VY_32_INOVACE_170216_Vlneni_a_zvuk_DUM

Report
20. ledna 2013
VY_32_INOVACE_170216_Vlneni_a_zvuk_DUM
VLNĚNÍ A ZVUK
Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Mgr. Miroslava Víchová.
Obchodní akademie a Střední odborná škola logistická, Opava, příspěvková organizace.
Materiál byl vytvořen v rámci projektu OP VK 1.5 – EU peníze středním školám,
registrační číslo CZ.1.07/1.5.00/34.0809.
1.
Vlnění v řadě
bodů
2. Druhy vlnění
3.
Skládání
vlnění
5. Zvuk
4. Šíření vlnění v prostoru
Vlnění v řadě bodů
Kde můžete v přírodě pozorovat vlnění?
Vlnění je možné pozorovat za větru na vodní hladině nebo na lánech
obilí, anebo když hodíme kámen do vody.
Obr.1
Obr.2
odpověď
dále
Vlnění v řadě bodů
Vlnění je velice důležitý jev v přírodě a v technické praxi. Jako vlny se
šíří světlo, zvuk, tepelné záření nebo vysílání rozhlasu a televize.
Vlnění:
• je děj, při němž se kmitání šíří do okolí
• částice v prostředí kmitají, ale nepřemisťují se ve směru, kterým se
vlnění šíří (důkazem jsou plovoucí předměty na vodní hladině –
listí, které se při vlnění pohybují pouze nahoru a dolů).
dále
Vlnění v řadě bodů
Rychlost šíření vlnění
• závisí na prostředí
Fázová rychlost
• rychlost jakou se šíří vrch (hřbet) nebo důl vlny
Vlnová délka
• charakterizuje vlnění
• vzdálenost mezi dvěma sousedícími výchylkami, které odpovídají téže fázi
• značí se λ (lambda) a jednotkou je metr
Obr.3
dále
Vlnění v řadě bodů
Mezi vlnovou délkou a fázovou rychlostí platí vztah:
v
  v T 
f
v – fázová rychlost
T – perioda
Za periodu se oscilátor vrátí do téže fáze.
Obr.4
dále
Vlnění v řadě bodů
Vlny Tsunami
• mořské vlny, které jsou vyvolány při podmořských zemětřeseních a
postupují obrovskými rychlostmi po mořské hladině
Při hloubce moře asi pět kilometrů
se bude vlna šířit fázovou rychlostí
790 km/h, tedy rychlostí tryskového
letadla. Vlnová délka bude asi 52
800 m. Při přibližování vlny pobřeží,
kde je hloubka moře menší, bude
vlna pomalejší, ale bude mít větší
výšku.
Obr.5
zpět na obsah
další kapitola
Druhy vlnění
Podélné postupné vlnění
• částice kmitají ve směru vlnění
• takto se šíří vlnění v pevných, kapalných a plynných tělesech (např. zvuk)
Obr.6
dále
Druhy vlnění
Příčné postupné vedení
• částice kmitají kolmo ke směru šíření vlnění
• lze jej pozorovat na vodní hladině, když na ní hodíme kámen, nebo u
struny
Obr.7
Postupné vlnění můžeme popsat rovnici pro okamžitou výchylku
harmonického kmitavého pohybu.
y  y m  sin t
dále
Druhy vlnění
Jde o vlnění, které se šíří homogenním prostředím ze zdroje a které
kmitá harmonicky. Vlnění je netlumené kmitání.
Obr.8
zpět na obsah
další kapitola
Skládání vlnění
Stojaté vlnění
• vzniká skládáním postupných vlnění stejných parametrů (např. složením
přímé a odražené vlny)
• body, které kmitají s největší výchylkou, se nazývají kmitny.
• body s nulovou výchylkou se nazývají uzly
• u pružných těles se toto vlnění označuje jako chvění (u hudebních nástrojů)
• může být podélné i příčné
• podélné vzniká u rozechvíváním vzduchových sloupců u dechových nástrojů
(trubka, klarinet)
• příčné vzniká u napjaté struny nebo napjatého vlákna (kytara, housle)
Obr.9
dále
Skládání vlnění
Interference vlnění
• skládání dvou a nebo více vlnění
• vlnění se mohou interferencí zesilovat, zeslabovat nebo zcela zrušit
• vznikají interferenční maxima nebo minima
Obrázek ukazuje zesílení
vlnění, vymizení vlnění a
vznik rytmu.
Obr.10
zpět na obsah
další kapitola
Šíření vln v prostoru
Šíření vln v prostoru popsal v roce 1678 holandský fyzik Ch. Huygens.
Huygensův princip říká: Každý bod vlnoplochy můžeme považovat za zdroj
elementárního vlnění, které se z něj šíří v elementárních vlnoplochách.
Podle Huygensova principu lze zkonstruovat vlnoplochy v určitém okamžiku,
jeli známa poloha a tvar vlnění v některém předcházejícím okamžiku.
