Toolyard

Волны и звук: учебное руководство

Главные идеи

Волна переносит энергию, не перенося вещество. Скорость, частота и длина волны связаны между собой, а волны в струнах и трубах образуют стоячие волны на определённых частотах.

  • Скорость волны равна v = fλ. Её определяет среда, поэтому при изменении частоты меняется длина волны. Звук в воздухе при 20 °C распространяется со скоростью около 343 м/с.
  • У струны с закреплёнными концами или трубы, открытой с обоих концов, гармоники f_n = nv ÷ 2L. У трубы, закрытой с одного конца, только нечётные гармоники, f_n = nv ÷ 4L.
  • Две близкие частоты дают биения с разностной частотой |f₁ − f₂|.
  • Уровень звука в децибелах логарифмический: каждые +10 дБ — это десятикратная интенсивность, а интенсивность от точечного источника убывает с квадратом расстояния.

Основные формулы

  • v = fλ
  • f_n = nv ÷ 2L (string, open pipe)
  • f_n = nv ÷ 4L, n odd (closed pipe)
  • f_beat = |f₁ − f₂|
  • β = 10 log₁₀(I ÷ I₀)
  • f′ = f(v ± v_o) ÷ (v ∓ v_s)
  • d sin θ = mλ

Разобранный пример

Труба, закрытая с одного конца, имеет длину 0,50 м (v = 343 м/с). Основная частота f₁ = v ÷ 4L = 343 ÷ 2,0 = 172 Гц. Следующий резонанс — третья гармоника, 3 × 172 = 515 Гц, поскольку в закрытой трубе чётных гармоник нет.

Частые ошибки

  • Использование формулы открытой трубы для трубы, закрытой с одного конца.
  • Восприятие децибел как линейной шкалы. 60 дБ — это не вдвое, а в 1000 раз интенсивнее, чем 30 дБ.
  • Неверные знаки в формуле эффекта Доплера. Источник, приближающийся к слушателю, повышает частоту.

Практика

Проверьте себя на тренировочных вопросах по этой теме: Волны и звук

Инструменты из этого руководства

Другие руководства

Закон Снеллиуса, преломление и полное внутреннее отражениеАтомные орбитали: s, p, d и fКак работает гель-электрофорез и как читать гель с ДНКФазы Луны, приливы и затменияБиномиальное распределение, колоколообразная кривая и доска ГальтонаПоследовательные и параллельные цепиКак работают буферы: уравнение Хендерсона — Хассельбаха и буферная ёмкостьМитоз и мейоз: фазы, кроссинговер и нерасхождениеКак работает парниковый эффектРяды Фурье: как собрать волну из синусоидЗакон Бернулли: неразрывность, расходомеры Вентури и трение в трубахКак работает электромагнитная индукция: закон Фарадея, правило Ленца, генераторы и трансформаторыКак работает хроматография: Rf, колонки и разрешениеЗакон Бугера — Ламберта — Бера: оптическая плотность, спектрофотометры и калибровочные кривыеКак идёт синтез белка: транскрипция, трансляция и мутацииФотосинтез и лимитирующие факторы: свет, углекислый газ и температураЦиклы хищников и жертв: уравнения Лотки — ВольтеррыЭпидемические модели SIR и SEIR: R₀, коллективный иммунитет и сглаживание кривойЖизненный цикл звезды и диаграмма Герцшпрунга — РасселаКристаллические решётки, элементарные ячейки и рентгеновская дифракцияСтроение клетки и органоиды: учебное руководствоМембраны и транспорт: учебное руководствоКлетки и транспорт: учебное руководствоДыхание и фотосинтез: учебное руководствоКлеточный цикл и мейоз: учебное руководствоЭкспрессия генов и синтез белка: учебное руководствоЭволюция и естественный отбор: учебное руководствоЭкология и поток энергии: учебное руководствоФизиология человека: учебное руководствоНервы и мышцы: учебное руководствоБиология растений: учебное руководствоИммунитет и эпидемиология: учебное руководствоФерменты и белки: учебное руководствоБиотехнология и молекулярные методы: учебное руководствоРост и подсчёт микроорганизмов: учебное руководствоСтроение атома и свет: учебное руководствоКинетика реакций: учебное руководствоХимическое равновесие: учебное руководствоСвободная энергия и самопроизвольность: учебное руководствоВероятность и распределения: учебное руководствоОрбиты и свет звёзд: учебное руководствоЗемлетрясения, плиты и датирование: учебное руководствоНоменклатура (названия соединений): учебное руководствоФункциональные группы: учебное руководствоСтроение и связи: учебное руководствоУглеводороды: алканы, алкены и алкины: учебное руководствоСпирты, фенолы и простые эфиры: учебное руководствоАльдегиды и кетоны: учебное руководствоКарбоновые кислоты и их производные: учебное руководствоАмины: учебное руководствоАроматические соединения: учебное руководствоСтереохимия: учебное руководствоЗамещение, отщепление и карбокатионы: учебное руководствоФизические свойства и кислотность: учебное руководствоЯМР- и ИК-спектроскопия: учебное руководствоЛабораторные методы: учебное руководствоКинематика: учебное руководствоЭлектромагнитная индукция: учебное руководствоСовременная физика: учебное руководствоДвижение брошенного тела: учебное руководствоРабота, энергия и мощность: учебное руководствоИмпульс и столкновения: учебное руководствоДвижение по окружности и гравитация: учебное руководствоКолебания: учебное руководствоЖидкости и газы: учебное руководствоОптика: учебное руководствоЭлектростатика: учебное руководствоМагнетизм: учебное руководство