Αντανάκλαση του ήχου από εμπόδια και στο όριο δύο μέσων. Ακουστική δωματίου

ΑΝΤΑΚΛΑΣΗ ΗΧΟΥ- φαινόμενο που συμβαίνει όταν ένα ηχητικό κύμα πέφτει στη διεπιφάνεια μεταξύ δύο ελαστικών μέσων και συνίσταται στο σχηματισμό κυμάτων που διαδίδονται από τη διεπιφάνεια στο ίδιο μέσο από το οποίο προήλθε το προσπίπτον κύμα. Κατά κανόνα ο Ο. ζ. συνοδεύεται από σχηματισμό διαθλώμενων κυμάτων στο δεύτερο μέσο. Ειδική περίπτωση Ο. ζ. - ανάκλαση από ελεύθερη επιφάνεια. Η αντανάκλαση σε επίπεδες διεπαφές θεωρείται συνήθως, αλλά μπορεί κανείς να μιλήσει για O. z. από εμπόδια αυθαίρετου σχήματος, εάν το μέγεθος του εμποδίου είναι πολύ μεγαλύτερο από το μήκος του ηχητικού κύματος. Διαφορετικά, υπάρχει σκέδαση ήχουή ηχητική περίθλαση.
Το προσπίπτον κύμα προκαλεί την κίνηση του ορίου μεταξύ των μέσων, με αποτέλεσμα να προκύπτουν ανακλώμενα και διαθλούμενα κύματα. Η δομή και η έντασή τους πρέπει να είναι τέτοια ώστε, και στις δύο πλευρές της διεπιφάνειας, οι ταχύτητες των σωματιδίων και οι ελαστικές τάσεις που δρουν στη διεπιφάνεια να είναι ίσες. Οι οριακές συνθήκες στην ελεύθερη επιφάνεια συνίστανται στην ισότητα προς το μηδέν των ελαστικών τάσεων που ασκούνται σε αυτήν την επιφάνεια.
Τα ανακλώμενα κύματα μπορεί να έχουν τον ίδιο τύπο πόλωσης με το προσπίπτον κύμα ή μπορεί να έχουν άλλες πολώσεις. Στην τελευταία περίπτωση, μιλάμε για μετασχηματισμό ή μετατροπή ενός τρόπου ανάκλασης ή διάθλασης. Δεν υπάρχει μετατροπή μόνο όταν ανακλάται ένα ηχητικό κύμα που διαδίδεται σε ένα υγρό, αφού μόνο διαμήκη κύματα υπάρχουν σε ένα υγρό μέσο. Όταν ένα ηχητικό κύμα διέρχεται από τη διεπιφάνεια μεταξύ στερεών, κατά κανόνα, σχηματίζονται τόσο διαμήκη όσο και εγκάρσια ανακλώμενα και διαθλαστικά κύματα. Η σύνθετη φύση του Ο. ζ. λαμβάνει χώρα στο κρυσταλλικό όριο. μέσα, όπου στη γενική περίπτωση υπάρχουν ανακλώμενα και διαθλαστικά κύματα τριών αποσυμπ. πολώσεις.
Αντανάκλαση επίπεδων κυμάτων. Η ανάκλαση των επίπεδων κυμάτων παίζει ιδιαίτερο ρόλο, αφού τα επίπεδα κύματα, αντανακλώνται και διαθλώνται, παραμένουν επίπεδα και η ανάκλαση κυμάτων αυθαίρετου σχήματος μπορεί να θεωρηθεί ως αντανάκλαση ενός συνόλου επίπεδων κυμάτων. Ο αριθμός των ανακλώμενων και διαθλασμένων κυμάτων που προκύπτουν καθορίζεται από τη φύση των ελαστικών ιδιοτήτων των μέσων και τον αριθμό των ακουστικών. κλαδιά που υπάρχουν σε αυτά. Λόγω των οριακών συνθηκών, οι προβολές στο επίπεδο διεπαφής των διανυσμάτων κύματος του προσπίπτοντος, ανακλώμενου και διαθλώμενου κυμάτων είναι ίσες μεταξύ τους (Εικ. 1).

Ρύζι. 1. Σχέδιο ανάκλασης και διάθλασης ενός επίπεδου ηχητικού κύματος σε επίπεδο διεπαφής.

Από εδώ ακολουθήστε τους νόμους της ανάκλασης και της διάθλασης, σύμφωνα με την Κριμαία: 1) τα διανύσματα κύματος της πρόσπτωσης k Εγώαντανακλάται κ rκαι διαθλάται κ tκύματα και κανονικά NN"στη διεπαφή βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο (το επίπεδο πρόσπτωσης). 2) ο λόγος των ημιτόνων των γωνιών πρόσπτωσης ανάκλασης και διάθλασης προς τις ταχύτητες φάσης γ i, και τα αντίστοιχα κύματα είναι ίσα μεταξύ τους:
(οι δείκτες και δηλώνουν πολώσεις ανακλώμενων και διαθλασμένων κυμάτων). Στα ισότροπα μέσα, όπου οι κατευθύνσεις των διανυσμάτων κύματος συμπίπτουν με τις κατευθύνσεις των ηχητικών ακτίνων, οι νόμοι της ανάκλασης και της διάθλασης παίρνουν τη συνήθη μορφή του νόμου του Snell. Στα ανισότροπα μέσα, οι νόμοι της ανάκλασης καθορίζουν μόνο τις κατευθύνσεις των κανονικών κυμάτων. Το πώς θα διαδοθούν οι διαθλώμενες ή ανακλώμενες ακτίνες εξαρτάται από την κατεύθυνση των ακτινικών ταχυτήτων που αντιστοιχούν σε αυτές τις κανονικές.
Σε αρκετά μικρές γωνίες πρόσπτωσης, όλα τα ανακλώμενα και διαθλούμενα κύματα είναι επίπεδα κύματα που μεταφέρουν την ενέργεια της προσπίπτουσας ακτινοβολίας από τη διεπαφή. Ωστόσο, εάν η ταχύτητα για το-λ. διαθλασμένο κύμα μεγαλύτερη ταχύτητα γ iπροσπίπτον κύμα, τότε για γωνίες πρόσπτωσης, μεγάλες λεγόμενες. κρίσιμος γωνία \u003d τόξο, η κανονική συνιστώσα του διανύσματος κύματος του αντίστοιχου διαθλασμένου κύματος γίνεται φανταστικό και το ίδιο το εκπεμπόμενο κύμα μετατρέπεται σε ένα ανομοιογενές κύμα που τρέχει κατά μήκος της διεπαφής και μειώνεται εκθετικά βαθιά στο μέσο 2 . Ωστόσο, η πρόσπτωση ενός κύματος στη διεπαφή σε γωνία μεγαλύτερη από την κρίσιμη μπορεί να μην οδηγήσει σε ολική ανάκλαση, καθώς η ενέργεια της προσπίπτουσας ακτινοβολίας μπορεί να διεισδύσει στο δεύτερο μέσο με τη μορφή κυμάτων διαφορετικής πόλωσης.
Κρίσιμος η γωνία υπάρχει και για τα ανακλώμενα κύματα, αν στο O. z. λαμβάνει χώρα μετατροπή τρόπου λειτουργίας και η ταχύτητα φάσης του κύματος που προκύπτει από τη μετατροπή είναι μεγαλύτερη από την ταχύτητα γ iπέφτοντας κύμα. Για γωνίες πρόσπτωσης, μικρότερες κρίσιμες. γωνία, μέρος της προσπίπτουσας ενέργειας απομακρύνεται από το όριο με τη μορφή ανακλώμενου κύματος με πόλωση. στο , ένα τέτοιο κύμα αποδεικνύεται ανομοιογενές, με απόσβεση βαθιά στο μέσο 1 και δεν συμμετέχει στη μεταφορά ενέργειας από τη διεπαφή. Για παράδειγμα, κριτική γωνία = τόξο( ντο t/c L) εμφανίζεται κατά την ανάκλαση της εγκάρσιας ακουστικής. κυματιστά Ταπό το όριο ενός ισότροπου στερεού σώματος και τη μετατροπή του σε διαμήκη κύμα L (με t και Γ Λείναι οι ταχύτητες των εγκάρσιων και των διαμήκων ηχητικών κυμάτων, αντίστοιχα).
Τα πλάτη των ανακλώμενων και διαθλούμενων κυμάτων, σύμφωνα με τις οριακές συνθήκες, εκφράζονται γραμμικά ως προς το πλάτος A iπροσπίπτον κύμα, ακριβώς όπως αυτές οι ποσότητες στην οπτική εκφράζονται ως προς το πλάτος του προσπίπτοντος e-magn. κύματα με Φόρμουλες Fresnel. Η ανάκλαση ενός επίπεδου κύματος χαρακτηρίζεται ποσοτικά από συντελεστές πλάτους. ανακλάσεις, που είναι ο λόγος των πλατών των ανακλώμενων κυμάτων προς το πλάτος της πρόσπτωσης: = Συντελεστής πλάτους. Οι αντανακλάσεις είναι γενικά πολύπλοκες: οι συντελεστές τους καθορίζουν τους λόγους abs. τα πλάτη και οι φάσεις ορίζουν τις μετατοπίσεις φάσης των ανακλώμενων κυμάτων. Οι συντελεστές πλάτους προσδιορίζονται με παρόμοιο τρόπο. πέρασμα Η ανακατανομή της ενέργειας της προσπίπτουσας ακτινοβολίας μεταξύ των ανακλώμενων και διαθλούμενων κυμάτων χαρακτηρίζεται από τον συντελεστή. ανάκλασης και μετάδοσης σε ένταση, που είναι οι λόγοι των συνιστωσών της μέσης χρονικής πυκνότητας ροής ενέργειας κάθετη προς τη διεπαφή στα ανακλώμενα (διαθλούμενα) και στα προσπίπτοντα κύματα:

όπου είναι οι εντάσεις του ήχου στα αντίστοιχα κύματα και είναι οι πυκνότητες των μέσων που έρχονται σε επαφή. Το ισοζύγιο ενέργειας που παρέχεται στη διεπαφή και απομακρύνεται από αυτήν μειώνεται στην ισορροπία των κανονικών συστατικών των ενεργειακών ροών:

Συντ. Οι αντανακλάσεις εξαρτώνται και από την ακουστική ιδιότητες των μέσων σε επαφή και στη γωνία πρόσπτωσης. Η φύση της γωνίας η εξάρτηση καθορίζεται από την παρουσία κρίσιμων. γωνίες, καθώς και γωνίες μηδενικής ανάκλασης, όταν πέφτουν κάτω από τις οποίες δεν σχηματίζεται ανακλώμενο κύμα με πόλωση.

O. h. στο όριο δύο υγρών. Ναΐμπ. μια απλή εικόνα του O. h. εμφανίζεται στη διεπιφάνεια μεταξύ δύο υγρών. Σε αυτή την περίπτωση, δεν υπάρχει μετατροπή κύματος και η ανάκλαση συμβαίνει σύμφωνα με τον νόμο του καθρέφτη και τον συντελεστή αντανάκλαση είναι

πού και ντο 1,2 - πυκνότητα και ταχύτητα ήχου σε παρακείμενα μέσα 1 και 2 . Εάν η ταχύτητα του ήχου για το προσπίπτον κύμα είναι μεγαλύτερη από την ταχύτητα του ήχου για το διαθλασμένο ( Με 1 >ντο 2), μετά το κρίσιμο λείπει η γωνία. Συντ. Η αντανάκλαση είναι πραγματική και διαφέρει ομαλά από την τιμή

σε κανονική πρόσπτωση του κύματος στη διεπαφή μέχρι την τιμή R=- 1 για συχνότητα βόσκησης Εάν ηχητική. αντίσταση r 2 s 2 μέτρια 2 πιο μεσαία αντίσταση 1 , τότε στη γωνία πρόσπτωσης

συντελεστής η ανάκλαση εξαφανίζεται και όλη η προσπίπτουσα ακτινοβολία περνά εντελώς στο μέσο 2 .
Πότε από 1<с 2 , возникает критический угол=arcsin (ντο 1 /ντο 2). Στο< коэф. отражения - действительная величина; фазовый сдвиг между падающей и отражённой волнами отсутствует. Величина коэф. отражения меняется от значения R0με κανονική πτώση σε R= 1 σε γωνία πρόσπτωσης ίση με την κρίσιμη. Η μηδενική ανάκλαση μπορεί επίσης να λάβει χώρα σε αυτή την περίπτωση, εάν για την ακουστική σύνθετες αντιστάσεις μέσων, ισχύει η αντίστροφη ανισότητα η γωνία μηδενικής ανάκλασης εξακολουθεί να προσδιορίζεται από την έκφραση (6). Για γωνίες πρόσπτωσης μεγαλύτερες από κρίσιμες, υπάρχει μια πλήρης εσωτερική. αντανάκλαση: και προσπίπτουσα ακτινοβολία βαθιά στο μέσο 2 δεν διεισδύει. Στο περιβάλλον 2 , ωστόσο, σχηματίζεται ένα ανομοιογενές κύμα. η πολυπλοκότητα των συντελεστών συνδέεται με την εμφάνισή του. ανακλάσεις και την αντίστοιχη μετατόπιση φάσης μεταξύ των ανακλώμενων και προσπίπτων κυμάτων. Αυτή η μετατόπιση εξηγείται από το γεγονός ότι το πεδίο του ανακλώμενου κύματος σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της παρεμβολής δύο πεδίων: ενός κατοπτρικά ανακλώμενου κύματος και ενός κύματος που εκπέμπεται εκ νέου στο μέσο 1 ένα ανομοιογενές κύμα που έχει προκύψει σε ένα μέσο 2 . Όταν ανακλώνται μη επίπεδα (για παράδειγμα, σφαιρικά) κύματα, ένα τέτοιο επαναακτινοβολούμενο κύμα στην πραγματικότητα παρατηρείται στο πείραμα με τη μορφή του λεγόμενου. πλευρικό κύμα (βλ Κυματιστά, ενότητα Ανάκλαση και διάθλαση κυμάτων).

O. h. από το όριο του άκαμπτου σώματος. Η φύση της ανάκλασης γίνεται πιο περίπλοκη εάν ο ανακλαστήρας είναι ένα συμπαγές σώμα. Όταν η ταχύτητα του ήχου Μεσε ένα υγρό, υπάρχουν λιγότερες διαμήκεις ταχύτητες μεγάλοκαι εγκάρσια Με m ήχου σε ένα στερεό σώμα, όταν ανακλάται στα όρια ενός υγρού με ένα στερεό σώμα, προκύπτουν δύο κρίσιμα. γωνία: κατά μήκος = τόξο ( s/s L) και εγκάρσια = τόξο ( s/s t ) . Ωστόσο, από πάντα με L > μετ. Σε γωνίες πρόσπτωσης, ο συντελεστής. η αντανάκλαση είναι έγκυρη (Εικ. 2). Η προσπίπτουσα ακτινοβολία διαπερνά ένα στερεό σώμα με τη μορφή τόσο διαμήκων όσο και εγκάρσιων διαθλασμένων κυμάτων. Με την κανονική συχνότητα του ήχου σε ένα στερεό σώμα, προκύπτει μόνο ένα διαμήκη κύμα και η τιμή RΤο 0 καθορίζεται από τον λόγο της διαμήκους ακουστικής. σύνθετες αντιστάσεις υγρού και στερεού σώματος παρόμοιες με το f-le (5) ( - πυκνότητα υγρού και στερεού σώματος).

Ρύζι. 2. Εξάρτηση του συντελεστή ανάκλασης ήχου | R | (συμπαγής γραμμή) και τις φάσεις της (παύλα με διακεκομμένη γραμμή) στη διεπιφάνεια υγρού-στερεού από τη γωνία πρόσπτωσης.

