- Garso bangos perdavimas ir atspindys
- Perdavimo ir atspindžio koeficientai
- Programos ir pratybos
- - Pratimas išspręstas 1
- Sprendimas
- B sprendimas
- - Pratimas išspręstas 2
- Sprendimas
- Nuorodos
Akustinė varža arba specifinis akustinė varža yra atsparumas, kad medžiaga priemonės turi į garso bangų praėjimą. Jis yra pastovus tam tikroje terpėje, kuri eina iš akmenuoto žemės paviršiaus sluoksnio į biologinį audinį.
Akustinę varžą pažymėdami kaip Z, matematinę formą turime:
Z = ρ.v
1 pav. Kai garso banga pasiekia dviejų skirtingų laikmenų ribas, viena dalis atsispindi, o kita perduodama. Šaltinis: „Wikimedia Commons“. „Cristobal aeorum“ / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)
Čia ρ yra terpės tankis ir v garso greitis. Ši išraiška galioja skystyje judančiai plokštumos bangai.
SI tarptautinės sistemos vienetuose tankis yra kg / m 3, o greitis - m / s. Todėl akustinės varžos vienetai yra kg / m 2 .s.
Taip pat akustinė varža apibrėžiama kaip slėgio p ir greičio koeficientas:
Z = p / v
Tokiu būdu išreikšta Z yra analogiška elektrinei varža R = V / I, kur slėgis vaidina įtampos ir greičio, tenkančio srovei, vaidmenį. Kiti Z vienetai SI būtų Pa.s / m arba Ns / m 3 , visiškai lygiaverčiai anksčiau duotiems.
Garso bangos perdavimas ir atspindys
Kai turite dvi skirtingų varžų priemones Z 1 ir Z 2 , gali būti perduodama dalis garso bangos, kuri patenka į abiejų sąsają, o kita dalis gali būti atspindėta. Ši atspindėta banga, arba aidas, yra ta, kurioje yra svarbi informacija apie antrąją terpę.
2 paveikslas. Kritinis impulsas, perduodamas impulsas ir atspindėtas impulsas. Šaltinis: „Wikimedia Commons“.
Bangos perduodamos energijos pasiskirstymo būdas priklauso nuo atspindžio koeficientų R ir perdavimo koeficiento T - dviejų dydžių, kurie yra labai naudingi tiriant garso bangos sklidimą. Atspindžio koeficientas yra koeficientas:
R = I r / I o
Kur I o yra krintančios bangos intensyvumas, o I r yra atspindėtos bangos intensyvumas. Panašiai turime perdavimo koeficientą:
T = I t / I o
Dabar galima parodyti, kad plokštumos bangos intensyvumas yra proporcingas jos amplitudei A:
I = (1/2) Z.ω 2 .A 2
Kur Z yra terpės akustinė varža, o ω - bangos dažnis. Kita vertus, perduodamos amplitudės ir kritinės amplitudės santykis yra:
A t / A o = 2Z 1 / (Z 1 + Z 2 )
Tai leidžia koeficientą I t / I o išreikšti kritimo ir perduodamų bangų amplitudėmis taip:
I t / I o = Z 2 A t 2 / Z 1 A o 2
Šiomis išraiškomis R ir T gaunami atsižvelgiant į akustinę varžą Z.
Perdavimo ir atspindžio koeficientai
Aukščiau pateiktas koeficientas yra tiksliai perdavimo koeficientas:
T = (Z 2 / Z 1 ) 2 = 4Z 1 Z 2 / (Z 1 + Z 2 ) 2
Kadangi nuostoliai nenumatomi, tiesa, kad avarijos intensyvumas yra perduodamo ir atspindimo intensyvumo suma:
I o = I r + I t → (I r / I o ) + (I t / I o ) = 1
Tai leidžia mums rasti atspindžio koeficiento išraišką, atsižvelgiant į dviejų terpių varžą:
R + T = 1 → R = 1 - T
Atliekant truputį algebros pertvarkyti terminus, atspindžio koeficientas yra:
R = 1 - 4Z 1 Z 2 / (Z 1 + Z 2 ) 2 = (Z 1 - Z 2 ) 2 / (Z 1 + Z 2 ) 2
O kadangi informacija, susijusi su antrąja terpe, randama atspindėtame pulse, atspindžio koeficientas kelia didelį susidomėjimą.
Taigi, kai dvi terpės varžos skiriasi labai skirtingai, ankstesnės išraiškos skaitiklis tampa didesnis. Tada atspindėtos bangos intensyvumas yra didelis ir joje yra geros informacijos apie terpę.
Kalbant apie tą antrąją terpę perduodamą bangos dalį, ji pamažu blunka ir energija išsisklaido kaip šiluma.
Programos ir pratybos
Perdavimo ir atspindžio reiškiniai gali būti naudojami labai svarbiose vietose, pavyzdžiui, sonaro, sukurto Antrojo pasaulinio karo metu ir naudojamo objektams aptikti. Beje, kai kurie žinduoliai, pavyzdžiui, šikšnosparniai ir delfinai, turi įmontuotą sonaro sistemą.
