23
1 GRAĐEVINSKA AKUSTIKA 1.1 Subjektivne i objektivne karakteristike zvuka Zvuk je svako mehaničko oscilovanje, frekvencije od 20Hz do 120Hz. Ljudsko uho je vrlo osetljiv detektor zvuka jer može da detektuje snagu zvuka reda veličine W 17 10 (Sa aspekta energije, osetljivije je od oka!). Uho subjektivno karakteriše zvuk. Subjektivne veličine su: 1. Jačina 2. Visina 3. Boja Ovima odgovaraju objektive veličine: 4. Intenzitet 5. Frekvencija 6. Spektar. 1.2 Jačina zvuka Jačina zvuka zavisi od intenziteta zvuka. Čovek čuje promenu jačine srazmerno relativnoj promeni intenziteta. Tj. jačina je srazmerna logaritmu intenziteta. Umesto jačine koristimo veličinu nivo zvuka . Prema prethodno rečenom je srazmeran logaritmu intenziteta, i ova veza je otkrivena eksperimentalno. I dI d Dakle, čovek čuje jačinu zvuka koja je srazmerna logaritmu intenziteta, gde je intenzitet objektivna karakteristika zvuka koja se može meriti instrumentom. Nivo zvuka se meri u decibelima, formula za izračunavanje nivoa zvuka: dB log 10 log 20 0 0 I I p p Gde je: 2 12 0 10 m W I - intenzitet zvuka frekvencije 1000 Hz koji predstavlja prag čujnosti.

GRAĐEVINSKA AKUSTIKA & OSVETLJENJE

  • Upload
    igor

  • View
    298

  • Download
    11

Embed Size (px)

DESCRIPTION

GRF, akustika i osvetljenje

Citation preview

  • 1 GRAEVINSKA AKUSTIKA

    1.1 Subjektivne i objektivne karakteristike zvuka

    Zvuk je svako mehaniko oscilovanje, frekvencije od 20Hz do 120Hz.

    Ljudsko uho je vrlo osetljiv detektor zvuka jer moe da detektuje snagu zvuka reda veliine

    W1710 (Sa aspekta energije, osetljivije je od oka!). Uho subjektivno karakterie zvuk.

    Subjektivne veliine su:

    1. Jaina

    2. Visina

    3. Boja

    Ovima odgovaraju objektive veliine:

    4. Intenzitet

    5. Frekvencija

    6. Spektar.

    1.2 Jaina zvuka

    Jaina zvuka zavisi od intenziteta zvuka. ovek uje promenu jaine srazmerno relativnoj

    promeni intenziteta. Tj. jaina je srazmerna logaritmu intenziteta. Umesto jaine koristimo

    veliinu nivo zvuka . Prema prethodno reenom je srazmeran logaritmu intenziteta, i ova

    veza je otkrivena eksperimentalno.

    I

    dId

    Dakle, ovek uje jainu zvuka koja je srazmerna logaritmu intenziteta, gde je intenzitet

    objektivna karakteristika zvuka koja se moe meriti instrumentom.

    Nivo zvuka se meri u decibelima, formula za izraunavanje nivoa zvuka:

    dB log10log2000 I

    I

    p

    p

    Gde je:

    2

    12

    0 10 mWI - intenzitet zvuka frekvencije 1000 Hz koji predstavlja prag ujnosti.

  • Pap 280 - amplituda na pritisak za zvuk od 1 kHz na pragu ujnosti.

    Na slici je dat dijagram ujnosti:

    Sa grafika vidimo da ovek jako loe uje glasove i vrlo visoke frekvencije (recimo iznad 16000

    Hz)

    Donja linija predstavnja prag ujnosti u funkciji frekvencije a gornja prag bola.

    Za vrlo niske frekvencije ove krive su blizu to znai da je potrebna pobuda skoro do bola da bi

    taj zvuk uli. Otuda zvune membrane za produkciju niskih frekvencija imaju veliku povrinu.

    ovek najosetljivije uje zvuk frekvencije oko 3000 Hz.

