Question

Prosze o referat na temat "Zjawiska akustyczne"plis potrzebne na jutro

Answer 1

 http://www.sciaga.pl/tekst/12121-13-zjawiska_akustyczne

 

 

 

 Rozwój akustyki W starożytnych Chinach wykorzystywano dźwięki jako narzędzie tortur, zaś za czasów Aleksandra Wielkiego do sygnalizacji dla potrzeb wojska. Dopiero w późniejszych czasach (Arystoteles III w. p. n. e. Vitruvius I w. p. n. e.) akustyka stała się potrzebna dla celów kulturalnych przy opracowywaniu warunków dobrej słyszalności w amfiteatrach oraz dla rozwoju potrzeb instrumentów muzycznych. Interesowano się już wówczas mechanizmem słyszenia. Z punktu widzenia fizycznego wiązano akustykę z optyką ,ze względu na podobieństwo praw związanych z rozchodzeniem się dźwięku i światła, jak również ze względu na konieczność zapewnienia w teatrach dobrej słyszalności i widzialności. Do połowy XIX w. akustyka rozwijała się wyłącznie jako gałąź fizyki. Rozwój ten wynikał raczej z ciekawości badaczy, a nie z potrzeb praktycznych. Dopiero wynalezienie telefonu przez A. Bella w roku 1876 oraz fonografu przez T. Edisona w 1878 r. zapoczątkowało nową erę rozwoju akustyki, która stała się nie tylko gałęzią fizyki, ale i techniki. Prace nad przetwornikami elektroakustycznymi (mikrofonami, głośnikami, czujnikami) prowadzone przez W. Sabine'a badania z zakresu akustyki wnętrz, zapis dźwięku - to główne kierunki rozwoju akustyki na początku XX wieku. Ponieważ ostatecznym odbiorcą fal akustycznych jest człowiek, rozwinęło się zagadnienie mechanizmu słyszenia od strony fizjologicznej, psychologicznej, a ostatnio cybernetycznej. Konieczność ujęcia ilościowego wielkości akustycznych spowodowała rozwój miernictwa akustycznego. W oparciu o miernictwo akustyczne powstała gałąź akustyki muzycznej ,umożliwiająca obiektywną ocenę jakości instrumentów muzycznych oraz ułatwiająca ich projektowanie. Rozwinęła się również akustyka mowy. Rozwój techniki ultradźwiękowej spowodował powiązanie akustyki z przemysłem dzięki licznym zastosowaniom ultradźwięków w metalurgii, hutnictwie , chemii , produkcji maszyn i materiałów budowlanych. Powiązanie z przemysłem, a ogólnie z rozwojem techniki wyłoniło z akustyki dziedzinę zwalczania hałasów. Obecnie akustyka jest intensywnie rozwijającą się gałęzią techniki i fizyki, w której na pierwszy plan wysuwają się zagadnienia ultradźwięków i akustyki ciała stałego, akustyki molekularnej, zwalczania hałasów oraz nowego kierunku: rozpoznawania dźwięków mowy ludzkiej przez urządzenia elektroniczne oraz wytwarzania sztucznej mowy. Ostatni kierunek wiąże się ściśle z rozwojem cybernetyki, prowadząc w dalszej perspektywie do bezpośredniego zapisu mowy ludzkiej w postaci umownego tekstu oraz czytania przez automaty. Wytwarzanie fal akustycznych Wytworzenie fali akustycznej w ośrodku płynnym polega na powstaniu zaburzenia gęstości ośrodka w postaci chwilowych zagęszczeń i rozrzedzeń powodujących chwilowe zmiany ciśnienia w otoczeniu zaburzenia zwane ciśnieniem akustycznym. W ośrodkach stałych fale akustyczne wywołane są wytworzeniem zmiany naprężeń powodujących chwilowe odkształcenia ośrodka. W ogólnym przypadku fale akustyczną można wytworzyć przez spowodowanie drgań mechanicznych ośrodka stałego, np. uderzeniem, tarciem, drganiem membrany głośnika lub wskutek efektu turbulencji. Ruch turbulentny cieczy lub gazu (płynu) polega na tym, że cząstki ośrodka nie poruszają się wzdłuż kierunku działania przyłożone) z zewnątrz siły, lecz po liniach krzywych, w których można wyodrębnić