Όταν > συντελεστής. η ανάκλαση γίνεται πολύπλοκη, αφού ένα ανομοιογενές κύμα σχηματίζεται σε ένα στερεό κοντά στο όριο. Σε γωνίες πρόσπτωσης μεταξύ των κρίσιμων γωνίες και μέρος της προσπίπτουσας ακτινοβολίας διεισδύει βαθιά στο στερεό με τη μορφή διαθλασμένου εγκάρσιου κύματος. Ως εκ τούτου, για<<величина лишь при поперечная волна не образуется и |R|= 1. Η συμμετοχή ενός ανομοιογενούς διαμήκους κύματος στο σχηματισμό ανακλώμενης ακτινοβολίας προκαλεί, όπως στο όριο δύο υγρών, μετατόπιση φάσης του ανακλώμενου κύματος. Όταν > υπάρχει πλήρης εξωτ. ανάκλαση: 1. Σε ένα στερεό σώμα κοντά στο όριο, σχηματίζονται μόνο ανομοιογενή κύματα που πέφτουν εκθετικά στο βάθος του σώματος. Η μετατόπιση φάσης του ανακλώμενου κύματος για τις γωνίες σχετίζεται κυρίως με τη διέγερση στη διεπιφάνεια της διαρροής Κύματα Rayleigh. Ένα τέτοιο κύμα αναδύεται στα όρια ενός στερεού σώματος με ένα υγρό σε γωνίες πρόσπτωσης κοντά στη γωνία Rayleigh = arcsin ( s/s R), όπου C Rείναι η ταχύτητα του κύματος Rayleigh στη στερεά επιφάνεια. Διαδίδοντας κατά μήκος της διεπαφής, το κύμα διαρροής επανεκπέμπεται πλήρως στο υγρό.
Αν ένα Με > Με t, τότε το συνολικό εσωτερικό δεν υπάρχει ανάκλαση στα όρια ενός υγρού με ένα στερεό: η προσπίπτουσα ακτινοβολία διαπερνά το στερεό σε οποιαδήποτε γωνία πρόσπτωσης, τουλάχιστον με τη μορφή εγκάρσιου κύματος. Η ολική ανάκλαση συμβαίνει όταν ένα ηχητικό κύμα πέφτει κάτω από το κρίσιμο. γωνία ή συχνότητα βόσκησης. Για συντελεστή c>c L. Οι αντανακλάσεις είναι πραγματικές, αφού στη διεπιφάνεια δεν σχηματίζονται ανομοιογενή κύματα.
Οζ πολλαπλασιάζεται σε συμπαγές σώμα. Όταν ο ήχος διαδίδεται σε ένα ισότροπο στερεό, μέγ. Ένας απλός χαρακτήρας είναι η ανάκλαση των κυμάτων διάτμησης, η διεύθυνση των ταλαντώσεων στην οποία είναι παράλληλη με το επίπεδο διεπαφής. Δεν υπάρχει μετατροπή τρόπου λειτουργίας κατά την ανάκλαση ή τη διάθλαση τέτοιων κυμάτων. Όταν πέφτει σε ένα ελεύθερο όριο ή σε μια διεπαφή με ένα υγρό, ένα τέτοιο κύμα ανακλάται πλήρως ( R= 1) σύμφωνα με το νόμο της ανάκλασης του καθρέφτη. Στη διεπιφάνεια μεταξύ δύο ισότροπων στερεών, μαζί με ένα κατοπτρικά ανακλώμενο κύμα στο μέσο 2 σχηματίζεται ένα διαθλασμένο κύμα με πόλωση που είναι επίσης παράλληλη με τη διεπιφάνεια.
Όταν ένα εγκάρσιο κύμα πολωμένο στο επίπεδο πρόσπτωσης προσπίπτει στην ελεύθερη επιφάνεια ενός σώματος, τόσο ένα ανακλώμενο εγκάρσιο κύμα της ίδιας πόλωσης όσο και ένα διαμήκη κύμα προκύπτουν στο όριο. Σε γωνίες πρόσπτωσης μικρότερες από την κρίσιμη γωνία = = arcsin ( cT/cL), συντελεστής αντανακλάσεις RΤ και R L- καθαρά πραγματικό: τα ανακλώμενα κύματα αφήνουν το όριο ακριβώς σε φάση (ή σε αντιφάση) με το προσπίπτον κύμα. Στο > μόνο ένα κατοπτρικά ανακλώμενο εγκάρσιο κύμα φεύγει από το όριο. ένα ανομοιογενές διαμήκη κύμα σχηματίζεται κοντά στην ελεύθερη επιφάνεια.
Συντ. Η ανάκλαση γίνεται πολύπλοκη και εμφανίζεται μια μετατόπιση φάσης μεταξύ των ανακλώμενων και προσπίπτων κυμάτων, το μέγεθος της οποίας εξαρτάται από τη γωνία πρόσπτωσης. Όταν ένα διαμήκη κύμα ανακλάται από την ελεύθερη επιφάνεια ενός στερεού σώματος σε οποιαδήποτε γωνία πρόσπτωσης, προκύπτει τόσο ένα ανακλώμενο διαμήκη κύμα όσο και ένα εγκάρσιο κύμα πολωμένο στο επίπεδο πρόσπτωσης.
Εάν το όριο ενός στερεού σώματος είναι σε επαφή με ένα υγρό, τότε όταν τα κύματα (διαμήκη ή εγκάρσια, πολωμένα στο επίπεδο πρόσπτωσης) αντανακλώνται στο υγρό, εμφανίζεται ένα επιπλέον διαθλασμένο διαμήκη κύμα. Στη διεπαφή μεταξύ δύο ισότροπων στερεών μέσων, αυτό το σύστημα ανακλώμενων και διαθλασμένων κυμάτων συμπληρώνεται από ένα διαθλασμένο εγκάρσιο κύμα στο μέσο 2 . Η πόλωσή του βρίσκεται επίσης στο επίπεδο πρόσπτωσης.

Ο. η. στη διεπαφή μεταξύ ανισότροπων μέσων. O. h. στην κρυσταλλική διεπαφή. το περιβάλλον είναι πολύπλοκο. Οι ταχύτητες τόσο των ανακλώμενων όσο και των διαθλασμένων κυμάτων σε αυτή την περίπτωση είναι συναρτήσεις των γωνιών ανάκλασης και διάθλασης (βλ. Κρυσταλλική ακουστική;) επομένως, ακόμη και ο ορισμός των γωνιών από μια δεδομένη γωνία πρόσπτωσης αντιμετωπίζει σοβαρά προβλήματα. δυσκολίες. Εάν είναι γνωστές οι τομές των επιφανειών των διανυσμάτων κύματος κατά το επίπεδο πρόσπτωσης, τότε χρησιμοποιείται το γραφικό. μέθοδος προσδιορισμού γωνιών και άκρων διανυσμάτων κυμάτων k rκαι κ tξαπλώστε σε μια κάθετη NN"που σύρεται στη διεπαφή μέσω του άκρου του διανύσματος κύματος k Εγώπροσπίπτον κύμα, στα σημεία που τέμνει αυτή η κάθετο δεκ. επιφάνειες κοιλότητας κυματοδιανυσμάτων (Εικ. 3). Ο αριθμός των ανακλώμενων (ή διαθλασμένων) κυμάτων που διαδίδονται πραγματικά από τη διεπιφάνεια στο βάθος του αντίστοιχου μέσου καθορίζεται από το πόσες κοιλότητες τέμνεται η κάθετη NN". Αν η διασταύρωση με το-λ. απουσιάζει, αυτό σημαίνει ότι το κύμα της αντίστοιχης πόλωσης αποδεικνύεται ανομοιογενές και δεν μεταφέρει ενέργεια από το όριο. Κάθετος NN"μπορεί να διασχίσει την ίδια κοιλότητα σε πολλές. σημεία (πόντους ένα 1 και Α2στο σχ. 3). Από τις πιθανές θέσεις του διανύσματος κύματος κ r (ή k t) τα πραγματικά παρατηρούμενα κύματα αντιστοιχούν μόνο σε εκείνα για τα οποία το διάνυσμα της ακτινικής ταχύτητας συμπίπτει στην κατεύθυνση με το εξωτερικό. κάθετη προς την επιφάνεια των διανυσμάτων κύματος, κατευθύνεται από το όριο στο βάθος του αντίστοιχου μέσου.

Ρύζι. 3. Γραφική μέθοδος για τον προσδιορισμό των γωνιών ανάκλασης και διάθλασης στη διεπιφάνεια μεταξύ κρυσταλλικών μέσων 1 και 2. L, FTκαι ST- επιφάνειες κυματοδιανυσμάτων για οιονεί διαμήκη, γρήγορα και αργά οιονεί εγκάρσια κύματα, αντίστοιχα.

Κατά κανόνα, τα ανακλώμενα (διαθλούμενα) κύματα ανήκουν στο Δεκ. ακουστικά κλαδιά. διακυμάνσεις. Ωστόσο, σε κρύσταλλα με μέσα. ανισοτροπία, όταν η επιφάνεια των διανυσμάτων κύματος έχει κοίλες τομές (Εικ. 4), η ανάκλαση είναι δυνατή με το σχηματισμό δύο ανακλώμενων ή διαθλασμένων κυμάτων που ανήκουν στον ίδιο κλάδο ταλάντωσης.
Πειραματικά παρατηρούνται πεπερασμένες δέσμες ηχητικών κυμάτων, οι κατευθύνσεις διάδοσης των οποίων καθορίζονται από τις ακτινικές ταχύτητες. Οι κατευθύνσεις των ακτίνων στους κρυστάλλους διαφέρουν σημαντικά από την κατεύθυνση των αντίστοιχων διανυσμάτων κύματος. Οι ακτινικές ταχύτητες του προσπίπτοντος, των ανακλώμενων και των διαθλασμένων κυμάτων βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο μόνο σε εξαιρετικές περιπτώσεις, για παράδειγμα. όταν το επίπεδο πρόσπτωσης είναι το επίπεδο συμμετρίας και για τους δύο κρυστάλλους. μέσος όρος Στη γενική περίπτωση, οι ανακλώμενες και διαθλούμενες ακτίνες καταλαμβάνουν διάφορες θέσεις τόσο μεταξύ τους όσο και ως προς την προσπίπτουσα ακτίνα και την κανονική. NN"προς το όριο. Συγκεκριμένα, η ανακλώμενη δέσμη μπορεί να βρίσκεται στο επίπεδο πρόσπτωσης στην ίδια πλευρά της κανονικής Ν, που είναι η προσπίπτουσα δέσμη. Η περιοριστική περίπτωση αυτής της πιθανότητας είναι η υπέρθεση της ανακλώμενης δέσμης στην προσπίπτουσα δέσμη σε μια λοξή πρόσπτωση της τελευταίας.

Ρύζι. 4. Αντανάκλαση ενός ακουστικού κύματος που προσπίπτει στην ελεύθερη επιφάνεια ενός κρυστάλλου με το σχηματισμό δύο ανακλώμενων κυμάτων ίδιας πόλωσης: ένα- Προσδιορισμός διανυσμάτων κυμάτων ανακλώμενων κυμάτων (με σολείναι διανύσματα ακτινικής ταχύτητας). σι- σχήμα ανάκλασης ηχητικών δεσμών πεπερασμένης τομής.

Επίδραση της εξασθένησης στη φύση του Ο. ζ. . Συντ. Οι αντανακλάσεις και οι μεταδόσεις δεν εξαρτώνται από τη συχνότητα του ήχου εάν η εξασθένηση του ήχου και στα δύο οριακά μέσα είναι αμελητέα. Η αισθητή εξασθένηση οδηγεί όχι μόνο στην εξάρτηση από τη συχνότητα του συντελεστή. αντανακλάσεις R, αλλά και παραμορφώνει την εξάρτησή του από τη γωνία πρόσπτωσης, ιδιαίτερα κοντά στην κρίσιμη. γωνίες (Εικ. 5, ένα). Όταν αντανακλώνται από τη διεπαφή μεταξύ υγρού και στερεού, τα φαινόμενα απόσβεσης αλλάζουν σημαντικά τη γωνιακή εξάρτηση Rσε γωνίες πρόσπτωσης κοντά στη γωνία Rayleigh (Εικ. 5 Β). Στα όρια των μέσων με αμελητέα απόσβεση σε τέτοιες γωνίες πρόσπτωσης, λαμβάνει χώρα ολική εσωτερική ανάκλαση και | R| = 1 (καμπύλη 1 στο σχ. 5, σι). Η παρουσία εξασθένησης οδηγεί στο γεγονός ότι | | R| γίνεται μικρότερο από 1, και ένα ελάχιστο | R| (καμπύλες 2 - 4) . Καθώς αυξάνεται η συχνότητα και η αντίστοιχη αύξηση του συντελεστή. απόσβεση, το βάθος του ελάχιστου αυξάνεται μέχρι, τελικά, σε μια ορισμένη συχνότητα φά 0 , κλήθηκε μηδενική συχνότητα ανάκλασης, ελάχ. αξία | R| δεν εξαφανίζεται (καμπύλη 3 , ρύζι. 5, σι). Μια περαιτέρω αύξηση της συχνότητας οδηγεί σε διεύρυνση της ελάχιστης (καμπύλη 4 ) και στην επίδραση των επιδράσεων της εξασθένησης στο O. z. για σχεδόν οποιαδήποτε γωνία πρόσπτωσης (καμπύλη 5) . Η μείωση του πλάτους του ανακλώμενου κύματος σε σύγκριση με το πλάτος του προσπίπτοντος κύματος δεν σημαίνει ότι η προσπίπτουσα ακτινοβολία διαπερνά το στερεό. Συνδέεται με την απορρόφηση του διαρροού κύματος Rayleigh, το οποίο διεγείρεται από την προσπίπτουσα ακτινοβολία και συμμετέχει στο σχηματισμό του ανακλώμενου κύματος. Όταν η συχνότητα του ήχου φάίση με τη συχνότητα φά 0 , όλη η ενέργεια του προσπίπτοντος κύματος διαχέεται στη διεπαφή.

Ρύζι. 5. Γωνιακή εξάρτηση | R| στο όριο νερού-χάλυβα, λαμβάνοντας υπόψη την εξασθένηση: ένα- γενική φύση της γωνιακής εξάρτησης | R|; συμπαγής γραμμή - χωρίς να λαμβάνονται υπόψη οι απώλειες, διακεκομμένη γραμμή - το ίδιο με την εξασθένηση. σι- γωνιακή εξάρτηση | R\κοντά στη γωνία Rayleigh σε διαφορετικές τιμές απορρόφησης εγκάρσιων κυμάτων σε χάλυβα σε μήκος κύματος. Καμπύλες 1 - 5 αντιστοιχούν σε αύξηση αυτής της παραμέτρου από μια τιμή 3 x 10 -4 (καμπύλη 1 ) στην τιμή = 1 (καμπύλη 5) λόγω της αντίστοιχης αύξησης της συχνότητας της προσπίπτουσας υπερηχητικής ακτινοβολίας.

O. h. από στρώσεις και πλάκες. O. h. από το στρώμα ή την πλάκα είναι συντονισμένη. Τα ανακλώμενα και μεταδιδόμενα κύματα σχηματίζονται ως αποτέλεσμα πολλαπλών ανακλάσεων των κυμάτων στα όρια του στρώματος. Στην περίπτωση ενός υγρού στρώματος, το προσπίπτον κύμα διαπερνά το στρώμα υπό γωνία διάθλασης που καθορίζεται από το νόμο του Snell. Λόγω των αναστοχασμών, τα διαμήκη κύματα προκύπτουν στο ίδιο το στρώμα, που διαδίδονται προς τις κατευθύνσεις προς τα εμπρός και προς τα πίσω σε γωνία προς την κανονική που τραβιέται στα όρια του στρώματος (Εικ. 6, ένα). Γωνία είναι η γωνία διάθλασης που αντιστοιχεί στη γωνία πρόσπτωσης στο όριο του στρώματος. Αν η ταχύτητα του ήχου στο στρώμα Με 2 ακόμη ταχύτητα ήχου Με 1 στο περιβάλλον ρευστό, τότε το σύστημα των ανακλώμενων κυμάτων προκύπτει μόνο όταν η γωνία του συνολικού int. αντανακλάσεις \u003d τόξο (c 1 / c 2). Ωστόσο, για αρκετά λεπτά στρώματα, το μεταδιδόμενο κύμα σχηματίζεται επίσης σε γωνίες πρόσπτωσης μεγαλύτερες από την κρίσιμη. Στην περίπτωση αυτή, ο συντελεστής η αντανάκλαση από το στρώμα αποδεικνύεται ότι είναι κοιλιακοί. Η τιμή είναι μικρότερη από 1. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι στο στο στρώμα κοντά στο όριο στο οποίο προσπίπτει το κύμα από έξω, προκύπτει ένα ανομοιογενές κύμα που πέφτει εκθετικά στο βάθος του στρώματος. Εάν το πάχος του στρώματος ρεείναι μικρότερο ή συγκρίσιμο με το βάθος διείσδυσης ενός ανομοιογενούς κύματος, τότε το τελευταίο διαταράσσει το αντίθετο όριο του στρώματος, ως αποτέλεσμα του οποίου το μεταδιδόμενο κύμα ακτινοβολείται από αυτό στο περιβάλλον υγρό. Αυτό το φαινόμενο της κυματικής διείσδυσης είναι ανάλογο με τη διείσδυση ενός σωματιδίου μέσω ενός φραγμού δυναμικού στην κβαντομηχανική.
Συντ. αντανακλάσεις στρώματος

όπου είναι η κανονική συνιστώσα του διανύσματος κύματος στο στρώμα, ο άξονας z- κάθετα στα όρια του στρώματος, R 1 και R 2 - πιθανότητες. O. h. αντίστοιχα στα άνω και κάτω όρια. Στο είναι περιοδικό λειτουργία συχνότητας ήχου φάκαι πάχος στρώσης ρε. Όταν υπάρχει διείσδυση του κύματος μέσω του στρώματος, | R |με αύξηση φάή ρετείνει μονοτονικά στο 1.

Ρύζι. 6. Αντανάκλαση ηχητικού κύματος από υγρό στρώμα: ένα- σχέδιο αντανάκλασης. 1 - περιβάλλον υγρό. 2 - στρώμα? b - εξάρτηση του συντελεστή ανάκλασης | R|από τη γωνία πρόσπτωσης.

