ФІЗИКА

Частина 1 МЕХАНІКА

 

Розділ 2 ДИНАМІКА МАТЕРІАЛЬНОЇ ТОЧКИ

 

2.21. Звук. Ефект Доплера

 

Звук — це хвильовий процес. У твердих тілах звук поширюється у вигляді поздовжніх і поперечних хвиль. Оскільки рідини й гази практично не мають пружності зсуву, то в таких середовищах звук поширюється тільки у вигляді поздовжніх хвиль. У газах і рідинах звукові хвилі є періодичними згущеннями й розрідженнями середовища, що віддаляються від джерела звуку з певною характерною для цього середовища швидкістю.

Звук характеризується інтенсивністю (силою) та складом і частотою пов’язаних з ним хвильових процесів. За суб’єктивним відчуттям розрізняють такі характеристики звуку: гучність, тембр і висоту.

Власне звуковими коливаннями (звуком) називають коливання, що поширюються в пружному середовищі й частота яких лежить у межах 16...20 000 Гц. Пружні хвилі частотою, меншою ніж 16 Гц, називають інфразвуковими, а більшою від 20 000 Гц — ультразвуковими. Ультразвукові коливання широко застосовуються в техніці. Останнім часом при вивченні речовини інтенсивно використовують гіперзвук, якому відповідає частота понад 109 Гц.

Швидкість поширення звуку в повітрі при кімнатній температурі дорівнює 340 м/с. У воді звук поширюється зі швидкістю 1450 м/с, у склі — 5600 м/с.

Розглянемо явище Доплера для звуку. Нехай джерело звуку рухається до спостерігача зі швидкістю υ2. Швидкість звуку позначимо через u, а частоту — через ν. Довжина звукової хвилі у разі нерухомого джерела але при русі джерела зі швидкістю υ2 за один період довжина хвилі зменшиться на Тоді довжина звукової хвилі, яку зафіксує спостерігач,

Отже, спостерігач сприйматиме звук меншої довжини хвилі λ'. При цьому частота сприйнятих коливань збільшиться і становитиме

Неважко переконатися, коли джерело звуку віддалятиметься від спостерігача, частота сприйнятого ним звуку буде

Якщо до нерухомого джерела наближатиметься спостерігач зі швидкістю υ1, то при частіших «зустрічах» з гребенями хвиль частота сприйнятих коливань збільшиться:

Оскільки то

При русі спостерігача від нерухомого джерела відповідно дістанемо

У загальному випадку, коли одночасно рухаються джерело і спостерігач, зв’язок частоти сприйнятого звуку ν' і частоти звуку джерела ν виражатиметься об’єднаною формулою

де u — швидкість звуку; υ1 — швидкість руху спостерігача; υ2 — швидкість джерела звуку відносно нерухомої системи координат.

Отже, на підставі виразу (2.93) можна зробити такий висновок: зменшення відстані між джерелом звуку і спостерігачем завжди супроводжується збільшенням частоти сприйнятого звуку, і навпаки, збільшення відстані між джерелом звуку і спостерігачем приводить до зменшення частоти сприйнятого звуку.





Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити