se u nehomogeni val koji ide duž sučelja i eksponencijalno se smanjuje duboko u medij 2 . Međutim, upadanje vala na sučelje pod uglom većim od kritičnog možda neće dovesti do totalne refleksije, jer energija upadnog zračenja može prodrijeti u drugi medij u obliku valova različite polarizacije.
Kritično ugao postoji i za reflektovane talase, ako je na O. z. dolazi do konverzije modusa i fazna brzina vala koji je rezultat konverzije je veća od brzine c i padajući talas. Za upadne uglove, manji kritični. ugao, dio upadne energije se odvodi od granice u obliku reflektiranog vala sa polarizacijom; pri , takav val se ispostavlja nehomogenim, prigušujući duboko u medij 1, i ne učestvuje u prijenosu energije sa međupovršine. Na primjer, kritičan ugao = arcsin( c t /c L) nastaje pri refleksiji poprečne akustike. talasi T od granice izotropnog čvrstog tijela i njegovo pretvaranje u longitudinalni val L (sa t and C L su brzine poprečnih i uzdužnih zvučnih talasa, respektivno).
Amplitude reflektovanih i prelomljenih talasa, u skladu sa graničnim uslovima, linearno se izražavaju u smislu amplitude A i upadnog talasa, kao što se ove veličine u optici izražavaju kroz amplitudu upadnog e-magn. talasi sa Fresnel formule. Refleksija ravnog talasa kvantitativno je okarakterisana amplitudnim koeficijentima. refleksije, koje predstavljaju odnos amplituda reflektovanih talasa i amplitude upada: = Koeficijent amplitude. refleksije su generalno složene: njihovi moduli određuju omjere abs. amplitude i faze definišu fazne pomake reflektovanih talasa. Koeficijenti amplitude određuju se na sličan način. prolazeći Koeficijentom karakterizira preraspodjela energije upadnog zračenja između reflektiranih i prelomljenih valova. refleksija i transmisija u intenzitetu, koji su omjeri komponenata vremenski usrednjene gustoće protoka energije normalne na granicu u reflektiranom (prelomljenom) i upadnom talasu:

gdje su intenziteti zvuka u odgovarajućim valovima, i gustine medija u kontaktu. Ravnoteža energije dovedene na sučelje i odnesene iz njega svodi se na ravnotežu normalnih komponenti energetskih tokova:

Coef. refleksije zavise i od akustike svojstva medija u kontaktu i upadnog ugla. Priroda ugla zavisnost je određena prisustvom kritičnih. uglovi, kao i uglovi nulte refleksije, pri padu ispod kojih se ne formira reflektovani talas sa polarizacijom.

O. h. na granici dve tečnosti. Naib. jednostavna slika O. h. nastaje na granici između dvije tečnosti. U ovom slučaju nema konverzije talasa, a refleksija se dešava prema zakonu ogledala i koeficijentu refleksija je

gdje i c 1,2 - gustina i brzina zvuka u susednim medijima 1 i 2 . Ako je brzina zvuka za upadni val veća od brzine zvuka za prelomljeni ( With 1 >c 2), zatim kritični ugao nedostaje. Coef. refleksija je stvarna i glatko varira od vrijednosti

pri normalnoj incidenciji talasa na interfejsu do vrednosti R=- 1 za incidencu ispaše Ako je akus. impedansa r 2 s 2 srednja 2 više srednje impedanse 1 , zatim pod upadnim uglom

koeficijent refleksija nestaje i svo upadno zračenje u potpunosti prelazi u medij 2 .
Kada od 1<с 2 , возникает критический угол=arcsin (c 1 /c 2). At< коэф. отражения - действительная величина; фазовый сдвиг между падающей и отражённой волнами отсутствует. Величина коэф. отражения меняется от значения R0 sa normalnim padom na R= 1 pod upadnim uglom jednakim kritičnom. I u ovom slučaju može doći do nulte refleksije, ako je za akustiku impedanse medija, vrijedi inverzna nejednakost ugao nulte refleksije je i dalje određen izrazom (6). Za upadne uglove veće od kritičnog, postoji potpuni unutrašnji. odraz: i upadnog zračenja duboko u medijum 2 ne prodire. U okruženju 2 , međutim, formira se nehomogen val; složenost koeficijenata povezana je s njegovom pojavom. refleksije i odgovarajući fazni pomak između reflektovanog i upadnog talasa. Ovaj pomak se objašnjava činjenicom da se polje reflektiranog vala formira kao rezultat interferencije dva polja: reflektiranog vala i vala koji se ponovo zrači u medij. 1 nehomogeni talas koji je nastao u mediju 2 . Kada se neravni (na primjer, sferni) valovi reflektiraju, takav prezračeni val se zapravo opaža u eksperimentu u obliku tzv. bočni talas (vidi Talasi, odjeljak Refleksija i prelamanje valova).

O. h. od granice krutog tijela. Priroda refleksije postaje složenija ako je reflektor čvrsto tijelo. Kada je brzina zvuka With u tečnosti, manje su uzdužne brzine L i poprečno With m zvuka u čvrstom tijelu, kada se reflektira na granici tekućine sa čvrstim tijelom, nastaju dva kritična. ugao: uzdužni = luk ( s/s L) i poprečni = arcsin ( s/s t ) . Međutim, oduvek sa L > sa t. Kod upadnih uglova, koeficijent. refleksija je validna (slika 2). Upadno zračenje prodire u čvrsto tijelo u obliku i uzdužnih i poprečnih prelomljenih valova. Kod normalnog upada zvuka u čvrsto tijelo nastaje samo uzdužni val i vrijednost R 0 je određen omjerom uzdužne akustike. impedanse tečnosti i čvrstog tela slične f-le (5) ( - gustina tečnosti i čvrstog tela).

Rice. 2. Zavisnost modula koeficijenta refleksije zvuka | R | (puna linija) i njene faze (isprekidana linija) na granici tekućina-čvrsto tijelo iz upadnog ugla.

Kada > koeficijent. refleksija postaje složena, budući da se nehomogeni talas formira u čvrstom stanju blizu granice. U uglovima upada između kritičnih uglovima i dio upadnog zračenja prodire duboko u čvrsto tijelo u obliku prelomljenog poprečnog vala. Stoga, za<<величина лишь при поперечная волна не образуется и |R|= 1. Učešće nehomogenog longitudinalnog talasa u formiranju reflektovanog zračenja izaziva, kao na granici dve tečnosti, fazni pomak reflektovanog talasa. Kada > postoji potpuna ekst. refleksija: 1. U čvrstom tijelu blizu granice nastaju samo nehomogeni valovi koji eksponencijalno padaju u dubinu tijela. Fazni pomak reflektiranog vala za uglove povezan je uglavnom s pobudom na međuprostoru propusnog Rayleigh valovi. Takav val nastaje na granici čvrstog tijela sa tekućinom pod upadnim uglovima blizu Rayleighovog ugla = arcsin ( s/s R), gdje C R je brzina Rayleighovog talasa na čvrstoj površini. Šireći se duž sučelja, propusni val se potpuno ponovo emituje u tekućinu.
Ako a With > With t, zatim ukupni interni nema refleksije na granici tečnosti sa čvrstim materijalom: upadno zračenje prodire u čvrstu materiju pod bilo kojim upadnim uglom, barem u obliku poprečnog talasa. Totalna refleksija nastaje kada zvučni val padne ispod kritične. ugao ili incidenca ispaše. Za c>c L koeficijent. refleksije su stvarne, jer se nehomogeni talasi ne formiraju na granici.
Oz koji se širi u čvrstom tijelu. Kada se zvuk širi u izotropnoj čvrstoj materiji, maks. jednostavan karakter je refleksija posmičnih talasa, čiji je pravac oscilacija paralelan sa ravninom interfejsa. Ne postoji konverzija modova nakon refleksije ili prelamanja takvih valova. Prilikom pada na slobodnu granicu ili sučelje s tekućinom, takav val se potpuno reflektira ( R= 1) prema zakonu ogledala. Na granici između dva izotropna čvrsta tijela, zajedno sa reflektiranim valom u mediju 2 formira se prelomljeni talas sa polarizacijom koja je takođe paralelna sa interfejsom.
Kada poprečni val polariziran u upadnoj ravni pada na slobodnu površinu tijela, na granici nastaju i reflektirani poprečni val iste polarizacije i uzdužni val. Pri upadnim uglovima manjim od kritičnog ugla = = arcsin ( cT/cL), koeficijent refleksije R T and R L- čisto realno: reflektovani talasi napuštaju granicu tačno u fazi (ili u antifazi) sa upadnim talasom. Na > samo reflektirani poprečni val napušta granicu; u blizini slobodne površine nastaje nehomogen longitudinalni val.
Coef. refleksija postaje složena i dolazi do pomaka faze između reflektovanog i upadnog talasa, čija veličina zavisi od upadnog ugla. Kada se uzdužni val reflektira od slobodne površine čvrstog tijela pod bilo kojim upadnim kutom, nastaju i reflektirani uzdužni val i poprečni val polariziran u ravni upada.
Ako je granica čvrstog tijela u kontaktu s tekućinom, onda kada se valovi (uzdužni ili poprečni, polarizirani u ravni upada) reflektiraju u tekućini, pojavljuje se dodatni lomljeni uzdužni val. Na granici između dva izotropna čvrsta medija, ovaj sistem reflektovanih i prelomljenih talasa je dopunjen prelomljenim poprečnim talasom u mediju 2 . Njegova polarizacija takođe leži u ravni incidencije.

O. h. na granici između anizotropnih medija. O. h. na kristalnom interfejsu. okruženje je kompleksno. Brzine i reflektiranih i prelomljenih valova u ovom slučaju same su funkcije uglova refleksije i prelamanja (vidi Sl. Crystal acoustics;) stoga se čak i definicija uglova iz datog upadnog ugla suočava sa ozbiljnim problemima. teškoće. Ako su poznati presjeci površina valnih vektora po ravni upadanja, tada se koristi grafika. metoda za određivanje uglova i krajeva talasnih vektora k r i k t leže na okomici NN" nacrtana na interfejs kroz kraj talasnog vektora k i upadnog talasa, u tačkama gde ova okomica seče dec. površine šupljina talasnih vektora (slika 3). Broj reflektiranih (ili prelomljenih) valova koji se stvarno šire od međuprostora u dubinu odgovarajućeg medija određen je s koliko šupljina se okomica siječe NN". Ako je raskrsnica sa to-l. je odsutan, to znači da se val odgovarajuće polarizacije ispostavi da je nehomogen i da ne prenosi energiju sa granice. Okomito NN" može proći kroz istu šupljinu u nekoliko. bodovi (bodovi a 1 i a 2 na sl. 3). Od mogućih pozicija talasnog vektora k r (ili k t) stvarno posmatrani talasi odgovaraju samo onima za koje je vektor radijalne brzine, koji se poklapa u pravcu sa eksternim. normalna na površinu valnih vektora, usmjerena je od granice u dubinu odgovarajućeg medija.

