1. Задачи,приводящие к понятию производной а о скорости движения материальной точки

Название	1. Задачи,приводящие к понятию производной а о скорости движения материальной точки
Анкор	FIZIKA1.docx
Дата	29.04.2018
Размер	1.34 Mb.
Формат файла
Имя файла	FIZIKA1.docx
Тип	Документы #18650
страница	4 из 10

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Колеблющийся источник волн обладает энергией. В процессе распространения волны каждая частица среды, до которой доходит волна, также колеблется и имеет энергию.

Выделим некоторый объем Vупругой среды, в которой распространяется волна с амплитудой Aи циклической частотой ω. В этом объеме имеется средняя энергия

где m - масса выделенного объема среды.

Средняя плотность энергии волны есть энергия волны, сосредоточенная в единице объема среды:

где ρ- плотность среды.

Интенсивностью волны Iназывается величина, равная энергии, которую в среднем переносит волна за единицу времени через единицу площади поверхности, перпендикулярной к направлению распространения волны:

где ʋ- скорость распространения волны. В векторной форме

называется вектором Умова
20. Внутреннее трение (вязкость жидкости). Формула Ньютона. Ньютоновские и неньютоновские жидкости. Ламинарное и турбулентное течение жидкости. Формула Гагена-Пуазейля.

В реальной жидкости вследствие взаимного притяжения и теплового движения молекул имеет место внутреннее трение, или вязкость. Ньютон установил, что сила Fтр внутреннего трения между двумя слоями жидкости, движущимися с различными скоростями зависит от природы жидкости и пропорциональная площади S соприкасающихся слоёв и градиенту скорости dv/dx между ними:

$c:\users\залим\documents\mb4_014.jpeg$ где η– коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом вязкости или просто вязкостью жидкости и зависящий от её природы.
Жидкость, которая подчиняется уравнению Ньютона называют ньютоновской. У большинства жидкостей (вода, низкомолекулярные органические соединения, расплавленные металлы и их соли и др.) коэффициент вязкости зависит только отприроды жидкости и температуры(с повышением температуры коэффициент вязкости понижается). Такие жидкости называются ньютоновскими.а их вязкость нормальной
У некоторых жидкостей, преимущественно высокомолекулярных (например, растворы полимеров) или представляющих дисперсные системы (суспензии и эмульсии), коэффициент вязкости зависит также от режима течения — давления и градиента скорости.Такие жидкости называют неньютоновскими,а их вязкость аномальной .Например,кровь
В жидкости течение может быть ламинарным или турбулентным.

Ламинарное (слоистое) течение– течение, при котором слои жидкости текут, не перемешиваясь, скользя друг относительно друга. Распределение скоростей имеет параболический характер: $c:\users\залим\documents\mb4_011 (1).png$

Турбулентное течение– течение, при котором скорости частиц жидкости в каждой точке беспорядочно меняются. Такое движение сопровождается появлением звука. Турбулентное течение – это хаотическое, крайне нерегулярное, неупорядоченное течение жидкости.
Скорость V_кр перехода ламинарного течения в турбулентное определяется числом Рейнольдса Re:

Количество жидкости Q, протекающее через поперечное сечение в единицу времени равно Q = vср S, где S=πR2. Следовательно

$c:\users\залим\documents\mb4_003.png$ Формула Гагена-Пуазейля.

Или _______________________

$c:\users\залим\documents\mb4_008.png$ – Гидравлическое сопротивление.

21. Звук. Виды звуков. Физические характеристики звука. Характеристики слухового ощущения и их связь с физическими характеристиками звука. Шкала уровней интенсивности звука.
Звук – распространяющийся в виде продольных волн колебательное движение частиц упругой среды: газообразной, жидкой или твёрдой.

Звуки, встречающиеся в природе, разделяют на несколько видов.

