Презентация Волны в упругих средах. (Лекция 2) онлайн
На нашем сайте вы можете скачать и просмотреть онлайн доклад-презентацию на тему Волны в упругих средах. (Лекция 2) абсолютно бесплатно. Урок-презентация на эту тему содержит всего 47 слайдов. Все материалы созданы в программе PowerPoint и имеют формат ppt или же pptx. Материалы и темы для презентаций взяты из открытых источников и загружены их авторами, за качество и достоверность информации в них администрация сайта не отвечает, все права принадлежат их создателям. Если вы нашли то, что искали, отблагодарите авторов - поделитесь ссылкой в социальных сетях, а наш сайт добавьте в закладки.
Презентации » Физика » Волны в упругих средах. (Лекция 2)
Оцените!
Оцените презентацию от 1 до 5 баллов!
- Тип файла:ppt / pptx (powerpoint)
- Всего слайдов:47 слайдов
- Для класса:1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11
- Размер файла:2.98 MB
- Просмотров:90
- Скачиваний:1
- Автор:неизвестен
Слайды и текст к этой презентации:
№2 слайд
![В общем случае движение](/documents_6/5e5ead8abb7e3bbb41ffa48b03bca0e7/img1.jpg)
Содержание слайда: В общем случае движение частиц вещества (атомов и молекул) хаотично, т.е. не существует какого-то выделенного (преимущественного) направления движения:
В общем случае движение частиц вещества (атомов и молекул) хаотично, т.е. не существует какого-то выделенного (преимущественного) направления движения:
- в твердых телах атомы и молекулы колеблются около положений равновесия;
- в жидкостях молекулы находятся большую часть времени вблизи положения равновесия, совершая тепловые колебания, но время от времени скачкообразно перемещаются из одного такого положения в другое;
- в газах молекулы движутся поступательно, периодически изменяя направления своего движения в результате столкновений с другими молекулами
№3 слайд
![Существует несколько способов](/documents_6/5e5ead8abb7e3bbb41ffa48b03bca0e7/img2.jpg)
Содержание слайда: Существует несколько способов вызвать согласованное колебательное движение частиц вещества.
Существует несколько способов вызвать согласованное колебательное движение частиц вещества.
Именно так обстоит дело при распространении звука в различных средах.
Например, колебания упругой мембраны громкоговорителя или голосовых связок человека порождаю согласованное колебательное движение расположенных рядом с источником звука молекул воздуха. Возникают сменяющие друг друга состояния сжатия и разряжения газовой среды, которые передаются в другие области заполненного воздухом объема. Говорят, что в воздухе распространяется звуковая (акустическая) волна.
№4 слайд
![Будем считать среду сплошной](/documents_6/5e5ead8abb7e3bbb41ffa48b03bca0e7/img3.jpg)
Содержание слайда: Будем считать среду сплошной и непрерывной (т.е. мельчайшие структурные частицы вещества – атомы, ионы, молекулы – расположены очень близко друг к другу; в любом элементарном объеме вещества находится огромное количество частиц, а в любой произвольно выбранной точке заполненного веществом пространства обязательно имеется частица).
Будем считать среду сплошной и непрерывной (т.е. мельчайшие структурные частицы вещества – атомы, ионы, молекулы – расположены очень близко друг к другу; в любом элементарном объеме вещества находится огромное количество частиц, а в любой произвольно выбранной точке заполненного веществом пространства обязательно имеется частица).
Будем также считать среду упругой: она оказывает сопротивлением растяжению или сжатию, и возможно – сдвигу – относительному перемещению граничащих друг с другом частей среды вдоль поверхности их соприкосновения.
№5 слайд
![Волна это процесс](/documents_6/5e5ead8abb7e3bbb41ffa48b03bca0e7/img4.jpg)
Содержание слайда: Волна – это процесс распространения в пространстве колебаний частиц упругой среды, при котором сами частицы совершают малые колебания около положений их равновесия и не перемещаются по всему заполненному упругой средой объему.
Волна – это процесс распространения в пространстве колебаний частиц упругой среды, при котором сами частицы совершают малые колебания около положений их равновесия и не перемещаются по всему заполненному упругой средой объему.
Волна называется:
продольной, если направление колебаний частиц среды совпадает с направлением распространения волны (в жидкостях, газах и твердых телах);
поперечной, если частицы колеблются в направлении, перпендикулярном направлению распространения волны (в твердых телах).
№6 слайд
![Волновым фронтом называется](/documents_6/5e5ead8abb7e3bbb41ffa48b03bca0e7/img5.jpg)
Содержание слайда: Волновым фронтом называется поверхность, отделяющая область пространства, вовлеченную в волновой процесс, от области, в которой колебания частиц среды еще не возникли.
