Волны: понятие и виды

ify">   где y – расстояние от источника колебаний точки, избыточное давление в которой мы определяем в момент времени t.

        Если  ввести величину избыточной плотности  и ее амплитуды так же, как мы вводили величину избыточного звукового давления, то уравнение плоской звуковой волны можно было бы записать так:

   

.

3. Объективные и  субъективные характеристики  звука.

       Само  слово «звук» отражает два различных, но  взаимосвязанных понятия: 1)звук как физическое явление; 2)звук –  то восприятие, которое испытывает слуховой аппарат (человеческое ухо) и  ощущения, возникающие у него при этом.  Соответственно характеристики звука делятся на объективные, которые могут быть измерены физической аппаратурой, и субъективные, определяемые восприятием данного звука человеком.

       К объективным (физическим ) характеристикам  звука относятся характеристики, которые описывают любой волновой процесс: частота, интенсивность и спектральный состав. В таблицу 3  включены сравнительные данные объективных и субъективных характеристик.

        Таблица 3.

   Остановимся на некоторых определениях.

   Частота звука измеряется числом  колебаний частиц среды, участвующих в волновом процессе, в 1 секунду.

   Интенсивᘀность волны измеряется энергией, переносимой волной в единицу времени через единичную площадь (расположенную перпендикулярно направлению распространению волны).Спектральный состав (спектр) звука указывает из каких колебаний состоит данный звук и как распределены амплитуды между отдельными его составляющими. Различают сплошные и линейчатые спектры. Для субъективной оценки громкости используются величины, называемые уровнем силы звука и уровнем громкости. Все акустические величины и их размерности в СИ приведены в приложении.Глава 3. Электромагнитные волны.1. Электромагнитными волнами называются возмущения электромагнитного поля (т.е. переменное электромагнитное поле), распрострняющиеся в пространстве.

   Утверждение о существовании электромагнитных волн является непосредственным следствием решения системы уравнений Максвелла. Согласно этой теории следует, что переменное электромагнитное поле  распространяется в пространстве в виде волн, фазовая скорость которых равна:

       

   где - скорость света в вакууме,  , - электрическая и магнитная постоянные, , - соответственно диэлектрическая и магнитная проницаемость среды.

   2. Электромагнитные волны - поперечные волны. Векторы Е и Н поля электромагнитной волны взаимно перпендикулярны друг другу. Вектор скорости волны и векторы Е и Н образуют правую тройку векторов (Рисунок 2.1.4).

   Для сравнения ориентации  тройки векторов , Е и Н на рисунке приведено расположение осей декартовой системы координат. Такое сопоставление уместно и в дальнейшем будет использовано для определения проекций векторов Е и Н на координатные оси. 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Рисунок 2.1.4

   Взаимно перпендикулярные векторы Е и Н колеблются в одной фазе (их колебания синфазные). Модули этих векторов связаны соотношением:

   

которое справедливо для любой бегущей электромагнитной волны независимо от формы ее волновых поверхностей.

   3.По  форме волновых поверхностей  волны могут быть плоские, эллиптические,  сферические и т.д..

   Монохроматической волной называется электромагнитная волна одной определенной частоты. Монохроматическая волна не ограничена в пространстве и во времени. В каждой точке электромагнитного поля монохроматической волны проекции векторов Е и Н на оси координат совершают гармонические колебания одинаковой частоты . Например, для плоской монохроматической волны, распространяющейся вдоль положительного направления оси ОУ, как показано на рисунке 2.1.3.,ее уравнение имеет вид:

   

   Такие волны называются плоско  (или линейно) поляризованными волнами.

   Плоскость, в которой происходит колебание  вектора Е называют плоскостью поляризации линейно поляризованной волны, а плоскость колебаний вектора Н – плоскостью колебаний. Ранее эти названия были обратными (см. [1]).

   6. Все сказанное о стоячих волнах  в упругих средах относится и к электромагнитным волнам. В этом случае, однако, волна характеризуется не одним вектором, а двумя взаимно перпендикулярными векторами Е и Н.

   Стоячая электромагнитная волна состоит из двух стоячих волн - магнитной и электрической, колебания которых сдвинуты по фазе на .

   7. Энергия электромагнитных волн.

   Объемная  плотность энергии электромагнитного  поля в линейной изотропной среде  задается соотношением:

   

   с - скорость света в вакууме.

   В случае плоской линейно поляризованной монохроматической волны, распространяющейся вдоль положительного направления ОY, напряженность электрического поля задается уравнением:

   

   соответственно  объемная плотность энергии этой волны 

   Значение  объемной плотности энергии волны  меняется за период  от 0 до .Среднее за период значение энергии равно:

    .

   8. Вектор  плотности потока энергии электромагнитной  волны называется вектором Умова - Пойнтинга:

   

   Для линейно  поляризованной монохроматической  волны вектор Пойнтинга направлен  в сторону распространения волны  и численно равен:

   Интенсивность электромагнитной волны  равна модулю среднего значения вектора Пойнтинга за период его полного колебания:

   

 

   Интенсивностью  электромагнитной волны называется физическая величина, численно равная энергии, переносимая волной за единицу времени через единицу площади поверхности, расположенной перпендикулярно к направлению распространения волны.

   Интенсивность бегущей монохроматической волны: - фазовая скорость волны, среднее значение объемной плотности энергии поля волны.

   Интенсивность света (электромагнитных волн, рассматриваемых в оптике) прямо пропорциональна квадрату амплитуды колебаний вектора напряженности Е поля световой волны.