Тон –это звук, представляющий собой периодический процесс. Основной характеристикой тона является частота. Простой тонсоздается телом, колеблющимся по гармоническому закону (например, камертоном). Сложный тон создается периодическими колебаниями, которые не являются гармоническими (например, звук музыкального инструмента, звук, создаваемый речевым аппаратом человека).Сложный то может быть разложен на простые .Наименьшая частота V0 такого разложения соответствует основному тону. Остальные гармоники имеют частоты,равные 2 V0, 3 V0 и т д.Набор частот с указанием их амплитуды называется акустическим спектром .Спектр сложного тона линейчатый

Шум– это звук, имеющий сложную неповторяющуюся временную зависимость и представляющий собой сочетание беспорядочно изменяющихся сложных тонов (шелест листьев) Спектр шума сплошной

.

Звуковой удар– это кратковременное звуковое воздействие (хлопок, взрыв, удар, гром).

Физические характеристики звука :

Энергетической характеристикой звука как механической волны является интенсивность. Но на практике для оценки звука удобнее использовать звуковое давление, которое дополнительно возникает при прохождении звуковых волн в жидкостях или газах. Интенсивность I и звуковое давление pсвязаны соотношением

Рассмотренные характеристики звука являются объективными характеристиками ,т к их можно оценивать с помощью приборов

.В слуховом ощущении субъективно (звук оценивается человеком) различаются высота, громкость и тембрзвука. Каждая из этих характеристик, в свою очередь, зависит от физических величин, имеющих объективный смысл: частоты и интенсивности звуковой волны.

Высота тона зависит от частоты колебаний. Чем больше частота, тем выше кажется звук.

Музыкальные звуки с одним и тем же основным тоном различаются тембром, который, в основном, определяется частотами и амплитудами обертонов

Громкость звука зависит от интенсивности звука

Наименьшая интенсивность звуковой волны, которая может быть воспринята органами слуха называется порогом слышимости I₀. Наибольшая интенсивность звуковой волны, при которой восприятие звука не вызывает болевого ощущения, называется порогом болевого ощущения или порогом осязания

Тембр– это характеристика звукового ощущения, которая определяется его гармоническим спектром. Тембр звука зависит от числа обертонов и от их относительных интенсивностей.
. Самый громкий звук, который способно воспринимать наше ухо, имеет интенсивность в 10¹³ раз больше интенсивности самого тихого звука, который мы еще можем услышать. Поэтому удобно сравнивать интенсивности звуков в логарифмической шкале. В этой шкале уровень интенсивности звука выражается в белах (Б). Если уровень какого-то звука на 1Б выше, чем у другого, то отношение интенсивностей этих звуков равно 10. Если уровни звуков различаются на 2Б, то отношение их интенсивностей 10² и т.д.

Обычно уровни интенсивностей звуков выражают в децибелах (дБ):
1 дБ=0,1 Б.

При построении шкалы уровней интенсивности звука значение I₀принимают за начальный уровень шкалы ,любую другую интенсивность I выражают через десятичный логарифм ее отношения к I₀:

или при использовании децибел

22. Закон Вебера-Фехнера. Шкала уровней громкости звука. Кривые равной громкости.
В основе создания шкалы уровней громкости лежит психофизический закон Вебера-Фехнера:

если раздражение увеличивается в геометрической прогрессии (т.е. в одинаковое число раз), то ощущение этого раздражения возрастает в арифметической прогрессии (т.е. на одинаковую величину).

Математически это означает, что громкость звука пропорциональна логарифму интенсивности звука. Если действуют два звуковых раздражения с интенсивностями Iи I₀, причем I₀ – порог слышимости, то на основании закона Вебера-Фехнера громкость относительноI₀ связана с интенсивностью следующим образом:
Е=

где k-коэффициент пропорциональности

Условно считают, что на частоте 1 кГц шкалы громкости и интенсивности звука полностью совпадают

Для отличия от шкалы интенсивности звука в шкале громкости децибелы называют фонами Громкость на других частотах можно измерить, сравнивая исследуемый звук со звуком частотой 1 кГц
На практике громкость звука можно оценить по так называемым кривым равной громкости

Каждая из представленных кривых объединяет звуки одной и той же громкости, измеряемой в фонах. При этом принято, что громкость любого звука в фонах совпадает с уровнем интенсивности равно громкого звука (в децибелах) на частоте 1 кГц: кривой порога слышимости соответствует уровень громкости 0 фон

Каждая промежуточная кривая отвечает одинаковой громкости, но разной интенсивности звука для разных частот.По отдельной кривой равной громкости можно найти интенсивности, которые при определенных частотах вызывают ощущение этой громкости. Используя совокупность кривых равной громкости, можно найти для разных частот громкости, соответствующие определенной интенсивности.

