Mechanische Wellen: Wellenarten und ihre Eigenschaften. Mechanische Longitudinalwellen können sich in allen Medien ausbreiten – fest, flüssig und gasförmig
Wellenprozess- der Prozess der Energieübertragung, ohne Materie zu übertragen.
Mechanische Welle- eine Störung, die sich in einem elastischen Medium ausbreitet.
Das Vorhandensein eines elastischen Mediums ist eine notwendige Voraussetzung für die Ausbreitung mechanischer Wellen.
Die Übertragung von Energie und Impuls in einem Medium erfolgt durch Wechselwirkung zwischen benachbarten Teilchen des Mediums.
Wellen sind longitudinal und transversal.
Eine mechanische Longitudinalwelle ist eine Welle, bei der die Bewegung von Partikeln des Mediums in Ausbreitungsrichtung der Welle erfolgt. Eine transversale mechanische Welle ist eine Welle, in der sich Partikel des Mediums senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Welle bewegen.
Longitudinalwellen können sich in jedem Medium ausbreiten. In Gasen und Flüssigkeiten entstehen keine Transversalwellen, da in ihnen
Es gibt keine festen Positionen der Teilchen.
Periodische äußere Einflüsse verursachen periodische Wellen.
Harmonische Welle- eine Welle, die durch harmonische Schwingungen von Partikeln des Mediums erzeugt wird.
Wellenlänge- die Entfernung, über die sich die Welle während der Schwingungsperiode ihrer Quelle ausbreitet:
Mechanische Wellengeschwindigkeit- Geschwindigkeit der Ausbreitung von Störungen im Medium. Polarisation ist die Ordnung der Schwingungsrichtungen von Teilchen in einem Medium.
Polarisationsebene- die Ebene, in der die Teilchen des Mediums in der Welle schwingen. Eine linear polarisierte mechanische Welle ist eine Welle, deren Teilchen entlang einer bestimmten Richtung (Linie) schwingen.
Polarisator- ein Gerät, das eine Welle einer bestimmten Polarisation aussendet.
stehende Welle- eine Welle, die durch die Überlagerung zweier harmonischer Wellen entsteht, die sich aufeinander zu ausbreiten und die gleiche Periode, Amplitude und Polarisation haben.
Bäuche einer stehenden Welle- Position der Punkte mit maximaler Schwingungsamplitude.
Stehende Wellenknoten- unbewegte Wellenpunkte, deren Schwingungsamplitude Null ist.
Entlang der Länge l der an den Enden befestigten Saite passen ganzzahlige n Halbwellen transversaler stehender Wellen:
Solche Wellen werden Oszillationsmoden genannt.
Der Schwingungsmodus für eine beliebige ganze Zahl n > 1 wird n-te Harmonische oder n-te Oberschwingung genannt. Der Schwingungsmodus für n = 1 wird als erste Harmonische oder Grundschwingungsmodus bezeichnet. Schallwellen sind elastische Wellen in einem Medium, die beim Menschen Hörempfindungen hervorrufen.
Die Schwingungsfrequenz, die Schallwellen entspricht, liegt zwischen 16 Hz und 20 kHz.
Die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Schallwellen wird durch die Geschwindigkeit der Übertragung von Wechselwirkungen zwischen Teilchen bestimmt. Die Schallgeschwindigkeit in einem Feststoff vp ist in der Regel größer als die Schallgeschwindigkeit in einer Flüssigkeit vg, die wiederum größer ist als die Schallgeschwindigkeit in einem Gas vg.
Tonsignale werden nach Tonhöhe, Klangfarbe und Lautstärke klassifiziert. Die Tonhöhe eines Tons wird durch die Frequenz der Schallschwingungsquelle bestimmt. Je höher die Schwingungsfrequenz, desto höher der Ton; Vibrationen niedriger Frequenzen entsprechen tiefen Tönen. Die Klangfarbe eines Klangs wird durch die Form der Schallschwingungen bestimmt. Der Unterschied in der Form von Schwingungen gleicher Periode ist mit unterschiedlichen relativen Amplituden der Grundmode und des Obertons verbunden. Die Lautstärke eines Tons wird durch die Intensität des Tons charakterisiert. Die Schallintensität ist die Energie von Schallwellen, die in 1 s auf eine Fläche von 1 m2 einfallen.
Damit eine Welle existiert, sind eine Schwingungsquelle und ein materielles Medium oder Feld erforderlich, in dem sich diese Welle ausbreitet. Wellen gibt es in den unterschiedlichsten Formen, sie folgen jedoch ähnlichen Mustern.
Von Natur aus unterscheiden:
Durch Orientierung von Störungen unterscheiden:
|
Longitudinalwellen -
Die Partikelverschiebung erfolgt entlang der Ausbreitungsrichtung; es ist notwendig, dass während der Kompression eine elastische Kraft im Medium vorhanden ist; kann sich in jeder Umgebung ausbreiten. Beispiele: Schallwellen  |
Transversalwellen -
Die Partikelverschiebung erfolgt quer zur Ausbreitungsrichtung; kann sich nur in elastischen Medien ausbreiten; es ist notwendig, dass im Medium eine elastische Scherkraft vorhanden ist; kann sich nur in festen Medien (und an der Grenze zweier Medien) ausbreiten. Beispiele: elastische Wellen in einer Schnur, Wellen auf dem Wasser
|
Aufgrund der Zeitabhängigkeit unterscheiden:
Elastische Wellen - mechanische Kompensationen (Verformungen), die sich in einem elastischen Medium ausbreiten. Eine elastische Welle heißt harmonisch(sinusförmig), wenn die entsprechenden Schwingungen des Mediums harmonisch sind.
Laufende Wellen - Wellen, die Energie im Raum übertragen.
Entsprechend der Form der Wellenoberfläche : ebene, sphärische, zylindrische Welle.
Wellenfront- die geometrische Lage der Punkte, die die Schwingungen zu einem bestimmten Zeitpunkt erreicht haben.
Wellenoberfläche- geometrischer Ort von Punkten, die in derselben Phase schwingen.
Welleneigenschaften
Wellenlänge λ - die Entfernung, über die sich die Welle in einer Zeit ausbreitet, die der Schwingungsperiode entspricht
Amplitude der Welle A - Amplitude der Teilchenschwingungen in der Welle
Wellengeschwindigkeit v - Geschwindigkeit der Ausbreitung von Störungen im Medium
Wellenperiode T - Schwingungsdauer
Wellenfrequenz ν - der Kehrwert der Periode
Wanderwellengleichung
Bei der Ausbreitung einer Wanderwelle erreichen Störungen des Mediums folgende Punkte im Raum, dabei überträgt die Welle Energie und Impuls, aber keine Materie (Teilchen des Mediums schwingen an derselben Stelle im Raum weiter).
Wo v – Geschwindigkeit , φ 0 – Anfangsphase , ω – zyklische Frequenz , A– Amplitude
Eigenschaften mechanischer Wellen
1. Wellenreflexion – Mechanische Wellen jeglichen Ursprungs können an der Grenzfläche zwischen zwei Medien reflektiert werden. Wenn eine mechanische Welle, die sich in einem Medium ausbreitet, auf ihrem Weg auf ein Hindernis trifft, kann sie die Art ihres Verhaltens dramatisch ändern. Beispielsweise wird an der Grenzfläche zwischen zwei Medien mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften die Welle teilweise reflektiert und dringt teilweise in das zweite Medium ein.
