Механические_колебания_и_волны_Основы_биоакустики
.pdf
ВЫНУЖДЕННЫЕ КОЛЕБАНИЯ
Возникают под действием вынуждающей силы
F Fmax cost
При этом в колебательной системе возникают:
1.Собственные (свободные) колебания, которые постепенно затухают;
2.Колебания под действием вынуждающей силы.
Эти два вида колебаний складываются между собой до окончательного затухания свободных колебаний.
Суммарная амплитуда вынужденных колебаний зависит от:
1.Амплитуд свободных колебаний и амплитуды вынуждающей силы;
2.От соотношения частот свободных колебаний и вынуждающей силы;
3.Коэффициента затухания среды.
Резонанс («отклик») –
увеличение амплитуды колебаний под действием вынуждающей силы.
|
|
|
|
|
|
|
|
Для любого тела с частотой |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
собственных колебаний |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
существует набор резонансных |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
частот вынуждающей силы. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Это связано с влиянием |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
коэффициента затухания на |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
колебательный процесс. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Максимальная амплитуда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
может быть достигнута при |
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
условиях: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1. |
Малого коэффициента |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
затухания колебаний, |
|
2. |
Совпадении частот |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
вынуждающей силы и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
собственных колебаний тела. |
|
РЕЗОНАНС
вредное явление (например, его |
полезное явление |
нужно учитывать, проектируя мосты, с ним связано |
(например, при получении ультразвука |
вредное действие инфразвука и вибрации ) |
или других вынужденных колебаний) |
СОБСТВЕННЫЕ (РЕЗОНАНСНЫЕ) ЧАСТОТЫ НЕКОТОРЫХ ЧАСТЕЙ ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА
•20-30 Гц (резонанс головы)
•40-100 Гц (резонанс глаз)
•0,5-13 Гц (резонанс вестибулярного аппарата)
•4-6 Гц (резонанс сердца)
•2-3 Гц (резонанс желудка)
•2-4 Гц (резонанс кишечника)
Для уменьшения резонанса применяют демпферы – устройства или вещества, увеличивающие коэффициент затухания колебаний.
Хорошие демпферные свойства биологических тканей защищают органы от повреждений при воздействии инфразвука и вибрации достаточно большой амплитуды.
Однако функциональные нарушения могут возникать и под влиянием инфразвука и вибрации даже небольшой амплитуды в связи с наличием резонансных частот у органов.
МЕХАНИЧЕСКИЕ ВОЛНЫ
Волна – возмущение (изменение состояния) среды, распространяющееся в ней и несущее с собой энергию, без переноса вещества.
Упрощенное определение: волна – это распространение энергии колебаний в пространстве.
При распространении механической волны каждая частица среды колеблется около своего положения равновесия (никуда не распространяется).
Если колебания частиц среды происходят в направлении 
распространения волны, то такая волна является ПРОДОЛЬНОЙ.
Если колебания частиц среды происходят в направлении, перпендикулярном к направлению распространения волны, то такая волна является ПОПЕРЕЧНОЙ.
ПАРАМЕТРЫ ВОЛНЫ
1.Те же, что и для колебаний (амплитуда, смещение, период, частота, фаза).
2. Волновые характеристики: |
λ |
|
|
|
А. Скорость – расстояние, на которое
переносится энергия за единицу времени.
Б. Длина волны λ - расстояние между
двумя ближайшими точками, колеблющимися в одинаковой фазе.
T
В. Интенсивность волны - энергия, которая переносится через единицу площади поперечного сечения за единицу времени. Измеряется в Ватт/м2:
I |
Ф |
|
E |
|
S |
t S |
|
||
|
|
|
Г. Фронт волны – геометрическое место точек, колеблющихся в одной фазе. Волна бывает сферическая, полусферическая, плоская волна.
УРАВНЕНИЕ ПЛОСКОЙ ВОЛНЫ
x 0 |
х |
0 |
Х |
S A sin t |
|
|
|
x |
|
S A sin t A sin t |
|
|
|
|
|
||
|
|
||
ЗВУК– механическая продольная волна.
Скорость распространения зависит от плотности среды и температуры
Как и для света (электромагнитная волна) для звука характерны явления: 1. интерференции и 2. дифракции
Звуки, как и свет, могут отражаться от границы раздела двух сред и проходить во вторую среду, преломляясь, то есть изменяя направление.
КЛАССИФИКАЦИЯ ЗВУКОВ
По частоте
|
|
|
|
|
|
16 |
|
20000 |
|
|
|
|
|
|
СЛЫШИМЫЕ
ЗВУКИ
ТОНЫ |
|
ШУМЫ |
(периодические |
|
(звуки с неповторяющейся |
процессы) |
|
временной зависимостью) |
|
|
|
ГАРМОНИЧЕСКИЙ НЕГАРМОНИЧЕСКИЙ (ПРОСТОЙ) ТОН (СЛОЖНЫЙ) ТОН
АКУСТИЧЕСКИЙ СПЕКТР ЗВУКА -
диаграмма, отражающая частоту тонов, входящих в состав звука, и соответствующие им интенсивности.
СПЕКТР ПРОСТОГО ТОНА |
СПЕКТР СЛОЖНОГО ТОНА |
|||||||||
І |
|
линейчатый |
І |
линейчатый |
||||||
|
|
|||||||||
|
|
|
основной |
|||||||
|
|
ν |
|
|
|
обертоны |
||||
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ν |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
СПЕКТР ШУМА
І сплошной
ν