23. Ультразвук. Источники и приемники ультразвука, его основные свойства. Ультразвуковая эхолокация.
Ультразвуком (УЗ) называют механические колебания и волны, частоты которых более 16-20 кГц.

Хотя физическая природа ультразвука такая же, что для звуковых волн любого диапазона частот, он обладает рядом специфических особенностей, которые определяют его большое значение в науке и технике. Эти особенности обусловлены относительно высокими частотами и соответственно малостью длин волн.

Малость длины волны обусловливает лучевой характер распространения ультразвуковых волн. Вблизи излучателя ультразвуковые волны распространяются в виде пучков, поперечный размер которых сохраняется близким к размеру излучателя. Попадая на крупные препятствия или неоднородности в среде, такой ультразвуковой луч испытывает отражениеи преломление. При попадании луча на малые препятствия или дефекты возникает рассеянная волна.
В природе ультразвук встречается как в качестве компонента многих естественных шумов, так и среди звуков животного мира. Некоторые животные пользуются ультразвуковыми волнами для обнаружения препятствий (летучие мыши, дельфины и др.).
Искусственные излучатели ультразвука основаны на явлении магнитострикции (при более низких частотах) и обратного пьезоэлектрического эффекта (при более высоких). Магнитострикция заключается в незаметных для глаза колебаниях (удлинении и укорочении) длины ферромагнитного сердечника под действием переменного магнитного поля в соответствии с частотой изменения знака поля.

Из искусственных излучателей ультразвука наибольшее распространение получили электромеханические излучатели, основанные на явлении обратного пьзоэлектрического эффекта, который заключается в механической деформации тел под действием электрического поля.

$c:\users\залим\documents\mb4_009.jpeg$

1 – пластины из вещества с пьезоэлектрическими свойствами; (кварц, титанат бария и т.д.).

2 – электродов, нанесенных на ее поверхности в виде проводящих слоев;

3 – генератора, подающего на электроды переменное напряжение требуемой частоты.

При подаче на электроды (2) переменного напряжения от генератора (3) пластина (1) испытывает периодические растяжения и сжатия. Возникают вынужденные колебания, частота которых равна частоте изменения напряжения. Эти колебания передаются частицам окружающей среды, создавая механическую волну с соответствующей частотой. Амплитуда колебаний частиц среды вблизи излучателя равна амплитуде колебаний пластины.

Электромеханические УЗ-приемники используют явление прямого пьезоэлектрического эффекта. В этом случае под действием УЗ-волны возникают колебания кристаллической пластины (1), в результате которых на электродах (2) возникает переменное напряжение, которое фиксируется регистрирующей системой (3).

В большинстве медицинских приборов генератор ультразвуковых волн одновременно используется и как их приемник.

$c:\users\залим\documents\mb4_003.jpeg$

Ультразвуковая эхолокация

Рассмотрим отражение УЗ-волны от границы раздела двух сред с различными свойствами

Для количественной характеристики процесса вводится понятие коэффициента отражения

где I_отр - интенсивность отраженной УЗ-волны, I₀ - интенсивность падающей; I_прош (рис.5) - интенсивность волны, прошедшей во вторую среду.

R-это безразмерная величина, принимающая значения в интервале от нуля (отсутствие отражения) до единицы (полное отражение).

В случае нормального падения волны на границу раздела (рис.5) , этот коэффициент можно найти по формуле

где ρ₁ и ρ₂ - плотности первой и второй среды соответственно; v₁ и v₂- скорости УЗ в этих средах.