Pomocí tohoto principu lze vysvětlit šíření vln při odrazu na překážce.
Jakmile se vlna dotkne stěny, stává se bod dotyku zdrojem elementárního
vlnění. A podobně se stávají i další body zdrojem elementárního vlnění.
Výsledné odražené vlnění dostaneme jako obálku všech elementárních
vlnoploch. Tak lze vysvětlit i zákon odrazu vlnění.
Christian Huygens na Wikipedii
Animace vlnění - YouTube
zpět na obsah
další kapitola
Zvuk
Zvuk je mechanické vlnění, které vyvolává v uchu zvukový vjem. Vlastnostmi
zvuku a jeho šířením se zabývá fyzikální obor akustika.
Zdroje zvuku
•
•
•
•
Obr.11
lidský hlas
hudební nástroje
reproduktor
výfuk automobilu
Zvuky dělíme na:
• neperiodické – hluky (praskot, tlukot, šramot,…)
• periodické – hudební zvuk nebo tón
• harmonické – ladička, jednoduchý tón
dále
Zvuk
Zvuk charakterizujeme výškou a barvou tónu.
Výška tónu je určena frekvencí kmitání zdroje.
Obr.12
Čím vyšší je frekvence zvuku, tím vyšší tón
slyšíme. Lidský sluch vnímá zvuk přibližně od
frekvence 16Hz do 16kHz.
V hudbě se používá jako základní tón „a“
(označovaný jako komorní „a“) o absolutní
výšce 440Hz. V technické praxi se používá
základní tón o frekvenci 1kHz (tzv. referenční).
dále
Zvuk
Barva tónu umožňuje rozeznat sluchem stejné tóny různých
hudebních nástrojů (nebo hlasů). Fyzikálně je dána skutečností, že
zvuky nejsou harmonické a obsahují další složky, které slyšíme
současně.
Šíření zvuku
Zvuk se šíří v pružném prostředí – ve vzduchu, vodě, pevných
látkách. Ve vakuu se zvuk nešíří. Rychlost šíření zvuku závisí na
teplotě. Čím vyšší je teplota, tím vyšší je rychlost šíření. Nejrychleji se
zvuk šíří v pevných látkách, pomaleji pak v kapalinách a nejpomaleji
ve vzduchu.
dále
Zvuk
Příklady rychlosti zvuku v různých látkách:
•
•
•
•
•
rychlost zvuku v oceli – 5000 m/s
rychlost zvuku ve skle – 5200 m/s
rychlost zvuku v ledu – 3200 m/s
rychlost zvuku ve vodě o teplotě 25°C - 1500 m/s
rychlost zvuku ve vzduchu o teplotě 20°C – 343 m/s
Podzvuková rychlost
• rychlost nižší než rychlost zvuku (ve vzduchu)
Nadzvuková rychlost
• rychlost vyšší než rychlost zvuku (ve vzduchu)
Rychlost zvuku na Wikipedii
Rychlost zvuku na YouTube
dále
Zvuk
Odraz zvuku
Šíření zvuku záleží i na překážkách, na které zvuk dopadá. Od rozlehlých
překážek se zvuk odráží a vzniká ozvěna. Člověk rozliší zvuky, pokud je mezi
nimi doba alespoň 0,1s. Za tuto dobu zvuk urazí vzdálenost 34m. Při
vzdálenosti zvuku od překážky 17m slyšíme jednoslabičnou ozvěnu. Pokud je
vzdálenost větší,vzniká víceslabičná ozvěna.
Dozvuk je částečné splynutí zvuku původního a odraženého, slyšíme
prodloužení zvuku. Setkáme se s ním v místnostech a koncertních sálech.
Zkresluje zvuky, případně hudbu. Akustické vlastnosti sálu se zlepšují závěsy
nebo materiály, které pohlcují zvuk.