Rice. 3. Grafička metoda za određivanje uglova refleksije i prelamanja na granici između kristalnih medija 1 i 2. L, FT i ST- površine talasnih vektora za kvazilongitudinalne, brze i spore kvazipoprečne talase, respektivno.

Po pravilu, reflektirani (prelomljeni) valovi pripadaju dec. akustične grane. fluktuacije. Međutim, u kristalima sa sredstvima. anizotropija, kada površina talasnih vektora ima konkavne preseke (slika 4), refleksija je moguća sa formiranjem dva reflektovana ili prelomljena talasa koji pripadaju istoj grani oscilovanja.
Eksperimentalno su uočeni konačni snopovi zvučnih talasa čiji su pravci širenja određeni radijalnim brzinama. Smjerovi zraka u kristalima se značajno razlikuju od smjera odgovarajućih valnih vektora. Radijalne brzine upadnih, reflektiranih i prelomljenih valova leže u istoj ravni samo u izuzetnim slučajevima, na primjer. kada je ravan upada ravan simetrije za oba kristala. avg. U opštem slučaju, reflektovane i prelomljene zrake zauzimaju različite položaje kako jedna u odnosu na drugu tako i u odnosu na upadnu zraku i normalu. NN" do granice. Konkretno, reflektirani snop može ležati u ravni upada na istoj strani normale N, što je upadni snop. Ograničavajući slučaj ove mogućnosti je superponiranje reflektiranog snopa na upadni snop pri kosom upadanju potonjeg.

Rice. 4. Refleksija akustičnog talasa koji upada na slobodnu površinu kristala sa formiranjem dva reflektovana talasa iste polarizacije: a- određivanje talasnih vektora reflektovanih talasa (s g su vektori radijalnih brzina); b- shema refleksije zvučnih zraka konačnog presjeka.

Utjecaj slabljenja na prirodu O. z. . Coef. refleksije i transmisije ne zavise od frekvencije zvuka ako je slabljenje zvuka u oba granična medija zanemarljivo. Primjetno slabljenje dovodi ne samo do frekventne ovisnosti koeficijenta. refleksije R, ali i iskrivljuje njegovu zavisnost od upadnog ugla, posebno blizu kritičnog. uglovi (sl. 5, a). Kada se reflektuju sa granice između tečnosti i čvrste supstance, efekti prigušenja značajno menjaju ugaonu zavisnost R pri upadnim uglovima blizu Rayleighovog ugla (sl. 5 B). Na granici medija sa zanemarljivim prigušenjem pri takvim upadnim uglovima dolazi do totalne unutrašnje refleksije i | R| = 1 (kriva 1 na sl. 5, b). Prisutnost slabljenja dovodi do činjenice da | | R| postaje manji od 1, a minimum | R| (krive 2 - 4) . Sa povećanjem frekvencije i odgovarajućim povećanjem koeficijenta. prigušenju, dubina minimuma se povećava sve dok, konačno, na određenoj frekvenciji f 0 , pozvan nulta frekvencija refleksije, min. vrijednost | R| ne nestaje (kriva 3 , pirinač. 5, b). Daljnji porast frekvencije dovodi do širenja minimuma (kriva 4 ) i na uticaj efekata slabljenja na O. z. za skoro svaki upadni ugao (kriva 5) . Smanjenje amplitude reflektovanog talasa u poređenju sa amplitudom upadnog talasa ne znači da upadno zračenje prodire u čvrstu materiju. Povezan je sa apsorpcijom propusnog Rayleighovog talasa, koji je pobuđen upadnim zračenjem i učestvuje u formiranju reflektovanog talasa. Kada frekvencija zvuka f jednaka frekvenciji f 0 , sva energija upadnog talasa se raspršuje na interfejsu.

Rice. 5. Ugaona ovisnost | R| na granici vodeni čelik, uzimajući u obzir slabljenje: a- opća priroda ugaone zavisnosti | R|; puna linija - bez uzimanja u obzir gubitaka, isprekidana linija - isto sa slabljenjem; b- ugaona zavisnost | R\ blizu Rayleighovog ugla pri različitim vrijednostima apsorpcije poprečnih valova u čeliku na valnoj dužini. Curves 1 - 5 odgovara povećanju ovog parametra od vrijednosti od 3 x 10 -4 (kriva 1 ) na vrijednost = 1 (kriva 5) zbog odgovarajućeg povećanja frekvencije upadnog ultrazvučnog zračenja.

O. h. od slojeva i ploča. O. h. iz sloja ili ploče je rezonantan. Reflektirani i propušteni valovi nastaju kao rezultat višestrukih refleksija valova na granicama slojeva. U slučaju tečnog sloja, upadni talas prodire u sloj pod uglom prelamanja koji je određen Snellovom zakonom. Zbog rerefleksije, u samom sloju nastaju longitudinalni valovi koji se šire u smjeru naprijed i nazad pod uglom u odnosu na normalu povučenu do granica sloja (slika 6, a). Ugao je ugao prelamanja koji odgovara upadnom uglu na granici sloja. Ako je brzina zvuka u sloju With 2 veća brzina zvuka With 1 u okolnom fluidu, onda sistem rereflektovanih talasa nastaje samo kada je ugao ukupne int. refleksije \u003d arcsin (c 1 / c 2). Međutim, za dovoljno tanke slojeve, propušteni val se formira i pri upadnim uglovima većim od kritičnog. U ovom slučaju, koeficijent ispada da je refleksija od sloja abs. vrijednost je manja od 1. To je zbog činjenice da u sloju blizu granice na koju val upada izvana nastaje nehomogeni val koji eksponencijalno pada u dubinu sloja. Ako je debljina sloja d je manja ili uporediva sa dubinom prodiranja nehomogenog talasa, onda ovaj remeti suprotnu granicu sloja, usled čega se emitovani talas iz nje zrači u okolnu tečnost. Ovaj fenomen prodora talasa analogan je prodiranju čestice kroz potencijalnu barijeru u kvantnoj mehanici.
Coef. refleksije slojeva

gdje je normalna komponenta valnog vektora u sloju, os z- okomito na granice slojeva, R 1 i R 2 - kvote. O. h. na gornjoj i donjoj granici. At je periodična funkcija audio frekvencije f i debljina sloja d. Kada dođe do prodora vala kroz sloj, | R | sa povećanjem f ili d monotono teži 1.

Rice. 6. Refleksija zvučnog talasa od sloja tečnosti: a- shema refleksije; 1 - okolna tečnost; 2 - sloj; b - zavisnost modula koeficijenta refleksije | R| iz ugla upada.

Kao funkcija vrijednosti upadnog ugla | R | ima sistem maksimuma i minimuma (slika 6, b). Ako je ista tekućina na obje strane sloja, onda na minimalnim točkama R= 0. Nulta refleksija se javlja kada je napredovanje faze po debljini sloja jednako cijelom broju poluperioda

a talasi koji izlaze u gornji medij nakon dva uzastopna odraza će biti u antifazi i međusobno se poništavati. Naprotiv, svi ponovo reflektovani talasi ulaze u donji medij sa istom fazom, a amplituda prepuštenog talasa ispada maksimalnom. Pod normalnim upadom talasa na sloj, potpuni prenos se odvija kada ceo broj polutalasa stane u debljinu sloja: d= gdje P= 1,2,3,..., - dužina zvučnog talasa u materijalu sloja; stoga se nazivaju slojevi za koje je uslov (8) zadovoljen pola talasa Relacija (8) se poklapa sa uslovom postojanja normalnog talasa u slobodnom sloju tečnosti. Zbog toga do potpunog prijenosa kroz slojeve dolazi kada upadno zračenje pobuđuje jedan ili drugi normalni val u sloju. Zbog kontakta sloja sa okolnom tečnošću, normalni talas je propuštajući: tokom svog širenja, on potpuno prezračuje energiju upadnog zračenja u donji medij.
Kada su tečnosti na suprotnim stranama sloja različite, prisustvo polutalasnog sloja nema uticaja na upadni talas: koeficijent refleksija od sloja jednaka je koeficijentu. refleksije sa granice ovih tečnosti kada su one direktno. kontakt. Pored polutalasnih slojeva u akustici, kao i u optici, tzv. četvrtvalnih slojeva čije debljine zadovoljavaju uslov ( n= 1,2,...). Odabir odgovarajuće akustike impedansa sloja, možete dobiti nultu refleksiju od valnog sloja sa datom frekvencijom f pod određenim upadnim uglom na sloj. Takvi slojevi se koriste kao antirefleksni akustični slojevi.
Za refleksiju zvučnog talasa od beskonačne čvrste ploče uronjene u tečnost, priroda refleksije koja je gore opisana za sloj tečnosti biće sačuvana u opštem smislu. U slučaju rerefleksije u ploči, osim uzdužnih, pobuđivat će se i posmični valovi. Uglovi i, pod kojima se longitudinalni i poprečni talasi šire u ploči, su povezani sa upadnim uglom po Snellovom zakonu. Ugao i zavisnost od frekvencije | R| predstavljaće, kao iu slučaju refleksije od sloja tečnosti, sistem naizmeničnih maksimuma i minimuma. Potpuna transmisija kroz ploču nastaje kada upadno zračenje pobuđuje jedan od normalnih talasa u njoj, koji su jagnjeći talasi.Rezonantni karakter O. z. sa sloja ili ploče se briše kako se akustična razlika između njih smanjuje. svojstva od svojstava okoline. Akustično povećanje. slabljenje u sloju takođe dovodi do izglađivanja zavisnosti i | R(fd)|.