2. Wellenbrechung – Bei der Ausbreitung mechanischer Wellen kann man auch das Phänomen der Brechung beobachten: eine Änderung der Ausbreitungsrichtung mechanischer Wellen beim Übergang von einem Medium in ein anderes.
3. Wellenbeugung – Abweichung von Wellen von der linearen Ausbreitung, also ihre Biegung um Hindernisse herum.
4. Welleninterferenz – Addition von zwei Wellen. Im Raum, in dem sich mehrere Wellen ausbreiten, führt deren Interferenz zur Entstehung von Regionen mit minimalen und maximalen Werten der Schwingungsamplitude
Interferenz und Beugung mechanischer Wellen.
Eine Welle, die sich entlang eines Gummibandes oder einer Schnur ausbreitet, wird von einem festen Ende reflektiert; In diesem Fall erscheint eine Welle, die sich in die entgegengesetzte Richtung bewegt.
Wenn sich Wellen überlappen, kann es zu Interferenzen kommen. Das Phänomen der Interferenz entsteht, wenn kohärente Wellen überlagert werden.
Kohärent angerufenWellen, haben die gleichen Frequenzen, eine konstante Phasendifferenz und Schwingungen treten in derselben Ebene auf.
Interferenz ist ein zeitlich konstantes Phänomen der gegenseitigen Verstärkung und Abschwächung von Schwingungen an verschiedenen Stellen des Mediums infolge der Überlagerung kohärenter Wellen.
Das Ergebnis der Überlagerung von Wellen hängt von den Phasen ab, in denen sich die Schwingungen überlagern.
Wenn Wellen von den Quellen A und B in den gleichen Phasen am Punkt C ankommen, nehmen die Schwingungen zu; wenn - in entgegengesetzten Phasen, dann wird eine Abschwächung der Schwingungen beobachtet. Dadurch entsteht im Raum ein stabiles Muster abwechselnder Bereiche verstärkter und abgeschwächter Schwingungen.
Maximale und minimale Bedingungen
Wenn die Schwingungen der Punkte A und B in Phase sind und gleiche Amplituden haben, ist es offensichtlich, dass die resultierende Verschiebung am Punkt C vom Unterschied im Weg der beiden Wellen abhängt.
Maximale Bedingungen
Wenn der Unterschied im Weg dieser Wellen gleich einer ganzzahligen Anzahl von Wellen (d. h. einer geraden Anzahl von Halbwellen) ist Δd = kλ , Wo k= 0, 1, 2, ..., dann bildet sich am Überlappungspunkt dieser Wellen ein Interferenzmaximum.
Maximaler Zustand
: 
A = 2x 0.
Mindestbedingung
Wenn der Unterschied im Weg dieser Wellen einer ungeraden Anzahl von Halbwellen entspricht, bedeutet dies, dass die Wellen von den Punkten A und B gegenphasig am Punkt C ankommen und sich gegenseitig aufheben.
Mindestbedingung:
Amplitude der resultierenden Schwingung A = 0.
Wenn Δd nicht gleich einer ganzzahligen Anzahl von Halbwellen ist, dann 0< А < 2х 0 .
Wellenbeugung.
Das Phänomen der Abweichung von der geradlinigen Ausbreitung und der Wellenbiegung um Hindernisse herum wird als bezeichnetBeugung.
Das Verhältnis zwischen der Wellenlänge (λ) und der Größe des Hindernisses (L) bestimmt das Verhalten der Welle. Die Beugung ist am stärksten ausgeprägt, wenn die Länge der einfallenden Welle größer ist als die Größe des Hindernisses. Experimente zeigen, dass Beugung immer vorhanden ist, sich aber unter den gegebenen Bedingungen bemerkbar macht D<<λ , wobei d die Größe des Hindernisses ist.
Beugung ist eine allgemeine Eigenschaft von Wellen jeglicher Art, die immer auftritt, aber die Bedingungen für ihre Beobachtung sind unterschiedlich.
Eine Welle auf der Wasseroberfläche breitet sich auf ein ausreichend großes Hindernis aus, hinter dem sich ein Schatten bildet, d. h. Es wird kein Wellenprozess beobachtet. Diese Eigenschaft wird beim Bau von Wellenbrechern in Häfen genutzt. Wenn die Größe des Hindernisses mit der Wellenlänge vergleichbar ist, werden Wellen hinter dem Hindernis beobachtet. Hinter ihm breitet sich die Welle aus, als gäbe es überhaupt kein Hindernis, d.h. Wellenbeugung wird beobachtet.
Beispiele für Beugungserscheinungen . Die Hörbarkeit eines lauten Gesprächs um die Ecke des Hauses, Geräusche im Wald, Wellen auf der Wasseroberfläche.
Stehende Wellen
Stehende Wellen entstehen durch Addition einer direkten und einer reflektierten Welle, wenn sie die gleiche Frequenz und Amplitude haben.
In einer an beiden Enden befestigten Saite entstehen komplexe Schwingungen, die als Ergebnis einer Überlagerung betrachtet werden können ( Überlagerungen) zwei Wellen, die sich in entgegengesetzte Richtungen ausbreiten und an den Enden Reflexionen und Rückreflexionen erfahren. Die Schwingungen der an beiden Enden befestigten Saiten erzeugen den Klang aller Saitenmusikinstrumente. Ein sehr ähnliches Phänomen tritt beim Klang von Blasinstrumenten, einschließlich Orgelpfeifen, auf.
Saitenvibrationen. In einer gespannten, an beiden Enden befestigten Saite werden bei Anregung von Querschwingungen stehende Wellen , und Knoten sollten sich an den Stellen befinden, an denen die Schnur befestigt ist. Deshalb sind sie in der Saite begeistert spürbare Intensität nur solche Schwingungen, deren halbe Wellenlänge ganzzahlig oft über die Länge der Saite passt.
Dies impliziert die Bedingung 
Wellenlängen entsprechen Frequenzen 
n = 1, 2, 3...Frequenzen vN werden genannt Eigenfrequenzen Saiten.
Harmonische Schwingungen mit Frequenzen vN werden genannt natürliche oder normale Schwingungen . Sie werden auch Harmonische genannt. Im Allgemeinen ist die Schwingung einer Saite eine Überlagerung verschiedener Harmonischer.
Stehende Wellengleichung :
An Punkten, an denen die Koordinaten die Bedingung erfüllen 
(N= 1, 2, 3, ...), die Gesamtamplitude ist gleich dem Maximalwert - das ist Bäuche
stehende Welle. Antinode-Koordinaten
: 
An Punkten, deren Koordinaten die Bedingung erfüllen
(N= 0, 1, 2,…), die Gesamtamplitude der Schwingungen ist Null – Das Knoten stehende Welle. Knotenkoordinaten: 
Bei der Interferenz von wandernden und reflektierten Wellen wird die Bildung stehender Wellen beobachtet. An der Grenze, an der die Welle reflektiert wird, entsteht ein Schwingungsbauch, wenn das Medium, aus dem die Reflexion erfolgt, weniger dicht ist (a), und ein Knoten, wenn es dichter ist (b).