wiry, będące źródłem fali akustycznej. Ruch turbulentny powstaje wskutek dużych prędkości przepływu strugi, lub przez ustawienie przeszkody nawet przy niedużych prędkościach przepływu strugi. Wytworzone ciśnienie akustyczne w ośrodku płynnym działa na sąsiednie cząstki ośrodka wprawiając je w drgania, przy czym średnie położenie cząstek pozostaje nie zmienione, a przenoszona jest przez drgające cząstki tylko energia zaburzenia. Prędkość przenoszenia energii przez ośrodek nazywa się prędkością rozchodzenia się fali akustycznej. Prędkość rozchodzenia się fali akustyczne) w powietrzu c = 340 m/sek. Powierzchnia czołowa rozchodzącego się zaburzenia nazywana jest czołem fali. Rozchodzenie się fal akustycznych W zależności od kierunku drgania cząstek względem kierunku rozchodzenia się fali rozróżniamy f ale podłużne oraz poprzeczne. W przypadku fal podłużnych cząstki drgają w kierunku rozchodzenia się fali. Fale podłużne rozchodzić się mogą zarówno w ośrodkach ciekłych, jak i w ciałach stałych. Dla fal poprzecznych kierunek drgań cząstek jest prostopadły do kierunku rozchodzenia się fali. Fale poprzeczne mogą rozchodzić się tylko w ciałach stałych. Wyjątek stanowią tzw. fale powierzchniowe, które mogą rozchodzić się na powierzchni cieczy (np. fale na wodzie). Najprostszym rodzajem zaburzenia jest zaburzenie o przebiegu sinusoidalnym p = pmsin 2pif gdzie f jest częstotliwością drgań, p - amplitudą. Ciśnienie akustyczne zaburzenia sinusoidalnego w odległości x od źródła fali akustycznej wynosi p = pmsin 2pif(t - ta) gdzie ta jest czasem przejścia zaburzenia od źródła do punktu a. ta = a/c Ze zmianą odległości zmieniać się będzie faza p czoła fali, która wynosi p = 2pi fa/c Długość fali Najmniejszą odległość, przy której faza p = 2pi tzn. przy której cząstki drgają z tą samą fazą, nazywamy długością fali : A (lambda) = c/f = cT gdzie T jest okresem drgań. Jeżeli wymiary geometryczne ośrodka, w którym rozchodzi się fala akustyczna, są znacznie mniejsze od długości fali, można przyjąć, że wszystkie punkty ośrodka drgają z tą samą fazą. We wspomnianym ośrodku nie będzie wtedy rozchodzić się fala, co pozwala traktować drgania ośrodka jako drgania punktu materialnego. Interferencja Przy rozchodzeniu się w ośrodku kilku fal o tej samej częstotliwości, cząstki w poszczególnych punktach ośrodka drgają z amplitudami wypadkowymi powstałymi z sumowania się ciśnień akustycznych wywołanych działaniem wszystkich źródeł zaburzeń, z uwzględnieniem odpowiednich przesunięć fazowych wynikających z różnicy dróg. Jest to zjawisko nakładania się fal, czyli interferencji fal. Fale stojące W wyniku interferencji fal otrzymuje się różne wypadkowe amplitudy drgań cząstek ośrodka w różnych punktach. W najprostszym przypadku dwóch fal o jednakowych amplitudach rozchodzących się w przeciwnych kierunkach fale mogą mieć w określonych punktach fazy zgodne powodujące wzrost amplitudy drgań cząstek, w innych punktach zaś mogą mieć fazy przeciwne, powodując wygaszanie drgań cząstek. Powstaje wówczas fala stojąca. Odbicie i pochłanianie fal akustycznych W przypadku gdy fala akustyczna pada na drugi ośrodek o innej akustycznej oporności właściwej Z = qc, gdzie q jest gęstością, część energii akustycznej zostaje odbita, a tylko część przeniesiona do drugiego ośrodka. Wielkością charakteryzującą ilość energii odbitej Er i przeniesionej Ep w stosunku do ilości energii padającej Ei są odpowiednio: współczynnik odbicia B = Er/Ei oraz; współczynnik przeniesienia zwany również współczynnikiem