Mechanické kmitání. Def: Hertz je frekvence periodického jevu, jehož 1 perioda trvá 1 sekundu. Y m

Transkript

1 Mehaniké kmitání Periodiký pohyb - harakterizován pravidelným opakováním pohybového stavu tělesa ( kyvadlo, těleso na pružině, píst motoru, struna na kytaře, nohy běžíího člověka ) - nejkratší doba, za kterou dojde k opakování pohybového stavu je perioda [s] - počet opakování téhož pohybového stavu za časovou jednotku je frekvene f [Hz] platí: f 1 [Hz] Def: Hertz je frekvene periodikého jevu, jehož 1 perioda trvá 1 sekundu Kmitavý pohyb Na pružinu zavěsíme těleso a tahem na pružinu jej rozkmitáme y Y m Y m Pohyb tělesa z libovolné výhozí polohy přes všehny pohybové stavy včetně krajníh poloh s návratem do výhozí polohy se nazývá kmit. Doba jednoho kmitu odpovídá periodě, počet kmitů za s frekveni f Vzdálenost tělesa od rovnovážné polohy v určitém okamžiku okamžitá výhylka y V krajníh poloháh je maximální amplituda výhylky - y m

2 Během jednoho kmitu se těleso nepohybuje rovnoměrně: - Z polohy krajní do rovnovážné pohyb zryhlený - z polohy rovnovážné do krajní pohyb zpomalený - v krajní poloze se na okamžik zastavuje, v rovnovážné poloze má nejvyšší ryhlost --- kmitavý pohyb je přímočarý, periodiký, nerovnoměrný pro okamžitou výhylku harmonikého kmitavého pohybu platí: t nazýváme fáze harmonikého pohybu, 2 - úhlová frekvene, pro kterou platí: 2f y ym sint grafem závislosti okamžité výhylky harmonikého pohybu na čase je sinusoida Kmitání beze změn amplitudy netlumené kmitání Kmitání při kterém dohází ke snižování amplitudy tlumené kmitání Vlnění ěleso, které kmitá v pružném prostředí ( vzduh, voda ) je zdrojem vlnění. Kmitajíí těleso nejprve vyhyluje částie ve svém okolí, ty pak vyhylují další a další částie. Prostředí začne kmitat šíří se jím vlnění. (kámen hozený do vody) - vlněním se přenáší do prostoru energie Postupné vlnění vlnění příčné: částie kmitají kolmo na směr, kterým vlnění postupuje ( vlny na vodě, rozkmitaná hadie ) vlnění podélné: částie kmitají ve směru šíření vlnění zřeďují se a zhušťují (Pružina, do které podélně praštíme) Stojaté vlnění - jedna částie v řadě kmitá, zatímo druhá stojí kmitají body mezi uzly (hvění struny) Šíření vlnění: - vlnění se šíří určitou ryhlostí - dráhu, kterou urazí za 1 periodu nazýváme vlnová délka =. = f =.f f

3 Šíření vlnění v prostoru: Všehny body, do nihž dospěje vlnění z bodového zdroje za stejnou dobu tvoří kulovou plohu, která se nazývá vlnoploha. Pro šíření vlnění v libovolném pružném prostředí formuloval Ch. Huygens holandský fyzik 17. století prinip Huygensův prinip: Každý bod vlnoplohy, do něhož dospěje vlnění v určitém okamžiku, se stává zdrojem nového, tzv. elementárního vlnění, které se šíří z tohoto zdroje v elementárníh vlnoploháh. Vnější obalová ploha všeh elementárníh vlnoploh tvoří pak výslednou vlnoplohu v dalším časovém okamžiku. Odraz vlnění: - úhel odrazu vlnění se rovná úhlu jeho dopadu na překážku. Otázky: - jak vzniká kmitavý pohyb? - proč jsou kmity většinou tlumené - pleh se upíná blízko pilovaného místa. Proč? - grafiké znázornění průběhu kmitů - perioda, amplituda, frekvene, vlnová délka - jak vzniká vlnění? - rozdíl mezi kmitáním a vlněním - o je to vlnoploha? - druhy vlnění - jakou frekveni a jakou periodu má vlnění s vlnovou délkou 0,1 m ve vzduhu při 20 C? (MFCH 279) - Při frekveni 1 khz je délka vlny v železe 5,13 m. jaká je ryhlost šíření vlnění v železe?