Волновым фронтом называется поверхность, отделяющая область пространства, вовлеченную в волновой процесс, от области, в которой колебания частиц среды еще не возникли.
Волновой фронт – это геометрическое место точек, до которых в процессе распространения волны колебания доходят в один и тот же момент времени t.
Волновая поверхность – поверхность, которая проходит через положения равновесия частиц среды, колеблющихся в одинаковой фазе.
№7 слайд
![Имеются следующие различия](/documents_6/5e5ead8abb7e3bbb41ffa48b03bca0e7/img6.jpg)
Содержание слайда: Имеются следующие различия между волновым фронтом и волновой поверхностью:
Имеются следующие различия между волновым фронтом и волновой поверхностью:
волновой фронт перемещается в пространстве, а волновая поверхность остается неподвижной;
распространяющаяся в пространстве волна в каждый момент времени имеет один единственный волновой фронт, а волновых поверхностей у каждой волны бесконечное множество;
волновой фронт совпадает с одной из волновых поверхностей.
№8 слайд
![Волна называется плоской,](/documents_6/5e5ead8abb7e3bbb41ffa48b03bca0e7/img7.jpg)
Содержание слайда: Волна называется плоской, если ее волновые поверхности представляют собой плоскости; сферической или цилиндрической – если волновые поверхности имеют сферическую или цилиндрическую форму соответственно.
Волна называется плоской, если ее волновые поверхности представляют собой плоскости; сферической или цилиндрической – если волновые поверхности имеют сферическую или цилиндрическую форму соответственно.
№12 слайд
![Волновое число k величина,](/documents_6/5e5ead8abb7e3bbb41ffa48b03bca0e7/img11.jpg)
Содержание слайда: Волновое число k – величина, равная отношению циклической частоты к скорости волны v:
Волновое число k – величина, равная отношению циклической частоты к скорости волны v:
Другое выражения для волнового числа:
Волновой вектор k – вектор, модуль которого равен волновому числу k, а направление совпадает с направлением нормали n к волновой поверхности
№13 слайд
![Обозначим буквой величину](/documents_6/5e5ead8abb7e3bbb41ffa48b03bca0e7/img12.jpg)
Содержание слайда: Обозначим буквой величину смещения из положения равновесия частицы упругой среды, совершающей колебания в процессе распространения волны; буквами x, y, z обозначим пространственные координаты точки, которая является положением равновесия этой частицы
Обозначим буквой величину смещения из положения равновесия частицы упругой среды, совершающей колебания в процессе распространения волны; буквами x, y, z обозначим пространственные координаты точки, которая является положением равновесия этой частицы
№14 слайд
![Уравнение волны это функция,](/documents_6/5e5ead8abb7e3bbb41ffa48b03bca0e7/img13.jpg)
Содержание слайда: Уравнение волны – это функция, описывающая зависимость величины смещения колеблющейся частицы от координат x, y, z этой частицы и времени t:
Уравнение волны – это функция, описывающая зависимость величины смещения колеблющейся частицы от координат x, y, z этой частицы и времени t:
Направление смещения частицы может совпадать с направлением распространения волны (продольная волна) или быть перпендикулярным этому направлению (поперечная волна)
№15 слайд
![Рассмотрим плоскую волну,](/documents_6/5e5ead8abb7e3bbb41ffa48b03bca0e7/img14.jpg)
Содержание слайда: Рассмотрим плоскую волну, распространяющуюся вдоль оси X: в такой волне частицы среды, расположенные в плоскости x = const, колеблются одинаково, т.е. в любой момент времени у них одинакова величина смещения из положения равновесия.
Рассмотрим плоскую волну, распространяющуюся вдоль оси X: в такой волне частицы среды, расположенные в плоскости x = const, колеблются одинаково, т.е. в любой момент времени у них одинакова величина смещения из положения равновесия.
В этом случае является функцией только координаты x и времени t:
Если колебания частиц – гармонические, то уравнение колебаний частиц, расположенных в плоскости x = 0 (источник) описываются функцией
№16 слайд
![Если волна распространяется](/documents_6/5e5ead8abb7e3bbb41ffa48b03bca0e7/img15.jpg)
Содержание слайда: Если волна распространяется со скоростью v в положительном направлении оси X, то колебания частиц, расположенных в плоскости x = const будут отставать по времени от колебаний частиц в плоскости x = 0 на величину = x/v:
Если волна распространяется со скоростью v в положительном направлении оси X, то колебания частиц, расположенных в плоскости x = const будут отставать по времени от колебаний частиц в плоскости x = 0 на величину = x/v:
Полученное уравнение представляет собой уравнение плоской гармонический волны, распространяющейся в положительном направлении оси X:
№18 слайд
![Фазовой скоростью vф волны](/documents_6/5e5ead8abb7e3bbb41ffa48b03bca0e7/img17.jpg)
Содержание слайда: Фазовой скоростью vф волны называется скорость перемещения в пространстве поверхности постоянной фазы волны.