Ως συνάρτηση της τιμής γωνίας πρόσπτωσης | R |έχει ένα σύστημα μεγίστων και ελαχίστων (Εικ. 6, σι). Εάν το ίδιο υγρό βρίσκεται και στις δύο πλευρές της στρώσης, τότε στα ελάχιστα σημεία R= 0. Μηδενική ανάκλαση συμβαίνει όταν η προώθηση φάσης κατά μήκος του πάχους του στρώματος είναι ίση με έναν ακέραιο αριθμό μισών κύκλων

και τα κύματα που αναδύονται στο ανώτερο μέσο μετά από δύο διαδοχικές ανακλάσεις θα είναι σε αντιφάση και θα αλληλοεξουδετερώνονται. Αντίθετα, όλα τα ανακλώμενα κύματα εισέρχονται στο κατώτερο μέσο με την ίδια φάση και το πλάτος του μεταδιδόμενου κύματος αποδεικνύεται μέγιστο. Υπό κανονική συχνότητα κύματος στο στρώμα, η πλήρης μετάδοση λαμβάνει χώρα όταν ένας ακέραιος αριθμός μισών κυμάτων ταιριάζει στο πάχος του στρώματος: d=όπου Π= 1,2,3,..., - μήκος ηχητικού κύματος στο υλικό στρώσης. Επομένως, ονομάζονται στρώματα για τα οποία ικανοποιείται η συνθήκη (8). μισό κύμα Η σχέση (8) συμπίπτει με την προϋπόθεση για την ύπαρξη κανονικού κύματος σε ένα ελεύθερο υγρό στρώμα. Εξαιτίας αυτού, η πλήρης μετάδοση μέσω των στρωμάτων λαμβάνει χώρα όταν η προσπίπτουσα ακτινοβολία διεγείρει ένα ή άλλο κανονικό κύμα στο στρώμα. Λόγω της επαφής του στρώματος με το περιβάλλον υγρό, το κανονικό κύμα παρουσιάζει διαρροή: κατά τη διάδοσή του, εκπέμπει πλήρως την ενέργεια της προσπίπτουσας ακτινοβολίας στο κατώτερο μέσο.
Όταν τα υγρά στις αντίθετες πλευρές του στρώματος είναι διαφορετικά, η παρουσία ενός στρώματος μισού κύματος δεν επηρεάζει το προσπίπτον κύμα: συντελεστής η ανάκλαση από το στρώμα είναι ίση με τον συντελεστή. αντανακλάσεις από τα όρια αυτών των υγρών όταν είναι απευθείας. Επικοινωνία. Εκτός από τα στρώματα μισού κύματος στην ακουστική, όπως και στην οπτική, τα λεγόμενα. στρώματα τετάρτου κύματος, το πάχος των οποίων ικανοποιεί την προϋπόθεση ( n= 1,2,...). Επιλογή κατάλληλης ακουστικής αντίσταση στρώματος, μπορείτε να λάβετε μηδενική ανάκλαση από το στρώμα κύματος με μια δεδομένη συχνότητα φάσε μια ορισμένη γωνία πρόσπτωσης στο στρώμα. Τέτοια στρώματα χρησιμοποιούνται ως αντιανακλαστικά ακουστικά στρώματα.
Για την ανάκλαση ενός ηχητικού κύματος από μια άπειρη στερεά πλάκα βυθισμένη σε ένα υγρό, η φύση της ανάκλασης που περιγράφηκε παραπάνω για το υγρό στρώμα θα διατηρηθεί σε γενικούς όρους. Στην περίπτωση επανααντανακλάσεων στην πλάκα, εκτός από τις διαμήκεις, θα διεγείρονται και διατμητικά κύματα. Οι γωνίες και, κάτω από τις οποίες διαδίδονται τα διαμήκη και εγκάρσια κύματα στην πλάκα, αντίστοιχα, σχετίζονται με τη γωνία πρόσπτωσης σύμφωνα με το νόμο του Snell. Γωνία και εξάρτηση συχνότητας | R| θα αντιπροσωπεύει, όπως στην περίπτωση της ανάκλασης από το υγρό στρώμα, ένα σύστημα εναλλασσόμενων μεγίστων και ελάχιστων. Η πλήρης μετάδοση μέσω της πλάκας λαμβάνει χώρα όταν η προσπίπτουσα ακτινοβολία διεγείρει ένα από τα κανονικά κύματα σε αυτήν, τα οποία είναι κύματα αρνιού.Αντηχητικός χαρακτήρας του Ο. ζ. από το στρώμα ή την πλάκα διαγράφεται καθώς η ακουστική διαφορά μεταξύ τους μειώνεται. ιδιότητες από τις ιδιότητες του περιβάλλοντος. Ακουστική αύξηση. η εξασθένηση στο στρώμα οδηγεί επίσης σε εξομάλυνση των εξαρτήσεων και | R(fd)|.

Ανάκλαση μη επίπεδων κυμάτων. Στην πραγματικότητα, υπάρχουν μόνο μη επίπεδα κύματα. η ανάκλασή τους μπορεί να μειωθεί στην ανάκλαση ενός συνόλου επίπεδων κυμάτων. Μονόχρωμος ένα κύμα με αυθαίρετο μέτωπο κύματος μπορεί να αναπαρασταθεί ως ένα σύνολο επίπεδων κυμάτων με την ίδια κυκλική συχνότητα, αλλά με διαφ. κατευθύνσεις του διανύσματος κύματος k. Κύριος χαρακτηριστικό της προσπίπτουσας ακτινοβολίας είναι το χωρικό της φάσμα - ένα σύνολο πλατών ΕΝΑια) επίπεδα κύματα που σχηματίζουν συλλογικά ένα προσπίπτον κύμα. Abs. η τιμή του k καθορίζεται από τη συχνότητα, επομένως τα συστατικά του δεν είναι ανεξάρτητα. Όταν αντανακλάται από ένα αεροπλάνο z= 0 κανονικό συστατικό kzδίνεται από εφαπτομενικές συνιστώσες k x , k y: k z =Κάθε επίπεδο κύμα, το οποίο αποτελεί μέρος της προσπίπτουσας ακτινοβολίας, πέφτει στη διεπιφάνεια υπό τη δική του γωνία και ανακλάται ανεξάρτητα από άλλα κύματα. Πεδίο F( r) του ανακλώμενου κύματος προκύπτει ως υπέρθεση όλων των ανακλώμενων επίπεδων κυμάτων και εκφράζεται ως προς το χωρικό φάσμα της προσπίπτουσας ακτινοβολίας A(k x, k y) και συντ. αντανακλάσεις R(k x, k y):

Η ολοκλήρωση επεκτείνεται στην περιοχή των αυθαίρετα μεγάλων τιμών kxκαι κ υ. Εάν το χωρικό φάσμα της προσπίπτουσας ακτινοβολίας περιέχει (όπως στην ανάκλαση ενός σφαιρικού κύματος) συστατικά με kx(ή κ υ), μεγάλο, τότε στο σχηματισμό του ανακλώμενου κύματος, εκτός από κύματα με πραγματικό kzπαίρνουν μέρος και ανομοιόμορφα κύματα, για τα οποία κ,είναι μια καθαρά φανταστική ποσότητα. Αυτή η προσέγγιση, που προτάθηκε το 1919 από τον H. Weyl και αναπτύχθηκε περαιτέρω στις αναπαραστάσεις της οπτικής Fourier, δίνει διαδοχικά αποτελέσματα. περιγραφή της ανάκλασης ενός αυθαίρετου κύματος από μια επίπεδη διεπαφή.
Όταν εξετάζουμε το O. z. είναι επίσης δυνατή μια προσέγγιση ακτίνων, η οποία βασίζεται στις αρχές γεωμετρική ακουστική. Η προσπίπτουσα ακτινοβολία θεωρείται ως ένα σύνολο ακτίνων που αλληλεπιδρούν με τη διεπαφή. Αυτό λαμβάνει υπόψη ότι οι προσπίπτουσες ακτίνες όχι μόνο αντανακλώνται και διαθλώνται με τον συνήθη τρόπο, υπακούοντας στους νόμους του Snell, αλλά και ότι ορισμένες από τις ακτίνες που προσπίπτουν στη διεπαφή σε ορισμένες γωνίες διεγείρουν το λεγόμενο. πλευρικά κύματα, καθώς και διαρροές επιφανειακών κυμάτων (Rayleigh, κ.λπ.) ή λειτουργίες διαρροής κυματοδηγού (Κύματα Lamb, κ.λπ.). Διαδίδοντας κατά μήκος της διεπαφής, τέτοια κύματα εκπέμπονται ξανά στο μέσο και συμμετέχουν στο σχηματισμό του ανακλώμενου κύματος. Για την εξάσκηση του η αντανάκλαση είναι σφαιρική. τα κύματα συγκρούστηκαν ακουστικά. δέσμες πεπερασμένης διατομής και εστιασμένες δέσμες ήχου.

Αντανάκλαση σφαιρικών κυμάτων. Το σχέδιο ανάκλασης είναι σφαιρικό. κύμα που δημιουργείται στο υγρό I από μια σημειακή πηγή Ο, εξαρτάται από την αναλογία μεταξύ των ταχυτήτων του ήχου Με 1 και από 2 έωςεπαφή με τα υγρά I και II (Εικ. 7). Αν c t > c 2 , τότε το κρίσιμο η γωνία απουσιάζει και η ανάκλαση συμβαίνει σύμφωνα με τους νόμους του γεωμ. ακουστική. Στο περιβάλλον I υπάρχει ένα ανακλώμενο σφαιρικό. κύμα: οι ανακλώμενες ακτίνες τέμνονται σε ένα σημείο Ο". σχηματίζοντας μια εικονική εικόνα της πηγής και το μέτωπο κύματος του ανακλώμενου κύματος είναι ένα μέρος της σφαίρας με κέντρο στο σημείο Ο".

Ρύζι. 7. Αντανάκλαση ενός σφαιρικού κύματος στη διεπιφάνεια μεταξύ δύο υγρών: Οκαι Ο"- πραγματικές και φανταστικές πηγές. 1 - το μπροστινό μέρος του ανακλώμενου σφαιρικού κύματος. 2 - το μπροστινό μέρος του διαθλασμένου κύματος. 3 - πλευρικό κύμα μπροστά.

Πότε c2 >clκαι υπάρχει μια κρίσιμη γωνία στο μέσο I εκτός από το ανακλώμενο σφαιρικό. κύματα, προκύπτει ένα άλλο συστατικό της ανακλώμενης ακτινοβολίας. Ακτίνες προσπίπτουν στη διεπαφή κάτω από το κρίσιμο. γωνία διεγείρει ένα δεύτερο κύμα στο μέσο, ​​το οποίο διαδίδεται με ταχύτητα Με 2 κατά μήκος της διεπαφής και εκπέμπεται εκ νέου στο μέσο Ι, σχηματίζοντας το λεγόμενο. πλαϊνό κύμα. Το μέτωπό του σχηματίζεται από σημεία, στα οποία, την ίδια χρονική στιγμή, έφταναν οι ακτίνες που έβγαιναν από το σημείο Οκατά μήκος ΟΑκαι μετά μεταφέρθηκε ξανά στην Τετάρτη Ι σε αποσυμπίεση. σημεία της διεπαφής από το σημείο ΑΛΛΑμέχρι κάποιο σημείο ΑΠΟ, στο οποίο βρίσκεται αυτή τη στιγμή το μέτωπο του διαθλασμένου κύματος. Στο επίπεδο του σχεδίου, το μέτωπο του πλευρικού κύματος είναι ένα ευθύγραμμο τμήμα ΝΔ, κλίση προς το όριο υπό γωνία και εκτεινόμενη ως το σημείο ΣΤΟ, όπου συγχωνεύεται με το μπροστινό μέρος του σφαιρικού που ανακλάται από τον καθρέφτη. κυματιστά. Στο διάστημα, το πλευρικό μέτωπο κύματος είναι η επιφάνεια ενός κόλουρου κώνου που προκύπτει κατά την περιστροφή του τμήματος ΝΔγύρω από μια ευθεία γραμμή OO". Όταν ανακλάται σφαιρικό. Τα κύματα ενός υγρού από την επιφάνεια ενός στερεού σώματος είναι παρόμοια με τα κωνικά. το κύμα σχηματίζεται λόγω της διέγερσης ενός διαρρέοντος κύματος Rayleigh στη διεπιφάνεια. Αντανάκλαση σφαιρική. κύματα - ένα από τα κύρια πειράματα. μεθόδους γεωακουστικής, σεισμολογίας, υδροακουστικής και ακουστικής του ωκεανού.

Ανάκλαση ακουστικών δοκών πεπερασμένης διατομής. Αντανάκλαση ευθυγραμμισμένων ηχητικών δεσμών, το μέτωπο του κύματος προς-ρυκ στο κύριο μέρος. μέρος της δέσμης είναι κοντά στο επίπεδο, εμφανίζεται για τις περισσότερες γωνίες πρόσπτωσης σαν να ανακλάται ένα επίπεδο κύμα. Κατά την ανάκλαση μιας δέσμης που προσπίπτει από ένα υγρό σε μια διεπαφή με ένα στερεό σώμα, προκύπτει μια ανακλώμενη δέσμη, το σχήμα της οποίας είναι μια κατοπτρική αντανάκλαση της κατανομής πλάτους στην προσπίπτουσα δέσμη. Ωστόσο, σε γωνίες πρόσπτωσης κοντά στη διαμήκη κρίσιμη. γωνία ή γωνία Rayleigh μαζί με κατοπτρική ανάκλαση εμφανίζεται eff. διέγερση ενός πλευρικού ή διαρρέοντος κύματος Roley. Το πεδίο της ανακλώμενης δέσμης σε αυτή την περίπτωση είναι μια υπέρθεση της κατοπτρικά ανακλώμενης δέσμης και των επαναακτινοβολούμενων κυμάτων. Ανάλογα με το πλάτος της δέσμης και τις ελαστικές και ιξώδεις ιδιότητες των παρακείμενων μέσων, εμφανίζεται είτε μια πλευρική (παράλληλη) μετατόπιση δέσμης στο επίπεδο διεπαφής (η λεγόμενη μετατόπιση Schoch) (Εικ. 8) είτε μια σημαντική διεύρυνση της δέσμης και η εμφάνιση ενός λεπτού

Ρύζι. 8. Πλευρική μετατόπιση της δοκού κατά την ανάκλαση: 1 - προσπίπτουσα δέσμη? 2 - κατοπτρικά ανακλώμενη δέσμη. 3 - πραγματική ανακλώμενη δέσμη.

δομές. Όταν η δέσμη προσπίπτει στη γωνία Rayleigh, η φύση της παραμόρφωσης καθορίζεται από την αναλογία μεταξύ του πλάτους της δέσμης μεγάλοκαι ακτινοβολίες. απόσβεση του διαρρέοντος κύματος Rayleigh

πού είναι το μήκος του ηχητικού κύματος στο υγρό, ΑΛΛΑείναι ένας αριθμητικός παράγοντας κοντά στο ένα. Αν το πλάτος της δέσμης είναι πολύ μεγαλύτερο από το μήκος των ακτίνων. Στην περίπτωση μιας στενής δέσμης, λόγω της εκ νέου εκπομπής του κύματος της επιφάνειας που διαρρέει, η δέσμη διευρύνεται σημαντικά και παύει να είναι συμμετρική (Εικ. 9). Μέσα στην περιοχή που καταλαμβάνεται από την κατοπτρικά ανακλώμενη δέσμη, ως αποτέλεσμα παρεμβολής, εμφανίζεται ένα ελάχιστο πλάτος μηδενικού και η δέσμη χωρίζεται σε δύο μέρη. Μη κατοπτρική αντανάκλαση των κολίμων. Οι δέσμες προκύπτουν επίσης στο όριο δύο υγρών σε γωνίες πρόσπτωσης κοντά στην κρίσιμη, καθώς και όταν αντανακλώνται δέσμες από στρώματα ή πλάκες.

Ρύζι. 9. Ανάκλαση ηχητικής δέσμης με πεπερασμένη διατομή που προσπίπτει από υγρό W στην επιφάνεια ενός στερεού σώματος Τ υπό γωνία Rayleigh: 1 - προσπίπτουσα δέσμη? 2 - ανακλώμενη δέσμη. ένα- περιοχή μηδενικού πλάτους. σι- περιοχή της ουράς της δοκού.

Στην τελευταία περίπτωση, η μη κατοπτρική φύση της ανάκλασης οφείλεται στη διέγερση τρόπων διαρροής κυματοδηγού στο στρώμα ή την πλάκα. Σημαντικό ρόλο παίζουν τα πλευρικά και διαρρέοντα κύματα στην ανάκλαση εστιασμένων υπερηχητικών ακτίνων. Συγκεκριμένα, αυτά τα κύματα χρησιμοποιούνται σε ακουστική μικροσκοπίαγια το σχηματισμό ακουστικής. εικόνες και πραγματοποίηση ποσοτήτων, μετρήσεων.

Λιτ.: 1) Brekhovskikh L. M., Waves in layered media, 2nd ed., M., 1973; 2) Landau L. D., Lifshits E. M., Hydrodynamics, 4th ed., Μ., 1988; 3) Brekhovskikh L. M., Godin O. A., Acoustics of layered media, Μόσχα, 1989; 4) Сagniard L., Reflexion et refraction des ondes seismiques progressives, P., 1939; 5) Ewing W. M., Jardetzky W. S., Press F., Elastic waves in layered media, N. Y. - , 1957, κεφ. 3; 6) Au1d B. A., Acoustic fields and waves in solids, v. 1 - 2, Ν. Υ. -, 1973; 7) Vertoni H. L., Tamir T., Unified theory of Rayleigh-angle phenomena for acoustic beams at liquid-solid interfaces, "Appl. Phys.", 1973, v. 2, αρ. 4, σελ. 157; 8) Mott G., Reflection and refraction coefficients at a fluid-solid interface, "J. Acoust. Soc. Amer.", 1971, v. 50, αρ. 3 (σημ. 2), πίν. 819; 9) Wesker F. L., Richardson R. L., Influence of material properties on Rayleigh kritik-angle reflectivity, "J. Acoust. Soc. Amer.", 1972, v. 51. .V" 5 (pt 2), σελ. 1609· 10) Fiorito R., Ubera11 H., Resonance theory of acoustic reflection and transmission through a fluid layer, ".I. Acoust. soc. Amer.", 1979, τ. 65, αρ. 1, σ. 9· 11) Fiorft o R., Madigosky W., C bera 11 H., Resonance theory of acoustic waves που αλληλεπιδρούν με μια ελαστική πλάκα. "J. Acoust. soc. Amer.", 1979, τ. 66, αρ. 6, σ. 1857· 12) Neubauer W. G., Παρατήρηση ακουστικής ακτινοβολίας από επίπεδες και καμπύλες επιφάνειες, στο: Physical acoustics. Principles and metoda, εκδ. W. P. Mason, R. N. Thurston , τ. 10, Ν. Υ. - Λ., 1973, κεφ. 2.

Η ηχητική πίεση p εξαρτάται από την ταχύτητα v των ταλαντούμενων σωματιδίων του μέσου. Οι υπολογισμοί το δείχνουν

όπου p είναι η πυκνότητα του μέσου, c είναι η ταχύτητα του ηχητικού κύματος στο μέσο. Το προϊόν pc ονομάζεται ειδική ακουστική αντίσταση, για ένα επίπεδο κύμα ονομάζεται επίσης σύνθετη αντίσταση κύματος.

