(2.2б)
Если звуковая волна отражается от движущегося препятствия, то частота отражённой волны из-за эффекта Доплера будет отличаться от частоты падающей волны, т.е. произойдёт так называемый доплеровский сдвиг частоты. Если падающую и отражённую звуковые волны наложить друг на друга, то возникнет суперпозиция, а это приведёт к биениям. Частота биений равна разности частот двух волн. Такое проявление эффекта Доплера широко используется в различных медицинских приборах, использующих, как правило, ультразвуковые волны в мегагерцевом диапазоне частот. Например, отражённые от красных кровяных телец ультразвуковые волны можно использовать для определения скорости кровотока. Аналогичным образом этот метод можно применять для обнаружения движения грудной клетки зародыша, а также для дистанционного контроля за сердцебиениями. Следует заметить, что эффект Доплера лежит также в основе метода обнаружения с помощью радара автомобилей, которые превышают предписываемую скорость движения, но в этом случае используются электромагнитные (радио) волны, а не звуковые.
Точность соотношений (2.1) и (2.2) снижается, если uист или uнабл приближаются к скорости звука. Это связано с тем, что смещение частиц среды уже не будет пропорционально возвращающей силе, т.е. возникнут отклонения от закона Гука, так что большинство наших теоретических рассуждений потеряет силу.
Заключение.
Звук распространяется в виде продольной волны в воздухе и других средах. Скорость звука в воздухе увеличивается с ростом температуры; при 0 оС она равна приблизительно 331 м/с.
Эффект Доплера заключается в том, что движение источника звука или слушателя вызывает изменение высоты звука. Характерен для любых волн (свет, звук и т. д.). При приближении источника к приемнику l уменьшается, а при удалении растет на величину l — lо = nlо/c, где lо — длина волны источника, c — скорость распространения волны, n — относительная скорость движения источника. Другими словами, если источник звука и слушатель сближаются, то высота звука растёт; если же они удаляются друг от друга, то высота звука понижается.
Список литературы.
1. Большая энциклопедия Кирилла и Мефодия 2001 (2 CD-ROM).
2. Джанколи Д. Физика: В 2-х т. Т. 1: Пер. с англ. - М.: Мир, 1989. – 656 с., ил.
3. Енохович А. С. Краткий справочник по физике. – 2-е изд., перераб и доп. – М.: Высшая школа, 1976. – 288с., ил.
4. Савельев И. В. Курс общей физики: Учеб. пособие. В 3-х т. Т. 2. Электричество и магнетизм. Волны. Оптика. – 3-е изд., испр. – М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988. – 496 с., ил.
Приложение A.
Таблицы.
Таблица 1.1. Скорость звука в газах (0 оC; 101325 Па), м/с
Газ
Скорость звука, м/с
Газ
Скорость звука, м/с
Азот
334
Кислород
316
Аммиак
415
Метан
430
Ацетилен
327
Окись углерода
338
Водород
1284
Углекислый газ
259
Воздух
331,46
Хлор
206
Гелий
965
-
-
Таблица 1.2. Скорость звука в жидкостях, м/с
Жидкость
t, оC
Скорость звука, м/с
Жидкость
t, оC
Скорость звука, м/с
Бензин
17
1166
Нефть
15
1330
Вода:
Раствор (5%) поваренной соли
15
1540
- обычная
25
1497
- морская
20
1490
Ртуть
20
1451
- тяжёлая
25
1399
Спирт этиловый
20
1180
Глицерин
20
1923
Толуол
20
1382
Керосин
20
1330
Эфир этиловый
20
1008
Кислород жидкий
-210
1130
-
-
-
Таблица 1.3. Скорость звука в твёрдых веществах (при 20 оC), м/с
Вещество
Скорость звука, м/с
Вещество
Скорость звука, м/с
Алюминий
6260
Мрамор
6100
Дуралюмин
6400
Никель
4780
Бетон (в среднем)
4500
Олово
3320
Бумага натянутая
2100
Пробка
430-530
Вольфрам
5460
Ртуть (при -40 оC)
2670
Гранит
3850
Свинец
2160
Дерево:
Серебро
3620
- мягких пород
около 3000
Сталь:
- твёрдых пород
до 5000
- мягкая
около 5000
Железо
5850
- твёрдая
до 6000
Каменная соль
4400
Стекло:
Кирпич
3600
- флинт
4450
Латунь
4280-4700
- крон
5220
Лёд (при -4 оC)
3980
- органическое
2550
Магний
4600
Эбонит
2400
Медь
4700
-
-
Приложение B.
Таблицы.
Таблица 1.4. Температурный коэффициент скорости звука в газах, м/с
Газ
м/с
Газ
м/с
Азот
0,6
Кислород
0,56
Аммиак
0,7
Окись углерода
0,6
Воздух
0,59
Углекислый газ
0,4
Гелий
0,8
-
-
Таблица 1.5. Температурный коэффициент скорости звука в жидкостях, м/с
Жидкость
м/с
Жидкость
м/с
Вода:
Раствор соли (5%-ный)
2,9
- обычная
2,5
Ртуть
-0,5
- тяжёлая
2,8
Спирт этиловый
-3,6
Глицерин
-1,8
Эфир этиловый
-5,4
Кислород жидкий (при 210 оC)
-8,3
-
-
Примечание. Температурный коэффициент скорости звука показывает, на сколько метров в секунду увеличивается скорость звука в веществе при повышении его температуры на 1 оC. Знак минус показывает, что данная жидкость имеет отрицательный температурный коэффициент скорости. Это значит, что при увеличении температуры скорость звука в жидкости уменьшается. Исключение – вода, при повышении температуры от 0 до 74 оC скорость звука в ней увеличивается. Наибольшая скорость звука в воде при 74 оC равна 1555,5 м/с.
Страницы: 1, 2