Wenn wir darüber nachdenken Wanderwelle , dann in Richtung seiner Ausbreitung Energie übertragen oszillierende Bewegung. Im Fall von Dasselbe Es gibt keine stehende Welle der Energieübertragung , Weil Einfallende und reflektierte Wellen gleicher Amplitude tragen die gleiche Energie in entgegengesetzte Richtungen.
Stehende Wellen entstehen beispielsweise in einer gespannten, an beiden Enden befestigten Saite, wenn in ihr Querschwingungen angeregt werden. Darüber hinaus gibt es an den Befestigungsstellen Knoten einer stehenden Welle.
Entsteht in einer an einem Ende offenen Luftsäule eine stehende Welle (Schallwelle), so bildet sich am offenen Ende ein Schwingungsbauch und am gegenüberliegenden Ende ein Knoten.
Welle - Dies ist das Phänomen der zeitlichen Ausbreitung einer Änderung (Störung) einer physikalischen Größe im Raum, die Energie mit sich bringt.
Unabhängig von der Art der Welle erfolgt die Energieübertragung ohne Materieübertragung; Letzteres kann nur als Nebenwirkung auftreten. Energieübertragung- der grundlegende Unterschied zwischen Wellen und Schwingungen, bei denen nur „lokale“ Energieumwandlungen stattfinden. Wellen können in der Regel beträchtliche Entfernungen vom Ort ihres Ursprungs zurücklegen. Aus diesem Grund werden Wellen manchmal als „ Vibration vom Emitter gelöst».
Wellen können klassifiziert werden
Es liegt in der Natur:
Elastische Wellen - Wellen, die sich in flüssigen, festen und gasförmigen Medien aufgrund der Einwirkung elastischer Kräfte ausbreiten.
Elektromagnetische Wellen- eine Störung (Zustandsänderung) des sich im Raum ausbreitenden elektromagnetischen Feldes.
Wellen auf der Oberfläche einer Flüssigkeit- eine gebräuchliche Bezeichnung für verschiedene Wellen, die an der Grenzfläche zwischen Flüssigkeit und Gas bzw. Flüssigkeit und Flüssigkeit entstehen. Wasserwellen unterscheiden sich im grundlegenden Schwingungsmechanismus (Kapillare, Gravitation usw.), was zu unterschiedlichen Ausbreitungsgesetzen und in der Folge zu einem unterschiedlichen Verhalten dieser Wellen führt.
Bezogen auf die Schwingungsrichtung der Teilchen des Mediums:
Longitudinalwellen - Teilchen des Mediums vibrieren parallel in Richtung der Wellenausbreitung (wie zum Beispiel bei der Schallausbreitung).
Transversalwellen - Teilchen des Mediums vibrieren aufrecht Richtung der Wellenausbreitung (elektromagnetische Wellen, Wellen auf Trennflächen von Medien).
a - quer; b - längs.
Gemischte Wellen.
Gemäß der Geometrie der Wellenfront:
Die Wellenoberfläche (Wellenfront) ist die geometrische Lage der Punkte, die die Störung zu einem bestimmten Zeitpunkt erreicht hat. In einem homogenen isotropen Medium ist die Geschwindigkeit der Wellenausbreitung in alle Richtungen gleich, was bedeutet, dass alle Punkte der Front in der gleichen Phase schwingen, die Front senkrecht zur Richtung der Wellenausbreitung steht, die Werte der Schwingung Die Menge ist an allen Stellen der Front gleich.
Wohnung Wellenphasenebenen stehen senkrecht zur Wellenausbreitungsrichtung und sind parallel zueinander.
Kugelförmig Welle - die Oberfläche gleicher Phasen ist eine Kugel.
Zylindrisch Welle - die Oberfläche der Phasen ähnelt einem Zylinder.
Spiral Welle – entsteht, wenn sich eine oder mehrere sphärische oder zylindrische Wellenquellen während des Strahlungsprozesses entlang einer bestimmten geschlossenen Kurve bewegen.
Flugzeugwelle
Eine Welle heißt flach, wenn ihre Wellenoberflächen zueinander parallele Ebenen sind, die senkrecht zur Phasengeschwindigkeit der Welle stehen. Wenn die Koordinatenachse x entlang der Phasengeschwindigkeit der Welle v gerichtet ist, dann ist der die Welle beschreibende Vektor a Funktion von nur zwei Variablen: Koordinaten x und Zeit t (y = f(x,t)).
Betrachten wir eine flache monochromatische (einzelne Frequenz) Sinuswelle, die sich in einem homogenen Medium ohne Dämpfung entlang der X-Achse ausbreitet. Wenn die Quelle (unendliche Ebene) nach dem Gesetz y= schwingt, dann erreicht die Schwingung den Punkt mit der Koordinate x mit eine Zeitverzögerung. Daher
,Wo
Wellenphasengeschwindigkeit – die Bewegungsgeschwindigkeit der Wellenoberfläche (vorne),
– Wellenamplitude – Modul der maximalen Abweichung einer sich ändernden Größe von der Gleichgewichtslage,
– zyklische Frequenz, T – Schwingungsperiode, – Wellenfrequenz (ähnlich den Schwingungen)
k ist die Wellenzahl, hat die Bedeutung von Ortsfrequenz,
Ein weiteres Merkmal einer Welle ist die Wellenlänge m. Dies ist die Entfernung, über die sich die Welle während einer Schwingungsperiode ausbreitet. Sie hat die Bedeutung einer räumlichen Periode. Dies ist die kürzeste Entfernung zwischen Punkten, die in derselben Phase schwingen. 
j 
Die Wellenlänge hängt mit der Wellenzahl über eine Beziehung zusammen, die der Zeitbeziehung ähnelt
Die Wellenzahl hängt von der zyklischen Frequenz und der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Welle ab
X
j
j 
Die Abbildungen zeigen ein Oszillogramm (a) und eine Momentaufnahme (b) einer Welle mit den angegebenen Zeit- und Raumperioden. Im Gegensatz zu stationären Schwingungen weisen Wellen zwei Hauptmerkmale auf: zeitliche Periodizität und räumliche Periodizität.
Allgemeine Eigenschaften von Wellen:
Wellen transportieren Energie.
2. Wellen üben Druck auf Körper aus (haben Impuls).
3. Die Geschwindigkeit einer Welle in einem Medium hängt von der Frequenz der Welle ab – Dispersion. Somit breiten sich Wellen unterschiedlicher Frequenz im gleichen Medium mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten (Phasengeschwindigkeit) aus. 
4. Wellen biegen sich um Hindernisse herum – Beugung.
Beugung tritt auf, wenn die Größe des Hindernisses mit der Wellenlänge vergleichbar ist.
5. An der Grenzfläche zwischen zwei Medien werden Wellen reflektiert und gebrochen.
Der Einfallswinkel ist gleich dem Reflexionswinkel und das Verhältnis des Sinus des Einfallswinkels zum Sinus des Brechungswinkels ist für zwei gegebene Medien ein konstanter Wert.
6. Wenn kohärente Wellen überlagert werden (die Phasendifferenz dieser Wellen ist zu jedem Zeitpunkt zeitlich konstant), interferieren sie – es entsteht ein stabiles Muster aus Interferenzminima und -maxima. 