dále
Zvuk
Intenzita zvuku
• Je definována
P
I
S
P – výkon zvukového vlnění
S – obsah kolmé plochy
• jednotkou je watt na čtvereční metr [W.m2]
Lidské ucho vnímá zvuky podle hlasitosti. Zvuk o dvojnásobné intenzitě je
vnímán jako dvojnásobně hlasitý. Byla zavedena logaritmická stupnice
hladiny intenzity zvuku a její jednotkou je bel [B]
Tabulky hlasitosti
Nejhlasitější kocour
dále
Zvuk
Infrazvuk
• je zvuk o menší frekvenci než 16Hz
• dobře se šíří ve vodě
• používají ho k dorozumívání mořští živočichové (velryby), sloni,
hroši a aligátoři
• člověk ho neslyší, ale může mu způsobovat závratě
• při blesku vzniká infrazvuk o intenzitě 120dB
• lokomotiva, která jede vyšší rychlostí než 80km/h vytváří infrazvuk
o intenzitě 130dB
• infrazvuk využívá zvukové dělo, které dokáže sestřelit letadlo (má
ale malý dosah)
dále
Zvuk
Ultrazvuk
• je zvuk o frekvenci větší než 16kHz
• vnímají ho netopýři, psi (do frekvence 100kHz) a kytovci
• ve využíván v technice
• v ultrazvukové defektoskopii (zjišťování mikrotrhlin v materiálech)
• při čištění součástek
• měření hloubky moře (sonografie)
• ve využíván v lékařství (vyšetření plodu, vyšetření orgánů)
Obr.13
Obr.14
Obr.15
zpět na obsah
konec
POUŽITÁ LITERATURA
ŠTOLL, Ivan. Fyzika pro netechnické obory SOŠ a SOU. Praha: Prometheus,
2003. ISBN 80-7196-223-6
CITACE ZDROJŮ
Obr.1 MCLASSUS, Roger. File:2006-01-14 Surface waves.jpg: Wikimedia Commons [online]. 14
January 2006 [cit.2013-01-20]. Dostupné pod licencí Creative Commons z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/43/2006-01-14_Surface_waves.jpg
Obr.2 BROCKEN INAGLORY. File:Multy droplets impact.JPG: Wikimedia Commons [online]. 6
January 2007 [cit. 2013-01-20]. Dostupné pod licencí Creative Commons z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/ee/Multy_droplets_impact.JPG
Obr.3 SOVA, Lukas. Soubor:Wave description.JPG: Wikimedia Commons [online]. 19 May 2009 [cit.
2013-01-20]. Dostupné pod licencí Creative Commons z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/92/Wave_description.JPG
Obr.4 KRAAIENNEST. Soubor:Shallow water wave.gif: Wikimedia Commons [online]. 12 January
2008 [cit. 2013-01-20]. Dostupné pod licencí Creative Commons z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/be/Shallow_water_wave.gif
Obr.5 BROCKEN INAGLORY. File:Waves in pacifica 1.jpg: Wikimedia Commons [online]. 2008 [cit.
2013-01-20]. Dostupné pod licencí Creative Commons z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/45/Waves_in_pacifica_1.jpg
Obr.6 PAJS. Soubor:Podelna vlna.gif: Wikimedia Commons [online]. 29 May 2007 [cit. 2013-01-20].
Dostupné pod licencí Creative Commons z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f4/Podelna_vlna.gif
CITACE ZDROJŮ
Obr.7 EVIL SALTINE. Soubor:Simple harmonic motion animation.gif: Wikimedia Commons [online].
14 November 2004 [cit. 2013-01-20]. Dostupné pod licencí Creative Commons z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/74/Simple_harmonic_motion_animation.gif
Obr.8 AVERSE. Datei:Wanderwelle (Animation-.gif: Wikimedia Commons [online]. 4 November 2006
[cit. 2013-01-20]. Dostupné pod licencí Creative Commons z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b7/Wanderwelle_%28Animation-.gif
Obr.9 KIEFF. Soubor:Standing wave.gif: Wikimedia Commons [online]. 26 November 2006 [cit.
2013-01-20]. Dostupné pod licencí Creative Commons z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/8c/Standing_wave.gif
Obr.10 JKRIEGER. Datei:Interferenz sinus.png: Wikimedia Commons [online]. 5 March 2007 [cit.
2013-01-20]. Dostupné pod licencí Creative Commons z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/de/5/54/Interferenz_sinus.png
Obr.11 ALEX:D. Soubor:Graphophone1901.jpg: Wikimedia Commons [online]. 29 September 2007
[cit. 2013-01-20]. Dostupné pod licencí Creative Commons z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c0/Graphophone1901.jpg
CITACE ZDROJŮ
Obr.12 INFROGMATION. File:Thoth08BigasDrumEvansChalmette.jpg: Wikimedia Commons
[online]. 2008 [cit. 2013-01-20]. Dostupné pod licencí Creative Commons z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4b/Thoth08BigasDrumEvansChalmette.jpg
Obr.13 ACHIM RASCHKA. Soubor:Praenatal.png: Wikimedia Commons [online]. 25 August 2006
[cit. 2013-01-20]. Dostupné pod licencí Creative Commons z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f7/Praenatal.png
Obr.14 PD-USGOV. Soubor:Big-eared-townsend-fledermaus.jpg: Wikimedia Commons [online]. 21
September 2002 [cit. 2013-01-20]. Dostupné pod licencí Creative Commons z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/77/Big-eared-townsend-fledermaus.jpg
Obr.15 TOMÁŠ VENDIŠ. Soubor:Sono doppler.jpg: Wikimedia Commons [online]. 18 September
2011 [cit. 2013-01-20]. Dostupné pod licencí Creative Commons z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/22/Sono_doppler.jpg
Pro vytvoření DUM byl použit Microsoft PowerPoint 2010.
Děkuji za pozornost.
Miroslava Víchová

similar documents