Refleksija neplanarnih talasa. U stvarnosti, postoje samo neravni talasi; njihova refleksija se može svesti na refleksiju skupa ravnih talasa. Monochromatic talas sa proizvoljnim talasnim frontom može se predstaviti kao skup ravnih talasa sa istom kružnom frekvencijom, ali sa diff. pravci talasnog vektora k. Main Karakteristika upadnog zračenja je njegov prostorni spektar – skup amplituda A(k) ravni talasi koji zajedno formiraju upadni talas. Abs. vrijednost k je određena frekvencijom, tako da njene komponente nisu nezavisne. Kada se reflektuje od aviona z= 0 normalna komponenta kz dat je tangencijalnim komponentama k x , k y: k z =Svaki ravni talas, koji je deo upadnog zračenja, pada na interfejs pod svojim uglom i reflektuje se nezavisno od drugih talasa. Polje F( r) reflektovanog talasa nastaje kao superpozicija svih reflektovanih ravnih talasa i izražava se u terminima prostornog spektra upadnog zračenja A(k x, k y) i koef. refleksije R(k x, k y):

Integracija se proteže na područje proizvoljno velikih vrijednosti kx i k y. Ako prostorni spektar upadnog zračenja sadrži (kao kod refleksije sfernog talasa) komponente sa kx(ili k y), veliki, zatim u formiranju reflektovanog talasa, pored talasa sa realnim kz učestvuju i neujednačeni talasi, za šta k, je čisto imaginarna veličina. Ovaj pristup, koji je 1919. predložio H. Weyl i dalje razvijen u reprezentacijama Fourierove optike, daje uzastopne rezultate. opis refleksije proizvoljnog talasa od ravni interfejsa.
Kada se uzme u obzir O. z. moguć je i zračni pristup koji se zasniva na principima geometrijska akustika. Upadno zračenje se smatra skupom zraka koji stupaju u interakciju sa interfejsom. Ovo uzima u obzir da se upadni zraci ne samo reflektuju i prelamaju na uobičajen način, poštujući Snellove zakone, već i da neki zraci koji upadaju na sučelje pod određenim uglovima pobuđuju tzv. bočni valovi, kao i propusni površinski valovi (Rayleigh, itd.) ili propusni valovodni modovi (Lambovi valovi, itd.). Šireći se duž granice, takvi talasi se ponovo emituju u medij i učestvuju u formiranju reflektovanog talasa. Za praksu refleksija je sferna. talasi su akustički kolimirali. snopovi konačnog presjeka i fokusirani zvučni snopovi.

Refleksija sfernih talasa. Obrazac refleksije je sferičan. talas stvoren u tečnosti I tačkastim izvorom O, zavisi od odnosa brzina zvuka With 1 i od 2 do kontakt tečnosti I i II (slika 7). Ako je c t > c 2 , tada je kritična ugao je odsutan i refleksija se javlja prema zakonima geoma. akustika. U okruženju I postoji reflektovana sferna. talas: reflektovane zrake se seku u tački O". formira virtuelnu sliku izvora, a talasna fronta reflektovanog talasa je deo sfere sa središtem u tački O".

Rice. 7. Refleksija sfernog talasa na granici između dve tečnosti: O i O"- stvarni i izmišljeni izvori; 1 - prednja strana reflektovanog sfernog talasa; 2 - prednji dio prelomljenog talasa; 3 - front bočnog talasa.

Kada c2 >cl i postoji kritičan ugao u sredini I pored reflektovanog sfernog. talasa, javlja se još jedna komponenta reflektovanog zračenja. Zraci upadaju na interfejs pod kritičnim. ugao pobuđuju drugi talas u mediju, koji se širi brzinom With 2 duž interfejsa i ponovo se emituje u medij I, formirajući tzv. bočni talas. Njegov prednji dio čine tačke do kojih su u istom trenutku dospjeli zraci koji su izašli iz tačke O zajedno OA a zatim opet prešao u srijedu I u dekomp. tačke interfejsa od tačke ALI do tačke OD, u kojoj se u ovom trenutku nalazi front prelomljenog talasa. U ravni crteža, front bočnog talasa je segment prave linije SW, nagnut prema granici pod kutom i pruža se do točke AT, gdje se spaja s prednjom stranom sferne reflektirane u ogledalu. talasi. U svemiru, front bočnog talasa je površina skraćenog konusa koji nastaje tokom rotacije segmenta SW oko prave linije OO". Kada se reflektuje sferično. talasi u tečnosti sa površine čvrstog tela slični su konusnim. val nastaje zbog pobude propusnog Rayleighovog vala na granici. Refleksija sferična. valovi - jedan od glavnih eksperimenata. metode geoakustike, seizmologije, hidroakustike i akustike okeana.

Refleksija akustičnih zraka konačnog poprečnog presjeka. Refleksija kolimiranih zvučnih snopova, front talasa to-rykh u glavnom. dio zraka je blizu ravnog, javlja se za većinu upadnih uglova kao da se reflektuje ravan talas. Nakon odbijanja zraka koji pada iz tekućine na granicu s čvrstim tijelom, nastaje reflektirani snop čiji je oblik zrcalni odraz raspodjele amplitude u upadnom snopu. Međutim, pri upadnim uglovima blizu kritičnog uzdužnog. kut ili Rayleighov ugao zajedno sa zrcalnim odrazom javlja se eff. pobuđivanje bočnog ili propusnog Roleyjevog vala. Polje reflektovanog snopa u ovom slučaju je superpozicija reflektovanog snopa i prezračenih talasa. Ovisno o širini snopa i elastičnim i viskoznim svojstvima susjednog medija, dolazi do bočnog (paralelnog) pomaka snopa u ravnini sučelja (tzv. Schochov pomak) (slika 8) ili do značajnog širenja snopa i izgled mršavog

Rice. 8. Bočni pomak zraka pri refleksiji: 1 - upadni snop; 2 - reflektirani snop; 3 - pravi reflektovani snop.

strukture. Kada snop pada pod Rayleighovim kutom, priroda izobličenja određena je omjerom između širine snopa l i zrači. prigušenje Rayleighovog talasa koji curi

gde je dužina zvučnog talasa u tečnosti, ALI je brojčani faktor blizak jedinici. Ako je širina snopa mnogo veća od dužine radijusa. U slučaju uskog snopa, zbog reemisije propusnog površinskog vala, snop se značajno širi i prestaje biti simetričan (slika 9). Unutar područja koje zauzima reflektirani snop, kao rezultat interferencije, javlja se minimum nulte amplitude i snop se dijeli na dva dijela. Ne-spekularni odraz kolima. snopovi također nastaju na granici dvije tekućine pod upadnim uglovima blizu kritičnog, kao i kada se snopovi odbijaju od slojeva ili ploča.

Rice. 9. Refleksija zvučnog snopa konačnog presjeka koji pada iz tekućine W na površinu čvrstog tijela T pod Rayleighovim uglom: 1 - upadni snop; 2 - reflektovani snop; a- područje nulte amplitude; b- područje repa grede.

U posljednjem slučaju, nespecularna priroda refleksije je posljedica pobuđivanja nepropusnih modova valovoda u sloju ili ploči. Važnu ulogu imaju bočni i propusni valovi u refleksiji fokusiranih ultrazvučnih zraka. Ovi valovi se posebno koriste u akustična mikroskopija za formiranje akustike. slike i izvedbene količine, mjerenja.

Lit.: 1) Brekhovskikh L. M., Talasi u slojevitim medijima, 2. izd., M., 1973; 2) Landau L. D., Lifshits E. M., Hidrodinamika, 4. izd., M., 1988; 3) Brekhovskikh L. M., Godin O. A., Akustika slojevitih medija, Moskva, 1989; 4) Sagniard L., Reflexion et refraction des ondes seismiques progressives, P., 1939; 5) Ewing W. M., Jardetzky W. S., Press F., Elastični talasi u slojevitim medijima, N. Y. - , 1957, ch. 3; 6) Au1d B.A., Akustična polja i talasi u čvrstim materijama, v. 1 - 2, N. Y. - , 1973; 7) Vertoni H. L., Tamir T., Jedinstvena teorija fenomena Rayleigh-ovog ugla za akustične zrake na sučeljima tečnost-čvrsto, "Appl. Phys.", 1973, v. 2, br.4, str. 157; 8) Mott G., Koeficijenti refleksije i refrakcije na interfejsu fluid-čvrsto, "J. Acoust. Soc. Amer.", 1971, v. 50, broj 3 (t. 2), str. 819; 9) Wesker F. L., Richardson R. L., Utjecaj svojstava materijala na refleksivnost Rayleigh-ovog kritičnog ugla, "J. Acoust. Soc. Amer.", 1972, v. 51. .V" 5 (pt 2), str. 1609; 10) Fiorito R., Ubera11 H., Rezonantna teorija akustične refleksije i transmisije kroz sloj fluida, ".I. Akust. soc. Amer.", 1979, v. 65, br. 1, str. 9; 11) Fiorft o R., Madigosky W., C bera 11 H., Rezonantna teorija akustičnih talasa u interakciji sa elastičnom pločom. "J. Akust. soc. Amer.", 1979, v. 66, br. 6, str. 1857; 12) Neubauer W. G., Opservacija akustičkog zračenja sa ravnih i zakrivljenih površina, u: Physical acoustics. Principi i metode, ur. W. P. Mason, R. N. Thurston , st. 10, N. Y. - L., 1973, poglavlje 2.

Zvučni tlak p ovisi o brzini v oscilirajućih čestica medija. Proračuni to pokazuju

gdje je p gustina medija, c je brzina zvučnog talasa u mediju. Proizvod pc se naziva specifična akustična impedancija, za ravni talas se naziva i valna impedancija.

Talasni otpor je najvažnija karakteristika medija, koja određuje uslove za refleksiju i prelamanje talasa na njegovoj granici.

Zamislite da zvučni talas udari u interfejs između dva medija. Deo talasa se reflektuje, a deo prelama. Zakoni refleksije i prelamanja zvučnog talasa slični su zakonima refleksije i prelamanja svjetlosti. Prelomljeni talas se može apsorbovati u drugom mediju, ili ga može napustiti.

Pretpostavimo da je ravni talas upada normalno na granicu, njegov intenzitet u prvom mediju I 1 je intenzitet prelomljenog (transmitovanog) talasa u drugom mediju 1 2 . Hajde da pozovemo

koeficijent prodora zvučnog talasa.

Rayleigh je pokazao da je koeficijent prodora zvuka dat sa

budući da s 1 ρ 1 /s 2 r 2 >>1. Predstavimo valne otpore nekih tvari na 20 °C (tablica 14).

Tabela 14

Koristimo (6.8) da izračunamo koeficijent prodora zvučnog talasa iz vazduha u beton i u vodu:

Ovi podaci su impresivni: pokazalo se da samo mali dio energije zvučnog vala prelazi iz zraka u beton i vodu.

U svakoj zatvorenoj prostoriji, zvuk koji se reflektuje od zidova, plafona, nameštaja pada na druge zidove, podove itd., ponovo se reflektuje i apsorbuje, i postepeno nestaje. Stoga, čak i nakon što izvor zvuka prestane, u prostoriji još uvijek postoje zvučni valovi koji stvaraju šum. To je posebno uočljivo u velikim prostranim halama. Proces postepenog slabljenja zvuka u zatvorenim prostorima nakon gašenja izvora naziva se reverberacija.

Reverberacija je, s jedne strane, korisna, jer je percepcija zvuka pojačana energijom reflektovanog vala, ali, s druge strane, predugačka reverberacija može značajno narušiti percepciju govora i muzike, jer svaki novi dio tekst se preklapa sa prethodnim. S tim u vezi, obično se navodi neko optimalno vrijeme odjeka, koje se uzima u obzir pri izgradnji dvorana, pozorišnih i koncertnih dvorana itd. , ispunjen u Boljšoj teatru - 1, 55 str. Za ove prostorije (prazne), vrijeme reverberacije je 4,55 i 2,06 s, respektivno.