Wellen und die Quellen, die sie anregen, werden als kohärent bezeichnet, wenn die Phasendifferenz zwischen den Wellen nicht von der Zeit abhängt. Wellen und die Quellen, die sie anregen, werden als inkohärent bezeichnet, wenn sich die Phasendifferenz zwischen den Wellen im Laufe der Zeit ändert.
Nur Wellen, die die gleiche Frequenz haben und in die gleiche Richtung schwingen (d. h. kohärente Wellen), können interferieren. Interferenzen können stationär oder instationär sein. Nur kohärente Wellen können ein stationäres Interferenzmuster erzeugen. Beispielsweise erzeugen zwei Kugelwellen auf der Wasseroberfläche, die sich von zwei kohärenten Punktquellen ausbreiten, bei Interferenz eine resultierende Welle. Die Vorderseite der resultierenden Welle wird eine Kugel sein.
Wenn Wellen interferieren, addieren sich ihre Energien nicht. Die Interferenz von Wellen führt zu einer Umverteilung der Schwingungsenergie zwischen verschiedenen, eng beieinander liegenden Teilchen des Mediums. Dies widerspricht nicht dem Energieerhaltungssatz, da im Durchschnitt für einen großen Raumbereich die Energie der resultierenden Welle gleich der Summe der Energien der interferierenden Wellen ist.
Bei der Überlagerung inkohärenter Wellen ist die durchschnittliche quadratische Amplitude der resultierenden Welle gleich der Summe der quadratischen Amplituden der überlagerten Wellen. Die Energie der resultierenden Schwingungen jedes Punktes des Mediums ist gleich der Summe der Energien seiner Schwingungen, die von allen inkohärenten Wellen einzeln verursacht werden.
7. Wellen werden vom Medium absorbiert. Wenn man sich von der Quelle entfernt, nimmt die Amplitude der Welle ab, da die Wellenenergie teilweise auf das Medium übertragen wird.
8. Wellen werden in einem inhomogenen Medium gestreut.
Unter Streuung versteht man Störungen von Wellenfeldern, die durch Inhomogenitäten des Mediums und streuende Objekte in diesem Medium verursacht werden. Die Streuintensität hängt von der Größe der Inhomogenitäten und der Frequenz der Welle ab.
Mechanische Wellen. Klang. Klangeigenschaften .
Welle- eine Störung, die sich im Raum ausbreitet.
Allgemeine Eigenschaften von Wellen:
Energie übertragen;
einen Impuls haben (Druck auf den Körper ausüben);
an der Grenze zweier Medien werden sie reflektiert und gebrochen;
werden von der Umwelt aufgenommen;
Beugung;
Interferenz;
Streuung;
Die Geschwindigkeit von Wellen hängt vom Medium ab, durch das die Wellen laufen.
Mechanische (elastische) Wellen.
Ein Sonderfall mechanischer Wellen - Wellen auf der Oberfläche einer Flüssigkeit, Wellen, die entlang der freien Oberfläche einer Flüssigkeit oder an der Grenzfläche zweier nicht mischbarer Flüssigkeiten entstehen und sich ausbreiten. Sie entstehen unter dem Einfluss äußerer Einflüsse, wodurch die Flüssigkeitsoberfläche aus dem Gleichgewichtszustand gerät. Dabei entstehen Kräfte, die das Gleichgewicht wiederherstellen: die Kräfte der Oberflächenspannung und der Schwerkraft.
Es gibt zwei Arten mechanischer Wellen
Longitudinalwellen, begleitet von Zug- und Druckverformungen, können sich in allen elastischen Medien ausbreiten: Gasen, Flüssigkeiten und Feststoffen. Transversalwellen breiten sich in solchen Medien aus, in denen bei der Scherverformung elastische Kräfte auftreten, also in Festkörpern.
Für die Praxis sind einfache harmonische oder sinusförmige Wellen von großem Interesse. Die Gleichung einer ebenen Sinuswelle lautet:
- die sogenannte Wellenzahl ,
– Kreisfrequenz ,
A - Amplitude der Teilchenschwingung.
Die Abbildung zeigt „Momentaufnahmen“ einer Transversalwelle zu zwei Zeitpunkten: t und t + Δt. Während der Zeit Δt bewegte sich die Welle entlang der OX-Achse um eine Strecke υΔt. Solche Wellen werden üblicherweise Wanderwellen genannt.
Die Wellenlänge λ ist der Abstand zwischen zwei benachbarten Punkten auf der OX-Achse, die in den gleichen Phasen schwingen. Die Welle legt in einer Periode T eine Strecke zurück, die der Wellenlänge λ entspricht. Daher gilt:
λ = υT, wobei υ die Geschwindigkeit der Wellenausbreitung ist.
Für jeden ausgewählten Punkt im Diagramm des Wellenprozesses (z. B. für Punkt A) ändert sich im Laufe der Zeit t die x-Koordinate dieses Punktes und der Wert des Ausdrucks ωt – kxändert sich nicht. Nach einer Zeitspanne Δt bewegt sich Punkt A entlang der OX-Achse um eine bestimmte Distanz Δx = υΔt. Somit: ωt – kx = ω(t + Δt) – k(x + Δx) = const oder ωΔt = kΔx.
Dies impliziert:
Somit hat eine wandernde Sinuswelle die doppelte Periodizität – zeitlich und räumlich. Die Zeitperiode ist gleich der Schwingungsperiode T der Teilchen des Mediums, die räumliche Periode ist gleich der Wellenlänge λ. Die Wellenzahl ist das räumliche Analogon der Kreisfrequenz.
Klang.
Jeder oszillierende Prozess wird durch die Gleichung beschrieben. Es wird auch für Schallschwingungen abgeleitet:
Grundlegende Eigenschaften von Schallwellen
|
Subjektive Wahrnehmung von Schall (Lautstärke, Tonhöhe, Klangfarbe) |
Objektive physikalische Eigenschaften des Klangs (Geschwindigkeit, Intensität, Spektrum) |
Die Schallgeschwindigkeit in jedem gasförmigen Medium wird nach folgender Formel berechnet:
β - adiabatische Kompressibilität des Mediums,
ρ - Dichte.
Ton anwenden
Unter Wasser eingesetzte Echolotgeräte werden Sonar oder Sonar genannt (der Name Sonar setzt sich aus den Anfangsbuchstaben dreier englischer Wörter zusammen: sound – sound; navigation – navigation; range – range). Sonargeräte sind unverzichtbar für die Untersuchung des Meeresbodens (Profil, Tiefe) sowie für die Erkennung und Untersuchung verschiedener Objekte, die sich tief unter Wasser bewegen. Mit ihrer Hilfe lassen sich sowohl einzelne große Objekte oder Tiere als auch Schwärme kleiner Fische oder Schalentiere leicht erkennen.
Ultraschallwellen werden in der Medizin häufig zu diagnostischen Zwecken eingesetzt. Mit Ultraschallscannern können Sie die inneren Organe einer Person untersuchen. Ultraschallstrahlung ist für den Menschen weniger schädlich als Röntgenstrahlung.
Elektromagnetische Wellen.
Ihre Eigenschaften.
Elektromagnetische Welle ist ein elektromagnetisches Feld, das sich im Raum über die Zeit ausbreitet.
Elektromagnetische Wellen können nur durch sich schnell bewegende Ladungen angeregt werden.