Η αντίσταση κυμάτων είναι το πιο σημαντικό χαρακτηριστικό ενός μέσου, το οποίο καθορίζει τις συνθήκες ανάκλασης και διάθλασης των κυμάτων στα όριά του.

Φανταστείτε ότι ένα ηχητικό κύμα χτυπά τη διεπαφή μεταξύ δύο μέσων. Μέρος του κύματος ανακλάται και μέρος διαθλάται. Οι νόμοι της ανάκλασης και της διάθλασης ενός ηχητικού κύματος είναι παρόμοιοι με τους νόμους της ανάκλασης και της διάθλασης του φωτός. Το διαθλασμένο κύμα μπορεί να απορροφηθεί στο δεύτερο μέσο ή μπορεί να το αφήσει.

Ας υποθέσουμε ότι ένα επίπεδο κύμα προσπίπτει κανονικά στη διεπαφή, η έντασή του στο πρώτο μέσο I 1 είναι η ένταση του διαθλασμένου (εκπεμπόμενου) κύματος στο δεύτερο μέσο 1 2 . Ας καλέσουμε

συντελεστής διείσδυσης ηχητικών κυμάτων.

Ο Rayleigh έδειξε ότι ο συντελεστής διείσδυσης του ήχου δίνεται από

αφού σ 1 ρ 1 /с 2 р 2 >>1. Ας παρουσιάσουμε τις κυματικές αντιστάσεις ορισμένων ουσιών στους 20 °C (Πίνακας 14).

Πίνακας 14

Χρησιμοποιούμε το (6.8) για να υπολογίσουμε τον συντελεστή διείσδυσης ενός ηχητικού κύματος από τον αέρα στο σκυρόδεμα και στο νερό:

Αυτά τα δεδομένα είναι εντυπωσιακά: αποδεικνύεται ότι μόνο ένα πολύ μικρό μέρος της ενέργειας του ηχητικού κύματος περνά από τον αέρα στο σκυρόδεμα και το νερό.

Σε κάθε κλειστό δωμάτιο, ο ήχος που ανακλάται από τοίχους, οροφές, έπιπλα πέφτουν σε άλλους τοίχους, δάπεδα κ.λπ., αντανακλάται και απορροφάται ξανά και σταδιακά εξαφανίζεται. Επομένως, ακόμα και μετά το τέλος της πηγής ήχου, εξακολουθούν να υπάρχουν ηχητικά κύματα στο δωμάτιο που δημιουργούν το βουητό. Αυτό είναι ιδιαίτερα αισθητό σε μεγάλες ευρύχωρες αίθουσες. Η διαδικασία της σταδιακής εξασθένησης του ήχου σε κλειστούς χώρους μετά την απενεργοποίηση της πηγής ονομάζεται αντήχηση.

Η αντήχηση, αφενός, είναι χρήσιμη, καθώς η αντίληψη του ήχου ενισχύεται από την ενέργεια του ανακλώμενου κύματος, αλλά, από την άλλη, η υπερβολικά μεγάλη αντήχηση μπορεί να βλάψει σημαντικά την αντίληψη της ομιλίας και της μουσικής, καθώς κάθε νέο μέρος το κείμενο επικαλύπτεται με τα προηγούμενα. Από αυτή την άποψη, συνήθως υποδεικνύεται κάποιος βέλτιστος χρόνος αντήχησης, ο οποίος λαμβάνεται υπόψη κατά την κατασκευή αιθουσών, αιθουσών θεάτρου και συναυλιών κ.λπ. Για παράδειγμα, ο χρόνος αντήχησης της γεμάτης αίθουσας στήλης στο Σώμα των Ενώσεων στη Μόσχα είναι 1,70 δευτερόλεπτα , γεμάτη στο Θέατρο Μπολσόι - 1, 55 σ. Για αυτά τα δωμάτια (κενό), ο χρόνος αντήχησης είναι 4,55 και 2,06 δευτερόλεπτα, αντίστοιχα.

Η φυσική της ακοής

Ας εξετάσουμε μερικές ερωτήσεις της φυσικής της ακοής στο παράδειγμα του εξωτερικού, του μέσου και του εσωτερικού αυτιού. Το εξωτερικό αυτί αποτελείται από το αυτί 1 και τον έξω ακουστικό πόρο 2 (Εικ. 6.8) Το αυτί στον άνθρωπο δεν παίζει σημαντικό ρόλο στην ακοή. Βοηθά στον προσδιορισμό του εντοπισμού της πηγής ήχου όταν βρίσκεται στην πρόσθια-οπίσθια κατεύθυνση. Ας το εξηγήσουμε αυτό. Ο ήχος από την πηγή εισέρχεται στο αυτί. Ανάλογα με τη θέση της πηγής στο κατακόρυφο επίπεδο

(Εικ. 6.9) τα ηχητικά κύματα θα διαθλούν διαφορετικά στο αυτί λόγω του ειδικού σχήματός του. Αυτό θα οδηγήσει επίσης σε μια αλλαγή στη φασματική σύνθεση του ηχητικού κύματος που εισέρχεται στον ακουστικό πόρο (για περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με θέματα περίθλασης, βλέπε Κεφάλαιο 19). Ως αποτέλεσμα της εμπειρίας, ένα άτομο έχει μάθει να συσχετίζει μια αλλαγή στο φάσμα ενός ηχητικού κύματος με την κατεύθυνση προς την πηγή ήχου (κατευθύνσεις Α, Β και Β στο Σχ. 6.9).

Έχοντας δύο δέκτες ήχου (αυτιά), ο άνθρωπος και τα ζώα μπορούν να ρυθμίσουν την κατεύθυνση προς την πηγή ήχου και στο οριζόντιο επίπεδο (διφωνικό εφέ, Εικ. 6.10). Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι ο ήχος από την πηγή σε διαφορετικά αυτιά διανύει διαφορετικές αποστάσεις και υπάρχει διαφορά φάσης για τα κύματα που εισέρχονται στο δεξιό και στο αριστερό αυτί. Η σχέση μεταξύ της διαφοράς μεταξύ αυτών των αποστάσεων (5) και της διαφοράς φάσης (Δφ) προκύπτει στην § 19.1 όταν εξηγείται η παρεμβολή του φωτός [βλ. (19.9)]. Εάν η πηγή ήχου είναι ακριβώς μπροστά από το πρόσωπο του ατόμου, τότε δ = 0 και Δφ = 0, εάν η πηγή ήχου βρίσκεται στο πλάι απέναντι σε ένα από τα αυτιά, τότε θα πέσει στο άλλο αυτί με καθυστέρηση. Θα υποθέσουμε περίπου ότι σε αυτή την περίπτωση το 5 είναι η απόσταση μεταξύ των αυτιών. Σύμφωνα με τον τύπο (19.9), για v = 1 kHz και δ = 0,15 m, μπορεί να υπολογιστεί η διαφορά φάσης. Είναι περίπου 180°.

Διαφορετικές κατευθύνσεις προς την πηγή ήχου στο οριζόντιο επίπεδο θα αντιστοιχούν σε διαφορά φάσης μεταξύ 0° και 180° (για τα παραπάνω δεδομένα). Πιστεύεται ότι ένα άτομο με φυσιολογική ακοή μπορεί να καθορίσει κατευθύνσεις σε μια πηγή ήχου με ακρίβεια 3 °, αυτό αντιστοιχεί σε διαφορά φάσης 6 °. Επομένως, μπορεί να υποτεθεί ότι ένα άτομο είναι σε θέση να διακρίνει την αλλαγή στη διαφορά φάσης των ηχητικών κυμάτων που εισέρχονται στα αυτιά του με ακρίβεια 6 °.

αυτί ως αποτέλεσμα περίθλασης (κεφ. 19).

Το ηχητικό κύμα διέρχεται από τον ακουστικό πόρο και ανακλάται εν μέρει από την τυμπανική μεμβράνη 3 (βλ. Εικ. 6.8). Ως αποτέλεσμα της παρεμβολής του προσπίπτοντος και των ανακλώμενων κυμάτων, μπορεί να προκύψει ακουστικός συντονισμός. Σε αυτή την περίπτωση, το μήκος κύματος είναι τετραπλάσιο από το μήκος του έξω ακουστικού πόρου. Ο ανθρώπινος ακουστικός πόρος έχει μήκος περίπου 2,3 cm. Επομένως, ο ακουστικός συντονισμός εμφανίζεται σε μια συχνότητα

Το πιο ουσιαστικό μέρος του μέσου ωτός είναι η τυμπανική μεμβράνη 3 και τα ακουστικά οστάρια: ο σφυρός 4, ο αμόνις 5 και ο αναβολέας 6 με τους αντίστοιχους μύες, τένοντες και συνδέσμους. Τα οστά εκτελούν τη μετάδοση των μηχανικών δονήσεων από το περιβάλλον αέρα του εξωτερικού αυτιού στο υγρό περιβάλλον του εσωτερικού αυτιού. Το υγρό μέσο του εσωτερικού αυτιού έχει αντίσταση κυμάτων περίπου ίση με την κυματική αντίσταση του νερού. Όπως έχει αποδειχθεί (βλ. § 6.4), μόνο το 0,123% της έντασης της πρόσπτωσης μεταδίδεται κατά την άμεση μετάβαση ενός ηχητικού κύματος από τον αέρα στο νερό. Αυτό είναι πολύ λίγο. Επομένως, ο κύριος σκοπός του μέσου αυτιού είναι να διευκολύνει τη μετάδοση μεγαλύτερης έντασης ήχου στο έσω αυτί. Σε τεχνικούς όρους, το μέσο αυτί ταιριάζει με τις σύνθετες αντιστάσεις του αέρα και του υγρού στο εσωτερικό αυτί.

Το σύστημα των οστών (βλ. Εικ. 6.8) στο ένα άκρο συνδέεται με το σφυρί στο τύμπανο (περιοχή S 1 \u003d 64 mm 2), στο άλλο - με αναβολέα - με το οβάλ παράθυρο 7 του εσωτερικού αυτιού ( περιοχή S 2 \u003d 3 mm 2).

Σε αυτό το επίπεδο, το μέσο αυτί αυξάνει τη μετάδοση της εξωτερικής ηχητικής πίεσης στο εσωτερικό αυτί.

Μια άλλη από τις λειτουργίες του μέσου αυτιού είναι η εξασθένηση της μετάδοσης των κραδασμών σε περίπτωση ήχου μεγάλης έντασης. Αυτό γίνεται με αντανακλαστική χαλάρωση των μυών των οστών του μέσου αυτιού.

Το μέσο αυτί συνδέεται με την ατμόσφαιρα μέσω της ακουστικής (ευσταχιανής) σάλπιγγας.

Το εξωτερικό και το μεσαίο αυτί αποτελούν μέρος του συστήματος αγωγής ήχου. Το σύστημα λήψης ήχου είναι το εσωτερικό αυτί.

Το κύριο μέρος του εσωτερικού αυτιού είναι ο κοχλίας, ο οποίος μετατρέπει τις μηχανικές δονήσεις σε ηλεκτρικό σήμα. Εκτός από τον κοχλία, η αιθουσαία συσκευή ανήκει στο έσω αυτί (βλ. § 4.3), το οποίο δεν έχει καμία σχέση με την ακουστική λειτουργία.

Ο ανθρώπινος κοχλίας είναι ένας οστέινος σχηματισμός μήκους περίπου 35 mm και έχει σχήμα κωνικής σπείρας με 2 3/4 στρόβιλους. Η διάμετρος στη βάση είναι περίπου 9 mm, το ύψος είναι περίπου 5 mm.

Στο σχ. 6.8 ο κοχλίας (περιορισμένος από μια διακεκομμένη γραμμή) εμφανίζεται σχηματικά διευρυμένος για ευκολία στην προβολή. Τρία κανάλια τρέχουν κατά μήκος του κοχλία. Ένα από αυτά, το οποίο ξεκινά από το οβάλ παράθυρο 7, ονομάζεται αιθουσαία σκάλα 8. Το άλλο κανάλι προέρχεται από το στρογγυλό παράθυρο 9, ονομάζεται κλιμάκωση τυμπάνου 10. Η αιθουσαία και η τυμπανική κλίμακα συνδέονται στον θόλο του κοχλία μέσω ενός μικρού ανοίγματος - ελικότρεμα 11. Έτσι, και τα δύο αυτά κανάλια κατά κάποιο τρόπο αντιπροσωπεύουν ένα ενιαίο σύστημα γεμάτο με περίλυμφο. Οι κραδασμοί του αναβολέα 6 μεταδίδονται στη μεμβράνη του ωοειδούς παραθύρου 7, από αυτήν στην περίλυμφο και «προεξέχουν» τη μεμβράνη του στρογγυλού παραθύρου 9. Ο χώρος μεταξύ της αιθουσαίας και της τυμπανικής κλίμακας ονομάζεται κοχλιακός σωλήνας 12. είναι γεμάτη με ενδολέμφο. Μεταξύ του κοχλιακού πόρου και του τυμπάνου, η κύρια (βασική) μεμβράνη 13 διέρχεται κατά μήκος του κοχλία. Το όργανο του Corti που περιέχει κύτταρα υποδοχέα (τρίχες) βρίσκεται πάνω του και το ακουστικό νεύρο προέρχεται από τον κοχλία (αυτές οι λεπτομέρειες δεν φαίνονται στο Σχήμα 6.8).

Το όργανο του Corti (σπειροειδές όργανο) είναι ο μετατροπέας των μηχανικών δονήσεων σε ηλεκτρικό σήμα.

Το μήκος της κύριας μεμβράνης είναι περίπου 32 mm, διαστέλλεται και λεπταίνει προς την κατεύθυνση από το οβάλ παράθυρο προς την κορυφή του κοχλία (από πλάτος 0,1 έως 0,5 mm). Η κύρια μεμβράνη είναι μια πολύ ενδιαφέρουσα δομή για τη φυσική, έχει ιδιότητες επιλεκτικής συχνότητας. Ο Helmholtz επέστησε την προσοχή σε αυτό,

αντιπροσώπευε την κύρια μεμβράνη με παρόμοιο τρόπο με μια σειρά κουρδισμένων χορδών πιάνου. Ο νικητής του βραβείου Νόμπελ Μπέκεσυ καθιέρωσε την πλάνη αυτής της θεωρίας αντηχήσεων. Στα έργα του Bekesy φάνηκε ότι η κύρια μεμβράνη είναι μια ανομοιογενής γραμμή, η μετάδοση της μηχανικής διέγερσης. Όταν εκτίθεται σε ένα ακουστικό ερέθισμα, ένα κύμα διαδίδεται κατά μήκος της κύριας μεμβράνης. Αυτό το κύμα εξασθενεί διαφορετικά ανάλογα με τη συχνότητα. Όσο χαμηλότερη είναι η συχνότητα, τόσο πιο μακριά από το οβάλ παράθυρο το κύμα διαδίδεται κατά μήκος της κύριας μεμβράνης πριν αρχίσει να αποσυντίθεται. Έτσι, για παράδειγμα, ένα κύμα με συχνότητα 300 Hz θα διαδοθεί έως και περίπου 25 mm από το οβάλ παράθυρο πριν αρχίσει η εξασθένηση και ένα κύμα με συχνότητα 100 Hz φτάνει το μέγιστο κοντά στα 30 mm. Με βάση αυτές τις παρατηρήσεις, έχουν αναπτυχθεί θεωρίες σύμφωνα με τις οποίες η αντίληψη του βήματος καθορίζεται από τη θέση της μέγιστης ταλάντωσης της κύριας μεμβράνης. Έτσι, μια ορισμένη λειτουργική αλυσίδα μπορεί να ανιχνευθεί στο εσωτερικό αυτί: ταλάντωση της μεμβράνης του ωοειδούς παραθύρου - ταλάντωση της περιλύμφου - σύνθετες ταλαντώσεις της κύριας μεμβράνης - σύνθετες ταλαντώσεις της κύριας μεμβράνης - ερεθισμός των τριχωτών κυττάρων (υποδοχείς του οργάνου του Corti) - παραγωγή ηλεκτρικού σήματος.

Ορισμένες μορφές κώφωσης σχετίζονται με βλάβη στη συσκευή υποδοχέα του κοχλία. Σε αυτή την περίπτωση, ο κοχλίας δεν παράγει ηλεκτρικά σήματα όταν υποβάλλεται σε μηχανικούς κραδασμούς. Είναι δυνατό να βοηθήσουμε τέτοιους κωφούς ανθρώπους εμφυτεύοντας ηλεκτρόδια στον κοχλία και δίνοντάς τους ηλεκτρικά σήματα αντίστοιχα με αυτά που προκύπτουν όταν εκτίθενται σε μηχανικό ερέθισμα.

Τέτοια προσθετικά με κύρια λειτουργία, τον κοχλία (κοχλιακή πρόθεση) αναπτύσσονται σε πολλές χώρες. Στη Ρωσία, η κοχλιακή προσθετική αναπτύχθηκε και εφαρμόστηκε στο Ρωσικό Ιατρικό Πανεπιστήμιο. Η κοχλιακή πρόθεση φαίνεται στο Σχ. 6.12, εδώ 1 είναι το κύριο σώμα, 2 είναι ένα αυτί με μικρόφωνο, 3 είναι ένα βύσμα του ηλεκτρικού βύσματος για σύνδεση με εμφυτεύσιμα ηλεκτρόδια.