Fizika sluha

Razmotrimo neka pitanja fizike sluha na primjeru vanjskog, srednjeg i unutrašnjeg uha. Spoljno uho se sastoji od ušne školjke 1 i spoljašnjeg slušnog kanala 2 (slika 6.8) Ušna školjka kod ljudi ne igra značajnu ulogu u sluhu. Pomaže u određivanju lokalizacije izvora zvuka kada se nalazi u prednjem i stražnjem smjeru. Hajde da objasnimo ovo. Zvuk iz izvora ulazi u ušnu školjku. U zavisnosti od položaja izvora u vertikalnoj ravni

(Slika 6.9) zvučni talasi će se različito difraktirati na ušnoj školjki zbog njenog specifičnog oblika. Ovo će takođe dovesti do promene spektralnog sastava zvučnog talasa koji ulazi u slušni kanal (za više detalja o problemima difrakcije, pogledajte Poglavlje 19). Kao rezultat iskustva, osoba je naučila da poveže promenu spektra zvučnog talasa sa smerom ka izvoru zvuka (pravci A, B i B na slici 6.9).

Imajući dva prijemnika zvuka (uši), čovjek i životinje mogu postaviti smjer prema izvoru zvuka iu horizontalnoj ravni (binauralni efekat; sl. 6.10). To je zbog činjenice da zvuk od izvora do različitih ušiju putuje na različite udaljenosti i postoji fazna razlika za valove koji ulaze u desnu i lijevu ušnu školjku. Odnos između razlike između ovih rastojanja (5) i fazne razlike (∆φ) izveden je u § 19.1 kada se objašnjava interferencija svetlosti [videti. (19.9)]. Ako je izvor zvuka direktno ispred lica osobe, tada je δ = 0 i ∆φ = 0, ako se izvor zvuka nalazi sa strane na jednoj od ušnih školjki, tada će sa zakašnjenjem pasti u drugu ušnu školjku. Pretpostavit ćemo otprilike da je u ovom slučaju 5 udaljenost između ušnih školjki. Prema formuli (19.9), za v = 1 kHz i δ = 0,15 m može se izračunati fazna razlika. To je otprilike 180°.

Različiti pravci izvora zvuka u horizontalnoj ravni će odgovarati faznoj razlici između 0° i 180° (za gornje podatke). Vjeruje se da osoba s normalnim sluhom može fiksirati smjer prema izvoru zvuka s točnošću od 3 °, što odgovara faznoj razlici od 6 °. Stoga se može pretpostaviti da je osoba sposobna razlikovati promjenu faze zvučnih valova koji ulaze u njegove uši s točnošću od 6 °.

uho kao rezultat difrakcije (pogl. 19).

Zvučni talas prolazi kroz ušni kanal i delimično se reflektuje od bubne opne 3 (vidi sliku 6.8). Kao rezultat interferencije upadnih i reflektiranih valova, može doći do akustične rezonancije. U ovom slučaju, talasna dužina je četiri puta veća od dužine spoljašnjeg slušnog kanala. Ljudski ušni kanal dugačak je približno 2,3 cm; stoga se akustična rezonanca javlja na frekvenciji

Najvažniji dio srednjeg uha je bubna opna 3 i slušne koščice: malleus 4, nakovanj 5 i stremen 6 sa odgovarajućim mišićima, tetivama i ligamentima. Kosti vrše prenos mehaničkih vibracija iz vazdušnog okruženja spoljašnjeg uha u tečno okruženje unutrašnjeg uha. Tečni medij unutrašnjeg uha ima talasni otpor približno jednak talasnom otporu vode. Kao što je pokazano (vidi § 6.4), samo 0,123% intenziteta incidenta se prenosi u direktnom prelazu zvučnog talasa iz vazduha u vodu. Ovo je premalo. Stoga je glavna svrha srednjeg uha da olakša prijenos većeg intenziteta zvuka do unutrašnjeg uha. U tehničkom smislu, srednje uho odgovara impedansama vazduha i tečnosti u unutrašnjem uhu.

Sistem kostiju (vidi sliku 6.8) na jednom kraju je čekićem spojen na bubnu opnu (područje S 1 = 64 mm 2), na drugom - stremenom - sa ovalnim prozorom 7 unutrašnjeg uha ( površina S 2 = 3 mm 2).

Na ovom nivou, srednje uho povećava prenos spoljašnjeg zvučnog pritiska na unutrašnje uho.

Još jedna od funkcija srednjeg uha je slabljenje prijenosa vibracija u slučaju zvuka velikog intenziteta. To se postiže refleksnim opuštanjem mišića koščica srednjeg uha.

Srednje uho je povezano sa atmosferom preko slušne (Eustahijeve) cijevi.

Spoljno i srednje uho deo su sistema za provodjenje zvuka. Sistem za prijem zvuka je unutrašnje uho.

Glavni dio unutrašnjeg uha je pužnica, koja pretvara mehaničke vibracije u električni signal. Pored pužnice, vestibularni aparat pripada unutrašnjem uhu (vidi § 4.3), što nema nikakve veze sa slušnom funkcijom.

Ljudska pužnica je koštana tvorevina duga oko 35 mm i ima oblik konusne spirale sa 2 3/4 vijuga. Prečnik u bazi je oko 9 mm, visina oko 5 mm.

Na sl. 6.8 pužnica (ograničena isprekidanom linijom) prikazana je shematski proširena radi lakšeg gledanja. Duž pužnice prolaze tri kanala. Jedan od njih, koji počinje od ovalnog prozora 7, zove se vestibularna skala 8. Drugi kanal dolazi iz okruglog prozora 9, zove se scala tympani 10. Vestibularna i bubna skala su spojene u kupoli pužnice. kroz mali otvor - helikotrema 11. Dakle, oba ova kanala na neki način predstavljaju jedan sistem ispunjen perilimfom. Vibracije stremena 6 prenose se na membranu ovalnog prozora 7, od nje do perilimfe i "štrče" membranu okruglog prozora 9. Prostor između vestibularne i bubne skale naziva se pužni kanal 12, tj. je ispunjen endolimfom. Između pužnog kanala i scala tympani duž pužnice prolazi glavna (bazilarna) membrana 13. Na njoj se nalazi Cortijev organ koji sadrži ćelije receptora (dlake), a iz pužnice dolazi slušni živac (ovi detalji nisu prikazani na sl. 6.8).

Cortijev organ (spiralni organ) je pretvarač mehaničkih vibracija u električni signal.

Dužina glavne membrane je oko 32 mm, širi se i stanji u smjeru od ovalnog prozora do vrha pužnice (od širine od 0,1 do 0,5 mm). Glavna membrana je vrlo zanimljiva struktura za fiziku, ima svojstva selektivne frekvencije. Helmholc je skrenuo pažnju na ovo,

predstavljao je glavnu membranu na sličan način kao niz uštimanih klavirskih žica. Dobitnik Nobelove nagrade Bekesy utvrdio je zabludu ove teorije rezonatora. U radovima Bekesyja pokazano je da je glavna membrana nehomogena linija, prijenos mehaničke pobude. Kada je izložen akustičnom podražaju, val se širi duž glavne membrane. Ovaj val se različito slabi ovisno o frekvenciji. Što je frekvencija niža, val se dalje od ovalnog prozora širi duž glavne membrane prije nego što počne da se raspada. Tako će se, na primjer, talas frekvencije od 300 Hz širiti do otprilike 25 mm od ovalnog prozora prije nego što počne slabljenje, a val frekvencije od 100 Hz dostiže svoj maksimum blizu 30 mm. Na osnovu ovih zapažanja razvijene su teorije prema kojima se percepcija visine određuje položajem maksimalne oscilacije glavne membrane. Tako se u unutrašnjem uhu može pratiti određeni funkcionalni lanac: oscilacija ovalne prozorske membrane - oscilacija perilimfe - složene oscilacije glavne membrane - složene oscilacije glavne membrane - iritacija ćelija dlake (receptora organa Corti) - stvaranje električnog signala.

Neki oblici gluvoće su povezani s oštećenjem receptorskog aparata pužnice. U ovom slučaju, pužnica ne stvara električne signale kada je izložena mehaničkim vibracijama. Takvim gluhim osobama moguće je pomoći ugradnjom elektroda u pužnicu i davanjem električnih signala koji odgovaraju onima koji nastaju kada su izloženi mehaničkom podražaju.

Takva protetika glavne funkcije, pužnice (kohlearne proteze) razvija se u nizu zemalja. U Rusiji je kohlearna protetika razvijena i implementirana na Ruskom medicinskom univerzitetu. Kohlearna proteza je prikazana na Sl. 6.12, ovdje 1 je glavno tijelo, 2 je uho sa mikrofonom, 3 je utikač električnog konektora za spajanje na implantabilne elektrode.

REFLEKSIJA ZVUKA

REFLEKSIJA ZVUKA

Fenomen koji se javlja kada zvuk padne na granicu između dva elastična medija i sastoji se u formiranju talasa koji se šire od međuprostora u isti medij, raspršivanju zvuka ili difrakcija zvuka.
Upadni val uzrokuje granice između medija, zbog čega nastaju reflektirani i prelomljeni valovi. Njihova struktura i intenzitet moraju biti takvi da su na obje strane međupovršine brzine čestica i elastični naponi koji djeluju na granicu jednaki. Granični uvjeti na slobodnoj površini sastoje se u jednakosti nule elastičnih napona koji djeluju na ovu površinu.
Reflektirani talasi mogu imati isti tip polarizacije kao i upadni talas, ili mogu imati i druge polarizacije. U potonjem slučaju, govori se o transformaciji, ili konverziji, modusa nakon refleksije ili prelamanja. Refleksija ravnih talasa Odraz ravnih talasa ima posebnu ulogu, jer ravni talasi, reflektujući se i lomeći, ostaju ravni, a proizvoljan oblik se može smatrati odrazom kombinacije ravnih talasa. Broj reflektiranih i prelomljenih valova koji se pojavljuju određen je prirodom elastičnih svojstava medija i brojem akustičkih. grane koje postoje u njima. Zbog graničnih uslova, projekcije talasnih vektora upadnih, reflektovanih i prelomljenih talasa na interfejs su jednake (slika 1).

Rice. 1. Šema refleksije i prelamanja ravnog zvučnog talasa na ravni sučelja.