Фазовой скоростью vф волны называется скорость перемещения в пространстве поверхности постоянной фазы волны.
Фазовую скорость плоской гармонической волны можно определить, записав условие постоянства ее фазы:
Это равенство представляет собой уравнение плоскости в пространстве, скорость перемещения которой и является фазовой скоростью волны:
В гармонической волне фазовая скорость совпадает со скоростью ее распространения:
№19 слайд
![На рисунке представлены](/documents_6/5e5ead8abb7e3bbb41ffa48b03bca0e7/img18.jpg)
Содержание слайда: На рисунке представлены графики зависимости функции (x,t) от времени t (уравнение колебания частицы в точке с координатой x) и координаты x (профиль волны).
На рисунке представлены графики зависимости функции (x,t) от времени t (уравнение колебания частицы в точке с координатой x) и координаты x (профиль волны).
№20 слайд
![Рассмотрим плоскую волну,](/documents_6/5e5ead8abb7e3bbb41ffa48b03bca0e7/img19.jpg)
Содержание слайда: Рассмотрим плоскую волну, волновой вектор которой k направлен под углами , и к соответствующим осям X, Y и Z декартовой системы координат.
Рассмотрим плоскую волну, волновой вектор которой k направлен под углами , и к соответствующим осям X, Y и Z декартовой системы координат.
Уравнение колебаний частиц, расположенных на волновой поверхности, проходящей через начало координат:
№21 слайд
![Колебания частиц, положения](/documents_6/5e5ead8abb7e3bbb41ffa48b03bca0e7/img20.jpg)
Содержание слайда: Колебания частиц, положения равновесия которых принадлежат другой волновой поверхности, отстоящей на расстояние l первой, запаздывают по времени на величину = l/v, где v – скорость волны:
Колебания частиц, положения равновесия которых принадлежат другой волновой поверхности, отстоящей на расстояние l первой, запаздывают по времени на величину = l/v, где v – скорость волны:
№22 слайд
![Поскольку расстояние l можно](/documents_6/5e5ead8abb7e3bbb41ffa48b03bca0e7/img21.jpg)
Содержание слайда: Поскольку расстояние l можно представить в виде l = rn, где r – радиус-вектор произвольной точки рассматриваемой волновой поверхности, n – вектор нормали к ней, то
Поскольку расстояние l можно представить в виде l = rn, где r – радиус-вектор произвольной точки рассматриваемой волновой поверхности, n – вектор нормали к ней, то
№23 слайд
![Таким образом, уравнение](/documents_6/5e5ead8abb7e3bbb41ffa48b03bca0e7/img22.jpg)
Содержание слайда: Таким образом, уравнение плоской гармонической волны, распространяющейся в произвольном направлении, заданном единичным вектором n или волновым вектором k, имеет вид
Таким образом, уравнение плоской гармонической волны, распространяющейся в произвольном направлении, заданном единичным вектором n или волновым вектором k, имеет вид
№24 слайд
![Волновым уравнением](/documents_6/5e5ead8abb7e3bbb41ffa48b03bca0e7/img23.jpg)
Содержание слайда: Волновым уравнением называется дифференциальное уравнение, решением которого является уравнение распространяющейся в пространстве плоской (сферической, цилиндрической и т.д.) волны.
Волновым уравнением называется дифференциальное уравнение, решением которого является уравнение распространяющейся в пространстве плоской (сферической, цилиндрической и т.д.) волны.
Получим волновое уравнение путем дифференцирования одного из его решений, например, уравнения плоской волны, распространяющейся в произвольном направлении:
№30 слайд
![Для вычисления энергии](/documents_6/5e5ead8abb7e3bbb41ffa48b03bca0e7/img29.jpg)
Содержание слайда: Для вычисления энергии упругой волны выделим в среде, где распространяется волна, малый объем V, масса которого равна V, где – плотность вещества среды.
Для вычисления энергии упругой волны выделим в среде, где распространяется волна, малый объем V, масса которого равна V, где – плотность вещества среды.