ΑΝΤΑΚΛΑΣΗ ΗΧΟΥ

ΑΝΤΑΚΛΑΣΗ ΗΧΟΥ

Το φαινόμενο που συμβαίνει όταν ο ήχος πέφτει στη διεπιφάνεια μεταξύ δύο ελαστικών μέσων και συνίσταται στον σχηματισμό κυμάτων που διαδίδονται από τη διεπαφή στο ίδιο μέσο, ​​σκέδαση ήχου ή ηχητική περίθλαση.
Το προσπίπτον κύμα προκαλεί τα όρια μεταξύ των μέσων, με αποτέλεσμα να προκύπτουν ανακλώμενα και διαθλαστικά κύματα. Η δομή και η έντασή τους πρέπει να είναι τέτοια ώστε, και στις δύο πλευρές της διεπιφάνειας, οι ταχύτητες των σωματιδίων και οι ελαστικές τάσεις που ασκούνται στη διεπιφάνεια να είναι ίσες. Οι οριακές συνθήκες στην ελεύθερη επιφάνεια συνίστανται στην ισότητα προς το μηδέν των ελαστικών τάσεων που ασκούνται σε αυτήν την επιφάνεια.
Τα ανακλώμενα κύματα μπορεί να έχουν τον ίδιο τύπο πόλωσης με το προσπίπτον κύμα ή μπορεί επίσης να έχουν άλλες πολώσεις. Στην τελευταία περίπτωση, μιλάμε για μετασχηματισμό ή μετατροπή του τρόπου ανάκλασης ή διάθλασης. Αντανάκλαση επίπεδων κυμάτωνΗ ανάκλαση των επίπεδων κυμάτων παίζει ιδιαίτερο ρόλο, αφού τα επίπεδα κύματα, αντανακλώνται και διαθλώνται, παραμένουν επίπεδα και ένα αυθαίρετο σχήμα μπορεί να θεωρηθεί ως αντανάκλαση ενός συνδυασμού επίπεδων κυμάτων. Ο αριθμός των αναδυόμενων ανακλώμενων και διαθλασμένων κυμάτων καθορίζεται από τη φύση των ελαστικών ιδιοτήτων του μέσου και τον αριθμό των ακουστικών. κλαδιά που υπάρχουν σε αυτά. Λόγω των οριακών συνθηκών, οι προβολές των διανυσμάτων κύματος του προσπίπτοντος, των ανακλώμενων και των διαθλασμένων κυμάτων στη διεπιφάνεια είναι ίσες (Εικ. 1).

Ρύζι. 1. Σχέδιο ανάκλασης και διάθλασης ενός επίπεδου ηχητικού κύματος σε επίπεδο διεπαφής.

Από εδώ ακολουθήστε τους νόμους της ανάκλασης και της διάθλασης, i , ανακλώμενος k rκαι διαθλάται κ tκύματα και κανονικά NN"στη διεπαφή βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο (το επίπεδο πρόσπτωσης). 2) ο λόγος των ημιτόνων των γωνιών πρόσπτωσης ανάκλασης και διάθλασης προς τις ταχύτητες φάσης γ i, και τα αντίστοιχα κύματα είναι ίσα μεταξύ τους:
(οι δείκτες και δηλώνουν πολώσεις ανακλώμενων και διαθλασμένων κυμάτων). Στα ισότροπα μέσα, όπου οι κατευθύνσεις των διανυσμάτων κυμάτων συμπίπτουν με τις κατευθύνσεις των ηχητικών ακτίνων, οι νόμοι της ανάκλασης και της διάθλασης παίρνουν τη συνήθη μορφή του νόμου του Snell. Στα ανισότροπα μέσα, οι νόμοι της ανάκλασης καθορίζουν μόνο τις κατευθύνσεις των κανονικών κυμάτων. Το πώς θα διαδοθούν οι διαθλώμενες ή ανακλώμενες ακτίνες εξαρτάται από την κατεύθυνση των ακτινικών ταχυτήτων που αντιστοιχούν σε αυτές τις κανονικές.
Σε αρκετά μικρές γωνίες πρόσπτωσης, όλα τα ανακλώμενα και διαθλούμενα κύματα είναι επίπεδα κύματα που μεταφέρουν την ενέργεια της προσπίπτουσας ακτινοβολίας από τη διεπαφή. Ωστόσο, αν για κ.-λ. διαθλασμένο κύμα μεγαλύτερη ταχύτητα γ iπροσπίπτον κύμα, τότε για τις γωνίες πρόσπτωσης, μεγάλο m. n. κρίσιμος γωνία \u003d τόξο, η κανονική συνιστώσα του διανύσματος κύματος του αντίστοιχου διαθλασμένου κύματος γίνεται φανταστική, 2. Ωστόσο, η πρόσπτωση ενός κύματος στη διεπαφή σε γωνία μεγαλύτερη από την κρίσιμη μπορεί να μην οδηγήσει σε ολική ανάκλαση, καθώς η προσπίπτουσα Η ακτινοβολία μπορεί να διεισδύσει στο 2ο μέσο με τη μορφή κυμάτων διαφορετικής πόλωσης.
Κρίσιμος η γωνία υπάρχει και για τα ανακλώμενα κύματα, αν στο O. z. λαμβάνει χώρα μετατροπή τρόπου λειτουργίας και το κύμα που προκύπτει από τη μετατροπή είναι μεγαλύτερο από την ταχύτητα γ iπεριστατικό κύμα. Για γωνίες πρόσπτωσης, μικρότερες κρίσιμες. γωνία, μέρος της προσπίπτουσας ενέργειας απομακρύνεται από το όριο με τη μορφή ανακλώμενου κύματος με πόλωση· στο , ένα τέτοιο κύμα αποδεικνύεται ανομοιογενές, απόσβεση βαθιά στο μέσο 1 και δεν συμμετέχει στη μεταφορά ενέργεια από τη διεπαφή. Για παράδειγμα, κριτική γωνία = τόξο( ντο t /c L) εμφανίζεται όταν η ανάκλαση της εγκάρσιας ακουστικής. κυματιστά Ταπό το όριο ενός ισότροπου στερεού και μετατροπή σε διαμήκη κύμα L (με t και C L-εγκάρσιες και διαμήκεις ταχύτητες ηχητικών κυμάτων, αντίστοιχα).
Τα πλάτη των ανακλώμενων και διαθλούμενων κυμάτων, σύμφωνα με τις οριακές συνθήκες, εκφράζονται γραμμικά ως προς το πλάτος A iπροσπίπτον κύμα, όπως ακριβώς αυτές οι ποσότητες στην οπτική εκφράζονται ως προς το πλάτος του προσπίπτοντος ηλ.-μαγνήτη. χρήση κυμάτων Φόρμουλες Fresnel.Η ανάκλαση ενός επίπεδου κύματος χαρακτηρίζεται ποσοτικά από συντελεστές πλάτους. αντανακλάσεις, οι οποίες είναι οι λόγοι των πλατών των ανακλώμενων κυμάτων προς το πλάτος της πρόσπτωσης: \u003d Συντελεστής πλάτους. Οι αντανακλάσεις στη γενική περίπτωση είναι πολύπλοκες: οι ενότητες τους καθορίζουν τις σχέσεις abs. η τιμή των πλατών και οι φάσεις ορίζουν τις μετατοπίσεις φάσης των ανακλώμενων κυμάτων. Οι συντελεστές πλάτους προσδιορίζονται με παρόμοιο τρόπο. πέρασμα Η ανακατανομή της ενέργειας της προσπίπτουσας ακτινοβολίας μεταξύ των ανακλώμενων και διαθλούμενων κυμάτων χαρακτηρίζεται από τον συντελεστή. ανάκλασης και μετάδοσης σε ένταση, που είναι οι λόγοι των συνιστωσών της μέσης χρονικής πυκνότητας ροής ενέργειας κανονική προς τη διεπαφή στα ανακλώμενα (διαθλούμενα) και στα προσπίπτοντα κύματα:

όπου είναι οι εντάσεις του ήχου στα αντίστοιχα κύματα και είναι οι πυκνότητες των μέσων που έρχονται σε επαφή. Το ισοζύγιο ενέργειας που παρέχεται στη διεπαφή και απομακρύνεται από αυτήν μειώνεται στο ισοζύγιο των κανονικών συστατικών των ροών ενέργειας:

Συντ. Οι αντανακλάσεις εξαρτώνται και από την ακουστική .χαρακτήρας ang. η εξάρτηση καθορίζεται από την παρουσία κρίσιμων. γωνίες, καθώς και γωνίες μηδενικής ανάκλασης, όταν πέφτουν κάτω από τις οποίες δεν σχηματίζεται ανακλώμενο κύμα με πόλωση.

O. h. στο όριο δύο υγρών. Ναΐμπ. μια απλή εικόνα του O. h. εμφανίζεται στη διεπιφάνεια μεταξύ δύο ρευστών. Σε αυτή την περίπτωση, δεν υπάρχει μετατροπή κύματος και η ανάκλαση συμβαίνει σύμφωνα με τον νόμο του καθρέφτη και τον συντελεστή αντανάκλαση είναι

πού και ντο 1,2 - πυκνότητα και ταχύτητα ήχου σε παρακείμενα μέσα . και 2. Εάν η ταχύτητα του ήχου για το προσπίπτον κύμα είναι μεγαλύτερη από την ταχύτητα του ήχου για το διαθλασμένο ( Με 1 ντο 2), μετά το κρίσιμο λείπει η γωνία.

σε κανονική πρόσπτωση του κύματος στη διεπαφή μέχρι την τιμή R=- 1 σε συχνότητα βόσκησης Εάν ηχητική. r 2 με 2 περιβάλλοντα 2 πιο μεσαία αντίσταση 1 , τότε στη γωνία πρόσπτωσης

συντελεστής οι αντανακλάσεις εξαφανίζονται και το περιστατικό περνά εντελώς στο μέσο 2.
Πότε από 1<с 2 ,возникает критический угол =arcsin(ντο 1 /ντο 2). Στο<коэф. отражения - действительная величина; фазовый между падающейи отражённой волнами отсутствует. Величина коэф. отражения меняется отзначения R0με κανονική πτώση σε R= 1 σε γωνία πρόσπτωσης ίση με την κρίσιμη. Η μηδενική ανάκλαση μπορεί επίσης να λάβει χώρα σε αυτή την περίπτωση, εάν για την ακουστική σύνθετες αντιστάσεις μέσων, ισχύει η αντίστροφη ανισότητα η γωνία μηδενικής ανάκλασης εξακολουθεί να προσδιορίζεται από την έκφραση (6). Για τη γωνία πρόσπτωσης, μεγάλη κρίσιμη, υπάρχει πλήρης εξωτ. αντανάκλαση: και προσπίπτουσα ακτινοβολία βαθιά στο μέσο 2 δεν διεισδύει. Στο περιβάλλον 2, Ωστόσο, το πεδίο του ανακλώμενου κύματος σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της παρεμβολής δύο πεδίων: ενός κατοπτρικά ανακλώμενου κύματος και ενός κύματος, 1 από ένα ανομοιογενές κύμα που έχει προκύψει στο μέσο 2. Όταν αντανακλώνται μη επίπεδα (π.χ. σφαιρικά) κύματα, ένα τέτοιο κύμα που εκπέμπεται εκ νέου στην πραγματικότητα παρατηρείται σε ένα πείραμα με τη μορφή του λεγόμενου. πλευρικό κύμα (βλ κυματιστά,ενότητα Αντανάκλαση και ).

O. h. από το όριο του άκαμπτου σώματος. Η φύση της ανάκλασης γίνεται πιο περίπλοκη εάν ο ανακλαστήρας είναι ένα συμπαγές σώμα. Πότε Μεσε ένα υγρό υπάρχουν λιγότερες διαμήκεις ταχύτητες μεγάλοκαι εγκάρσια Με m ήχος σε στερεό σώμα, όταν αντανακλάται στο όριο ενός υγρού με ένα στερεό σώμα, προκύπτουν δύο κρίσιμα. γωνία: κατά μήκος = τόξο ( s/s L) και εγκάρσια = τόξο ( s/s t ). Ωστόσο, από πάντα με L > με t . Στις γωνίες πρόσπτωσης, ο συντελεστής η αντανάκλαση είναι έγκυρη (Εικ. 2). Η προσπίπτουσα ακτινοβολία διεισδύει σε ένα στερεό σώμα με τη μορφή τόσο διαμήκων όσο και εγκάρσιων διαθλασμένων κυμάτων. Με κανονική συχνότητα ήχου σε στερεό σώμα, μόνο η τιμή RΤο 0 καθορίζεται από τον λόγο της διαμήκους ακουστικής. σύνθετες αντιστάσεις υγρού και στερεού σώματος παρόμοιες με το f-le (5) (- πυκνότητα υγρού και στερεού σώματος).

Ρύζι. 2. Εξάρτηση του συντελεστή ανάκλασης ήχου | R | (συμπαγής γραμμή) και η φάση του (παύλα με διακεκομμένη γραμμή) στο όριο του υγρού και του στερεού από τη γωνία πρόσπτωσης .

Στον συντελεστή και μέρος της προσπίπτουσας ακτινοβολίας διεισδύει βαθιά στο στερεό σώμα με τη μορφή διαθλασμένου εγκάρσιου κύματος. Ως εκ τούτου, για<<величина лишь при поперечная волна не образуется и |R|= 1. Η συμμετοχή ενός ανομοιογενούς διαμήκους κύματος στο σχηματισμό ανακλώμενης ακτινοβολίας προκαλεί, όπως στο όριο δύο υγρών, μετατόπιση φάσης του ανακλώμενου κύματος. Όταν υπάρχει πλήρης εσωτερική. αντανάκλαση: 1. Σε ένα στερεό σώμα κοντά στο όριο, σχηματίζονται μόνο ανομοιογενή κύματα που πέφτουν εκθετικά στο βάθος του σώματος. Η μετατόπιση φάσης του ανακλώμενου κύματος για τις γωνίες σχετίζεται κυρίως με τη διέγερση στη διεπιφάνεια της διαρροής Κύματα Rayleigh.Ένα τέτοιο κύμα αναδύεται στα όρια ενός στερεού σώματος με ένα υγρό σε γωνίες πρόσπτωσης κοντά στη γωνία Rayleigh = arcsin ( s/s R),όπου C R-Ταχύτητα κύματος Rayleigh στην επιφάνεια ενός στερεού. Διαδίδοντας κατά μήκος της διεπαφής, το κύμα διαρροής επανεκπέμπεται πλήρως στο .
Αν ένα ΜεΜε t . κορυφαίο πλήρες εσωτερικό δεν υπάρχει ανάκλαση στα όρια ενός υγρού με ένα στερεό: η προσπίπτουσα ακτινοβολία διεισδύει σε οποιαδήποτε γωνία πρόσπτωσης, τουλάχιστον με τη μορφή εγκάρσιου κύματος. Η ολική ανάκλαση συμβαίνει όταν ένα ηχητικό κύμα πέφτει κάτω από το κρίσιμο. γωνία ή συχνότητα βόσκησης. Για συντελεστή c>c L. πραγματική αντανάκλαση, O. z., που διαδίδεται σε στερεό σώμα. Όταν ο ήχος διαδίδεται σε ένα ισότροπο στερεό, μέγ. Ένας απλός χαρακτήρας είναι η ανάκλαση των κυμάτων διάτμησης, η διεύθυνση των ταλαντώσεων στην οποία είναι παράλληλη με το επίπεδο διεπαφής. Δεν υπάρχει μετατροπή τρόπου λειτουργίας κατά την ανάκλαση ή τη διάθλαση τέτοιων κυμάτων. Όταν πέφτει σε ένα ελεύθερο όριο ή ένα όριο με ένα υγρό, ένα τέτοιο κύμα ανακλάται πλήρως ( R= 1) σύμφωνα με το νόμο της ανάκλασης του καθρέφτη. Στη διεπιφάνεια μεταξύ δύο ισότροπων στερεών, μαζί με ένα κατοπτρικά ανακλώμενο κύμα σε ένα μέσο 2 σχηματίζεται ένα διαθλασμένο κύμα με πόλωση Όταν ένα εγκάρσιο κύμα, πολωμένο στο επίπεδο πρόσπτωσης, πέφτει στην ελεύθερη επιφάνεια ενός σώματος, τόσο ένα ανακλώμενο κύμα της ίδιας πόλωσης όσο και ένα διαμήκη κύμα προκύπτουν στο όριο. , μικρότερη από την κρίσιμη γωνία = = arcsin ( cT/cL),συντελεστής αντανακλάσεις RΤ και R L-καθαρά πραγματικό: τα ανακλώμενα κύματα αφήνουν το όριο ακριβώς σε φάση (ή εκτός φάσης) με το προσπίπτον κύμα. Στο όριο, μόνο το κατοπτρικά ανακλώμενο εγκάρσιο κύμα φεύγει. ένα ανομοιογενές διαμήκη κύμα σχηματίζεται κοντά στην ελεύθερη επιφάνεια.
Συντ. η ανάκλαση γίνεται πολύπλοκη, Αν το όριο ενός στερεού σώματος είναι σε επαφή με ένα υγρό, τότε όταν ανακλώνται τα κύματα (διαμήκη ή εγκάρσια, 2. Βρίσκεται επίσης στο επίπεδο πρόσπτωσης.