Odavde slijede zakoni refleksije i prelamanja, i , reflektirano k r i prelomljena k t talasa i normalno NN" da interfejs leže u istoj ravni (ravan incidencije); 2) odnos sinusa upadnih uglova refleksije i prelamanja u odnosu na fazne brzine c i, a odgovarajući talasi su međusobno jednaki:
(indeks i označavaju polarizacije reflektovanih i prelomljenih talasa). U izotropnim medijima, gdje se pravci valnih vektora poklapaju sa pravcima zvučnih zraka, zakoni refleksije i prelamanja poprimaju uobičajeni oblik Snelovog zakona. U anizotropnim medijima, zakoni refleksije određuju samo smjerove valnih normala; kako će se prelomljene ili reflektirane zrake širiti ovisi o smjeru radijalnih brzina koje odgovaraju ovim normalama.
Pri dovoljno malim upadnim uglovima, svi reflektovani i prelomljeni talasi su ravni talasi koji odnose energiju upadnog zračenja sa interfejsa. Međutim, ako za k.-l. prelomljeni talas većom brzinom c i upadnog talasa, zatim za uglove upada veliki m. n. kritičan kut \u003d arcsin, normalna komponenta valnog vektora odgovarajućeg prelomljenog vala postaje imaginarna, 2. Međutim, upad vala na sučelje pod uglom većim od kritičnog možda neće dovesti do totalne refleksije, budući da incident zračenje može prodrijeti u 2. medij u obliku valova različite polarizacije.
Kritično ugao postoji i za reflektovane talase, ako je na O. z. dolazi do konverzije načina rada i val koji je rezultat konverzije je veći od brzine c i incidentni talas. Za upadne uglove, manji kritični. ugao, dio upadne energije odvodi se od granice u obliku reflektiranog vala sa polarizacijom; pri , takav val se ispostavlja nehomogenim, prigušujući duboko u medij 1 i ne učestvuje u prijenosu energije iz interfejsa. Na primjer, kritičan ugao = arcsin( c t /c L) nastaje kada se odraz poprečne akustike. talasi T od granice izotropne čvrste tvari i konverzija u longitudinalni val L (sa t and C L- poprečne i uzdužne brzine zvučnog talasa, respektivno).
Amplitude reflektovanih i prelomljenih talasa, u skladu sa graničnim uslovima, linearno se izražavaju u smislu amplitude A i upadnog talasa, kao što se ove veličine u optici izražavaju kroz amplitudu upadnog el.-magneta. wavesusing Fresnel formule. Refleksija ravnog talasa kvantitativno je okarakterisana amplitudnim koeficijentima. refleksije, koje su omjeri amplituda reflektiranih valova i amplitude incidenta: \u003d Koeficijent amplitude. refleksije u opštem slučaju su složene: njihovi moduli određuju relacije abs. vrijednost amplituda, a faze definiraju fazne pomake reflektiranih valova. Koeficijenti amplitude određuju se na sličan način. prolazeći Koeficijentom karakterizira preraspodjela energije upadnog zračenja između reflektiranih i prelomljenih valova. refleksija i transmisija u intenzitetu, koji su omjeri komponenti vremenski prosječne gustoće protoka energije normalne na granicu u reflektiranom (prelomljenom) i upadnom valovu:

gdje su intenziteti zvuka u odgovarajućim valovima, i gustine medija u kontaktu. Ravnoteža energije koja se dovodi do sučelja i odnese iz njega svodi se na ravnotežu normalnih komponenti energetskih tokova:

Coef. refleksije zavise i od akustike .character ang. zavisnost je određena prisustvom kritičnih. uglovi, kao i uglovi nulte refleksije, pri padu ispod kojih se ne formira reflektovani talas sa polarizacijom.

O. h. na granici dve tečnosti. Naib. jednostavna slika O. h. nastaje na granici između dva fluida. U ovom slučaju nema konverzije talasa, a refleksija se dešava prema zakonu ogledala i koeficijentu refleksija je

gdje i c 1,2 - gustina i brzina zvuka u susednim medijima . i 2. Ako je brzina zvuka za upadni val veća od brzine zvuka za prelomljeni ( With 1 c 2), zatim kritični ugao nedostaje.

pri normalnoj incidenciji talasa na interfejsu do vrednosti R=- 1 kod incidencije ispaše Ako je akus. r 2 sa 2 okruženja 2 više srednje impedanse 1 , zatim pod upadnim uglom

koeficijent refleksije nestaju i incident potpuno prelazi u medij 2.
Kada od 1<с 2 ,возникает критический угол =arcsin(c 1 /c 2). At<коэф. отражения - действительная величина; фазовый между падающейи отражённой волнами отсутствует. Величина коэф. отражения меняется отзначения R0 sa normalnim padom na R= 1 pod upadnim uglom jednakim kritičnom. I u ovom slučaju može doći do nulte refleksije, ako je za akustiku impedanse medija, vrijedi inverzna nejednakost ugao nulte refleksije je i dalje određen izrazom (6). Za upadni ugao, veliki kritičan, postoji potpuna ekst. odraz: i upadnog zračenja duboko u medijum 2 ne prodire. U okruženju 2, međutim, polje reflektovanog talasa nastaje kao rezultat interferencije dva polja: reflektovanog talasa i talasa, 1 nehomogenim talasom koji je nastao u mediju 2. Kada se neravni (npr. sferni) talasi reflektuju, takav ponovo emitovani talas se zapravo posmatra u eksperimentu u obliku tzv. bočni talas (vidi talasi, odjeljak Refleksija i ).

O. h. od granice krutog tijela. Priroda refleksije postaje složenija ako je reflektor čvrsto tijelo. Kada With u tečnosti su manje uzdužne brzine L i poprečno With m zvuka u čvrstom tijelu, kada se reflektira na granici tekućine sa čvrstim tijelom, nastaju dva kritična. ugao: uzdužni = arcsin ( s/s L) i poprečni = arcsin ( s/s t ). Međutim, oduvek sa L > sa t . Kod upadnih uglova, koeficijent refleksija je validna (slika 2). Upadno zračenje prodire u čvrsto tijelo u obliku uzdužnih i poprečnih prelomljenih valova. Kod normalnog pojavljivanja zvuka u čvrstom tijelu, samo vrijednost R 0 je određen omjerom uzdužne akustike. impedanse tečnosti i čvrstog tela slične f-le (5) (- gustina tečnosti i čvrstog tela).

Rice. 2. Zavisnost modula koeficijenta refleksije zvuka | R | (puna linija) i njena faza (isprekidana linija) na granici tekućine i čvrstog tijela iz upadnog ugla .

Na koeficijentu a dio upadnog zračenja prodire duboko u čvrsto tijelo u obliku prelomljenog poprečnog vala. Stoga, za<<величина лишь при поперечная волна не образуется и |R|= 1. Učešće nehomogenog longitudinalnog talasa u formiranju reflektovanog zračenja izaziva, kao na granici dve tečnosti, fazni pomak reflektovanog talasa. Kada postoji puna interna. refleksija:1. U čvrstom tijelu blizu granice nastaju samo nehomogeni valovi koji eksponencijalno padaju u dubinu tijela. Fazni pomak reflektiranog vala za uglove povezan je uglavnom s pobudom na međuprostoru propusnog Rayleigh valovi. Takav val nastaje na granici čvrstog tijela sa tekućinom pod upadnim uglovima blizu Rayleighovog ugla = arcsin ( s/s R), gdje C R- Brzina Rayleighovog talasa na površini čvrste materije. Šireći se duž sučelja, propusni val se potpuno ponovo emituje u .
Ako a WithWith t . vrh pun interni nema refleksije na granici tečnosti sa čvrstim materijalom: upadno zračenje prodire pod bilo kojim upadnim uglom, barem u obliku poprečnog talasa. Potpuna refleksija nastaje kada zvučni val padne ispod kritične vrijednosti. ugao ili incidenca ispaše. Za c>c L koeficijent. stvarni odraz, O. z., koji se širi u čvrstom tijelu. Kada se zvuk širi u izotropnoj čvrstoj materiji, maks. jednostavan karakter je refleksija posmičnih talasa, čiji je pravac oscilacija paralelan sa ravninom interfejsa. Ne postoji konverzija modova nakon refleksije ili prelamanja takvih valova. Prilikom pada na slobodnu granicu ili granicu s tekućinom, takav val se potpuno odbija ( R= 1) prema zakonu ogledala. Na granici između dvije izotropne čvrste tvari, zajedno sa reflektiranim valom u mediju 2 formira se prelomljeni talas sa polarizacijom.Kada poprečni talas, polarizovan u upadnoj ravni, padne na slobodnu površinu tela, na granici nastaju i reflektovani talas iste polarizacije i longitudinalni talas. , manji od kritičnog ugla = = arcsin ( cT/cL), koeficijent refleksije R T and R L-čisto realno: reflektovani talasi napuštaju granicu tačno u fazi (ili van faze) sa upadnim talasom. Na granici izlazi samo reflektirani poprečni val; u blizini slobodne površine nastaje nehomogen longitudinalni val.
Coef. refleksija postaje složena. Ako je granica čvrstog tijela u kontaktu sa tekućinom, onda kada se reflektiraju valovi (uzdužni ili poprečni, 2. Također leži u ravni upada.

O . h. na granici između anizotropnih medija. O. h. na kristalnom interfejsu. okruženje je kompleksno. a reflektirani i prelomljeni valovi u ovom slučaju su sami po sebi funkcije uglova refleksije i prelamanja (vidi. kristalna akustika); stoga, čak i definicija uglova i za dati upadni ugao nailazi na ozbiljne probleme. teškoće. Ako su poznati presjeci površina valnih vektora po ravni upadanja, tada se koristi grafika. metoda za određivanje uglova i krajeva talasnih vektora k r i k t leže na okomici NN", nacrtana na interfejs kroz kraj talasnog vektora k i upadnog talasa, u tačkama gde ova okomica seče dec. površine šupljina talasnih vektora (slika 3). Broj reflektiranih (ili prelomljenih) valova koji se stvarno šire od međuprostora u dubinu odgovarajućeg medija određen je koliko šupljina seče okomica NN". Ako je raskrsnica sa k.-l. potpuno odsutan, to znači da se val odgovarajuće polarizacije pokazuje nehomogenim i ne prenosi energiju s granice. Okomito NN" može proći kroz istu šupljinu u nekoliko. bodovi (bodovi a 1 i a 2 na sl. 3). Od mogućih pozicija talasnog vektora k r (ili k t) stvarno posmatrani valovi odgovaraju samo onima za koje je vektor radijalne brzine,

Rice. 3. Grafička metoda za određivanje kutne refleksije i refrakcije na granici kristalnog medija 1 i 2.L, FT i ST- površine talasnih vektora za kvazilongitudinalne, Po pravilu, reflektovani (prelomljeni) talasi pripadaju dekomp. akustične grane. fluktuacije. Međutim, u kristalima, to znači. anizotropija, kada površina talasnih vektora ima konkavne preseke (slika 4), refleksija je moguća sa formiranjem dva reflektovana ili prelomljena talasa koji pripadaju istoj grani oscilovanja.
Eksperimentalno su uočeni konačni snopovi zvučnih talasa čiji su pravci širenja određeni radijalnim brzinama. NN" na sučelje. Konkretno, reflektirani može ležati u ravni upada na istoj strani normale N,što je upadni snop. Ograničavajući slučaj ove mogućnosti je superponiranje reflektiranog snopa na upadni snop sa kosim upadom potonjeg.