    1.3 Visina zvuka

    Kao i intenzitet, ni frekvenciju ovek ne uje objektivno. Naime, visina tona , kju ovek

    procenjuje, je srazmerna logaritmu frekvencije.

    Ton je zvuk koji proizvode muziki instrumenti i ljudski glas. ist ton se sastoji od vie

    frekvencija koje se dobijaju kao umnoak najnie, tj. osnovne frekvencije tona.

    Skup frekvencija zajedno sa njihovim intenzitetima se naziva spektar tona.

  • ovek procenjuje frekvenciju zvuka preko oseaja visine tona, ali je utvreno merenjem da je

    ona subjektivna i to u onom delu u kome se stvara predstava o stepenu poveanja frekvencije.

    Naime, mi ujemo porast frekvencije izmeu susednih tonova kao poveanje visine za isti iznos

    (za jedan ton ili poluton) a u stvarnosti to poveanje, izraeno u Hz je razliito i raste sa

    porastom visine susednih tonova. ovek visine tonova deli prema muzikoj skali na osam nivoa:

    od note do do krajnje note do . Tako, ton re smatramo da je duplo vii od tona do kao i za

    tonove mi i fa . Meutim iznos za koji treba poveati frekvenciju note do da bi dobili notu re

    nije isti kao za sluaj nota mi i fa .

    Objektivno, svako udvostruenje frekvencije nekog tona predstavlja novu notu, a opseg

    frekvencija izmeu susednih nota se naziva oktava.

    Tako nota do ima frekvenciju 31.5 Hz, nota re 63 Hz, mi ima 125 Hz, fa 250 Hz, sol 500

    Hz, la 1000 Hz, si 2000 Hz, do 4000 Hz i td. Primeujemo da prirast frekvencije od note do

    note nije isti, a ovek taj prirast uje isto, kao jednu visinu vie.

    Izraunajmo broj oktava u ujnom opsegu:

    Promena visine tona koja odgovara jednoj oktavi: 2loglog2log ffvoktave

    Visine koje odgovaraju granicama opsega ujenja: 20log)20(

    20000log)20000(

    1

    2

    Hzv

    Hzv

    31000log20log20000log opsegacujnogv

    Broj oktava: 102log

    3

    oktave

    opsegacujnog

    v

    vn

    Dakle, imamo 10 oktava u ujnom opsegu, tj. trebalo bi da imamo 10 nota, meutim instrumenti

    obino imaju opseg 7 oktava (najvii i najnii tonovi se ne koriste u muzici).

    Oktave se dele na 12 polutonova.

    Promena visine jednog polutona: 12 2log12

    2log

    12

    oktavepolutona

    vv

    12 2loglog donje

    gornje

    f

    f 06.1210 12

    log

    donjegornje

    f

    f

    Gornja frekvencija polutona je za 6% vea od donje. Taj porast frekvencije za 6% na

    muzikoj skali predstavlja jedan poluton.

    Akord je meavina dva tona i nema svoju visinu jer frekvencije u spektru nisu ekvidistantne.

  • 1.4 Boja tona

    Vezuje se za izgled spektra tona, tanije za obvojnicu (anvelopu). Naime, ako spojimo vrhove

    linija u spektru dobiemo obvojnicu. Njen oblik utie na doivljaj boje tona.

    obvojnica

    Ako dva instrumenta odsviraju isti ton istog intenziteta, dobija se isti raspored frekvencija, ali

    intenziteti pojedinih frekvencija nisu isti, to daje razliite obvojnice pa se tonovi razlikuju.

    I

    ff 2f 3f 4f0 0 0 0 5f0 6f0 7f0

  • 1.5 Vreme reverberacije

    Definiemo vreme reverberacije kao interval u kome snaga zvunog polja opadne milion puta.

    Izvodimo formulu za vreme reverberacije prostorije u kojoj objekti imaju malu apsorpciju zvuka.