Die Existenz elektromagnetischer Wellen wurde 1864 vom großen englischen Physiker J. Maxwell theoretisch vorhergesagt. Er schlug eine neue Interpretation des Faradayschen Gesetzes der elektromagnetischen Induktion vor und entwickelte seine Ideen weiter.
Jede Änderung des Magnetfelds erzeugt ein elektrisches Wirbelfeld im umgebenden Raum, und ein zeitlich veränderliches elektrisches Feld erzeugt ein magnetisches Feld im umgebenden Raum.
Abbildung 1. Ein elektrisches Wechselfeld erzeugt ein magnetisches Wechselfeld und umgekehrt
Eigenschaften elektromagnetischer Wellen basierend auf Maxwells Theorie:
Elektromagnetische Wellen quer – Vektoren und stehen senkrecht zueinander und liegen in einer Ebene senkrecht zur Ausbreitungsrichtung.
Abbildung 2. Ausbreitung elektromagnetischer Wellen
Die elektrischen und magnetischen Felder einer Wanderwelle ändern sich in der gleichen Phase.
Vektoren in einer wandernden elektromagnetischen Welle bilden das sogenannte rechtshändige Vektortripel.
Schwingungen von Vektoren erfolgen in Phase: Zum gleichen Zeitpunkt erreichen an einem Punkt im Raum die Projektionen der elektrischen und magnetischen Feldstärken ein Maximum, ein Minimum oder Null.
Elektromagnetische Wellen breiten sich in der Materie aus Höchstgeschwindigkeit
Wo sind die dielektrische und magnetische Permeabilität des Mediums (die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer elektromagnetischen Welle im Medium hängt von ihnen ab),
Elektrische und magnetische Konstanten.
Geschwindigkeit elektromagnetischer Wellen im Vakuum
Elektromagnetische Energieflussdichte
oderIntensität
J
ist die elektromagnetische Energie, die eine Welle pro Zeiteinheit durch eine Oberfläche mit einer Flächeneinheit überträgt:
,
Wenn wir hier die Ausdrücke für , und υ einsetzen und die Gleichheit der volumetrischen Energiedichten der elektrischen und magnetischen Felder in der elektromagnetischen Welle berücksichtigen, erhalten wir:
Elektromagnetische Wellen können polarisiert sein.
Auch elektromagnetische Wellen haben alle grundlegenden Eigenschaften von Wellen : Sie übertragen Energie, haben Impuls, sie werden an der Grenzfläche zwischen zwei Medien reflektiert und gebrochen, vom Medium absorbiert, weisen die Eigenschaften Dispersion, Beugung und Interferenz auf.
Hertz‘ Experimente (experimenteller Nachweis elektromagnetischer Wellen)
Zum ersten Mal wurden elektromagnetische Wellen experimentell untersucht
Hertz im Jahr 1888 Er entwickelte ein erfolgreiches Design für einen Generator elektromagnetischer Schwingungen (Hertz-Vibrator) und eine Methode zur Erkennung ihrer Resonanz.
Der Vibrator bestand aus zwei linearen Leitern, an deren Enden sich Metallkugeln befanden, die eine Funkenstrecke bildeten. Wenn Hochspannung von der Induktionsspule an den Induktor angelegt wurde, sprang ein Funke durch die Lücke und schloss die Lücke kurz. Während seiner Verbrennung traten im Stromkreis zahlreiche Schwingungen auf. Der Empfänger (Resonator) bestand aus einem Draht mit einer Funkenstrecke. Das Vorhandensein einer Resonanz äußerte sich im Auftreten von Funken in der Funkenstrecke des Resonators als Reaktion auf einen im Vibrator entstehenden Funken.
Somit bildeten die Experimente von Hertz eine solide Grundlage für Maxwells Theorie. Die von Maxwell vorhergesagten elektromagnetischen Wellen wurden experimentell realisiert.
GRUNDSÄTZE DER FUNKKOMMUNIKATION
Funkkommunikation – Übertragung und Empfang von Informationen mittels Radiowellen.
Am 24. März 1896 demonstrierte Popov auf einer Sitzung der Physikabteilung der Russischen Physikochemischen Gesellschaft mit seinen Instrumenten deutlich die Übertragung von Signalen über eine Entfernung von 250 m und sendete das weltweit erste Zwei-Wort-Radiogramm „Heinrich Hertz“. .
EMPFÄNGERDIAGRAMM A.S. POPOV
Popov nutzte die Funktelegrafenkommunikation (Übertragung von Signalen unterschiedlicher Dauer), eine solche Kommunikation kann nur über einen Code erfolgen. Als Radiowellenquelle diente ein Funkensender mit Hertz-Vibrator, als Empfänger diente ein Kohärenter, eine Glasröhre mit Metallspänen, deren Widerstand beim Auftreffen einer elektromagnetischen Welle um das Hundertfache abnimmt. Um die Empfindlichkeit des Kohärenters zu erhöhen, wurde ein Ende davon geerdet und das andere mit einem über der Erde angebrachten Draht verbunden, wobei die Gesamtlänge der Antenne ein Viertel der Wellenlänge betrug. Das Signal des Funkensenders lässt schnell nach und kann nicht über große Entfernungen übertragen werden.
Für den Sprechfunk (Übertragung von Sprache und Musik) wird ein hochfrequentes moduliertes Signal verwendet. Ein niederfrequentes (Schall-)Frequenzsignal überträgt Informationen, wird aber praktisch nicht ausgesendet, und ein Hochfrequenzsignal wird gut ausgesendet, trägt aber keine Informationen. Modulation wird für die Funktelefonkommunikation verwendet.
Modulation – der Prozess der Herstellung einer Übereinstimmung zwischen den Parametern der HF- und NF-Signale.
In der Funktechnik werden verschiedene Modulationsarten verwendet: Amplitude, Frequenz, Phase.
Amplitudenmodulation - eine Änderung der Amplitude von Schwingungen (elektrisch, mechanisch usw.), die bei einer Frequenz auftritt, die viel niedriger ist als die Frequenz der Schwingungen selbst.
Eine harmonische Schwingung mit hoher Frequenz ω wird in ihrer Amplitude durch eine harmonische Schwingung mit niedriger Frequenz Ω moduliert (τ = 1/Ω ist ihre Periode), t ist die Zeit, A ist die Amplitude der hochfrequenten Schwingung, T ist ihre Periode.
Funkkommunikationsschaltung mit AM-Signal
Amplitudenmodulationsgenerator
Die Amplitude des HF-Signals wird entsprechend der Amplitude des NF-Signals verändert, dann wird das modulierte Signal von der Sendeantenne abgestrahlt.
In einem Funkempfänger nimmt die Empfangsantenne Funkwellen auf; im Schwingkreis wird aufgrund der Resonanz das Signal, auf das die Frequenz des Kreises abgestimmt ist (die Trägerfrequenz der Sendestation), isoliert und verstärkt, dann ist es notwendig um den niederfrequenten Anteil des Signals zu isolieren.
Detektorradio
Erkennung – der Prozess der Umwandlung eines Hochfrequenzsignals in ein Niederfrequenzsignal. Das nach der Erkennung empfangene Signal entspricht dem Tonsignal, das auf das Sendermikrofon eingewirkt hat. Nach der Verstärkung können niederfrequente Schwingungen in Schall umgewandelt werden.