Rice. 4. Refleksija akustičnog talasa koji upada na slobodnu površinu kristala sa formiranjem dva reflektovana talasa iste polarizacije: a- određivanje talasnih vektora reflektovanih talasa (s g su vektori radijalnih brzina); b- shema refleksije zvučnih snopova konačnog presjeka.

Utjecaj slabljenja na karakter O. h..koeficijent refleksije i transmisije ne zavise od frekvencije zvuka ako je slabljenje zvuka u oba granična medija zanemarljivo. Primjetno slabljenje dovodi ne samo do frekventne ovisnosti koeficijenta. refleksije R, ali i iskrivljuje njegovu zavisnost od upadnog ugla, posebno blizu kritičnog. uglovi (sl.5, a). Kada se reflektuju sa granice između tečnosti i čvrste supstance, efekti prigušenja značajno menjaju ugaonu zavisnost R pri upadnim uglovima blizu Rayleighovog ugla (sl. 5 B). Na granici između medija sa zanemarljivim prigušenjem pri takvim upadnim uglovima, | R|= 1 (kriva 1 na sl. 5, b). Prisutnost slabljenja dovodi do nekoga da | | R| postaje manji od 1, i blizu formiranog minimuma | | R|(krive 2 - 4). Sa povećanjem frekvencije i odgovarajućim povećanjem koeficijenta. slabljenja, dubina minimuma raste, f 0 , naz. nulta frekvencija refleksije, min. vrijednost | R| ne nestaje (kriva 3, sl.5, b). Daljnji porast frekvencije dovodi do širenja minimuma (kriva 4 ) uticaj efekata slabljenja na O. h. za skoro svaki upadni ugao (kriva 5). Smanjenje amplitude reflektovanog talasa u odnosu na amplitudu upadnog talasa ne znači da upadno zračenje prodire u čvrsto telo. Povezan je sa apsorpcijom propusnog Rayleighovog talasa, koji je pobuđen upadnim zračenjem i učestvuje u formiranju reflektovanog talasa. Kada frekvencija zvuka f jednaka frekvenciji f 0 , sva energija upadnog talasa se raspršuje na interfejsu.

Rice. 5. Ugaona ovisnost | R| na granici voda - čelik, uzimajući u obzir slabljenje: a- opća priroda ugaone zavisnosti | R|; puna linija - bez uzimanja u obzir gubitaka, isprekidana linija - isto sa slabljenjem; b- ugaona zavisnost | R blizu Rayleighovog ugla pri različitim vrijednostima apsorpcije poprečnih valova u čeliku na valnoj dužini. Curves 1 - 5 odgovara povećanju ovog parametra sa vrijednosti od 3 x 10 -4 (kriva 1 ) na vrijednost = 1 (kriva 5) zbog odgovarajućeg povećanja frekvencije upadnog ultrazvučnog zračenja.

O. h. od slojeva i ploča.O. h. iz sloja ili ploče je rezonantan. Reflektirani i propušteni valovi nastaju kao rezultat višestrukih refleksija valova na granicama sloja. U slučaju tečnog sloja, upadni talas prodire u sloj pod uglom prelamanja koji je određen Snellovom zakonom. Zbog re-refleksije, u samom sloju nastaju longitudinalni valovi koji se šire u smjeru naprijed i nazad pod uglom u odnosu na normalu povučenu do granica sloja (slika 6, a). Ugao je ugao prelamanja koji odgovara upadnom uglu na granici sloja. Ako je brzina zvuka u sloju With 2 veća brzina zvuka With 1 u okolnoj tečnosti, onda sistem reflektovanih talasa nastaje samo kada je ugao ukupnog int. refleksije \u003d arcsin (c 1 / c 2). Međutim, za dovoljno tanke slojeve, propušteni val se formira i pri upadnim uglovima većim od kritičnog. U ovom slučaju, koeficijent ispada da je refleksija od sloja abs. manje od 1. To je zbog činjenice da u sloju blizu granice na koju val upada izvana nastaje nehomogeni val koji eksponencijalno pada u dubinu sloja. Ako je debljina sloja d je manja ili uporediva sa dubinom prodiranja nehomogenog talasa, onda ovaj remeti suprotnu granicu sloja, usled čega se emitovani talas iz nje zrači u okolnu tečnost. Ovaj fenomen prodiranja valova analogan je prodiranju čestica u kvantnoj mehanici.
Coef. refleksije slojeva

gdje je normalna komponenta valnog vektora u sloju, os z- okomito na granice slojeva, R 1 i R 2 - kvote. O. h. je periodična funkcija audio frekvencije f i debljina sloja d. Kada dođe do prodora vala kroz sloj, | R | sa povećanjem f ili d monotono teži 1.

Rice. 6. Refleksija zvučnog talasa od sloja tečnosti: a - shema refleksije; 1 - okolna tečnost; 2- sloj; b - zavisnost modula koeficijenta refleksije | R| ugao jeseni.

Kao f-cija vrijednosti upadnog ugla | R | ima sistem maksimuma i minimuma (slika 6, b). Ako postoji ista tečnost sa obe strane sloja, onda na minimalnim tačkama R= 0. Nulta refleksija se javlja kada je napredovanje faze po debljini sloja jednako cijelom broju poluperioda

a talasi koji izlaze u gornji medij nakon dva uzastopna odraza će biti u antifazi i međusobno se poništavati. Naprotiv, svi ponovo reflektovani talasi izlaze u donji medij sa istom fazom, a amplituda prepuštenog talasa se ispostavlja maksimalnom. prijenos se odvija kada cijeli broj poluvalova stane u debljinu sloja: d= gdje . =1,2,3,..., - dužina zvučnog talasa u materijalu sloja; stoga se nazivaju slojevi za koje je uslov (8) zadovoljen pola talasa Relacija (8) se poklapa sa uslovom postojanja normalnog talasa u slobodnom sloju tečnosti. Zbog toga do potpunog prijenosa kroz slojeve dolazi kada upadno zračenje pobuđuje jedan ili drugi normalni val u sloju. Zbog kontakta sloja sa okolnom tečnošću, normalni talas je propuštajući: tokom svog širenja, on potpuno prezračuje energiju upadnog zračenja u donji medij.
Kada su tečnosti na suprotnim stranama sloja različite, prisustvo polutalasnog sloja nema uticaja na upadni talas: refleksija od sloja jednaka je koeficijentu. refleksije sa granice ovih tečnosti kada su one direktno. kontakt. Pored polutalasnih slojeva u akustici, kao i u optici, tzv. četvrtvalnih slojeva čije debljine zadovoljavaju uslov ( n= 1,2, ...) Odabir odgovarajuće akustike. impedansa sloja, možete dobiti nultu refleksiju od valnog sloja sa datom frekvencijom f pod određenim upadnim uglom na sloj. Takvi slojevi se koriste kao antirefleksni akustični slojevi.
Za refleksiju zvučnog talasa od beskonačne čvrste ploče uronjene u tečnost, priroda refleksije koja je gore opisana za sloj tečnosti biće sačuvana u opštem smislu. Prilikom rerefleksije u ploči, osim longitudinalnih, pobuđivat će se i posmični valovi. Uglovi i , pod kojima se longitudinalni i poprečni talasi šire u ploči, su povezani sa upadnim uglom po Snellovom zakonu. Ugao i zavisnost od frekvencije| R| predstavljaće, kao iu slučaju refleksije od sloja tečnosti, sistem naizmeničnih maksimuma i minimuma. Potpuni prijenos kroz ploču nastaje kada upadno zračenje pobuđuje jedan od normalnih valova unutar nje, a to su sljedeći Lamb waves. Rezonantni karakter O. z. sa sloja ili ploče se briše kako se akustična razlika između njih smanjuje. svojstva od svojstava okoline. Akustično povećanje. i | R(fd)|.

Refleksija neplanarnih talasa. U stvarnosti, postoje samo neravni talasi; njihova refleksija se može svesti na refleksiju skupa ravnih talasa. Monochromatic talas sa proizvoljnim talasnim frontom može se predstaviti kao skup ravnih talasa sa istom kružnom frekvencijom, ali sa dif. pravci talasnog vektora k. Main Karakteristika upadnog zračenja je njegova prostorna – skup amplituda A(k) ravni talasi koji zajedno formiraju upadni talas. Abs. vrijednost k je određena frekvencijom , tako da nije nezavisna. Kada se reflektuje od aviona z= 0 normalna komponenta kz dat je tangencijalnim komponentama k x , k y: k z=Svaki , koji je dio upadnog zračenja, pada na sučelje pod svojim uglom i reflektira se neovisno o drugim valovima. Polje F( r) reflektovanog talasa nastaje kao superpozicija svih reflektovanih ravnih talasa i izražava se u terminima prostornog spektra upadnog zračenja A(k x, k y)coef. refleksije R(k x, k y):

Integracija se proteže na područje proizvoljno velikih vrijednosti kx i k y . Ako prostorni spektar upadnog zračenja sadrži (kao kod refleksije sfernog talasa) komponente sa kx(ili k y), veliki , zatim u formiranju reflektovanog talasa, pored talasa sa realnim kz učestvuju i neujednačeni talasi, za šta k,-čista vrijednost. Ovaj pristup, koji je 1919. predložio H. Weyl i dalje razvijen u reprezentacijama Fourierove optike, dosljedan je. opis refleksije proizvoljnog talasa od ravni interfejsa.
Kada se uzme u obzir O. z. moguć je i zračni pristup koji se zasniva na principima geometrijska akustika. Upadno zračenje se smatra skupom zraka koje stupaju u interakciju sa sučeljem. Ovo uzima u obzir da se upadni zraci ne samo reflektuju i prelamaju na uobičajen način, poštujući Snellove zakone, već i da dio zraka koji pada na sučelje pod određenim uglovima pobuđuje. n. bočni talasi, kao i propusni (Rayleigh i drugi) ili propusni talasovodi (Lambovi talasi itd.). Šireći se duž granice, takvi talasi se ponovo emituju u medij i učestvuju u formiranju reflektovanog talasa. Za praksu refleksija je sferna. talasi su akustički kolimirali. snopovi konačnog presjeka i fokusirani zvučni snopovi.

Refleksija sfernih talasa. Obrazac refleksije je sferičan. talas stvoren u tečnosti I tačkastim izvorom O, zavisi od odnosa brzina zvuka With 1 i od 2 do kontakt tečnosti I i II (slika 7). Ako je c t > c 2 , tada je kritična ugao je odsutan i refleksija se javlja prema zakonima geoma. akustika. U okruženju I postoji reflektovana sferna. O". formirajući imaginarnu sliku izvora, a reflektovani talas je deo sfere sa središtem u tački O".