    Zvuno polje je zbog toga difuzno i homogeno, to znai da zvuk na neku povrinu pristie iz

    svih pravaca i nastao je viestrukim odbijanjem od predmeta.

    U prostoriji deluje zvuni izvor srednje snage iP . Kada pone da radi, emituje zvuni energiju

    koja raste u prostoriji, ali i nestaje apsorpcijom. Apsorpcija je srazmerna snazi zvuka. Dakle, u

    jednom trenutku se uspostavi ravnotea izmeu emisije i apsorpcije. Pod tim uslovima izvodimo

    ovu formulu.

    Posmatramo jako malu povrinu u okolini koordinatnog poetka i odreujemo ukupnu snagu

    zvuka koja pada na nju.

    d R

    dS=rdRd

    rd Rd

    x

    y

    z

    r

    d

    d

    R

    z

    R

    d

    r Rd

    x

  • Na slici je zamiljena polusfera, sa elementarnim prostornim uglom d koji predstavlja pravac

    (levak) du kog pristie zvuk iz prostorije i pada na povrinu S . d iseca na povrini sfere

    elementarnu povr dRrdrdRddS .

    Iz pretpostavke o homogenosti polja (to znai da je intenzitet polja isti u svakoj taki) proizilazi

    sledea proporcija:

    d

    I

    dI

    Tj. intenzitet zvuka dI koji pristie du prostornog ugla d se odnose na isti nain kao ukupan

    intenzitet i ukupan ugao.

    Prostorni ugao se definie kao kolinik povrine sferne kalote i kvadrata sfere.

    2R

    dSd kalote

    def

    Poto je prostorni ugao beskonano mali, imamo:

    ddR

    r

    R

    dRrd

    R

    dSd

    22

    rR sin ,

    ddddR

    Rd sin

    sin , ddd sin

    Intenzitet zvuka u fizici se definie kao kolinik zvune snage i povrine normalnog preseka kroz

    koji ta snaga struji.

    2 mWdef

    S

    PI

    U naem sluaju, snaga je beskonano mala: dPdISn , cosSSn

    R

    r

    d

    Rd

    z

    x

    d

    R

    dS kalote

    R

    r

    d

    z

    S

    Sn

  • nS je povrina normalna na pravac zvuka.

    4

    sincoscoscos2

    ddSI

    dISdISdISPd n

    Sada sabiramo intenzitete zvukova koji pristiu na S du oboda levka opisanog sa .const , to je ekvivalentno integraciji prethodnog izraza po od 0 do 2 :

    2

    0

    2 cossin4

    ddSI

    Pd

    2cossin4

    dSI

    dP

    dSI

    dP cossin2

    - Zvuna snaga koja pristie po omotau levka na S

    Ukupna zvuna snaga bie kada prointegralimo po svim levcima to odgovara integraciji po

    od 0 do 2

    .

    4

    0sin42

    sin

    2)(sinsin

    2cossin

    22

    2

    2/

    0

    22/

    0

    2/

    0

    SISISId

    SId

    SIdPP

    4

    SIP Snaga koja pristie na S iz svih pravaca.

    Odredimo izraz za apsorbovanu snagu u prostoriji (apsorpciju vre zidovi i stvari; svaki materijal

    ima svoj koeficijent apsorpcije i povrinu S ).

    444

    IAS

    IISPP

    A

    k

    kk

    k

    kk

    k

    kka

    kP zvuna snaga koja pada na k ti objekat u prostoriji;

    kk P apsorbovana snaga k tog objekta;

    ASk

    kk apsorpcija prostorije

    Sada postavimo jednainu bilansa zvune snage u prostoriji:

  • Snaga izvora je iP , apsorbovana snaga je aP , pa je trenutna snaga zvuka u prostoriji:

    .

