Определение частоты звуковой волны методом резонанса

Периодическое отклонение тела от положения равновесия называется колебанием. Колебания, лежащие в интервале от 20 до 20000 Гц, обладают свойством вызывать ощущения звука и могут быть выделены по этому признаку в особую группу – группу звуковых колебаний (акустических колебаний), называемых звуком. С физической точки зрения колебания названных частот ничем не отличаются от механических колебаний других частот.

Рассмотрим механизм образования волн. Колеблющееся тело, находящееся в упругой среде, приводит в колебательное движение соприкасающиеся с ним частицы среды, вследствие чего в прилегающих к этому телу элементах среды возникают периодические деформации. Деформации (например, сжатия или растяжения) ведут к возникновению упругих сил, которые стремятся элементы среды вернуть в первоначальное состояние равновесия, т.е. возникают упругие колебания среды, т.к. соседние элементы среды взаимодействуют друг с другом, то эти упругие деформации будут передаваться от одних участков среды к другим.

Процесс распространения колебательного движения в среде называется волной или волновым процессом.

Волны являются продольными, если частицы среды колеблются вдоль линий распространения колебаний, и поперечными, если частицы среды колеблются перпендикулярно направлению распространения волн. При возникновении продольных волн играет роль деформация попеременного растяжения и сжатия. В возникновении поперечных волн в среде играет роль периодически колеблющаяся деформация сдвига.

В твёрдых телах возникают упругие деформации растяжения, сжатия и сдвига, поэтому в твёрдых телах могут распространяться продольные и поперечные волны. В жидкостях и газах возникают только продольные волны, распространяющиеся в виде чередующихся сжатий и разрежений (исключение составляет поверхность жидкости). Так как в жидкости и газе деформации сдвига неупругие, то поперечные волны возникнуть в них не могут. Если сдвинуть один слой относительно другого, то в противоположность твёрдым телам, сдвинутые слои не стремятся вернуться в исходное положение.

Волна, проходящая через данную точку среды, характеризуется определённым направлением распространения. Область пространства, внутри которой колеблются все частицы среды, называется волновым полем.

Граница, отделяющая колеблющиеся частицы от частиц ещё не начавших колебаться, носит название фронта волны.

Фронтом волныназывается геометрическое место точек, до которых дошли колебания в данный момент времени.

Понятие фронта волны не следует смешивать с понятием волновой поверхности.

Геометрическое место точек, колеблющихся в одинаковой фазе, называется волновой поверхностью.

Волновую поверхность можно провести через любую точку пространства, охваченную волновым процессом. Следовательно, волновых поверхностей существует бесконечное множество, в то время как волновой фронт в каждый момент времени только один.

Волновые поверхности могут быть любой формы. В простейших случаях они имеют форму плоскости или сферы. Соответственно в этих случаях волна называется плоской или сферической. В плоской волне волновые поверхности представляют собой систему параллельных друг другу плоскостей, в сферической – систему концентрических сфер.

Всё время пока существует волна, частицы совершают колебания около своих положений равновесия, причём различные частицы колеблются со сдвигом по фазе.

Расстояние между ближайшими частицами, колеблющимися одинаково (в одинаковой фазе) называется длиной волны λ.

Длина волны равна тому расстоянию, на которое распространяется волна за период

,

где υ – скорость распространения волны, T– период

Любую волну характеризуют три основные величины: длина волны λ, скорость υ и частота ν.