Rice. 7. Refleksija sfernog talasa na granici između dve tečnosti: O i O" - stvarni izmišljeni izvori; 1 - prednji dio reflektiranog sfernog vala; 2 - prednji dio prelomljenog talasa; 3 - front bočnog talasa.

Kada c 2 l i postoji kritičan ugao u sredini I pored reflektovanog sfernog. talasa, javlja se još jedna komponenta reflektovanog zračenja. Zraci upadaju na interfejs pod kritičnim. ugao pobuđuju drugi talas u mediju, koji se širi brzinom With 2 duž interfejsa i ponovo se emituje u medij I, formirajući tzv. Oh, zajedno OA a zatim opet prešao u srijedu I u dekomp. tačke interfejsa od tačke . dotochki OD, u kojoj se u ovom trenutku nalazi front prelomljenog talasa. SI nagnut prema granici pod kutom i pruža se do točke AT, gdje se spaja s prednjom stranom sferne reflektirane u ogledalu. talasi. U svemiru, front bočnog talasa je površina skraćenog konusa koji nastaje tokom rotacije segmenta SW okolo ravno OO". Kada se reflektuje sferično. talasi u tečnosti sa površine čvrstog tela slični su konusnim. val nastaje zbog pobude propusnog Rayleighovog vala na granici. Refleksija sferična. valovi - jedan od glavnih eksperimenata. metode geoakustike, seizmologije, hidroakustike i oceanske akustike.

Refleksija akustičnih zraka konačnog poprečnog presjeka. Refleksija kolimiranih zvučnih snopova, talasni front to-rykh u glavnom. dio zraka je blizu ravnog, javlja se za većinu upadnih uglova kao da se reflektuje ravan talas. Kada se snop reflektuje, ili Rayleighov ugao, zajedno sa zrcalnim odrazom, javlja se eff. bočni ili propusni Roley talas. Polje reflektovanog snopa u ovom slučaju je superpozicija reflektovanog snopa i prezračenih talasa. Ovisno o širini snopa i elastičnim i viskoznim svojstvima susjednih medija, dolazi do bočnog (paralelnog) pomaka snopa u ravnini sučelja (tzv. Schochov pomak) (slika 8) ili do značajnog širenja snopa i izgled mršavog

Rice. 8. Bočni pomak zraka tokom refleksije: 1 - upadni snop; 2 - reflektirani snop; 3- stvarno reflektovani snop.

strukture. Kada snop pada pod Rayleighovim kutom, priroda izobličenja određena je omjerom između širine snopa . iradiats. prigušenje Rayleighovog talasa koji curi

gde je dužina zvučnog talasa u tečnosti, ALI - brojčani faktor blizu jedan. Ako je širina snopa mnogo veća od dužine radijusa. U slučaju uskog snopa, zbog reemisije propusnog površinskog vala, snop se značajno širi i prestaje biti simetričan (slika 9). Unutar područja koje zauzima reflektirani snop, kao rezultat interferencije, javlja se minimum nulte amplitude i snop se dijeli na dva dijela. Ne-spekularni odraz kolima.

Rice. 9. Refleksija zvučnog snopa konačnog presjeka, koji pada iz tekućine W na površinu čvrstog tijela T pod Rayleighovim uglom: 1 - upadni snop; 2 - reflektirani snop; a - područje nulte amplitude; b- područje repa grede.

U potonjem slučaju, nespecularni karakter refleksije je posljedica pobuđivanja propusnih modova valovoda u sloju ili ploči. Važnu ulogu imaju bočni i propusni valovi u refleksiji fokusiranih ultrazvučnih zraka. Ovi valovi se posebno koriste u microscopyacoustic za formiranje akustike. slike i količine za čuvanje, Lit.: 1) Brekhovskikh L. M., Talasi u slojevitim medijima, 2. izd., M., 1973; 2) Landau L. D., Lifshits E. M., Hidrodinamika, 4. izd., M., 1988; 3) Brekhovskikh L. M., Godin O. A., Akustika slojevitih medija, V. M. Levin.

Fizička enciklopedija. U 5 tomova. - M.: Sovjetska enciklopedija. Glavni i odgovorni urednik A. M. Prokhorov. 1988 .

Prema UMC-u i drugima..

Poglavlje 2: Zvučni fenomeni

Tema:

Vrsta lekcije: kombinovani

Svrha lekcije: proučavanje karakteristika zvuka i fenomena zvučne refleksije

Svrha časa (učenici): sticanje znanja o karakteristikama zvuka i refleksiji zvuka

Ciljevi lekcije: - formiranje znanja o fizičkim (amplituda, frekvencija) i fiziološkim (visina, glasnoća, tembar) karakteristikama zvuka;

Razvijati lične, regulatorne, komunikativne univerzalne aktivnosti učenja;

Negujte kognitivni interes, radoznalost, pozitivnu motivaciju za učenje.

Sigurnosna karta lekcije

Planirani rezultati metasubjekata:

Predstavite informacije u verbalnom i grafičkom obliku.

Navedite primjere različitih zvukova. Navedite izvor zvuka u svakom slučaju.

Kako nastaje zvučni talas?

Šta znate o brzini zvučnih talasa u različitim medijima?

Zašto je brzina zvuka veća u vodi nego u vazduhu?

Kognitivna aktivnost: sistematizacija i generalizacija znanja o zvučnim pojavama, izvorima zvuka, širenju i brzini zvuka

Regulatorna aktivnost: kontrola sebe i drugova iz razreda u procesu reprodukcije i korekcije osnovnih znanja

3. Ažuriranje znanja

Učitelju. Čovek živi u svetu zvukova. Čujemo glasove ljudi, pjev ptica, zvukove muzičkih instrumenata, buku šume, zvuk radnih mašina. Šta ovi zvuci imaju zajedničko i po čemu se razlikuju?

Student. Uobičajeno je da sve zvukove emituju oscilirajuća tijela (ljudske glasne žice, ptice, žice muzičkih instrumenata, grane drveća itd.), a ti se zvukovi mogu razlikovati, na primjer, po svojoj glasnoći.

Učitelju.Šta mislite šta određuje jačinu zvuka? Kako se definiše? Želite li znati odgovor na ovo pitanje? Veoma dobro. Odgovorićemo na pitanje koje nas zanima ispitivanjem karakteristika zvuka. Zapišite temu lekcije „Glasnost i visina. Zvučna refleksija. Danas ćemo se upoznati s fizičkim i fiziološkim karakteristikama zvuka, naučiti razlikovati niske zvukove od visokih, glasnih od tihih, saznati koji je tembar, a također ćemo proučiti zakon refleksije zvučnih valova.

Faza 4. Učenje novog edukativnog materijala

4.1. Kreiranje i rješavanje problemske situacije eksperimentom. Aktuelizacija subjektivnog iskustva

Učitelju. Hajde da saznamo šta određuje jačinu zvuka? Hajde da uradimo sledeći eksperiment.

Demonstracija. Udarite čekićem po stubu viljuške. Donesimo perlu na niti do zvučne viljuške za podešavanje. Šta vidimo i zašto?

Student. Perla se odbija od viljuške za podešavanje jer viljuška za podešavanje proizvodi zvuk, stoga stub vibrira.

Učitelju. Mislite li da će se udaljenost perle od kamerona promijeniti ako jače udarim?

Student. Mislim da što jače udarimo u viljušku, to će više (više) odstupiti perla.

Učitelju. Provjerimo našu pretpostavku. (demonstracija) Koja je razlika između zvukova koje proizvode tuning viljuške?

Student. Tuning viljuške daju različite zvukove. Što jače udarimo u viljušku, to će veća amplituda vibrirati nožica viljuške, samim tim i zvuk će biti glasniji.

Učitelju. Ovisnost jačine zvuka od amplitude oscilacija može se jasno pokazati pomoću viljuške za podešavanje s olovkom (prema slici 137)

Grafički se ova zavisnost može predstaviti na sljedeći način:

Učitelju. Jačina zvuka je prva fiziološka karakteristika zvuka, koja je određena amplitudom vibracija izvora zvuka. Pređimo na drugi dio našeg eksperimenta. Na demonstracijskom stolu nalaze se dvije viljuške za podešavanje. Koja je njihova vanjska razlika?

Student: Različite su veličine, različite težine.

Učitelju. Demonstracija. Predlažem da demonstriram zvuk ovih tuning viljuški i komentiram rezultat.

Student. Ove viljuške za podešavanje daju različite zvukove. Jedan je nizak, drugi je visok. Mislim da to ima veze sa njihovom težinom. Sa istom snagom udara, noge viljuške za podešavanje će vibrirati na različitim frekvencijama.

Učitelju. Da bismo provjerili ovu pretpostavku, snimamo vibracije kamerona na čađavoj ploči. Prva viljuška za podešavanje ima nižu frekvenciju i proizvodi slab zvuk, druga viljuška za podešavanje proizvodi jači zvuk, dakle, što je viša frekvencija oscilacija, to je zvuk jači.

Grafički se to može predstaviti na sljedeći način:

Dakle, visina je druga fiziološka karakteristika, koja je određena učestalošću vibracija.

Nikada nećemo brkati zvuk trube sa zvukom klavira. Glas naše majke prepoznajemo iz hiljadu glasova. Timbar zvuka nam pomaže da razlikujemo jedan zvuk od drugog.

Timbre- individualna karakteristika složenog zvučnog vala, to je zbog činjenice da se zvuk sastoji od niza jednostavnih zvukova različitih frekvencija, odnosno ima određenu "boju", to je kvaliteta zvuka i naziva se timbar . Ovo je još jedna fiziološka karakteristika zvuka.

A sada, pokušajte da navedete koji muzički instrumenti zvuče? (kompjutersko snimanje)

(odgovori učenika)

Učitelju.Jačina zvuka, visina i ton nazivaju fiziološkim karakteristikama zvuka jer su povezane s našom percepcijom. Fiziološke karakteristike zvuka povezane su sa fizičkim, koje omogućavaju razlikovanje glasnih zvukova od tihih, visokih od tihih, zvukova iz različitih izvora. Koje su fizičke karakteristike zvuka?

Student. Fizičke karakteristike zvuka - amplituda i frekvencija.

Učitelju. Hajde da se sada upoznamo sa jednim od glavnih svojstava zvučnih talasa. Zvučni val, kao i svaki drugi, može se reflektirati i prelamati. refleksija talasa od prepreka je jedan od najčešćih fenomena. Ovaj zakon refleksije je opšti talasni zakon, tj. važi za sve talase, uključujući i zvuk i svetlost. U eksperimentu ćemo posmatrati refleksiju talasa od ekrana (eksperiment prema sl. 141) Iskustvo i zapažanja pokazuju da je refleksija zvuka podložna određenom zakonu: upadni ugao jednak je uglu refleksije.