    Dakle imamo:

    4

    IAP

    dt

    dEi ................................................................(*)

    E energija zvunog polja

    dt

    dEpromena energije po jedinici vremena

    VWE

    W gustina energije ][ 3mJ

    V zapremina prostorije

    E ukupna zvuna energija u prostoriji

    dt

    dWV

    dt

    dE ,

    c

    IW , I intenzitet; c brzina

    c

    I

    dt

    dV

    dt

    dE

    dt

    dI

    c

    V

    dt

    dE

    Zamenom u relaciju (*) dobijamo:

    IA

    Pdt

    dI

    c

    Vi

    4

    Reimo jednainu po I . Ovo je diferencijalna jednaina prvog reda sa konstantnim

    koeficijentima, reavamo je razdvajanjem promenjivih.

    dtV

    c

    AIP

    dI

    i 44

    ttI

    I i

    dtV

    c

    AIP

    dI

    0

    )(

    044

    tV

    c

    AIP

    AIPd

    A

    tI

    I i

    i

    44

    )4(1)(

    0

    ai PPP

  • tV

    cAIP

    A

    I

    i4

    )4ln(1

    0

    tV

    AcPAIP ii

    44ln)4ln(

    tV

    Ac

    P

    AIP

    i

    i

    44

    4ln

    tV

    Ac

    P

    AIP

    i

    i

    44

    4ln

    tV

    Ac

    P

    AIP

    ee ii

    44

    4ln

    tV

    Ac

    i

    eIP

    A4

    41

    tV

    Ac

    i eA

    PtI 41

    4)( -promena intenziteta zvuka od trenutka ukljuenja 0t .

    Posle dovoljno dugo vremena, intenzitet zvuka u prostoriji je:

    A

    PtII i

    t

    4)(lim

    , ( 0e )

    To dugo vreme je deli sekunde jer zvuk brzo putuje, to znai da se vrlo brzo uspostavlja

    konstantan intenzitet:

    A

    PI i

    4

    Sada nas interesuje kako se menja intenzitet zvuka u prostoriji kada iskljuimo izvor. Neka je u

    trenutku 0t : A

    PI i

    4)0( .

    Jednaina bilansa snage glasi: aPP , ( 0iP ).

    Dakle imamo:

    IA

    dt

    dI

    c

    V

    4

    dtV

    cA

    I

    dI

    4

    t

    I(t)

    tiskljucenja

    A

    Pi4

    A

    Pi4

    tV

    cA

    e 41

    tV

    cA

    e 4

  • tI

    A

    P

    dtV

    cA

    I

    dI

    i 044

    tV

    cA

    A

    PI i

    4

    4lnln

    tV

    cA

    i eA

    PtI 4

    4)(

    Sada moemo da odredimo vreme reverberacije (odjeka):

    TV

    cA

    i eA

    PI4

    6

    4

    10

    )0( , T vreme reverberacije

    Dakle, kad t bude T , smatraemo da je intenzitet opao na milioniti deo od )0(I .

    TV

    cA

    ii eA

    P

    A

    P46

    410

    4

    TV

    cA

    410ln6

    A

    V

    cT

    10ln24,

    s

    mc 340

    A

    VT 165.0

    1.6 Prenoenje buke

    Posmatramo dve zatvorene prostorije koje deli pregradni zid povrine S iji je koeficijent

    transmisije buke T . U prostoriji postoji izvor buke srednje snage iP .

    1 2

    Pi

    P1 P2

    S

  • Interesuje nas buka u prostoriji (2).

    Zvuna snaga koja pada na pregradni zid povrine S iznosi:

    4

    11

    SIP ,

    1

    1

    4

    A

    PI i

    1I intenzitet buke u prostoriji (1)

    1A apsorpcija prostorije (1)

    U drugoj prostoriji se uje samo deo te buke: 12 TPP

    2P snaga zvuka koji prelazi u drugu prostoriju kroz zid

    iPA

    TSP

    1

    2

    Definiemo zvunu izolovanost D kao razliku nivoa buke u prvoj i drugoj prostoriji:

    0

    2

    0

    121 log10log10

    I

    I

    I

    ID

    S

    A

    T

    A

    P

    A

    P

    A

    P

    A

    P

    I

    ID

    iATS

    ii

    2

    2

    1

    2

    2

    1

    2

    1 log101

    log10log104

    4

    log10log101

    S

    ARD 2log10 ,

    TR

    1log10

    R izolaciona mo zida

    Buka u prostoriji (2) zavisi od apsorpcije te prostorije i povrine pregradnog zida.