Detektor (Demodulator)
Die Diode dient zur Gleichrichtung von Wechselstrom
a) AM-Signal, b) erkanntes Signal
RADAR
Als Erkennung und genaue Bestimmung des Standorts von Objekten und der Geschwindigkeit ihrer Bewegung mithilfe von Radiowellen wird bezeichnet Radar . Das Prinzip des Radars basiert auf der Eigenschaft der Reflexion elektromagnetischer Wellen an Metallen.
1 - rotierende Antenne; 2 - Antennenschalter; 3 - Sender; 4 - Empfänger; 5 - Scanner; 6 - Entfernungsanzeige; 7 - Fahrtrichtungsanzeiger.
Für Radar werden hochfrequente Radiowellen (VHF) verwendet, mit deren Hilfe sich leicht ein gerichteter Strahl bildet und die Strahlungsleistung hoch ist. Im Meter- und Dezimeterbereich gibt es Gitterrüttlersysteme, im Zentimeter- und Millimeterbereich gibt es Parabolstrahler. Die Ortung kann sowohl im kontinuierlichen (zur Erkennung eines Ziels) als auch im gepulsten (zur Bestimmung der Geschwindigkeit eines Objekts) Modus erfolgen.
Einsatzgebiete von Radar:
Luftfahrt, Raumfahrt, Marine: Sicherheit des Schiffsverkehrs bei jedem Wetter und zu jeder Tageszeit, Vermeidung von Kollisionen, Startsicherheit usw. Flugzeuglandungen.
Militärische Angelegenheiten: rechtzeitige Erkennung feindlicher Flugzeuge oder Raketen, automatische Anpassung des Flugabwehrfeuers.
Radar von Planeten: Messung der Entfernung zu ihnen, Klärung der Parameter ihrer Umlaufbahnen, Bestimmung der Rotationsperiode, Beobachtung der Oberflächentopographie. In der ehemaligen Sowjetunion (1961) - Radar von Venus, Merkur, Mars, Jupiter. In den USA und Ungarn (1946) - ein Experiment zum Empfang eines von der Mondoberfläche reflektierten Signals.
Der Telekommunikationskreis ist im Prinzip derselbe wie der Funkkommunikationskreis. Der Unterschied besteht darin, dass zusätzlich zum Tonsignal ein Bild und Steuersignale (Zeilenwechsel und Rahmenwechsel) übertragen werden, um den Betrieb von Sender und Empfänger zu synchronisieren. Im Sender werden diese Signale moduliert und übertragen, im Empfänger werden sie von der Antenne aufgenommen und durchlaufen jeweils einen eigenen Pfad zur Verarbeitung.
Betrachten wir eines der möglichen Schemata zur Umwandlung eines Bildes in elektromagnetische Wellen mithilfe eines Ikonoskops:
Mithilfe eines optischen Systems wird ein Bild auf einen Mosaikbildschirm projiziert; durch den photoelektrischen Effekt erhalten die Bildschirmzellen eine unterschiedliche positive Ladung. Die Elektronenkanone erzeugt einen Elektronenstrahl, der sich über den Bildschirm bewegt und positiv geladene Zellen entlädt. Da jede Zelle ein Kondensator ist, führt eine Ladungsänderung zum Auftreten einer sich ändernden Spannung – einer elektromagnetischen Schwingung. Das Signal wird dann verstärkt und an ein Modulationsgerät gesendet. Bei einer Bildröhre wird das Videosignal wieder in ein Bild umgewandelt (je nach Funktionsprinzip der Bildröhre auf unterschiedliche Weise).
Da ein Fernsehsignal viel mehr Informationen überträgt als ein Radio, wird mit hohen Frequenzen (Meter, Dezimeter) gearbeitet.
Ausbreitung von Radiowellen.
Radiowelle - ist eine elektromagnetische Welle im Bereich (10 4
Jeder Abschnitt dieses Sortiments wird dort eingesetzt, wo seine Vorteile am besten genutzt werden können. Funkwellen unterschiedlicher Reichweite breiten sich über unterschiedliche Entfernungen aus. Die Ausbreitung von Radiowellen hängt von den Eigenschaften der Atmosphäre ab. Einen starken Einfluss auf die Ausbreitung von Radiowellen haben auch die Erdoberfläche, die Troposphäre und die Ionosphäre.
Funkausbreitung ist der Vorgang der Übertragung elektromagnetischer Schwingungen der Funkreichweite im Raum von einem Ort zum anderen, insbesondere von einem Sender zu einem Empfänger.
Wellen unterschiedlicher Frequenz verhalten sich unterschiedlich. Betrachten wir die Merkmale der Ausbreitung langer, mittlerer, kurzer und ultrakurzer Wellen genauer.
Ausbreitung langer Wellen.
Lange Wellen (>1000 m) breiten sich aus:
In Entfernungen von bis zu 1-2.000 km aufgrund der Beugung an der sphärischen Erdoberfläche. Kann den Globus umrunden (Abb. 1). Dann erfolgt ihre Ausbreitung aufgrund der Führungswirkung des sphärischen Wellenleiters ohne Reflexion.
Reis. 1 Verbindungsqualität:
Empfangsstabilität. Die Empfangsqualität ist unabhängig von Tageszeit, Jahreszeit oder Wetterbedingungen.
Mängel:
Aufgrund der starken Absorption der Welle bei ihrer Ausbreitung über die Erdoberfläche sind eine große Antenne und ein leistungsstarker Sender erforderlich.
Atmosphärische Entladungen (Blitze) erzeugen Störungen.
Verwendung:
Die Reichweite wird für Rundfunk, Funktelegrafenkommunikation, Funknavigationsdienste und Kommunikation mit U-Booten genutzt.
Es gibt eine kleine Anzahl von Radiosendern, die Zeitsignale und Wetterberichte senden.
Mittelwellen ( =100..1000 m) breiten sich aus:
Wie lange Wellen können sie sich um die Erdoberfläche biegen.
Ebenso wie kurze Wellen können sie auch immer wieder von der Ionosphäre reflektiert werden.
Verbindungsqualität:
Kurze Kommunikationsreichweite. Mittelwellensender sind im Umkreis von Tausenden Kilometern zu hören. Es gibt jedoch ein hohes Maß an atmosphärischen und industriellen Störungen.
Sie werden für die offizielle und Amateurkommunikation sowie hauptsächlich für den Rundfunk verwendet.
Kurze Wellen (=10..100 m) breiten sich aus:
Wiederholt von der Ionosphäre und der Erdoberfläche reflektiert (Abb. 2)
Verbindungsqualität:
Die Empfangsqualität auf Kurzwellen hängt stark von verschiedenen Prozessen in der Ionosphäre ab, die mit der Höhe der Sonnenaktivität, der Jahres- und Tageszeit zusammenhängen. Keine Hochleistungssender erforderlich. Für die Kommunikation zwischen Bodenstationen und Raumfahrzeugen sind sie ungeeignet, da sie die Ionosphäre nicht passieren.
Verwendung:
Für die Fernkommunikation. Für Fernseh-, Rundfunk- und Funkkommunikation mit beweglichen Objekten. Departementale Telegraphen- und Telefonfunkstationen sind in Betrieb. Dieser Bereich ist der am dichtesten besiedelte.