Ο . η. στη διεπαφή μεταξύ ανισότροπων μέσων. O. h. στην κρυσταλλική διεπαφή. το περιβάλλον είναι πολύπλοκο. και τα ανακλώμενα και διαθλούμενα κύματα σε αυτή την περίπτωση είναι συναρτήσεις των γωνιών ανάκλασης και διάθλασης (βλ. κρυσταλλική ακουστική);Επομένως, ακόμη και ο ορισμός των γωνιών και για μια δεδομένη γωνία πρόσπτωσης αντιμετωπίζει σοβαρά προβλήματα. δυσκολίες. Εάν είναι γνωστές οι τομές των επιφανειών των διανυσμάτων κύματος κατά το επίπεδο πρόσπτωσης, τότε χρησιμοποιείται το γραφικό. μέθοδος προσδιορισμού γωνιών και άκρων διανυσμάτων κυμάτων k rκαι κ tξαπλώστε στην κάθετη NN",που σύρεται στη διεπαφή μέσω του άκρου του διανύσματος κύματος k Εγώπροσπίπτον κύμα, στα σημεία που τέμνει αυτή η κάθετο δεκ. επιφάνειες κοιλότητας κυματοδιανυσμάτων (Εικ. 3). Ο αριθμός των ανακλώμενων (ή διαθλασμένων) κυμάτων που διαδίδονται πραγματικά από τη διεπιφάνεια στο βάθος του αντίστοιχου μέσου καθορίζεται από το πόσες κοιλότητες τέμνει η κάθετη NN". Αν η διασταύρωση με κ.-λ. απουσιάζει εντελώς, αυτό σημαίνει ότι το κύμα της αντίστοιχης πόλωσης αποδεικνύεται ανομοιογενές και δεν μεταφέρει ενέργεια από το όριο. Κάθετος NN"μπορεί να διασχίσει την ίδια κοιλότητα σε πολλές. σημεία (πόντους ένα 1 και Α2στο σχ. 3). Από τις πιθανές θέσεις του διανύσματος κύματος κ r (ή k t) τα πραγματικά παρατηρούμενα κύματα αντιστοιχούν μόνο σε εκείνα για τα οποία το διάνυσμα ακτινικής ταχύτητας,

Ρύζι. 3. Γραφική μέθοδος για τον προσδιορισμό της γωνιακής ανάκλασης και διάθλασης στη διεπιφάνεια των κρυσταλλικών μέσων 1 και 2.L, FTκαι ST- επιφάνειες διανυσμάτων κυμάτων για σχεδόν διαμήκη, Κατά κανόνα, τα ανακλώμενα (διαθλούμενα) κύματα ανήκουν στην αποσυμπ. ακουστικά κλαδιά. διακυμάνσεις. Ωστόσο, στα κρύσταλλα, έτσι σημαίνει. ανισοτροπία, όταν η επιφάνεια των διανυσμάτων κύματος έχει κοίλες τομές (Εικ. 4), η ανάκλαση είναι δυνατή με το σχηματισμό δύο ανακλώμενων ή διαθλασμένων κυμάτων που ανήκουν στον ίδιο κλάδο ταλάντωσης.
Πειραματικά παρατηρούνται πεπερασμένες δέσμες ηχητικών κυμάτων, οι κατευθύνσεις διάδοσης των οποίων καθορίζονται από τις ακτινικές ταχύτητες. NN" στη διεπαφή. Ειδικότερα, η ανακλώμενη μπορεί να βρίσκεται στο επίπεδο πρόσπτωσης στην ίδια πλευρά της κανονικής Ν,που είναι η προσπίπτουσα δέσμη. Η περιοριστική περίπτωση αυτής της πιθανότητας είναι η υπέρθεση της ανακλώμενης δέσμης στην προσπίπτουσα δέσμη με λοξή πρόσπτωση της τελευταίας.

Ρύζι. 4. Αντανάκλαση ενός ακουστικού κύματος που προσπίπτει στην ελεύθερη επιφάνεια ενός κρυστάλλου με το σχηματισμό δύο ανακλώμενων κυμάτων ίδιας πόλωσης: ένα- Προσδιορισμός διανυσμάτων κυμάτων ανακλώμενων κυμάτων (με σολείναι διανύσματα ακτινικής ταχύτητας). σι- σχήμα ανάκλασης ηχητικών δεσμών πεπερασμένης τομής.

Επίδραση της εξασθένησης στον χαρακτήρα του Ο. h..συντελεστής Οι αντανακλάσεις και οι μεταδόσεις δεν εξαρτώνται από τη συχνότητα του ήχου εάν η εξασθένηση του ήχου και στα δύο οριακά μέσα είναι αμελητέα. Η αισθητή εξασθένηση οδηγεί όχι μόνο στην εξάρτηση από τη συχνότητα του συντελεστή. αντανακλάσεις R,αλλά και παραμορφώνει την εξάρτησή του από τη γωνία πρόσπτωσης, ιδιαίτερα κοντά στην κρίσιμη. γωνίες (εικ.5, ένα). Όταν αντανακλώνται από τη διεπαφή μεταξύ υγρού και στερεού, τα φαινόμενα απόσβεσης αλλάζουν σημαντικά τη γωνιακή εξάρτηση Rσε γωνίες πρόσπτωσης κοντά στη γωνία Rayleigh (Εικ. 5 Β).Στη διεπαφή μεταξύ μέσων με αμελητέα απόσβεση σε τέτοιες γωνίες πρόσπτωσης, | R|= 1 (καμπύλη 1 στο σχ. 5, σι).Η παρουσία εξασθένησης οδηγεί σε κάποιον που | | R| γίνεται μικρότερο από 1 και σχεδόν σχηματίζεται ένα ελάχιστο | | R|(καμπύλες 2 - 4). Καθώς αυξάνεται η συχνότητα και η αντίστοιχη αύξηση του συντελεστή. εξασθένηση, το βάθος του ελάχιστου αυξάνεται, f 0 , naz. μηδενική συχνότητα ανάκλασης, ελάχ. αξία | R| δεν εξαφανίζεται (καμπύλη 3, εικ.5, σι). Μια περαιτέρω αύξηση της συχνότητας οδηγεί σε διεύρυνση της ελάχιστης (καμπύλη 4 ) επιρροή των επιδράσεων εξασθένησης στο O. h. για σχεδόν οποιαδήποτε γωνία πρόσπτωσης (καμπύλη 5). Μια μείωση στο πλάτος του ανακλώμενου κύματος σε σύγκριση με το πλάτος του προσπίπτοντος κύματος δεν σημαίνει ότι η προσπίπτουσα ακτινοβολία διεισδύει στο στερεό σώμα. Συνδέεται με την απορρόφηση του διαρροού κύματος Rayleigh, το οποίο διεγείρεται από την προσπίπτουσα ακτινοβολία και συμμετέχει στο σχηματισμό του ανακλώμενου κύματος. Όταν η συχνότητα του ήχου φάίση με τη συχνότητα φά 0 , όλη η ενέργεια του προσπίπτοντος κύματος διαχέεται στη διεπαφή.

Ρύζι. 5. Γωνιακή εξάρτηση | R| στα όρια νερού - χάλυβα, λαμβάνοντας υπόψη την εξασθένηση: ένα- η γενική φύση της γωνιακής εξάρτησης | R|; συμπαγής γραμμή - χωρίς να λαμβάνονται υπόψη οι απώλειες, διακεκομμένη γραμμή - το ίδιο με την εξασθένηση. σι- γωνιακή εξάρτηση | Rκοντά στη γωνία Rayleigh σε διαφορετικές τιμές απορρόφησης εγκάρσιων κυμάτων σε χάλυβα σε μήκος κύματος. Καμπύλες 1 - 5 αντιστοιχεί σε αύξηση αυτής της παραμέτρου από μια τιμή 3 x 10 -4 (καμπύλη 1 ) στην τιμή = 1 (καμπύλη 5) λόγω της αντίστοιχης αύξησης της συχνότητας της προσπίπτουσας υπερηχητικής ακτινοβολίας.

O. h. από στρώσεις και πλάκες.Ο. η. από το στρώμα ή την πλάκα είναι συντονισμένη. Τα ανακλώμενα και μεταδιδόμενα κύματα σχηματίζονται ως αποτέλεσμα πολλαπλών ανακλάσεων των κυμάτων στα όρια του στρώματος. Στην περίπτωση ενός υγρού στρώματος, το προσπίπτον κύμα διαπερνά το στρώμα υπό γωνία διάθλασης που καθορίζεται από το νόμο του Snell. Λόγω των αναστοχασμών, τα διαμήκη κύματα προκύπτουν στο ίδιο το στρώμα, που διαδίδονται προς τις εμπρός και αντίστροφες κατευθύνσεις υπό γωνία προς την κανονική που έλκεται από τα όρια του στρώματος (Εικ. 6, ένα). Η γωνία είναι η γωνία διάθλασης που αντιστοιχεί στη γωνία πρόσπτωσης στο όριο του στρώματος. Αν η ταχύτητα του ήχου στο στρώμα Με 2 ακόμη ταχύτητα ήχου Με 1 στο περιβάλλον υγρό, τότε το σύστημα των ανακλώμενων κυμάτων προκύπτει μόνο όταν η γωνία του συνολικού int. αντανακλάσεις \u003d τόξο (c 1 / c 2). Ωστόσο, για αρκετά λεπτά στρώματα, το μεταδιδόμενο κύμα σχηματίζεται επίσης σε γωνίες πρόσπτωσης μεγαλύτερες από την κρίσιμη. Στην περίπτωση αυτή, ο συντελεστής η αντανάκλαση από το στρώμα αποδεικνύεται ότι είναι κοιλιακοί. λιγότερο από 1. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι στο στρώμα κοντά στο όριο στο οποίο προσπίπτει το κύμα από το εξωτερικό, προκύπτει ένα ανομοιογενές κύμα που πέφτει εκθετικά στο βάθος του στρώματος. Εάν το πάχος του στρώματος ρεείναι μικρότερο ή συγκρίσιμο με το βάθος διείσδυσης ενός ανομοιογενούς κύματος, τότε το τελευταίο διαταράσσει το αντίθετο όριο του στρώματος, ως αποτέλεσμα του οποίου το μεταδιδόμενο κύμα ακτινοβολείται από αυτό στο περιβάλλον υγρό. Αυτό το φαινόμενο της διαρροής κυμάτων είναι ανάλογο με τη διαρροή σωματιδίων στην κβαντομηχανική.
Συντ. αντανακλάσεις στρώματος

όπου είναι η κανονική συνιστώσα του διανύσματος κύματος στο στρώμα, ο άξονας z-κάθετα στα όρια του στρώματος, R 1 και R 2 - πιθανότητες. O. h. είναι περιοδικό λειτουργία συχνότητας ήχου φάκαι πάχος στρώσης ρε.Όταν υπάρχει διείσδυση του κύματος μέσω του στρώματος, | R |με αύξηση φάή ρετείνει μονοτονικά στο 1.

Ρύζι. 6. Αντανάκλαση ηχητικού κύματος από υγρό στρώμα: ένα -Σχέδιο προβληματισμού? 1 - περιβάλλον υγρό? 2- στρώμα; b - εξάρτηση του συντελεστή ανάκλασης | R|η γωνία της πτώσης.

Ως f της τιμής της γωνίας πρόσπτωσης | R |έχει ένα σύστημα μεγίστων και ελαχίστων (Εικ. 6, σι).Αν υπάρχει το ίδιο υγρό και στις δύο πλευρές της στρώσης, τότε στα ελάχιστα σημεία R= 0. Μηδενική ανάκλαση συμβαίνει όταν η προώθηση φάσης κατά μήκος του πάχους του στρώματος είναι ίση με έναν ακέραιο αριθμό μισών κύκλων

και τα κύματα που αναδύονται στο ανώτερο μέσο μετά από δύο διαδοχικές ανακλάσεις θα είναι σε αντιφάση και θα αλληλοεξουδετερώνονται. Αντίθετα, όλα τα ανακλώμενα κύματα εξέρχονται στο κατώτερο μέσο με την ίδια φάση και το πλάτος του εκπεμπόμενου κύματος αποδεικνύεται μέγιστο. Η μετάδοση πραγματοποιείται όταν ένας ακέραιος αριθμός μισών κυμάτων ταιριάζει στο πάχος του στρώματος: d=όπου . =1,2,3,..., - το μήκος του ηχητικού κύματος στο υλικό του στρώματος. Επομένως, ονομάζονται τα στρώματα για τα οποία ικανοποιείται η συνθήκη (8). μισό κύμα Η σχέση (8) συμπίπτει με την προϋπόθεση για την ύπαρξη κανονικού κύματος σε ένα ελεύθερο υγρό στρώμα. Εξαιτίας αυτού, η πλήρης μετάδοση μέσω των στρωμάτων λαμβάνει χώρα όταν η προσπίπτουσα ακτινοβολία διεγείρει ένα ή άλλο κανονικό κύμα στο στρώμα. Λόγω της επαφής του στρώματος με το περιβάλλον υγρό, το κανονικό κύμα παρουσιάζει διαρροή: κατά τη διάδοσή του, εκπέμπει πλήρως την ενέργεια της προσπίπτουσας ακτινοβολίας στο κατώτερο μέσο.
Όταν τα υγρά στις απέναντι πλευρές του στρώματος είναι διαφορετικά, η παρουσία ενός στρώματος μισού κύματος δεν έχει καμία επίδραση στο προσπίπτον κύμα: η ανάκλαση από το στρώμα είναι ίση με τον συντελεστή. αντανακλάσεις από τα όρια αυτών των υγρών όταν είναι απευθείας. Επικοινωνία. Εκτός από τα στρώματα μισού κύματος στην ακουστική, καθώς και στην οπτική, τα λεγόμενα. στρώματα τετάρτου κύματος, το πάχος των οποίων ικανοποιεί την προϋπόθεση ( n= 1,2, ...) Επιλογή κατάλληλης ακουστικής. αντίσταση στρώματος, μπορείτε να λάβετε μηδενική ανάκλαση από το στρώμα κύματος με μια δεδομένη συχνότητα φάσε μια ορισμένη γωνία πρόσπτωσης στο στρώμα. Τέτοια στρώματα χρησιμοποιούνται ως αντιανακλαστικά ακουστικά στρώματα.
Για την ανάκλαση ενός ηχητικού κύματος από μια άπειρη στερεά πλάκα βυθισμένη σε ένα υγρό, η φύση της ανάκλασης που περιγράφηκε παραπάνω για το υγρό στρώμα θα διατηρηθεί σε γενικούς όρους. Κατά τη διάρκεια των αναστοχασμών στην πλάκα, εκτός από τις διαμήκεις, θα διεγείρονται και διατμητικά κύματα. Οι γωνίες και , κάτω από τις οποίες διαδίδονται τα διαμήκη και εγκάρσια κύματα στην πλάκα, αντίστοιχα, σχετίζονται με τη γωνία πρόσπτωσης σύμφωνα με το νόμο του Snell. Γωνία και εξάρτηση από τη συχνότητα| R| θα αντιπροσωπεύει, όπως στην περίπτωση της ανάκλασης από το υγρό στρώμα, ένα σύστημα εναλλασσόμενων μεγίστων και ελάχιστων. Η πλήρης μετάδοση μέσω της πλάκας λαμβάνει χώρα όταν η προσπίπτουσα ακτινοβολία διεγείρει ένα από τα κανονικά κύματα στο εσωτερικό της, τα οποία είναι τα ακόλουθα Κύματα αρνιού.Ηχηρός χαρακτήρας του Ο. ζ. από το στρώμα ή την πλάκα διαγράφεται καθώς η ακουστική διαφορά μεταξύ τους μειώνεται. ιδιότητες από τις ιδιότητες του περιβάλλοντος. Ακουστική αύξηση. και | R(fd)|.

Ανάκλαση μη επίπεδων κυμάτων. Στην πραγματικότητα, υπάρχουν μόνο μη επίπεδα κύματα. η ανάκλασή τους μπορεί να μειωθεί στην ανάκλαση ενός συνόλου επίπεδων κυμάτων. Μονόχρωμος ένα κύμα με αυθαίρετο μέτωπο κύματος μπορεί να αναπαρασταθεί ως ένα σύνολο επίπεδων κυμάτων με την ίδια κυκλική συχνότητα, αλλά με διαφ. κατευθύνσεις του διανύσματος κύματος k. Κύριος χαρακτηριστικό της προσπίπτουσας ακτινοβολίας είναι το χωρικό της - ένα σύνολο πλατών ΕΝΑ(ια) επίπεδα κύματα που μαζί σχηματίζουν ένα προσπίπτον κύμα. Abs. η τιμή του k καθορίζεται από τη συχνότητα, άρα δεν είναι ανεξάρτητη. Όταν αντανακλάται από ένα αεροπλάνο z= 0 κανονικό συστατικό kzδίνεται από εφαπτομενικές συνιστώσες k x , k y: k z=Το καθένα, το οποίο αποτελεί μέρος της προσπίπτουσας ακτινοβολίας, πέφτει στη διεπιφάνεια υπό τη δική του γωνία και ανακλάται ανεξάρτητα από άλλα κύματα. Πεδίο F( r) του ανακλώμενου κύματος προκύπτει ως υπέρθεση όλων των ανακλώμενων επίπεδων κυμάτων και εκφράζεται ως προς το χωρικό φάσμα της προσπίπτουσας ακτινοβολίας A(k x, k y) συντ. αντανακλάσεις R(k x, k y):

Η ολοκλήρωση επεκτείνεται στην περιοχή των αυθαίρετα μεγάλων τιμών kxκαι κ υ .Εάν το χωρικό φάσμα της προσπίπτουσας ακτινοβολίας περιέχει (όπως στην ανάκλαση ενός σφαιρικού κύματος) συστατικά με kx(ή κ υ), μεγάλο , τότε στο σχηματισμό του ανακλώμενου κύματος, εκτός από τα κύματα με πραγματικό kzπαίρνουν μέρος και ανομοιόμορφα κύματα, για τα οποία κ,-καθαρή αξία. Αυτή η προσέγγιση, που προτάθηκε το 1919 από τον H. Weyl και αναπτύχθηκε περαιτέρω στις αναπαραστάσεις της οπτικής Fourier, είναι συνεπής. περιγραφή της ανάκλασης ενός αυθαίρετου κύματος από μια επίπεδη διεπαφή.
Όταν εξετάζουμε το O. z. είναι επίσης δυνατή μια προσέγγιση ακτίνων, η οποία βασίζεται στις αρχές γεωμετρική ακουστική.Η προσπίπτουσα ακτινοβολία θεωρείται ως ένα σύνολο ακτίνων που αλληλεπιδρούν με τη διεπαφή. Αυτό λαμβάνει υπόψη ότι οι προσπίπτουσες ακτίνες όχι μόνο αντανακλώνται και διαθλώνται με τον συνήθη τρόπο, υπακούοντας στους νόμους του Snell, αλλά και ότι μέρος των ακτίνων που προσπίπτει στη διεπαφή υπό ορισμένες γωνίες διεγείρει. n. πλευρικά κύματα, καθώς και διαρροή (Rayleigh και άλλοι) ή διαρροή κυματοδηγού (Κύματα Lamb, κ.λπ.). Διαδίδοντας κατά μήκος της διεπαφής, τέτοια κύματα εκπέμπονται ξανά στο μέσο και συμμετέχουν στο σχηματισμό του ανακλώμενου κύματος. Για την εξάσκηση του η αντανάκλαση είναι σφαιρική. τα κύματα συγκρούστηκαν ακουστικά. δέσμες πεπερασμένης διατομής και εστιασμένες δέσμες ήχου.

