|
|
Ответы к коллоквиуму по физике. 1 Какие процессы называются колебательными Гармонические колебания. Уравнение и график гармонических колебании. Частота колебаний. Укажите на графике амплитуду, период колебания, начальную фазу
№ 1 Какие процессы называются колебательными? Гармонические колебания. Уравнение и график гармонических колебании. Частота колебаний. Укажите на графике амплитуду, период колебания, начальную фазу.
Колебаниями называют различные движения характеризующиеся повторением различных состояний и описывающих их величин. Они очень широко представлены в окружающей природе и в живом организме. Например ( сердечное со кращение, дыхание, изменение формы стенки крупного кровеносного сосуда. Колебания бывают:
1)Свободные (под действием внутренних сил) (Fвын = 0)
а) Незатухающие(Fтр = 0) б) Затухающие(Fтр не = 0)
2)Вынужденные (под действием внешних периодических сил)
3) Автоколебания (Fвын не = 0)
Гармонические колебания – смещение происходит по закону синуса и косинуса, если на тело действует только упругая сила.
Закон Гука : Fупр = - k(коэф.жесткости)S(смещение)
Г рафик зависимости смещения тела от положения равновесия S от времени t. На графике показаны амплитуда колебаний А(наибольшее максимальное смещение тела от положения равновесия) и период колебаний Т( время, за которое происходит одно полное колебание) .
Уравнение гармонических колебаний:
S’’ + Wo2 S = 0 - Wo – круговая частота собствен.колеб.
 S(t) – смещение, A – амплитуда, Wot – цикл.част, Фио – начал.фаза. (Wot + фио) – фаза колебания
Частота колебаний – (v) число колебаний, совершаемых системой за единицу времени. Единицей частоты является герц (Гц)
|
№ 2 Затухающие колебания. Уравнение и график затухающих колебаний. Вынужденные колебания. Резонанс: при каких условиях он возникает?
Колебания бывают:
1)Свободные (под действием внутренних сил) (Fвын = 0)
а) Незатухающие(Fтр = 0) б) Затухающие(Fтр не = 0)
2)Вынужденные (под действием внешних периодических сил)
3) Автоколебания (Fвын не = 0)
На колеблющееся тело действуют силы сопротивления (трения), характер движения изменяется, и колебание становится затухающим.
S(t) – смещение, A – амплитуда(Wot + фио) – фаза колебания, Частота колебаний – (v) число колебаний, совершаемых системой за единицу времени. Единицей частоты является герц (Гц)
Вынужденные колебания – возникают в колебательной системе при действии на нее внешней, периодически изменяющейся силы, называемой вынуждающей силой.
Резонанс – явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний при определенном значении частоты вынуждающей силы.
|
№ 3 Какие процессы называют механическими волнами? Уравнение и график плоской гармонической волны. Характеристики волны: скорость распространения, длина, интенсивность.
Механической волной называют механические возмущения, распространяющиеся в пространстве и несущие энергию.
Возмущения – изменение состояния системы относительно покоя.
Механические волны бывают:
1)Упругими волнами(распростр. Упругих деформаций)
2)Волны на поверхности жидкости
Уравнение позволяет определить смещение любой точки, учавст. В волновом процессе в любой момент времени:
 V – скорость,Х – координата вдоль направления распространения волны. ω(t – x/v) – фаза волны Скорость распространения - скорость с которой движется фаза Скорость распространения фазы и есть скорость распространения волны. Длина волны – расстояние между двумя точками, фазы которых в один и тот же период времени отличаются на 2π. Интенсивность волны - средняя энергия, переносимая волной за единицу времени через единичную площадку, перпендикулярная направлению распространения волны.
|
|
№ 4 Звук, его природа. Физические характеристики звуковой волны. Характеристики слухового ощущения и их связь с физическими характеристиками волны.
Распространяющиеся в воздухе упругие волны, достигнув человеческого уха, вызывают специфическое ощущение звука, если частота этих волн лежит в пределах от 16 до 20000 гц.
Звуковые волны распространяются в газах, в воде, в мягких тканях организма человека. В воздухе звуковая волна является продольной волной, т.е. волной сжатия, растяжения.