Šios savybės taip pat plačiai naudojamos tiriant Žemės vidų seisminių žvalgymų metodais, atliekant ultragarsinį medicininį vaizdą, matuojant kaulų tankį ir vaizduojant skirtingas gedimų ir defektų struktūras.
Akustinė varža taip pat yra svarbus parametras vertinant muzikos instrumento garso atsaką.
- Pratimas išspręstas 1
Ultragarso metodu biologiniam audiniui atvaizduoti naudojami aukšto dažnio garso impulsai. Aidai turi informacijos apie organus ir audinius, kuriuos jie praeina, o programinė įranga yra atsakinga už vaizdo pavertimą.
Įpjaunamas ultragarso impulsas, nukreiptas į riebalų ir raumenų sąsają. Turėdami pateiktus duomenis, raskite:
a) kiekvieno audinio akustinė varža.
b) ultragarso procentinė dalis, atspindėta riebalų ir raumenų sąsajoje.
Tepalas
- Tankis: 952 kg / m 3
- Garso greitis: 1450 m / s
Raumuo
- Tankis: 1075 kg / m 3
- Garso greitis: 1590 m / s
Sprendimas
Kiekvieno audinio akustinė varža nustatoma pakeičiant formulę:
Z = ρ.v
Šiuo būdu:
Z riebalai = 952 kg / m 3 x 1450 m / s = 1,38 x 10 6 kg / m 2 .s
Z raumuo = 1075 kg / m 3 x 1590 m / s = 1,71 x 10 6 kg / m 2 .s
B sprendimas
Norėdami sužinoti dviejų audinių sąsajos atspindžio intensyvumo procentą, atspindžio koeficientas pateikiamas taip:
R = (Z 1 - Z 2 ) 2 / (Z 1 + Z 2 ) 2
Čia Z riebalai = Z 1 ir Z raumuo = Z 2. Atspindžio koeficientas yra teigiamas dydis, kurį garantuoja lygtys kvadratai.
Pakaitalai ir vertinimas:
R = (1,38 x 10 6 - 1,71 x 10 6 ) 2 / (1,38 x 10 6 + 1,71 x 10 6 ) 2 = 0,0111.
Padauginę iš 100, turėsime atspindėtą procentą: 1,14% incidento intensyvumo.
- Pratimas išspręstas 2
Garso bangos intensyvumo lygis yra 100 decibelų ir paprastai patenka į vandens paviršių. Nustatykite perduodamos ir atspindimos bangos intensyvumo lygį.
Duomenys:
Vanduo
- Tankis: 1000 kg / m 3
- Garso greitis: 1430 m / s
Oro
- Tankis: 1,3 kg / m 3
- Garso greitis: 330 m / s
Sprendimas
Garso bangos, žymimos kaip L, intensyvumo lygis decibelais decibelais yra be matmenų ir apskaičiuojamas pagal formulę:
L = 10 rąstų (I / 10 -12 )
Padidinimas iki 10 iš abiejų pusių:
10 L / 10 = I / 10 -12
Kadangi L = 100, gaunami:
I / 10 -12 = 10 10
Intensyvumo vienetai nurodomi kaip galia ploto vienetui. Tarptautinėje sistemoje jie yra vatai / m 2 . Todėl kritimo bangos intensyvumas yra:
I o = 10 10 . 10 -12 = 0,01 W / m 2 .
Norint surasti perduodamos bangos intensyvumą, apskaičiuojamas perdavimo koeficientas, padauginamas iš kritimo intensyvumo.
Atitinkamos varžos yra:
Z vanduo = 1000 kg / m 3 x 1430 m / s = 1,43 x 10 6 kg / m 2 .s
Z oras = 1,3 kg / m 3 x 330 m / s = 429 kg / m 2 .s
Pakaitalas ir vertinimas:
T = 4Z 1 Z 2 / (Z 1 + Z 2 ) 2 = 4 × 1,43 x 10 6 x 429 / (1,43 x 10 6 + 429) 2 = 1,12 x 10 -3
Taigi perduodamos bangos intensyvumas yra:
I t = 1,12 x 10 –3 x 0,01 W / m 2 = 1,12 x 10 –5 W / m 2
Jo intensyvumo lygis decibelais apskaičiuojamas taip:
L t = 10 log (I t / 10 -12 ) = 10 log (1,12 x 10 -5 / 10 -12 ) = 70,3 dB
Savo ruožtu atspindžio koeficientas yra:
R = 1 - T = 0,99888
Tokiu būdu atspindimos bangos intensyvumas yra:
I r = 0,99888 x 0,01 W / m 2 = 9,99 x 10 -3 W / m 2
Ir jo intensyvumo lygis yra:
L t = 10 log (I r / 10 -12 ) = 10 log (9,99 x 10 -3 / 10 -12 ) = 100 dB
Nuorodos
- Andriessen, M. 2003. HSC fizikos kursai. Jacaranda.
- Baranek, L. 1969. Akustika. Antrasis leidimas. „Hispano Americana“ redakcija.
- Kinsler, L. 2000. Akustikos pagrindai. Vilis ir sūnūs.
- Lowrie, W. 2007. Geofizikos pagrindai. 2-asis. Leidimas. Cambridge University Press.
- Vikipedija. Akustinė varža. Atkurta iš: en.wikipedia.org.