Αντανάκλαση σφαιρικών κυμάτων. Το σχέδιο ανάκλασης είναι σφαιρικό. κύμα που δημιουργείται στο υγρό I από μια σημειακή πηγή O,εξαρτάται από την αναλογία μεταξύ των ταχυτήτων του ήχου Με 1 και από 2 έωςεπαφή με τα υγρά I και II (Εικ. 7). Αν c t > c 2 , τότε το κρίσιμο η γωνία απουσιάζει και η ανάκλαση συμβαίνει σύμφωνα με τους νόμους του γεωμ. ακουστική. Στο περιβάλλον I υπάρχει ένα ανακλώμενο σφαιρικό. O". σχηματίζοντας μια φανταστική εικόνα της πηγής, και το ανακλώμενο κύμα είναι ένα μέρος μιας σφαίρας με κέντρο σε ένα σημείο Ο».

Ρύζι. 7. Αντανάκλαση ενός σφαιρικού κύματος στη διεπιφάνεια μεταξύ δύο υγρών: Οκαι Ο" -πραγματικές φανταστικές πηγές. 1 - το μπροστινό μέρος του ανακλώμενου σφαιρικού κύματος. 2 - το μπροστινό μέρος του διαθλασμένου κύματος. 3 - πλαϊνό κύμα μπροστά.

Πότε c 2 lκαι υπάρχει μια κρίσιμη γωνία στο μέσο I εκτός από το ανακλώμενο σφαιρικό. κύματα, προκύπτει ένα άλλο συστατικό της ανακλώμενης ακτινοβολίας. Ακτίνες προσπίπτουν στη διεπαφή κάτω από το κρίσιμο. γωνία διεγείρει ένα δεύτερο κύμα στο μέσο, ​​το οποίο διαδίδεται με ταχύτητα Με 2 κατά μήκος της διεπαφής και εκπέμπεται εκ νέου στο μέσο Ι, σχηματίζοντας το λεγόμενο. Ω μαζί ΟΑκαι μετά μεταφέρθηκε ξανά στην Τετάρτη Ι σε αποσυμπίεση. σημεία της διεπαφής από το σημείο . dotochki ΑΠΟ,στο οποίο αυτή τη στιγμή βρίσκεται το μέτωπο του διαθλασμένου κύματος. ΒΑ κλίση προς το όριο υπό γωνία και εκτεινόμενη ως το σημείο ΣΤΟ,όπου συγχωνεύεται με το μπροστινό μέρος του σφαιρικού που ανακλάται από τον καθρέφτη. κυματιστά. Στο διάστημα, το πλευρικό μέτωπο κύματος είναι η επιφάνεια ενός κόλουρου κώνου που προκύπτει κατά την περιστροφή του τμήματος ΝΔγύρω ευθεία ΟΟ».Όταν ανακλάται σφαιρικό. Τα κύματα ενός υγρού από την επιφάνεια ενός στερεού σώματος είναι παρόμοια με τα κωνικά. το κύμα σχηματίζεται λόγω της διέγερσης ενός διαρρέοντος κύματος Rayleigh στη διεπιφάνεια. Αντανάκλαση σφαιρική. κύματα - ένα από τα κύρια πειράματα. μεθόδους γεωακουστικής, σεισμολογίας, υδροακουστικής και ωκεάνιας ακουστικής.

Ανάκλαση ακουστικών δοκών πεπερασμένης διατομής. Αντανάκλαση ευθυγραμμισμένων ηχητικών δεσμών, μέτωπο κύματος προς-ρυκ στο κύριο μέρος. μέρος της δέσμης είναι κοντά στο επίπεδο, εμφανίζεται για τις περισσότερες γωνίες πρόσπτωσης σαν να ανακλάται ένα επίπεδο κύμα. Όταν η δέσμη ανακλάται ή η γωνία Rayleigh, μαζί με την κατοπτρική ανάκλαση, εμφανίζεται το eff. πλευρικό ή διαρρέον κύμα Roley. Το πεδίο της ανακλώμενης δέσμης σε αυτή την περίπτωση είναι μια υπέρθεση της κατοπτρικά ανακλώμενης δέσμης και των επαναακτινοβολούμενων κυμάτων. Ανάλογα με το πλάτος της δέσμης και τις ελαστικές και ιξώδεις ιδιότητες των παρακείμενων μέσων, εμφανίζεται είτε μια πλευρική (παράλληλη) μετατόπιση δέσμης στο επίπεδο διεπαφής (η λεγόμενη μετατόπιση Schoch) (Εικ. 8) είτε μια σημαντική διεύρυνση της δέσμης και η εμφάνιση ενός λεπτού

Ρύζι. 8. Πλευρική μετατόπιση της δέσμης κατά την ανάκλαση: 1 - προσπίπτουσα δέσμη? 2 - κατοπτρικά ανακλώμενη δέσμη. 3- πραγματικά ανακλώμενη δέσμη.

δομές. Όταν η δέσμη προσπίπτει στη γωνία Rayleigh, η φύση της παραμόρφωσης καθορίζεται από την αναλογία μεταξύ του πλάτους της δέσμης . ραδιάτες. απόσβεση του διαρρέοντος κύματος Rayleigh

πού είναι το μήκος του ηχητικού κύματος στο υγρό, ΑΛΛΑ -ένας αριθμητικός παράγοντας κοντά στο ένα. Αν το πλάτος της δέσμης είναι πολύ μεγαλύτερο από το μήκος των ακτίνων. Στην περίπτωση μιας στενής δέσμης, λόγω της εκ νέου εκπομπής του κύματος της επιφάνειας που διαρρέει, η δέσμη διευρύνεται σημαντικά και παύει να είναι συμμετρική (Εικ. 9). Μέσα στην περιοχή που καταλαμβάνεται από την κατοπτρικά ανακλώμενη δέσμη, ως αποτέλεσμα παρεμβολής, εμφανίζεται ένα ελάχιστο πλάτος μηδενικού και η δέσμη χωρίζεται σε δύο μέρη. Μη κατοπτρική αντανάκλαση των κολίμων.

Ρύζι. 9. Ανάκλαση ηχητικής δέσμης με πεπερασμένη διατομή, που προσπίπτει από ένα υγρό W στην επιφάνεια ενός στερεού σώματος Τ υπό γωνία Rayleigh: 1 - προσπίπτουσα δέσμη? 2 - ανακλώμενη δέσμη? ένα -περιοχή μηδενικού πλάτους. σι- περιοχή της ουράς της δοκού.

Στην τελευταία περίπτωση, ο μη κατοπτρικός χαρακτήρας της ανάκλασης οφείλεται στη διέγερση τρόπων διαρροής κυματοδηγού στο στρώμα ή την πλάκα. Σημαντικό ρόλο παίζουν τα πλευρικά και διαρρέοντα κύματα στην ανάκλαση εστιασμένων υπερηχητικών ακτίνων. Συγκεκριμένα, αυτά τα κύματα χρησιμοποιούνται σε μικροσκοπική ακουστικήγια το σχηματισμό ακουστικής. εικόνες και ποσότητες αποθήκευσης, Λιτ.: 1) Brekhovskikh L. M., Waves in layered media, 2nd ed., M., 1973; 2) Landau L. D., Lifshits E. M., Hydrodynamics, 4th ed., Μ., 1988; 3) Brekhovskikh L. M., Godin O. A., Acoustics of layered media, V. M. Levin.

Φυσική εγκυκλοπαίδεια. Σε 5 τόμους. - Μ.: Σοβιετική Εγκυκλοπαίδεια. Αρχισυντάκτης A. M. Prokhorov. 1988 .

Σύμφωνα με την UMC και άλλους..

Κεφάλαιο 2: Ηχητικά φαινόμενα

Θέμα:

Τύπος μαθήματος: σε συνδυασμό

Ο σκοπός του μαθήματος: η μελέτη των χαρακτηριστικών του ήχου και του φαινομένου της ανάκλασης του ήχου

Σκοπός του μαθήματος (μαθητές): απόκτηση γνώσεων για τα χαρακτηριστικά του ήχου και την ανάκλαση του ήχου

Στόχοι μαθήματος: - Να σχηματίσουν γνώσεις σχετικά με τα φυσικά (πλάτος, συχνότητα) και φυσιολογικά (ύψος, ένταση, χροιά) χαρακτηριστικά του ήχου.

Αναπτύξτε προσωπικές, ρυθμιστικές, επικοινωνιακές δραστηριότητες καθολικής μάθησης.

Καλλιεργήστε γνωστικό ενδιαφέρον, περιέργεια, θετικά κίνητρα για μάθηση.

Χάρτης ασφαλείας μαθήματος

Προγραμματισμένα αποτελέσματα μεταθέματος:

Παρουσίαση πληροφοριών σε προφορική και γραφική μορφή.

Δώστε παραδείγματα διαφορετικών ήχων. Καθορίστε την πηγή του ήχου σε κάθε περίπτωση.

Πώς σχηματίζεται ένα ηχητικό κύμα;

Τι γνωρίζετε για την ταχύτητα των ηχητικών κυμάτων σε διαφορετικά μέσα;

Γιατί η ταχύτητα του ήχου είναι μεγαλύτερη στο νερό παρά στον αέρα;

Γνωστική δραστηριότητα: συστηματοποίηση και γενίκευση της γνώσης για τα ηχητικά φαινόμενα, τις πηγές ήχου, τη διάδοση και την ταχύτητα του ήχου

Ρυθμιστική δραστηριότητα: έλεγχος του εαυτού του και των συμμαθητών του στη διαδικασία αναπαραγωγής και διόρθωσης βασικών γνώσεων

3. Επικαιροποίηση γνώσεων

Δάσκαλος. Ο άνθρωπος ζει στον κόσμο των ήχων. Ακούμε τις φωνές των ανθρώπων, το τραγούδι των πουλιών, τους ήχους μουσικών οργάνων, τον θόρυβο του δάσους, τον ήχο των μηχανών εργασίας. Τι κοινό έχουν αυτοί οι ήχοι και σε τι διαφέρουν;

Μαθητης σχολειου.Το κοινό είναι ότι όλοι οι ήχοι εκπέμπονται από ταλαντευόμενα σώματα (ανθρώπινες φωνητικές χορδές, πουλιά, χορδές μουσικών οργάνων, κλαδιά δέντρων κ.λπ.), και αυτοί οι ήχοι μπορεί να διαφέρουν, για παράδειγμα, ως προς την ένταση τους.

Δάσκαλος.Τι πιστεύετε ότι καθορίζει την ένταση του ήχου; Πώς ορίζεται; Θα θέλατε να μάθετε την απάντηση σε αυτή την ερώτηση; Πολύ καλά. Θα απαντήσουμε στο ερώτημα που μας ενδιαφέρει εξετάζοντας τα χαρακτηριστικά του ήχου. Γράψτε το θέμα του μαθήματος «Ηχηρότητα και τόνος. Ηχητική αντανάκλαση. Σήμερα θα εξοικειωθούμε με τα φυσικά και φυσιολογικά χαρακτηριστικά του ήχου, θα μάθουμε να διακρίνουμε τους χαμηλούς ήχους από τους υψηλούς, τους δυνατούς από τον ήσυχο, θα μάθουμε τι είναι η χροιά και θα μελετήσουμε επίσης τον νόμο της ανάκλασης των ηχητικών κυμάτων.

Στάδιο 4. Εκμάθηση νέου εκπαιδευτικού υλικού

4.1. Δημιουργία και επίλυση μιας προβληματικής κατάστασης με πείραμα. Πραγματοποίηση της υποκειμενικής εμπειρίας

Δάσκαλος.Ας μάθουμε τι καθορίζει την ένταση του ήχου; Ας κάνουμε το παρακάτω πείραμα.

Επίδειξη. Χτυπήστε το στέλεχος του πιρουνιού συντονισμού με ένα σφυρί. Ας φέρουμε μια χάντρα σε μια κλωστή σε ένα ηχητικό πιρούνι συντονισμού. Τι βλέπουμε και γιατί;

Μαθητης σχολειου. Η χάντρα αναπηδά από τη διχάλα συντονισμού επειδή η διχάλα συντονισμού παράγει έναν ήχο, επομένως το στέλεχος του ρυθμιστή δονείται.

Δάσκαλος. Πιστεύετε ότι η απόσταση της χάντρας από το κουρδιστήρι θα αλλάξει αν χτυπήσω πιο δυνατά;

Μαθητης σχολειου. Νομίζω ότι όσο πιο δυνατά χτυπάμε το κουρδιστήρι, τόσο περισσότερο (περισσότερο) θα αποκλίνει η χάντρα.

Δάσκαλος.Ας ελέγξουμε την υπόθεσή μας. (Επίδειξη) Ποια είναι η διαφορά μεταξύ των ήχων που παράγονται από τα πιρούνια συντονισμού;

Μαθητης σχολειου.Τα πιρούνια συντονισμού παράγουν διαφορετικούς ήχους. Όσο πιο δυνατά χτυπάμε το πιρούνι συντονισμού, τόσο μεγαλύτερο θα δονείται το πλάτος του ποδιού του συντονιστή, επομένως ο ήχος θα είναι πιο δυνατός.

Δάσκαλος. Η εξάρτηση της έντασης του ήχου από το πλάτος των ταλαντώσεων μπορεί να αποδειχθεί με σαφήνεια χρησιμοποιώντας μια διχάλα συντονισμού με στυλό (σύμφωνα με το Σχ. 137)

Γραφικά, αυτή η εξάρτηση μπορεί να αναπαρασταθεί ως εξής:

Δάσκαλος.Η ένταση του ήχου είναι το πρώτο φυσιολογικό χαρακτηριστικό του ήχου, το οποίο καθορίζεται από το πλάτος των δονήσεων της ηχητικής πηγής. Ας περάσουμε στο μέρος 2 του πειράματός μας. Υπάρχουν δύο πιρούνια συντονισμού στο τραπέζι επίδειξης. Ποια είναι η εξωτερική τους διαφορά;

Μαθητης σχολειου: Είναι διαφορετικά μεγέθη, έχουν διαφορετικά βάρη.

Δάσκαλος.Επίδειξη. Προτείνω να δείξω τον ήχο αυτών των πιρουνιών συντονισμού και να σχολιάσω το αποτέλεσμα.

Μαθητης σχολειου.Αυτά τα πιρούνια συντονισμού παράγουν διαφορετικούς ήχους. Το ένα είναι χαμηλό, το άλλο είναι ψηλά. Νομίζω ότι έχει να κάνει με το βάρος τους. Με την ίδια δύναμη κρούσης, τα πόδια του συντονιστικού πιρουνιού θα δονούνται σε διαφορετικές συχνότητες.

Δάσκαλος. Για να ελέγξουμε αυτήν την υπόθεση, καταγράφουμε τους κραδασμούς των πιρουνιών συντονισμού σε μια πλάκα αιθάλης. Η πρώτη διχάλα συντονισμού έχει χαμηλότερη συχνότητα και παράγει χαμηλό ήχο, η δεύτερη διχάλα συντονισμού παράγει υψηλότερο ήχο, επομένως, όσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητα ταλάντωσης, τόσο υψηλότερος είναι ο ήχος.

Γραφικά, αυτό μπορεί να αναπαρασταθεί ως εξής:

Έτσι, το βήμα είναι το δεύτερο φυσιολογικό χαρακτηριστικό, το οποίο καθορίζεται από τη συχνότητα των κραδασμών.

Δεν θα μπερδέψουμε ποτέ τον ήχο της τρομπέτας με τον ήχο του πιάνου. Αναγνωρίζουμε τη φωνή της μητέρας μας από χίλιες φωνές. Η χροιά του ήχου μας βοηθά να διακρίνουμε έναν ήχο από τον άλλο.

Τέμπο- ένα μεμονωμένο χαρακτηριστικό ενός σύνθετου ηχητικού κύματος, οφείλεται στο γεγονός ότι ο ήχος αποτελείται από έναν αριθμό απλών ήχων διαφορετικών συχνοτήτων, δηλαδή έχει ένα ορισμένο "χρώμα", αυτή είναι η ποιότητα ήχου και ονομάζεται χροιά . Αυτό είναι ένα άλλο φυσιολογικό χαρακτηριστικό του ήχου.

Και τώρα, προσπαθήστε να ονομάσετε τι ακούγονται μουσικά όργανα; (Ηχογράφηση σε υπολογιστή)

(Απαντήσεις μαθητών)

Δάσκαλος.Ένταση, ύψος και τόνοςονομάζονται φυσιολογικά χαρακτηριστικά του ήχου επειδή σχετίζονται με την αντίληψή μας. Τα φυσιολογικά χαρακτηριστικά του ήχου σχετίζονται με τα φυσικά, τα οποία καθιστούν δυνατή τη διάκριση δυνατών ήχων από ήσυχους, υψηλούς από χαμηλούς ήχους, ήχους από διαφορετικές πηγές. Ποια είναι τα φυσικά χαρακτηριστικά του ήχου;

Μαθητης σχολειου.Φυσικά χαρακτηριστικά του ήχου - πλάτος και συχνότητα.

