prezentace - Fyzika GJVJ

ZVUKOVÉ JEVY
Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Tercie
Odraz zvuku
Vznik ozvěny
Dozvuk
Několikanásobný odraz
Ohyb zvuku
Zvuk se dostává za překážky
Překážka srovnatelná s vlnovou délkou
Pružnost
Působení síly → deformace
pružná ( elastická - dočasná )
nepružná ( plastická - trvalá )
Síla pružnosti
Rovnovážná poloha
Výchylka + maximální výchylka
Pružnost
Velikost výchylky je přímo úměrná velikosti působící síly
!
F=k⋅x
Nejvyužívanější pružná tělesa: pružiny
Kmitavý pohyb
Graf závislosti výchylky pružného tělesa na čase = časový diagram
Výchylka nahoru: znaménko +
Výchylka dolů: znaménko -
Periodický kmitavý pohyb
Periodický pohyb - neustále se opakuje
Periodický kmitavý pohyb
Popis opakování:
Perioda: doba jednoho opakování
Značka: T
Základní jednotka: s
Frekvence: počet opakování za sekundu
Značka: f
Základní jednotka: Hz
1
1
T= f=
f
T
Periodický kmitavý pohyb
Perioda = nejkratší doba, za kterou se kmitající těleso dostane do
stejné výchylky
Příklad 1
Určete periodu a frekvenci těchto pohybů:
JOJO udělá 75 kmitů za minutu,
brusný kotouč udělá 1000 otáček za 4 minuty,
houpačka vykoná 30 zhoupnutí za půl minuty,
normální srdeční puls má hodnotu 75 úderů za minutu u mužů
a 82 úderů za minutu u žen.
Harmonický kmitavý pohyb
Speciální případ periodického kmitavého pohybu
Časový diagram: sinusoida
Perioda
Amplituda
Harmonický kmitavý pohyb
Příklady těles:
těleso zavěšené na pružině,
kyvadlo,
kmitající deska,
otáčení disku…
Ukázka, Ukázka_disk
Harmonický kmitavý pohyb
Časový diagram kmitání těchto těles = sinusoida
Těleso na pružině: ukázka
Kyvadlo: ukázka
Kmitání pružných těles
Důvod kmitání těles: přeměna mezi kinetickou a potenciální
energií ( periodická )
Ukázka
Kmitání pružných těles
Část energie se ztrácí do
okolí: teplo, odpor vzduchu,
…
Tlumené kmitání
Kmitání pružných těles
Tlumení musí být co největší: např. tlumiče.
Tlumení nesmí být žádné: je třeba kompenzovat ztráty.
Nucené kmitání
Dodávání energie harmonicky - může vést k rezonanci.
Rezonance
Pozitivní: např. hudební nástroje, ladičky, ladění rádia.
Negativní: chvění, mosty, sloupy a stožáry, turbíny…
Ukázka_most
Ukázka_sklenička
Pro zajímavost
Chvění desek - vznikají tzv. Chladniho obrazce
Ukázka
Mechanické vlnění
Děj, při kterém se do okolí šíří kmitavý pohyb.
Musí být nějaké prostředí ( lano, voda, vzduch, … )
Částice si vzájemně předávají energii ( proč? )
Přenáší se jen energie, ne hmota!
Ukázka
Mechanické vlnění
Všechny body: stejná frekvence → frekvence vlnění
Stejně pro periodu
Vlnová délka:
fyzikální veličina - vzdálenost dvou bodů se stejnou výchylkou
značka: λ ( lambda)
základní jednotka: metr
Mechanické vlnění
Vlnová délka
Mechanické vlnění
rychlost šíření vlnění: v = λ ⋅ f
vzdálenost, kam se rozšíří vlnění za 1 s
různé rychlosti pro různá prostředí
Příklad 2
Při frekvenci 2 Hz, se kterou je rozkmitávána gumová hadice,
naměříme vlnovou délku 4 m. Jakou rychlostí se vlnění šíří?
Příklad 3
V mosazné tyči se šíří vlna rychlostí 3 500 m/s. Měřením byla
určena vlnová délka 1 m. Jaká byla frekvence zdroje vlnění?
Vlnění příčné a podélné
Příčné
body kmitají napříč směru šíření vlnění
šíří se v pružných pevných látkách a na hladině kapalin
Vlnění příčné a podélné
Podélné
body kmitají podél směru šíření vlnění
šíří se ve všech látkách
Vlnění příčné a podélné
Ukázka 1
Ukázka dav
Příklad 4
Jakou vlnovou délku má vlnění?
Jaká je amplituda vlny?
Jaká je okamžitá rychlost bodu M?
Zvuk
podélné vlnění
frekvence 20 Hz - 20 kHz
rozdělení:
jednoduchý tón - harmonický
složený tón - periodický
hluk - neperiodický
Vlastnosti tónu
Výška tónu
určena základní frekvence ( ta nejnižší )
Porovnání
Barva tónu
určena tzv. vyššími harmonickými tóny
poznáme na časovém diagramu
Zdroje zvuku
úder: buben, klavír, dupot, pád, …
drnkání: kytara, kobylka, harfa, …
smýkání: housle, křída a tabule, brzdy, hra na skleničky, …
trvalá deformace: mačkání, trhání, sníh pod nohama, …
rychlý pohyb: bič, letadlo, střela, …
proudění vzduchu: hlasivky, flétna, píšťala, saxofon, stéblo, …
rychlá změna tlaku: blesk, výstřel, otevření láhve, výbuch, …
rychle se měnící síla: křídla hmyzu, reproduktor, jízda autem, …
Šíření zvuku
Ve všech látkách
Rychlost šíření ( závisí zejména na teplotě )
Prostředí
Rychlost zvuku v
vzduch
340
voda
1 500
železo
3 250
hliník
6 000
Odraz zvuku
Vznik ozvěny
Dozvuk
Vícenásobný odraz
Pohlcení
Ohyb zvuku
Překážka úměrná vlnové délce
Hloubky vs. výšky
Hlasitost
Úměrná energii zdroje
Více energie = větší změny tlaku
Práh slyšení ( 0,000 000 000 001 W / pro 1 kHz )
Práh bolesti ( 1 W / pro 1 kHz)
Výkon dopadající na 1 m2
Hlasitost
Hladina intenzity zvuku = poměr k prahu slyšení ( 0 dB )
Práh bolesti = 120 dB
Hlasitost
Sluchové pole
Hlasitost
šum listí
šepot
tlumený hovor
televizor
hlasitý hovor
silnice
křik
hlasitá hudba
rockový koncert
start letadla
20 dB
30 dB
40 dB
50 dB
60 dB
70 dB
80 dB
90 dB
100 dB
110 dB
Hlasitost
Vnímání zvuku
Vnímání zvuku
Nejcitlivější: 3 kHz
Ochrana sluchu:
dostatečná vzdálenost
dlouhodobé zatížení
Směrové slyšení
Ultrazvuk
Mechanické vlnění o frekvenci vyšší než 20 kHz
Dobrý odraz
Sonar
Netopýři, delfíni, …
Lékařství
Infrazvuk
Mechanické vlnění o frekvenci nižší než 20 Hz
Dobré šíření prostředím
Čištění
Seismické vlny
Zvukové dělo
Velryby