На явлении отражения УЗ от границы раздела сред основана эхолокация – метод локализации неоднородностей в средах
Источник УЗ посылает ультразвуковой сигнал в импульсном режиме. После нескольких импульсов наступает пауза, в течение которой источник «ожидает» прихода отраженной волны. На экране локатора фактически представлена временная зависимость электрического напряжения, соответствующего посланному и зарегистрированному после отражения УЗ-сигналу. Зная интервал времени между импульсом посылки и отраженным импульсом (рис.6, б), а также скорость волны, можно найти расстояние от источника до границы отражения:

4. Действие ультразвука на вещество, клетки и ткани организма. Применение ультразвука в медицине.
Ультразвук оказывает на вещество сложное действие: механическое, физико-химическое и тепловое.

Механическое действие УЗ на веществосвязано с деформацией микроструктуры вещества, происходящей вследствие поочередного сближения и разрежения его частиц, вызываемых УЗ волной.При достаточной интенсивности УЗ это может вызвать разрушение вещества, в жидкости это приводит к кавитации- образованию микроскопических полостей ,которые заполняются парами жидкости ,а затем при сближении частиц захлопываются под большим давлением.

Действием УЗ можно размельчить и диспергировать различные среды, что используется при изготовлении вакцин, эмульсий, аэрозолей и т.д.

В зависимости от условий воздействия и свойств cреды, УЗ может способствовать и обратным процессам: осаждению суспензий, коагуляции аэрозолей, очистке газов от взвешенных в них примесей.

УЗ ускоряет некоторые химические реакции, например, окисления и полимеризации.

На комплексном действии механических, тепловых и химических факторов основано биологическое действие ультразвука, который может вызвать гибель вирусов, бактерий и грибков, а при значительной мощности и мелких животных. При незначительной мощности УЗ повышает проницаемость клеточных мембран, активизирует процессы тканевого обмена.
Ультразвук в настоящее время получил разнообразные применения.

В фармацевтической промышленности при изготовлении лекарств используется способность ультразвука дробить тела ,помещенные в жидкость и создавать эмульсии

При лечении туберкулеза,бронхиальной астмы применяют аэрозоли различных лекарственных средств, полученных с помощью ультразвука

В медицине УЗ в различных диапозонах частот используется для терапевтического и хирургического лечения и диагностики

Метод лечения,при котором используются колебания 800-3000кГц называется ультразвуковой терапией

Для лечебных целей применяют аппараты,в которых электрический ток подается на пластинку излучателя = кварца или титанита бария .Пластинка под действием переменного электрического тока сжимается и разжимается. Движения пластинки через контактную среду (вода,вазелиновое масло, передаются на подлежащие ткани .УЗ в этих частотах распространяется в средах почти прямолинейным пучком ,что позволяет воздействовать им на ограниченный участок и проникает на глубину от 1 до 5-6 см.Это дает возможность использовать его для лечения заболеваний различных органов

В лечебной практике используют в основном малые дозы ультразвука, активизирующие внутриклеточные процессы в тканях (биосинтез белка, усиление активности ферментов и т.д.). Терапевтические дозы ультразвука оказывают выраженное болеутоляющее, сосудорасширяющее, противовоспалительное действие.

Под влиянием ультразвука в зоне воздействия повышается проницаемость кожи и слизистых оболочек, что способствует введению в ткани через кожу нанесенных на нее лекарственных средств. Этот метод называется фонофорезом.

Существует аппарат для ультразвуковой сварки и резки костей

Способность ультразвуковых волн без существенного поглощения проникать в мягкие ткани организма и отражаться от уплотнений и неоднородностей используется в диагностических целях. Ультразвуковая диагностика дополняет основной метод исследования внутренних органов – рентгенодиагностику, а иногда имеет преимущества над ней.

Высокая чувствительность ультразвуковой аппаратуры позволяет получить эхограмму мягких тканей, последить за движущимися объектами, например, за частотой сердечных сокращений, скоростью кровотока в крупных сосудах.

Биологическое действие ультразвука, т.е. изменения, вызываемые в жизнедеятельности и структурах биологических объектов при воздействии на них ультразвука, определяется, главным образом, его интенсивностью и длительностью облучения и может оказывать как положительное, так и отрицательное влияние на жизнедеятельность организмов.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10