Пусть плоская продольная волна распространяется вдоль оси X:
Благодаря волне объем V приобретает скорость и кинетическую энергию:
№33 слайд
![Пусть в пространстве](/documents_6/5e5ead8abb7e3bbb41ffa48b03bca0e7/img32.jpg)
Содержание слайда: Пусть в пространстве распространяется упругая волна и задана некоторая поверхность S. Частицы упругой среды, вовлеченные в волновой процесс, обладают дополнительной энергией, обусловленной их упорядоченным согласованным движением. Таким образом, энергия упругой волны – это энергия согласованного колебательного движения частиц среды.
Пусть в пространстве распространяется упругая волна и задана некоторая поверхность S. Частицы упругой среды, вовлеченные в волновой процесс, обладают дополнительной энергией, обусловленной их упорядоченным согласованным движением. Таким образом, энергия упругой волны – это энергия согласованного колебательного движения частиц среды.
В процессе своего распространения волна переносит энергию из областей пространства, вовлеченных в волновой процесс, в области, где колебания частиц еще не возникли. Таким образом, имеет место процесс переноса энергии.
№34 слайд
![Для количественного описания](/documents_6/5e5ead8abb7e3bbb41ffa48b03bca0e7/img33.jpg)
Содержание слайда: Для количественного описания процесса переноса энергии волной вводятся понятия потока энергии, вектора плотности потока энергии и интенсивности волны.
Для количественного описания процесса переноса энергии волной вводятся понятия потока энергии, вектора плотности потока энергии и интенсивности волны.
Поток энергии Ф – количество энергии, переносимой волной за единицу времени через заданную площадь S:
где dW – количество энергии, переносимой волной через поверхность S за промежуток времени dt.
Единица потока энергии – ватт (Вт). 1 Вт = 1 Дж/с.
№35 слайд
![Вектор плотности потока](/documents_6/5e5ead8abb7e3bbb41ffa48b03bca0e7/img34.jpg)
Содержание слайда: Вектор плотности потока энергии j – произведение объемной плотности энергии волны w, скорости распространения волны v и единичного вектора нормали n в направлении распространения волны:
Вектор плотности потока энергии j – произведение объемной плотности энергии волны w, скорости распространения волны v и единичного вектора нормали n в направлении распространения волны:
Единица плотности потока энергии – ватт на метр в квадрате (Вт/м2).
Общие представления о потоке энергии в пространстве были введены Н.А. Умовым (1846 – 1915). Вектор плотности потока энергии без конкретизации ее физической природы называется вектором Умова.
№36 слайд
![Установим связь между](/documents_6/5e5ead8abb7e3bbb41ffa48b03bca0e7/img35.jpg)
Содержание слайда: Установим связь между вектором j и потоком . Для этого найдем поток d энергии волны через произвольную площадку dS, расположенную под углом к направлению распространения волны:
Установим связь между вектором j и потоком . Для этого найдем поток d энергии волны через произвольную площадку dS, расположенную под углом к направлению распространения волны:
№37 слайд
![Таким образом, модуль](/documents_6/5e5ead8abb7e3bbb41ffa48b03bca0e7/img36.jpg)
Содержание слайда: Таким образом, модуль плотности потока энергии j равен потоку энергии, переносимому волной через единичную площадку, расположенную перпендикулярно направлению распространения волны
Поток энергии через произвольную поверхность S может быть найден, если известен вектор j в каждой точке этой поверхности:
№38 слайд
![Интенсивность волны I](/documents_6/5e5ead8abb7e3bbb41ffa48b03bca0e7/img37.jpg)
Содержание слайда: Интенсивность волны I – скалярная величина, равная модулю среднего по времени вектора плотности потока энергии:
Интенсивность волны I – скалярная величина, равная модулю среднего по времени вектора плотности потока энергии:
Таким образом, интенсивность волны I равна произведению средней по времени объемной плотности энергии волны и скорости волны.
№41 слайд
![Стоячая волна образуется при](/documents_6/5e5ead8abb7e3bbb41ffa48b03bca0e7/img40.jpg)
Содержание слайда: Стоячая волна образуется при наложении двух плоских волн одинаковой частоты и амплитуды, распространяющихся навстречу друг другу:
Стоячая волна образуется при наложении двух плоских волн одинаковой частоты и амплитуды, распространяющихся навстречу друг другу:
При наложении двух волн любая частица среды одновременно участвует в двух колебательных движениях, описываемых этими уравнениями. Результирующее смещение частицы из положения равновесия равно сумме смещений 1 и 2, вызванных каждой из бегущих волн:
№42 слайд
![Уравнение волны, образующейся](/documents_6/5e5ead8abb7e3bbb41ffa48b03bca0e7/img41.jpg)
Содержание слайда: Уравнение волны, образующейся в результате наложения двух плоских волн, т.е. уравнение стоячей волны:
Уравнение волны, образующейся в результате наложения двух плоских волн, т.е. уравнение стоячей волны:
Изменим начало отсчета координаты x и момента начала времени t, заменив переменные:
№43 слайд
![Тогда уравнение бегущей волны](/documents_6/5e5ead8abb7e3bbb41ffa48b03bca0e7/img42.jpg)
Содержание слайда: Тогда уравнение бегущей волны в переменных x и t примет вид:
Тогда уравнение бегущей волны в переменных x и t примет вид:
Таким образом показано, что уравнение стоячей волны всегда может быть приведено к виду
Из уравнения видно, что частицы упругой среды совершают гармонические колебания с циклической частотой , амплитуда которых |2Acoskx| зависит от координаты x положения равновесия колеблющейся частицы.