К физическим характеристикам относятся :
1)V – частота звука - число колебаний частиц в секунду, участвующих в волновом процессе.
2) Ню – скорость звуковой волны. Волны возможны в том случае, когда возмущения распространяются с конечной скоростью.
3) I – Интенсивность волны средняя энергия, переносимая волной за единицу времени через единичную площадку, перпендикулярная направлению распространения волны.
4) Спектр звука указывает как распределены амплитуды между отдельными гармоническими составляющими.
К субъективным характеристикам относятся :
Тембр звука – субъективная оценка спектрального состава звука.
Высота – субъективная оценка частоты звукового сигнала: чем больше частота, тем выше звук.
Громкость – субъективная оценка интенсивности звука, восприятие интенсивности зависит от частоты звука.
АКУСТИЧЕСКИЙ СПЕКТР - графическое изображение состава шума в зависимости от частоты; является важнейшей характеристикой шума
|
№ 5 Что такое громкость звука. Зависимость громкости от интенсивности и частоты звуковой волны. Закон Вебера – Фехнера. От чего зависит порог слышимости звука, кривая порога слышимости, кривые равной громкости. Аудиометрия.
Громкость — субъективная оценка интенсивности звука. Однако восприятие интенсивности зависит от частоты звука. Звук большей интенсивности одной частоты может восприниматься как менее громкий, чем звук меньшей интенсивности другой частоты. Опыт показывает, что для каждой частоты в области слышимых звуков (20—20-103 Гц) имеется так называемый порог слышимости. Это минимальная интенсивность, при которой ухо еще реагирует на звук. Кроме того, для каждой частоты имеется так называемый порог болевых ощущений, т.е. то значение интенсивности звука, которое вызывает боль в ушах (повышение интенсивности звука выше порога болевых ощущений опасно для уха).
З ависимость громкости от интенсивности. При фиксированной частоте (это установлено экспериментально) громкость LE выражается следующим соотношением где к - коэффициент пропорциональности, I - интенсивность исследуемого звука, Iпорог - пороговая интенсивность звука на обсуждаемой частоте.  Из соответствующего графика (рис. III.3) видно, что чем больше интенсивность, тем меньше скорость возрастания громкости при увеличении интенсивности (кривая возрастает все более плавно).
Закон Вебера-Фехнера: Если раздражение (интенсивность звука) меняется в геометрической прогрессии, то ощущения (уровень громкости) меняется в арифметической прогрессии.
Математически это означает, что громкость звука пропорциональна логарифму интенсивности звука.
Если же не задаваться фиксированной частотой, то громкость звука можно оценить по так называемым кривым равной громкости, схематично представленным на рис.
А удиометрия – метод измерения остроты слуха.
|
№ 6 Ультразвук (УЗ), его физическая природа. Отражение ультразвука на границе раздела сред, коэффициент отражения. Закон поглощения ультразвука в однородной среде. График зависимости интенсивности УЗ от толщины поглощающего слоя.
Ультразвук – механическая волна с частотой большей 20 кГц и соответственно длиной волны меньшей, чем у звуковой волны.
О  тражение ультразвука на границе раздела сред - Для количественной характеристики процесса вводят понятие коэффициента отражения где 1отр — интенсивность отраженной ультразвуковой волны; I0 — интенсивность падающей; Iпрош -интенсивность волны, прошедшей из первой во вторую среду. Очевидно, что это безразмерная величина, меняющаяся в интервале от нуля (отсутствие отражения) до единицы (полное отражение). В случае, представленном на рис. III.6, этот коэффициент может быть найден по формуле:  где р1 и р2 - плотности первой и второй среды соответственно; υ1 и υ1 - скорости ультразвука в этих средах.