Učitelju. Izradimo grafičku interpretaciju iskustva na tabli i izvučemo zaključak o odnosu između upadnog ugla i refleksije

Student. Ugao refleksije jednak je upadnom uglu.

Učitelju. Kada se zvučni talasi šire, može se uočiti fenomen koji se zove eho. Objašnjava se svojstvom refleksije talasa od barijere.

U šumi, u planinama, u zatvorenom prostoru, ponekad se može čuti odraz zvuka od neke vrste prepreke (šuma, planine, zid). Ako do nas dođu zvučni talasi, sukcesivno reflektovani od niza prepreka, onda dobijamo višestruko echo. Thunder rolls imaju isto porijeklo! Ovo je višestruko ponavljanje veoma snažnog "pucketanja" ogromne električne iskre munje.

Eholokacija se zasniva na svojstvu refleksije zvuka.

Neke životinje koriste eholokaciju za određivanje udaljenosti. Na primjer, delfini, koristeći eholokaciju, s velikom preciznošću određuju topografiju dna i lokaciju svoje braće ili plijena. Infrazvuk koji šalje šišmiš odbija se od potencijalnog plijena i pokupi ga miš. Do trenutka leta zvučnog signala, miš vrlo precizno određuje udaljenost do objekta.

Ehosonderi - posebni uređaji za određivanje dubine mora - također koriste fenomen refleksije zvuka. Dubina mora ponekad prelazi 10 km, a takvu dubinu nemoguće je izmjeriti običnim lotom (tovarom vezanim za uže). Ehosonder emituje jak i kratak zvučni signal, a zatim hvata eho koji se odbija od morskog dna.

https://pandia.ru/text/80/015/images/image010_21.jpg" width="252" height="189">

4.2. Samostalni rad studenata.

U nastavku razvijanja teme i usvajanja novih znanja, studenti se pozivaju da samostalno proučavaju gradivo koje se nalazi na njihovim stolovima.

Učitelju. Proučite dodatni materijal, pogledajte slike, odgovorite na pitanja i izvršite recenziju

1) Koji su uzroci gubitka sluha?

2) Koji su standardi koji određuju jačinu zvuka prema SANPIN-u?

3) Pogledajte sliku. Za koliko decibela zvuk diskoteke premašuje ove norme?

Zvukovi koje percipira ljudsko uho jedan su od najvažnijih izvora informacija o svijetu oko nas. Uho je jedan od najsloženijih i najsuptilnijih organa, percipira i vrlo slabe i vrlo jake zvukove. Organ sluha je uvijek "budan" čak i noću, u snu je stalno izložen vanjskim nadražajima, budući da nema nikakvih zaštitnih uređaja, sličnih, na primjer, kapcima koji štite oči od svjetlosti. Stoga ljudsko uho mora biti zaštićeno ne samo od mehaničkih oštećenja, već i od glasnih zvukova!

Moderna neugodna buka izaziva bolne reakcije u živim organizmima. Buka iz letećeg mlaznog aviona, na primjer, djeluje depresivno na pčelu, ona gubi sposobnost navigacije. Ista buka ubija larve pčela, razbija otvoreno polaganje jaja ptica u gnijezda. Pod uticajem intenzivnih zvukova, krave daju manje mlijeka, kokoši rjeđe jure, ptice počinju intenzivno linjati, klijanje sjemena je odloženo, a čak se i biljne stanice uništavaju. Nije slučajno, na primjer, da drveće u gradu, čak i u “spavaćim” područjima, umire ranije nego u prirodnim uslovima.

U modernim megagradovima buka se povećala nekoliko puta. Ako 1960-ih i 1970-ih godina glasnoća na ulicama nije prelazila 80 dB, sada dostiže 100 dB ili više. Na mnogim prometnim autoputevima, čak ni noću, buka ne pada ispod 70 dB, dok prema sanitarnim standardima ne bi trebala prelaziti 40 dB.

U velikim gradovima Rusije (Sankt Peterburg, Nižnji Novgorod, Krasnojarsk, Jekaterinburg, Magnitogorsk, itd.) na autoputevima sa gustim saobraćajem (do 6-8 hiljada vozila na sat), zabilježen je prosječni nivo buke od 73-83 dB , a maksimum - do 90 dB ili više.

Faza 5 Primarna provjera razumijevanja proučenog gradiva

Cilj: utvrditi ispravnost i svijest o proučavanom gradivu, identifikovati nedostatke, ispraviti nedostatke u razumijevanju gradiva

Metode i tehnike izvođenja: učenici pripremaju svoja pitanja, svoje primjere uočavanja odjeka, zvukova različite jačine i visine u prirodi, rješavanje kvalitativnih zadataka o zakonu refleksije.

6. Faza objedinjavanja nastavnog materijala

Cilj: osigurati, u toku konsolidacije, povećanje stepena razumijevanja proučenog gradiva, dubine razumijevanja.

Za konsolidaciju i produbljivanje stečenog znanja koristi se Radna sveska: br. 000, 259, zadaci omogućavaju primjenu teorijskih znanja u praksi,

Faza 7. Domaći zadatak.

Zadatak kreativnog nivoa nudi se onima koji smatraju da je moguće da se samostalno bave kreativnim radom.

Faza 8. Sumiranje lekcije i razmišljanje

Cilj: dati kvalitativnu ocjenu rada odjeljenja i pojedinih učenika; inicirati promišljanje učenika o motivaciji njihovih aktivnosti i interakciji sa nastavnikom i drugovima iz razreda

Učitelju. Dakle, hajde da sumiramo našu lekciju. Sada znamo koja je visina, glasnoća i tembar zvuka i koje fizičke veličine ih karakteriziraju, da se refleksija zvuka povinuje određenom obrascu i može dovesti do uočavanja takve pojave kao što je eho, a također smo se upoznali sa razmatranjem i primjena refleksije zvuka u tehnologiji.

Zvuk se širi od tijela koje sondira ravnomjerno u svim smjerovima, ako na njegovom putu nema prepreka. Ali ne može svaka prepreka ograničiti njegovo širenje. Zvuk se ne može zaštititi od malog lista kartona, kao od snopa svjetlosti. Zvučni talasi, kao i svaki talas, u stanju su da zaobiđu prepreke, "ne primećuju" ih ako su njihove dimenzije manje od talasne dužine. Dužina zvučnih talasa koji se čuju u vazduhu kreće se od 15 m do 0,015 m. Ako su prepreke na njihovom putu manje (na primer, stabla drveća u svetlim šumama), tada ih talasi jednostavno zaobilaze. Velika prepreka (zid kuće, kamen) reflektuje zvučne talase po istom zakonu kao i svetlosni talasi: upadni ugao jednak je uglu refleksije. Eho je odraz zvuka od prepreka.

Način na koji se zvuk kreće iz jednog medija u drugi. Ovaj fenomen je prilično složen, ali se pokorava općem pravilu: zvuk ne prelazi iz jednog medija u drugi ako su njihove gustoće oštro različite, na primjer, od vode do zraka. Došavši do granice ovih medija, ona se gotovo u potpunosti odražava. Vrlo mali dio njegove energije troši se na vibracije površinskih slojeva drugog medija. Kada ste zaronili glavu pod samu površinu rijeke, i dalje ćete čuti glasne zvukove, ali na dubini od 1 m nećete čuti ništa. Ribe ne čuju zvuk koji se čuje iznad površine mora, ali zvuk iz tijela koje vibrira u vodi dobro čuju.

Zvuk se čuje kroz tanke zidove jer ih čini da vibriraju, a oni kao da reprodukuju zvuk već u drugoj prostoriji. Dobri materijali za zvučnu izolaciju - vuna, vunasti tepisi, zidovi od pjenastog betona ili porozne suhe žbuke - razlikuju se samo po tome što imaju mnogo međusklopa između zraka i čvrstog tijela. Prolazeći kroz svaku od ovih površina, zvuk se više puta reflektuje. Ali, osim toga, sam medij u kojem se zvuk širi apsorbira ga. Isti zvuk se bolje i dalje čuje u čistom vazduhu nego u magli, gde ga apsorbuje granica između vazduha i kapljica vode.

Zvučni talasi različitih frekvencija se različito apsorbuju u vazduhu. Jači - visoki zvuci, manje - niski, kao što je bas. Zato brodska zviždaljka emituje tako nizak zvuk (njena frekvencija nije veća od 50 Hz): tihi zvuk se čuje na većoj udaljenosti. Veliko zvono u Moskovskom Kremlju, kada je još visilo na zvoniku "Ivan Veliki", čulo se 30 milja - brujalo je tonom od oko 30 Hz (fa suboktava). Infrazvuk se još manje apsorbuje, posebno u vodi. Ribe ih čuju na desetine i stotine kilometara. Ali ultrazvuk se vrlo brzo apsorbira: ultrazvuk frekvencije od 1 MHz se u zraku priguši za polovicu na udaljenosti od 2 cm, dok je zvuk od 10 kHz upola prigušen na 2200 m.

Energija zvučnog talasa

Haotično kretanje čestica materije (uključujući molekule vazduha) naziva se toplotno. Kada se zvučni talas širi u vazduhu, njegove čestice dobijaju, osim toplotnog, i dodatno kretanje - vibracijsko. Energiju za takvo kretanje česticama zraka daje vibrirajuće tijelo (izvor zvuka); dok oscilira, energija se iz njega kontinuirano prenosi u okolni zrak. Što zvučni talas dalje prolazi, on postaje slabiji, ima manje energije. Ista stvar se dešava sa zvučnim talasom u bilo kom drugom elastičnom mediju - u tečnosti, u metalu.

Zvuk se ravnomjerno širi u svim smjerovima, a u svakom trenutku slojevi komprimiranog zraka koji su nastali iz jednog impulsa formiraju, takoreći, površinu lopte, u čijem se središtu nalazi tijelo koje sondira. Radijus i površina takve "lopte" stalno rastu. Ista količina energije pada na sve veću i veću površinu "kuglice". Površina lopte je proporcionalna kvadratu polumjera, pa je količina energije zvučnog vala koji prolazi, recimo, kroz kvadratni metar površine, obrnuto proporcionalna kvadratu udaljenosti od tijela koje sondira. Zbog toga zvuk na daljinu postaje slabiji. Ruski naučnik N. A. Umov je u nauku uveo koncept toka gustine energije. Takođe je pogodno mjeriti jačinu (intenzitet) zvuka veličinom protoka energije. Tok gustoće energije u zvučnom valu je količina energije koja u sekundi prolazi kroz jediničnu površinu okomitu na smjer vala. Što je gustina protoka energije veća, to je jačina zvuka veća. Protok energije se mjeri u vatima po kvadratnom metru (W/m²).