№44 слайд
![Пучности стоячей волны это](/documents_6/5e5ead8abb7e3bbb41ffa48b03bca0e7/img43.jpg)
Содержание слайда: Пучности стоячей волны – это точки пространства, которые являются положениями равновесия частиц среды, совершающих колебания с максимальной амплитудой (2A)
Пучности стоячей волны – это точки пространства, которые являются положениями равновесия частиц среды, совершающих колебания с максимальной амплитудой (2A)
Максимальное значение амплитуды |2Acoskx| достигается при условии: |coskx| = 1, из которого можно определить положение пучностей в пространстве:
Расстояние между двумя соседними пучностями равно половине длины волны: x(пуч.) = /2.
№45 слайд
![Узлами стоячей волны](/documents_6/5e5ead8abb7e3bbb41ffa48b03bca0e7/img44.jpg)
Содержание слайда: Узлами стоячей волны называются точки пространства, которые являются положения равновесия частиц упругой среды с нулевой амплитудой колебаний (0).
Узлами стоячей волны называются точки пространства, которые являются положения равновесия частиц упругой среды с нулевой амплитудой колебаний (0).
Амплитуда |2Acoskx| = 0 достигается при условии: |coskx| = 0, из которого можно определить положение узлов в пространстве:
Расстояние между двумя соседними узлами равно половине длины волны: x(узл.) = /2.
№46 слайд
![На рисунке представлен](/documents_6/5e5ead8abb7e3bbb41ffa48b03bca0e7/img45.jpg)
Содержание слайда: На рисунке представлен профиль стоячей волны в разные моменты времени, разделенные промежутком в 1/16 периода колебаний T.
На рисунке представлен профиль стоячей волны в разные моменты времени, разделенные промежутком в 1/16 периода колебаний T.
Видно, что частицы, расположенные в узлах, не колеблются, а частицы пучностей волны – колеблются с максимальной амплитудой.
№47 слайд
![Можно показать, что за период](/documents_6/5e5ead8abb7e3bbb41ffa48b03bca0e7/img46.jpg)
Содержание слайда: Можно показать, что за период колебаний дважды происходит превращение энергии стоячей волны из полностью потенциальной, сосредоточенной вблизи узлов волны, в полностью кинетическую, сосредоточенную в основном вблизи пучностей волны.
Можно показать, что за период колебаний дважды происходит превращение энергии стоячей волны из полностью потенциальной, сосредоточенной вблизи узлов волны, в полностью кинетическую, сосредоточенную в основном вблизи пучностей волны.
В результате энергия переходит от каждого узла к соседним с ним пучностям и обратно. Средний по времени поток энергии, переносимой стоячей волной, в любом перпендикулярном оси X сечении волны равен нулю (в стоячей волне нет переноса энергии)
Скачать все slide презентации Волны в упругих средах. (Лекция 2) одним архивом:
Похожие презентации
-
Тема урока: Распространение колебаний в упругих средах. Волны
-
Волны в упругих средах. Волновое уравнение. Продольные и поперечные волны. Вектор Умова
-
Лекция 8 (8 ). Электромагнитные волны в гиротропных средах
-
Лекция 7 (7). Электромагнитные волны в различных средах
-
МКОУ Джогинская СОШ Урок физики в 8 классе на тему: «Звуковые волны в различных средах» Учитель: Распопова Татьяна Николаевна
-
Ультразвук Ультразвук, упругие колебания и волны с частотами приблизительно от 1,5— 2 104 гц (15—20 кгц) и до 109 гц (1 Ггц), область ча
-
Ультразвук Ультразвук, упругие колебания и волны с частотами приблизительно
-
Скачать презентацию Звуковые волны в различных средах
-
Электромагнитные волны в гиротропных средах
-
Волновые явления вблизи границы раздела сред. Плоские ЭВМ в неограниченных средах. Лекция 9