У льтразвук отражается от границы раздела 2-х сред с разными плотностями. Чем больше разница плотности среды, тем больше коэффициент отражения. Поглощение в средах - энергия механических колебаний частиц сред превращается в энергию их теплового движения. Поглощаемая при этом средой энергия механической волны обусловливает нагревание среды. Этот эффект описывается формулой: I = I0e-kl где, к - коэффициент поглощения, I0 – начальная интенсивность, I – интенсивность ультразвуковой волны, e – основание натуральных логарифмов (е = 2,71). Рис – Поглощение ультразвука в двух средах: коэффициент поглощения во второй среде больше чем в первой.
|
|
№ 7 Ультразвука в медицинской диагностике. Принцип эхолокации. Эффект Доплера, его применение в УЗ исследованиях.
Ультразвуковой метод имеет существенные преимущества по сравнению с рентгеновским.
1) Практически полное отсутствие каких либо побочных эффектов позволяет проводить длительные и многократные исследования любых частей тела, включая исследование плода во все периоды беременности.
2) Высокая чувствительность к акустическим неоднородностям дает возможность получать эхограммы мягких тканей.
3) Быстрое сканирование позволяет наблюдать динамику внутренних органов – сокращение сердца.
4) Точное определение размеров внутренних органов и их частей.
Эхолокация – метод локализации неоднородностей в средах. Она основана на явлении отражения ультразвука от границы раздела различных сред.
Эффект Доплера – для медицины важно применение ультразвука основанное на эффекте Доплера. Если при покоящихся относительно друг друга источнике и приемнике некоторой волны ( например ультразвуковой) частота излучаемо волны и регистрируемой приемником одинакова, то при относительном сближении регистрируемая приемником частота волны будет больше той частоты, которую зафиксировал источник. Специальная формула позволяет по сдвигу (разности) частот излучаемой и регистрируемой волн оценить скорость относительного движения приемника и источника v.  где с — скорость ультразвука в среде; ню — относительная скорость движения приемника и источника ультразвука; v0 — частота излучаемой волны, v – частота волны, зарегест.приемником. По допплеровскому сдвигу частоты оценивают скорость кровотока в сосуде. При этом можно оценить величину скорости и определить ее направление. На экране дисплея компьютера одно из возможных направлений окрашивается в красный цвет, а противоположное — в синий. Интенсивность окраски указывает на величину скорости кровотока. На основе ультразвукового эффекта Допплера можно также определить параметры движения клапанов и стенок сердца. Этот метод назван допплеровской эхокардиографией.
|
№ 8 Источники электрического и магнитного полей. Основные положения теории Максвелла об электромагнитном поле.
Э лектрическое поле – разновидность материи, посредством которой осуществляется силовое воздействие на электрические заряды, находящиеся в этом поле. Силовой характеристикой электрического поля является напряженность, равная отношению силы, действующей в данной точке поля на точечный заряд, к этому заряду. Магнитное поле – вид материи посредством которой осуществляется силовое воздействие на движущиеся электрические заряды, помещенные в поле.(одна из форм проявления электромагнитного поля) Источник магнитного поля – движение зарядов относительно наблюдателя. Постоянное магнитное поле создается электрическим полем. Силовые линии магнитного поля:
 Силовые линии электрического поля
В основе теории Максвела лежат два положения:
1) Всякое переменное электрическое поле порождает магнитное.
2) Всякое переменное магнитное поле порождает электрическое (явление электромагнитной индукции).
Взаимное образование электрических и магнитных полей приводит к понятию электромагнитной волны – распространение единого электромагнитного поля в пространстве.
|
№ 9 Электромагнитные (ЭМ) волны, уравнения и график плоской ЭМ волны. Характеристики ЭМ волны (скорость распространения ЭМ волны в вакууме и в средах, длина волны, интенсивность).
Взаимное образование электрических и магнитных полей приводит к понятию электромагнитной волны – распространение единого электромагнитного поля в пространстве. Распространение плоской Эм – волны описывается двумя уравнениями соответственно для электрич. и магнитной компонента единого электромагнитного поля.
Е – напряженность электрического поля
Ео – их амплитудное значение.
 Длина электромагнитной волны — это расстояние между двумя ближайшими максимумами и расстояние, на которое волна распространяется за время, равное периоду колебаний. Интенсивность Как и для механических волн, в данном случае вводится величина плотности потока энергии, которая вычисляется по формуле: (вектор Пойтинга)
|
|
| |
|
|
Скачать 5.18 Mb.