Ultrakurze Wellen (
Manchmal können sie von Wolken, künstlichen Satelliten oder sogar vom Mond reflektiert werden. In diesem Fall kann sich die Kommunikationsreichweite geringfügig erhöhen.
Der Empfang von Ultrakurzwellen zeichnet sich durch konstante Hörbarkeit, fehlendes Fading und eine Verringerung verschiedener Interferenzen aus.
Eine Kommunikation auf diesen Wellen ist nur in Sichtweite möglich L(Abb. 7).
Da sich ultrakurze Wellen nicht über den Horizont hinaus ausbreiten, besteht die Notwendigkeit, viele Zwischensender – Repeater – zu bauen.
Verstärker- ein Gerät, das sich an Zwischenpunkten von Funkkommunikationsleitungen befindet, empfangene Signale verstärkt und weiterleitet.
Neuausstrahlung- Empfang von Signalen an einem Zwischenpunkt, deren Verstärkung und Übertragung in die gleiche oder eine andere Richtung. Durch Weiterleiten soll die Kommunikationsreichweite erhöht werden.
Es gibt zwei Weiterleitungsmethoden: Satellit und terrestrisch.
Satellit:
Ein aktiver Relaissatellit empfängt ein Signal von einer Bodenstation, verstärkt es und sendet das Signal über einen leistungsstarken Richtsender in die gleiche oder eine andere Richtung zur Erde.
Boden:
Das Signal wird an einen terrestrischen analogen oder digitalen Radiosender oder ein Netzwerk solcher Sender übertragen und dann in die gleiche oder eine andere Richtung weitergeleitet.
1 – Funksender,
2 – Sendeantenne, 3 – Empfangsantenne, 4 – Funkempfänger.
Verwendung:
Zur Kommunikation mit künstlichen Erdsatelliten und
UKW ist in folgende Bereiche unterteilt:
Meterwellen - von 10 bis 1 Meter, wird für die Telefonkommunikation zwischen Schiffen, Wasserfahrzeugen und Hafendiensten verwendet.
Dezimeter - von 1 Meter bis 10 cm, verwendet für die Satellitenkommunikation.
Zentimeter - von 10 bis 1 cm, verwendet im Radar.
Millimeter - von 1 cm bis 1 mm, hauptsächlich in der Medizin verwendet.
Bei Wellen jeglicher Herkunft können Sie unter bestimmten Bedingungen die vier unten aufgeführten Phänomene beobachten, die wir am Beispiel von Schallwellen in der Luft und Wellen auf der Wasseroberfläche betrachten.
Wellenreflexion. Machen wir ein Experiment mit einem Tonfrequenz-Stromgenerator, an den ein Lautsprecher (Lautsprecher) angeschlossen ist, wie in Abb. "A". Wir werden ein Pfeifgeräusch hören. Am anderen Ende des Tisches platzieren wir ein Mikrofon, das an ein Oszilloskop angeschlossen ist. Da auf dem Bildschirm eine Sinuskurve mit geringer Amplitude erscheint, bedeutet dies, dass das Mikrofon einen schwachen Ton wahrnimmt.
Legen wir nun das Brett auf den Tisch, wie in Abb. „b“ gezeigt. Da die Amplitude auf dem Oszilloskopbildschirm zugenommen hat, ist der Ton, der das Mikrofon erreicht, lauter geworden. Dieses und viele andere Experimente legen das nahe Mechanische Wellen jeglichen Ursprungs können an der Grenzfläche zwischen zwei Medien reflektiert werden.
Wellenbrechung. Wenden wir uns dem Bild zu, das Wellen zeigt, die auf die Untiefen der Küste laufen (Draufsicht). Das sandige Ufer ist grau-gelb dargestellt und der tiefe Teil des Meeres ist blau. Dazwischen liegt eine Sandbank – seichtes Wasser.
Wellen, die sich durch tiefes Wasser bewegen, bewegen sich in Richtung des roten Pfeils. An der Stelle, an der die Welle aufläuft, wird sie gebrochen, das heißt, sie ändert die Ausbreitungsrichtung. Daher ist der blaue Pfeil, der die neue Richtung der Wellenausbreitung anzeigt, anders positioniert.
Das zeigen diese und viele andere Beobachtungen Mechanische Wellen jeglichen Ursprungs können gebrochen werden, wenn sich die Ausbreitungsbedingungen ändern, beispielsweise an der Grenzfläche zwischen zwei Medien.
Wellenbeugung. Aus dem Lateinischen übersetzt bedeutet „diffractus“ „kaputt“. In der Physik Unter Beugung versteht man die Abweichung von Wellen von der geradlinigen Ausbreitung im selben Medium, was dazu führt, dass sie sich um Hindernisse herum biegen.
Schauen Sie sich nun ein anderes Wellenmuster auf der Meeresoberfläche an (Blick vom Ufer aus). Die aus der Ferne auf uns zulaufenden Wellen werden links von einem großen Felsen verdeckt, biegen ihn aber gleichzeitig teilweise um. Der kleinere Felsen auf der rechten Seite stellt für die Wellen überhaupt kein Hindernis dar: Sie umrunden ihn vollständig und breiten sich in die gleiche Richtung aus.
Experimente zeigen das Die Beugung wird am deutlichsten sichtbar, wenn die Länge der einfallenden Welle größer ist als die Größe des Hindernisses. Hinter ihm breitet sich die Welle aus, als gäbe es kein Hindernis.
Welleninterferenz. Wir haben Phänomene untersucht, die mit der Ausbreitung einer einzelnen Welle verbunden sind: Reflexion, Brechung und Beugung. Betrachten wir nun die Ausbreitung mit zwei oder mehr übereinander liegenden Wellen – Interferenzphänomen(vom lateinischen „inter“ – gegenseitig und „ferio“ – ich schlage). Lassen Sie uns dieses Phänomen experimentell untersuchen.
Wir werden zwei parallel geschaltete Lautsprecher an den Tonfrequenz-Stromgenerator anschließen. Der Schallempfänger wird wie im ersten Experiment ein Mikrofon sein, das an ein Oszilloskop angeschlossen ist.
Beginnen wir damit, das Mikrofon nach rechts zu bewegen. Das Oszilloskop zeigt, dass der Ton schwächer und stärker wird, obwohl sich das Mikrofon von den Lautsprechern entfernt. Lassen Sie uns das Mikrofon wieder auf die Mittellinie zwischen den Lautsprechern bringen und es dann nach links bewegen, um es wieder von den Lautsprechern wegzubewegen. Das Oszilloskop zeigt uns erneut die Abschwächung und Verstärkung des Schalls.
Dieses und viele andere Experimente zeigen das In einem Raum, in dem sich mehrere Wellen ausbreiten, kann deren Interferenz zur Entstehung alternierender Bereiche mit Verstärkung und Abschwächung der Schwingungen führen.
Welle– der Prozess der Ausbreitung von Schwingungen in einem elastischen Medium.
Mechanische Welle– mechanische Störungen, die sich im Raum ausbreiten und Energie transportieren.
Arten von Wellen:
longitudinal - Partikel des Mediums schwingen in Richtung der Wellenausbreitung - in allen elastischen Medien;
X
Schwingungsrichtung
Punkte der Umgebung
transversal - Partikel des Mediums schwingen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Welle - auf der Oberfläche der Flüssigkeit.