pochłaniania a = Ep/Ei. W przypadku padania fali pod kątem m na powierzchnię graniczną ośrodków, kąt padania jest równy kątowi odbicia. Fala przechodząca do drugiego ośrodka ulega załamaniu, tzn. podobnie jak fala świetlna zmienia kierunek. Ugięcie fali Jeżeli fala trafia na przeszkodę o wymiarach geometrycznych znacznie mniejszych od długości fali. następuje zjawisko ugięcia polegające na omijaniu przeszkody przez falę. Uzależnienie zjawiska ugięcia od długości fali wskazuje, że łatwiej uginają się fale o większych długościach, czyli o mniejszych częstotliwościach. Rezonans falowy Fala padająca prostopadle na granicę ośrodków oraz fala odbita tworzą wskutek interferencji falę stojącą. Jeżeli ośrodek, w którym rozchodzi się fala akustyczna, ograniczony jest z obu stron (np. ograniczona z obu stron rura),, wówczas wskutek wielokrotnych odbić od granicy ośrodków nastąpi wielokrotne nakładanie się fal. W przypadku zgodności faz wszystkich fal odbitych otrzymuje się maksymalne wzmocnienie ciśnienia akustycznego, nazywane rezonansem falowym. Częstotliwością dla których wystąpi rezonans falowy, otrzymamy z warunku zgodności faz wszystkich fal odbitych. Zjawisko rezonansu falowego wykorzystywane jest przy drganiach piszczałek, strun, płyt oraz zamkniętych przestrzeni powietrznych, co pozwala na uzyskanie wzmocnienia fal akustycznych dla określonych częstotliwości. Znajduje ono zastosowanie przy budowie instrumentów muzycznych, wyposażonych na ogół w rezonansowe układy wzmacniające. Rezonator Hclmholtza Jest to układ o wymiarach geometrycznych znacznie mniejszych od długości fali, złożony z małej komory z przewężeniem (np. butelka). Drgania rezonansowe polegają na periodycznym sprężaniu i rozprężaniu cząstek w przewężeniu. Częstotliwość rezonansowa, przy której otrzymuje się maksymalne wzmocnienie amplitudy drgań cząstek w rezonatorze. Rezonatory Helmholtza wykorzystywane są do wzmacniania dźwięku, jeśli oddziaływają na źródło dźwięku, lub do pochłaniania dźwięku, gdy współdziałają z ośrodkiem o własnościach odbijających. Zjawisko Dopplera Zjawisko Dopplera polega na zmianie częstotliwości fal akustycznych, jeśli między źródłem fali a odbiornikiem fali istnieje względny ruch. Tak np. wskutek ruchu pociągu względem nieruchomego obserwatora zmienia się częstotliwość sygnałów ostrzegawczych wytworzonych W pociągu (np. gwizdu), zmieniona częstotliwość fz wywołana zbliżaniem się źródła dźwięku z prędkością v wynosi fz = f (c+v / c-v) W przypadku oddalania się źródła dźwięku prędkość v należy traktować jako ujemną. Widmo fal akustycznych Przy rozpatrywaniu zjawisk związanych z powstawaniem i rozchodzeniem się fal akustycznych zakłada się na ogół, że zaburzenie w ośrodku ma przebieg sinusoidalny o określonej częstotliwości drgań. Występujące w rzeczywistości fale akustyczne, np. dźwięki mowy, muzyki, hałasy, są przebiegami złożonymi, nie przypominają przebiegów sinusoidalnych. Posługując się analizą Fouriera można dowolny przebieg przedstawić w postaci sumy przebiegów sinusoidalnych o określonych amplitudach i fazach. Otrzymaną zależność amplitud poszczególnych składowych analizy Fouriera w funkcji częstotliwości nazywa się widmem częstotliwości danego przebiegu. Dla przebiegów periodycznych, tzn. takich;, których przebieg fal akustycznych w określonym punkcie pola akustycznego powtarza się wielokrotnie, otrzymuje się skończoną ilość częstotliwości składowych, które tworzą widmo prążkowe. Dla przebiegów nieperiodycznych otrzymuje się widmo ciągłe.