Δάσκαλος. Τώρα ας εξοικειωθούμε με μια από τις κύριες ιδιότητες των ηχητικών κυμάτων. Ένα ηχητικό κύμα, όπως κάθε άλλο, μπορεί να ανακλαστεί και να διαθλαστεί. ανάκλαση κυμάτωναπό τα εμπόδια είναι ένα από τα πιο συνηθισμένα φαινόμενα. Αυτός ο νόμος ανάκλασης είναι ένας γενικός νόμος κυμάτων, δηλαδή ισχύει για οποιαδήποτε κύματα, συμπεριλαμβανομένων τόσο του ήχου όσο και του φωτός. Θα παρατηρήσουμε την ανάκλαση των κυμάτων από την οθόνη στο πείραμα (πείραμα σύμφωνα με το Σχ. 141) Η εμπειρία και οι παρατηρήσεις δείχνουν ότι η ανάκλαση του ήχου υπόκειται σε έναν ορισμένο νόμο: η γωνία πρόσπτωσης είναι ίση με τη γωνία ανάκλασης.

Δάσκαλος.Ας εκτελέσουμε μια γραφική ερμηνεία της εμπειρίας στον πίνακα και ας βγάλουμε ένα συμπέρασμα σχετικά με τη σχέση μεταξύ γωνίας πρόσπτωσης και ανάκλασης

Μαθητης σχολειου. Η γωνία ανάκλασης είναι ίση με τη γωνία πρόσπτωσης.

Δάσκαλος.Όταν τα ηχητικά κύματα διαδίδονται, μπορεί να παρατηρηθεί ένα φαινόμενο που ονομάζεται ηχώ. Εξηγείται από την ιδιότητα της ανάκλασης του κύματος από το φράγμα.

Στο δάσος, στα βουνά, σε εσωτερικούς χώρους, μερικές φορές μπορείτε να ακούσετε την αντανάκλαση του ήχου από κάποιο είδος εμποδίου (δάσος, βουνά, τοίχος). Αν μας φτάσουν τα ηχητικά κύματα, που αντανακλώνται διαδοχικά από μια σειρά από εμπόδια, τότε έχουμε πολλαπλούςηχώ. Τα Thunder rolls έχουν την ίδια προέλευση! Πρόκειται για μια πολλαπλή επανάληψη ενός πολύ δυνατού «κροτίσματος» ενός τεράστιου ηλεκτρικού σπινθήρα κεραυνού.

Η ηχοεντοπισμός βασίζεται στην ιδιότητα ανάκλασης του ήχου.

Μερικά ζώα χρησιμοποιούν ηχοεντοπισμό για να προσδιορίσουν τις αποστάσεις. Για παράδειγμα, τα δελφίνια, χρησιμοποιώντας ηχοεντοπισμό, καθορίζουν με μεγάλη ακρίβεια την τοπογραφία του πυθμένα και τη θέση των αδελφών ή των θηραμάτων τους. Ο υπέρηχος που εκπέμπεται από τη νυχτερίδα αντανακλάται από το πιθανό θήραμα και συλλαμβάνεται από το ποντίκι. Μέχρι τη στιγμή της πτήσης του ηχητικού σήματος, το ποντίκι καθορίζει με μεγάλη ακρίβεια την απόσταση από το αντικείμενο.

Τα ηχώ - ειδικές συσκευές για τον προσδιορισμό του βάθους της θάλασσας - χρησιμοποιούν επίσης το φαινόμενο της ανάκλασης του ήχου. Το βάθος της θάλασσας μερικές φορές ξεπερνά τα 10 km και είναι αδύνατο να μετρηθεί ένα τέτοιο βάθος με μια συνηθισμένη παρτίδα (ένα φορτίο δεμένο σε ένα σχοινί). Το ηχώ εκπέμπει ένα δυνατό και σύντομο ηχητικό σήμα και, στη συνέχεια, πιάνει την ηχώ που αντανακλάται από τον βυθό της θάλασσας.

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

4.2. Ανεξάρτητη εργασία των μαθητών.

Σε συνέχιση της ανάπτυξης του θέματος και της αφομοίωσης της νέας γνώσης, οι μαθητές καλούνται να μελετήσουν ανεξάρτητα το υλικό που βρίσκεται στο τραπέζι τους.

Δάσκαλος.Μελετήστε το πρόσθετο υλικό, δείτε τις εικόνες, απαντήστε στις ερωτήσεις και κάντε μια αξιολόγηση από ομοτίμους

1) Ποιες είναι οι αιτίες της απώλειας ακοής;

2) Ποια είναι τα πρότυπα που καθορίζουν την ένταση του ήχου σύμφωνα με το SANPIN;

3) Δείτε την εικόνα. Κατά πόσα ντεσιμπέλ υπερβαίνει αυτές οι νόρμες η ένταση του ντίσκο;

Οι ήχοι που γίνονται αντιληπτοί από το ανθρώπινο αυτί είναι μια από τις πιο σημαντικές πηγές πληροφοριών για τον κόσμο γύρω μας. Το αυτί είναι ένα από τα πιο περίπλοκα και λεπτά όργανα· αντιλαμβάνεται τόσο πολύ αδύναμους όσο και πολύ δυνατούς ήχους. Το όργανο της ακοής είναι πάντα «ξύπνιο» ακόμα και τη νύχτα, στο όνειρο είναι συνεχώς εκτεθειμένο σε εξωτερικά ερεθίσματα, αφού δεν έχει προστατευτικές συσκευές, παρόμοιες, για παράδειγμα, με τα βλέφαρα που προστατεύουν τα μάτια από το φως. Επομένως, το ανθρώπινο αυτί πρέπει να προστατεύεται όχι μόνο από μηχανικές βλάβες, αλλά και από δυνατούς ήχους!

Η σύγχρονη ταλαιπωρία θορύβου προκαλεί επώδυνες αντιδράσεις στους ζωντανούς οργανισμούς. Ο θόρυβος από ένα αεροπλάνο που πετάει, για παράδειγμα, έχει καταθλιπτική επίδραση στη μέλισσα, χάνει την ικανότητα πλοήγησης. Ο ίδιος θόρυβος σκοτώνει τις προνύμφες των μελισσών, σπάει ανοιχτά γεννώντας αυγά πουλιών σε φωλιές. Υπό την επίδραση έντονων ήχων, οι αγελάδες δίνουν λιγότερο γάλα, τα κοτόπουλα βιάζονται λιγότερο συχνά, τα πουλιά αρχίζουν να λιώνουν έντονα, η βλάστηση των σπόρων καθυστερεί και ακόμη και τα φυτικά κύτταρα καταστρέφονται. Δεν είναι τυχαίο, για παράδειγμα, ότι τα δέντρα στην πόλη, ακόμη και σε περιοχές «κοιμούνται», πεθαίνουν νωρίτερα από ό,τι σε φυσικές συνθήκες.

Στις σύγχρονες μεγαλουπόλεις, ο θόρυβος έχει αυξηθεί αρκετές φορές. Αν στις δεκαετίες του 1960 και του 1970 το επίπεδο έντασης στους δρόμους δεν ξεπερνούσε τα 80 dB, τώρα φτάνει τα 100 dB ή και περισσότερο. Σε πολλούς πολυσύχναστους αυτοκινητόδρομους, ακόμη και τη νύχτα, ο θόρυβος δεν πέφτει κάτω από τα 70 dB, ενώ σύμφωνα με τις υγειονομικές προδιαγραφές δεν πρέπει να ξεπερνά τα 40 dB.

Σε μεγάλες πόλεις της Ρωσίας (Αγία Πετρούπολη, Νίζνι Νόβγκοροντ, Krasnoyarsk, Yekaterinburg, Magnitogorsk κ.λπ.) σε αυτοκινητόδρομους με μεγάλη κυκλοφορία (έως 6–8 χιλιάδες οχήματα ανά ώρα), καταγράφεται ένα μέσο επίπεδο θορύβου 73–83 dB , και το μέγιστο - έως 90 dB ή περισσότερο.

Στάδιο 5 Πρωταρχικός έλεγχος κατανόησης του μελετημένου υλικού

Στόχος:να εδραιώσει την ορθότητα και την επίγνωση του υλικού που μελετήθηκε, να εντοπίσει κενά, να διορθώσει τα κενά στην κατανόηση του υλικού

Μέθοδοι και τεχνικές εκτέλεσης: οι μαθητές προετοιμάζουν τις ερωτήσεις τους, τα παραδείγματα παρατήρησης ηχών, ήχων διαφόρων όγκων και υψών στη φύση, επίλυση ποιοτικών προβλημάτων σχετικά με το νόμο της ανάκλασης.

6. Το στάδιο της ενοποίησης εκπαιδευτικού υλικού

Στόχος:να εξασφαλίσει, κατά τη διάρκεια της ενοποίησης, αύξηση του επιπέδου κατανόησης του μελετημένου υλικού, του βάθους κατανόησης.

Για την εδραίωση και την εμβάθυνση της γνώσης που αποκτήθηκε, χρησιμοποιείται το Τετράδιο Εργασίας: Αρ. 000, 259, οι εργασίες σάς επιτρέπουν να εφαρμόσετε τη θεωρητική γνώση στην πράξη,

Στάδιο 7. Εργασία για το σπίτι.

Το έργο του δημιουργικού επιπέδου προσφέρεται σε όσους θεωρούν ότι είναι δυνατό για τον εαυτό τους να κάνουν ανεξάρτητη δημιουργική εργασία.

Στάδιο 8. Συνοψίζοντας το μάθημα και τον προβληματισμό

Στόχος:δίνουν μια ποιοτική αξιολόγηση της εργασίας της τάξης και των μεμονωμένων μαθητών· να ξεκινήσει ο προβληματισμός των μαθητών σχετικά με τα κίνητρα των δραστηριοτήτων τους και την αλληλεπίδραση με τον δάσκαλο και τους συμμαθητές

Δάσκαλος.Λοιπόν, ας συνοψίσουμε το μάθημά μας. Τώρα ξέρουμε τι είναι το ύψος, η ένταση και η χροιά του ήχου και από ποια φυσικά μεγέθη χαρακτηρίζονται, ότι η αντανάκλαση του ήχου υπακούει σε ένα συγκεκριμένο μοτίβο και μπορεί να οδηγήσει στην παρατήρηση ενός τέτοιου φαινομένου όπως η ηχώ, και εξοικειωθήκαμε επίσης με τη θεώρηση και εφαρμογή της αντανάκλασης του ήχου στην τεχνολογία.

Ο ήχος διαδίδεται από το σώμα που ηχεί ομοιόμορφα προς όλες τις κατευθύνσεις, εάν δεν υπάρχουν εμπόδια στην πορεία του. Αλλά δεν μπορεί κάθε εμπόδιο να περιορίσει την εξάπλωσή του. Ο ήχος δεν μπορεί να προστατευθεί από ένα μικρό φύλλο χαρτονιού, όπως από μια δέσμη φωτός. Τα ηχητικά κύματα, όπως όλα τα κύματα, είναι σε θέση να περιφέρουν εμπόδια, να μην τα προσέχουν εάν οι διαστάσεις τους είναι μικρότερες από το μήκος κύματος. Το μήκος των ηχητικών κυμάτων που ακούγονται στον αέρα κυμαίνεται από 15 μ. έως 0,015 μ. Αν τα εμπόδια στο πέρασμά τους είναι μικρότερα (για παράδειγμα, κορμοί δέντρων σε ελαφριά δάση), τότε τα κύματα απλώς τα περιτριγυρίζουν. Ένα μεγάλο εμπόδιο (ένας τοίχος ενός σπιτιού, ένας βράχος) αντανακλά τα ηχητικά κύματα σύμφωνα με τον ίδιο νόμο με τα κύματα φωτός: η γωνία πρόσπτωσης είναι ίση με τη γωνία ανάκλασης. Η ηχώ είναι η αντανάκλαση του ήχου από τα εμπόδια.

Ο τρόπος που ο ήχος μετακινείται από το ένα μέσο στο άλλο. Αυτό το φαινόμενο είναι αρκετά περίπλοκο, αλλά υπακούει στον γενικό κανόνα: ο ήχος δεν περνάει από το ένα μέσο στο άλλο εάν οι πυκνότητες τους είναι πολύ διαφορετικές, για παράδειγμα, από νερό σε αέρα. Φτάνοντας στα όρια αυτών των μέσων, αντανακλάται σχεδόν πλήρως. Ένα πολύ μικρό μέρος της ενέργειάς του ξοδεύεται στη δόνηση των επιφανειακών στρωμάτων ενός άλλου μέσου. Έχοντας βυθίσει το κεφάλι σας κάτω από την ίδια την επιφάνεια του ποταμού, θα εξακολουθείτε να ακούτε δυνατούς ήχους, αλλά σε βάθος 1 m δεν θα ακούσετε τίποτα. Τα ψάρια δεν ακούνε τον ήχο που ακούγεται πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας, αλλά τον ήχο από το σώμα που δονείται στο νερό, ακούνε καλά.

Ο ήχος ακούγεται μέσα από λεπτούς τοίχους επειδή τα κάνει να δονούνται και φαίνεται να αναπαράγουν τον ήχο ήδη σε άλλο δωμάτιο. Τα καλά ηχομονωτικά υλικά - μαλλί, ελαστικά χαλιά, τοίχοι από αφρώδες σκυρόδεμα ή πορώδες ξηρό σοβά - απλώς διαφέρουν στο ότι έχουν πολλές διεπαφές μεταξύ αέρα και στερεού σώματος. Περνώντας από κάθε μία από αυτές τις επιφάνειες, ο ήχος ανακλάται επανειλημμένα. Αλλά, επιπλέον, το ίδιο το μέσο στο οποίο διαδίδεται ο ήχος τον απορροφά. Ο ίδιος ήχος ακούγεται καλύτερα και μακρύτερα στον καθαρό αέρα παρά στην ομίχλη, όπου απορροφάται από τη διεπαφή μεταξύ αέρα και σταγονιδίων νερού.

Τα ηχητικά κύματα διαφορετικών συχνοτήτων απορροφώνται διαφορετικά στον αέρα. Πιο δυνατοί - υψηλοί ήχοι, λιγότερο - χαμηλοί, όπως τα μπάσα. Γι' αυτό το σφύριγμα του πλοίου εκπέμπει έναν τόσο χαμηλό ήχο (η συχνότητά του δεν είναι μεγαλύτερη από 50 Hz): ένας χαμηλός ήχος ακούγεται σε μεγαλύτερη απόσταση. Η μεγάλη καμπάνα στο Κρεμλίνο της Μόσχας, όταν ήταν ακόμα κρεμασμένη στο καμπαναριό «Ιβάν ο Μέγας», ακουγόταν για 30 μίλια - βούιζε σε τόνο περίπου 30 Hz (φα υποοκτάβα). Οι υπέρηχοι απορροφώνται ακόμη λιγότερο, ειδικά στο νερό. Τα ψάρια τα ακούνε για δεκάδες και εκατοντάδες χιλιόμετρα. Αλλά ο υπέρηχος απορροφάται πολύ γρήγορα: ο υπέρηχος με συχνότητα 1 MHz εξασθενεί στον αέρα κατά το ήμισυ σε απόσταση 2 cm, ενώ ένας ήχος 10 kHz εξασθενεί κατά το ήμισυ στα 2200 m.

Ενέργεια ηχητικών κυμάτων

Η χαοτική κίνηση των σωματιδίων της ύλης (συμπεριλαμβανομένων των μορίων του αέρα) ονομάζεται θερμική. Όταν ένα ηχητικό κύμα διαδίδεται στον αέρα, τα σωματίδια του αποκτούν, εκτός από θερμική, μια επιπλέον κίνηση - δονητική. Η ενέργεια για μια τέτοια κίνηση δίνεται στα σωματίδια του αέρα από ένα δονούμενο σώμα (ηχητική πηγή). ενώ ταλαντώνεται, ενέργεια μεταφέρεται συνεχώς από αυτό στον περιβάλλοντα αέρα. Όσο περισσότερο περνά το ηχητικό κύμα, τόσο πιο αδύναμο γίνεται, τόσο λιγότερη ενέργεια έχει. Το ίδιο συμβαίνει με ένα ηχητικό κύμα σε οποιοδήποτε άλλο ελαστικό μέσο - σε ένα υγρό, σε ένα μέταλλο.

Ο ήχος διαδίδεται ομοιόμορφα προς όλες τις κατευθύνσεις και κάθε στιγμή τα στρώματα πεπιεσμένου αέρα που έχουν προκύψει από μια ώθηση σχηματίζουν, σαν να λέγαμε, την επιφάνεια μιας μπάλας, στο κέντρο της οποίας υπάρχει ένα σώμα που ηχεί. Η ακτίνα και η επιφάνεια μιας τέτοιας «μπάλας» μεγαλώνουν συνεχώς. Η ίδια ποσότητα ενέργειας πέφτει σε μια ολοένα και μεγαλύτερη επιφάνεια της «μπάλας». Η επιφάνεια της μπάλας είναι ανάλογη με το τετράγωνο της ακτίνας, επομένως η ποσότητα ενέργειας ενός ηχητικού κύματος που διέρχεται, ας πούμε, από ένα τετραγωνικό μέτρο επιφάνειας, είναι αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο της απόστασης από το σώμα που ηχεί. Επομένως, ο ήχος γίνεται πιο αδύναμος σε απόσταση. Ο Ρώσος επιστήμονας N. A. Umov εισήγαγε την έννοια της ροής της ενεργειακής πυκνότητας στην επιστήμη. Είναι επίσης βολικό να μετράτε την ισχύ (ένταση) του ήχου με το μέγεθος της ροής ενέργειας. Η ροή της ενεργειακής πυκνότητας σε ένα ηχητικό κύμα είναι η ποσότητα ενέργειας που διέρχεται ανά δευτερόλεπτο από μια επιφάνεια μονάδας κάθετη προς την κατεύθυνση του κύματος. Όσο μεγαλύτερη είναι η ροή της ενεργειακής πυκνότητας, τόσο μεγαλύτερη είναι η ισχύς του ήχου. Η ροή ενέργειας μετριέται σε watt ανά τετραγωνικό μέτρο (W/m²).