X
Arten mechanischer Wellen:
elastische Wellen – Ausbreitung elastischer Verformungen;
Wellen auf der Oberfläche einer Flüssigkeit.
Welleneigenschaften:
Lassen Sie A gemäß dem Gesetz schwingen: 
.
Dann schwingt B um einen Winkel verzögert 
, Wo 
, d.h.
Wellenenergie.
- die Gesamtenergie eines Teilchens. Wenn TeilchenN, dann wo 
- Epsilon, V – Volumen.
Epsilon– Energie pro Volumeneinheit der Welle – volumetrische Energiedichte.
Der Wellenenergiefluss ist gleich dem Verhältnis der von Wellen durch eine bestimmte Oberfläche übertragenen Energie zur Zeit, in der diese Übertragung erfolgt: 
, Watt; 1 Watt = 1J/s.
Energieflussdichte – Wellenintensität– Energiefluss durch eine Flächeneinheit – ein Wert, der der durchschnittlichen Energie entspricht, die von einer Welle pro Zeiteinheit und pro Querschnittsflächeneinheit übertragen wird.
[W/m2]
.
Vektor Umov– Vektor I, der die Richtung der Wellenausbreitung zeigt und dem Fluss der Wellenenergie entspricht, der durch eine Flächeneinheit senkrecht zu dieser Richtung verläuft:
.
Physikalische Eigenschaften der Welle:
Amplitude
Wellenlänge
Wellengeschwindigkeit
Intensität
Oszillierend:
Welle:
Komplexe Schwingungen (Entspannung) unterscheiden sich von Sinusschwingungen.
Fourier-Transformation- Jede komplexe periodische Funktion kann als Summe mehrerer einfacher (harmonischer) Funktionen dargestellt werden, deren Perioden ein Vielfaches der Periode der komplexen Funktion sind – das ist eine harmonische Analyse. Kommt in Analysegeräten vor. Das Ergebnis ist das harmonische Spektrum einer komplexen Schwingung:
A
0 
Klang - Vibrationen und Wellen, die auf das menschliche Ohr einwirken und Hörempfindungen hervorrufen.
Schallschwingungen und -wellen sind ein Sonderfall mechanischer Schwingungen und Wellen. Arten von Geräuschen:
einfach - harmonisch - Stimmgabel
komplex – anharmonisch – Sprache, Musik
Töne– Ton, der ein periodischer Prozess ist:
Ein komplexer Ton kann in einfache zerlegt werden. Die niedrigste Frequenz einer solchen Zerlegung ist der Grundton, die übrigen Harmonischen (Obertöne) haben Frequenzen gleich 2 
und andere. Das akustische Spektrum besteht aus einer Reihe von Frequenzen, die ihre relative Intensität angeben.
Lärm - Ton mit komplexer, sich nicht wiederholender Zeitabhängigkeit (Rascheln, Knarren, Applaus). Das Spektrum ist kontinuierlich.
Physikalische Eigenschaften von Klang:
Merkmale der Hörempfindung:
Höhe– bestimmt durch die Frequenz der Schallwelle. Je höher die Frequenz, desto höher der Ton. Ein Ton mit größerer Intensität ist leiser.
Timbre– bestimmt durch das akustische Spektrum. Je mehr Töne, desto reicher das Spektrum.
Volumen– charakterisiert den Grad der Hörempfindung. Hängt von der Schallintensität und -frequenz ab. Psychophysisch Weber-Fechner-Gesetz: Wenn Sie die Reizung in einem geometrischen Verlauf (um die gleiche Anzahl von Malen) erhöhen, dann wird das Gefühl dieser Reizung in einem arithmetischen Verlauf (um den gleichen Betrag) zunehmen.
, wobei E die Lautstärke ist (gemessen im Hintergrund); 
- Intensitätsniveau (gemessen in Bel). 1 Bel – Änderung des Intensitätsniveaus, was einer Änderung der Schallintensität um das Zehnfache entspricht. K – Proportionalitätskoeffizient, abhängig von Frequenz und Intensität.
Der Zusammenhang zwischen Lautstärke und Schallintensität ist gleiche Volumenkurven, basierend auf experimentellen Daten (sie erzeugen einen Ton mit einer Frequenz von 1 kHz, ändern die Intensität, bis ein Hörempfinden entsteht, ähnlich dem Gefühl der Lautstärke des untersuchten Tons). Wenn Sie die Intensität und Häufigkeit kennen, können Sie den Hintergrund finden.
Audiometrie– Methode zur Messung der Hörschärfe. Das Gerät ist ein Audiometer. Die resultierende Kurve ist ein Audiogramm. Die Hörschwelle bei verschiedenen Frequenzen wird bestimmt und verglichen.
Schallpegelmesser – Lärmpegel messen.
In der Klinik: Auskultation – Stethoskop/Phonendoskop. Ein Phonendoskop ist eine Hohlkapsel mit einer Membran und Gummischläuchen.
Bei der Phonokardiographie handelt es sich um eine grafische Aufzeichnung von Hintergründen und Herztönen.
Schlagzeug.
Ultraschall– mechanische Schwingungen und Wellen mit einer Frequenz über 20 kHz bis 20 MHz. Ultraschallstrahler sind elektromechanische Strahler, die auf dem piezoelektrischen Effekt (Wechselstrom zu Elektroden mit Quarz dazwischen) basieren.
Die Ultraschallwellenlänge ist kleiner als die Schallwellenlänge: 1,4 m – Schall in Wasser (1 kHz), 1,4 mm – Ultraschall in Wasser (1 MHz). Ultraschall wird an der Knochen-Periost-Muskel-Grenze gut reflektiert. Ultraschall dringt nicht in den menschlichen Körper ein, es sei denn, er wird mit Öl geschmiert (Luftschicht). Die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Ultraschalls hängt von der Umgebung ab. Physikalische Prozesse: Mikrovibrationen, Zerstörung von Biomakromolekülen, Umstrukturierung und Schädigung biologischer Membranen, thermische Effekte, Zerstörung von Zellen und Mikroorganismen, Kavitation. In der Klinik: Diagnostik (Enzephalograph, Kardiograph, Ultraschall), Physiotherapie (800 kHz), Ultraschallskalpell, Pharmaindustrie, Osteosynthese, Sterilisation.
Infrasound– Wellen mit einer Frequenz von weniger als 20 Hz. Unerwünschte Wirkung – Resonanz im Körper.
Vibrationen. Wohltuende und schädliche Wirkungen. Massage. Vibrationskrankheit.
Doppler-Effekt– Änderung der Frequenz der vom Beobachter (Wellenempfänger) wahrgenommenen Wellen aufgrund der relativen Bewegung der Wellenquelle und des Beobachters.
Fall 1: N nähert sich I.
Fall 2: Und nähert sich N.
Fall 3: Annäherung und Entfernung von I und N voneinander:
System: Ultraschallgenerator – Empfänger – ortsfest zum Medium. Das Objekt bewegt sich. Er empfängt Ultraschall mit einer Frequenz 
, reflektiert es und sendet es an den Empfänger, der eine Ultraschallwelle mit einer Frequenz empfängt 
. Frequenzunterschied – Doppler-Frequenzverschiebung:
. Wird zur Bestimmung der Geschwindigkeit des Blutflusses und der Geschwindigkeit der Klappenbewegung verwendet.