4 Akustika Vznik a druhy zvuku: - zdrojem zvuku každé hvějíí se těleso, tj. těleso, ve kterém vzniklo stojaté vlnění Nejjednodušším zdrojem zvuku jsou sirény : Savartova siréna: soustava ozubenýh kotoučů s různým počtem zubů. K otáčejíím se kotoučům se přiloží pružné těleso (pleh ), to se rozvibruje a vytváří zvuk. Seebekova siréna: otáčivý kotoč s dírami uspořádanými v soustřednýh kružniíh. Úzkou trubičkou se fouká vzduh proti dírám otáčejíího se kotouče periodiky se přerušuje vzduhový proud a vzniká zvuk. Struna: napjaté pevné vlákno, na koníh upevněné. Smyče, brnkání, úder.. yče: pevná pružná tělesa, která se rozehvívají bez působení vnější napínaí síly. Mohou se hvět příčně, nebo podélně. (xylofon) Ladička: yč zahnutá do tvaru písmene U. Chvěje se příčně, ramena kmitají od sebe a k sobě. Desky: rozehvívají se smyčem nebo nárazem. V místeh s nulovou výhylkou uzlové čáry Chladniho obraze. Membrány: tenké desky, nebo napjaté blány, upevněné na okrajíh Píšťaly: trubie, v nihž se uvádí vzduhový sloupe do podélného hvění foukáním proti ostré hraně retná píšťala, nebo hvěním pružného jazýčku, který střídavě otvírá a zavírá otvor do vzduhového sloupe jazýčková píšťala Šíření zvuku: - zvuk se šíří pouze v pružném prostředí - v nepružném prostředí (vlna, korek, plsť ) se šíří špatně, nebo vůbe zvukové izolátory - ve vakuu se nešíří - ryhlost závisí na prostředí (druhu, hustotě, teplotě) - MFCH 279 Odraz zvukovýh vln: na rozhraní dvou prostředí s rozdílnou hustotou K vyslovení 1 slabiky a k rozlišení dvou krátkýh zvuků následujííh kráte po sobě potřebujeme a 0,1s. Dostane-li se zvukové vlnění k překáže a zpět za dobu delší než 0,1 s, vnímáme odražený zvuk jako samostatný zvukový vjem vzniká ozvěna. (při ryhlosti zvuku 340 m/s musí být stěna vzdálena min ,05 = 17 m - při vzdálenosti překážky n.17m vznikne n násobná ozvěna)

5 Vlastnosti zvuku: Zvukové vlnění je harakterizováno : výškou, barvou, intenzitou a hlasitostí Výška: je dána frekvení zvuku ( čím vyšší frekvene, tím vyšší výška) Slyšitelné zvukové vlnění má frekv. Od 16 Hz do Hz Komorní a = 440 Hz základní tón v hudební akustie, v teh. praxi je zákl. tón 1kHz Barva: rozlišuje různé zdroje stejně vysokýh tónů ( klavír x trubka x kytara x autobus ) Intenzita: vyjádření tlakovýh změn, které vznikají působením zvukovýh vln. Jednotkou je W.m -2. Práh slyšitelnosti je a W.m -2, práh bolesti 10 W.m -2. Hladina intenzity (hlasitost): jednotka bel, v praxi deibel [db] = 0,1 B Práh slyšení 0 db ikot hodinek 20 ihý hovor 40 Hlasitý hovor ve vzdálenosti 1 m 50 Hlasitá hudba, pouliční hluk 80 Motorová vozidla 1 m daleko 110 Letadlo 10 m 120 Práh bolesti 130 Infrazvuk: vlnění o frekveni do 16 Hz ( těžké dopravní prostředky, zemětřesení..) Ultrazvuk: frekvene vyšší než 20 khz, některá zvířata ho využívají netopýr Ultrazvuková defektoskopie, obráběbí materiálů, měření vzdáleností Otázky: Jak vzniká a jak se šíří zvuk Proč se nešíří ve vakuu Jak se liší vlnová délka vysokýh a nízkýh tónů Jaká hladina hluku ohrožuje zdraví Proč a jak vzniká ozvěna Laiké určení vzdálenosti úderu blesku prinip