    Prema standardima iz akustike zvuna izolacija zidova u stanovima je data na slici:

    100 200 400 800 1600 3200

    30

    40

    50

    60

    70

    33

    51

    56dB

    logf (Hz)

    R[dB]

    500Hz

    42

    Standard

    Izmereno

    Pomeren standard

    (odstupanje u proseku

    treba da bude 2dB)

    nas zid ima 42dB

    izolacionu moc

  • Pri eksperimentalnim merenjima izolacione moi zida za zvuke razliitih frekvencija dobija se

    tzv. eksperimentalna kriva koja grubo podsea na onu iz standarda. Da bi procenili meru

    priguenja zvuka prostorije, kriva iz standarda se pomera translatorno nanie do

    eksperimentalne, ali tako da je razlika izmeu njih u proseku dB2 .

    Vrednost za R na pomerenoj krivi za standard pri frekvenciji 500 Hz predstavlja meru

    izolacione moi zida.

    1.7 Koeficijent transmisije zvuka ravnog zida

    Posmatramo homogen ravan zid i zvuni talas koji pod pravim uglom pada na njega. Sa leve

    strane imamo upadni i reflektovani talas a sa desne proputeni.

    Izvodimo formulu za koeficijent tansmisije zvuka T .

    i

    tdef

    P

    PT

    tP zvuna snaga koja je prola kroz zid

    iP zvuna snaga koja pada na zid

    1T Ako uvedemo koordinatni sistem, jednaine talasa na slici su:

    )sin(),( 1101 xktytxy ii

    )sin(),( 11r01r xktytxy

    x

    d

    0

    2,c21,c1 1,c1

    yr1

    yi1yi2

    yr2

    yt

  • )sin(),( 2202 xktytxy ii

    )sin(),( 22r02r xktytxy

    ))(sin(),( 10 dxktytxy tt

    Da bi pojednostavili matematiku analizu, realne talase predstaviemo u kompleksnom obliku:

    tjxjk

    i

    xktj

    ii eeyeyy 11

    10

    )(

    101

    tjxjkxktj eeyeyy 11

    1r0

    )(

    1r01r

    tjxjk

    i

    xktj

    ii eeyeyy 22

    20

    )(

    202

    tjxjkxktj eeyeyy 22

    2r0

    )(

    2r02r

    tjdxjk

    t

    dxktj

    tt eeyeyy )(

    0

    ))((

    011

    Levo od zida, ( 0x ) imamo dva talasa koji ine jedan rezultujui 1y :

    tjxjkxjkii eeyeyyyy 11 1r0101r11 , 0x

    U zidu ( dx 0 ):

    tjxjkxjkii eeyeyyyy 22 2r0202r22 , dx 0

    Desno od zida ( dx ):

    tjdxjk

    tt eeyy)(

    01 , dx

    Sada imamo granine uslove za povezivanje ovih talasa:

    U 0x talasi 1y i 2y su isti:

    )0()0( 21 xyxy

    2r0201r010 yyyy ii ........................................................................................................... (1)

    U dx talasi 2y i ty su isti:

    )()(2 dxydxy t

    t

    djkdjk

    i yeyey 02r02022

    ....................................................................................................... (2)

    Sada povezujemo pritiske u 0x i dx ovih talasa:

    U 0x (levo od zida):

  • )0()0( 21 xpxp

    nogreflektovapritisak

    y

    gincidentnopritisak

    i

    ydx

    ydE

    dx

    ydEp

    1r

    1

    1

    11

    tjxjkxjkiy eejkyejkyEp 11 )()( 11r011011

    tjxjkxjki eeyeyc

    jcp

    11 1r0101

    2

    111

    tjxjkxjki eeyeycjp 11 1r010111 -pritisak levo od zida u kompleksnom obliku

    Analogno, u zidu:

    tjxjkxjki eeyeycjp 22 2r020222

    Pritisak transmitovanog talasa:

    tjdxjk

    tt eeycjp )(011

    1

    Sada u 0x imamo:

    2r02011

    221r010 yy

    c

    cyy ii

    ........................................................................................... (3)

    Za dx :

    )()(2 dxpdxp t

    tdjkdjki ycjeyeycj 0112r02022 22

    t

    djkdjk

    i yc

    ceyey 0

    22

    112r020

    22

    .......................................................................................... (4)

    )3()1( :

    2r0

    11

    2220

    11

    2210 112 y

    c

    cy

    c

    cy ii

    )4()2( :

  • t

    djk

    i yc

    cey 0

    22

    1120 12

    2

    2r0

    11

    2220

    11

    2210 1

    2

    11

    2

    1y

    c

    cy

    c

    cy ii

    22

    11

    200

    1

    2 2

    c

    c

    eyy

    djk

    it

    ..................................................................................................................... (*)

    djk

    it

    i ec

    c

    y

    y

    c

    c

    c

    c

    y

    y2

    22

    11

    20

    2r0

    11

    22

    11

    22

    0

    10 1114

    1

    ........................................................ (**)

    )4()2( :

    t

    djky

    c

    cey 0

    22

    112r0 12

    2

    djk

    t

    ec

    c

    y

    y2

    22

    11

    0

    2r0 12

    1

    Kada iskoristimo relaciju (*) imaemo:

    djk

    djk

    i

    ec

    c

    c

    c

    ey

    y2

    2

    22

    11

    22

    11

    20

    2r0 12

    1

    1

    2

    djk

    i

    e

    c

    c

    c

    c

    y

    y22

    22

    11

    22

    11

    20

    2r0

    1

    1

    Zamenom ovog odnosa u izraz (**) dobijamo:

    djkdjk

    t

    i ec

    ce

    c

    c

    c

    c

    c

    c

    c

    c

    y

    y22

    22

    112

    22

    11

    22

    11

    11

    22

    11

    22

    0

    10 1

    1

    1

    114

    1

  • djkdjk

    t

    i ec

    c

    c

    ce

    c

    c

    c

    c

    y

    y22

    22

    11

    11

    22

    22

    11

    11

    22

    0

    10 11114

    1

    djkdjk

    t

    i ec

    c

    c

    ce

    c

    c

    c

    c

    y

    y22 1111

    4

    1

    11

    22

    22

    11

    11

    22

    22

    11

    0

    10

    djkdjk

    t

    i ec

    c

    c

    ce

    c

    c

    c

    c

    y

    y22

    11

    22

    22

    11

    11

    22

    22

    11

    0

    10 224

    1

    djkdjkdjkdjk

    t

    i eec

    c

    c

    cee

    y

    y2222

    11

    22

    22

    11

    0

    10 24

    1

    jj

    ee

    c

    c

    c

    cee

    y

    ydjkdjkdjkdjk

    t

    i

    22

    1

    2

    2222

    11

    22

    22

    11

    0

    10

    2cos

    jxjx eex

    ,

    2sin

    jxjx eex

    Im

    2

    11

    22

    22

    11

    Re

    2

    0

    10 sin2

    1cos dk

    c

    c

    c

    cjdk

    y

    y

    t

    i

    Poto u izrazu za koeficijent transmisije figurie odnos realnih amplituda, a ne kompleksnih,

    potrebno je iz poslednjeg izraza odrediti taj odnos:

    t

    i

    t

    i

    t

    i

    t

    i

    y

    y

    y

    y

    y

    y

    y

    y

    0

    102

    0

    102

    0

    10

    0

    10 ReIm

    dkc

    c

    c

    cdk

    y

    y

    t

    i2

    2

    2

    11

    22

    22

    112

    2

    0

    10 sin4

    1cos

    Dakle, imamo da je koeficijent transmisije:

    dkc

    c

    c

    cdk

    y

    yT

    i

    t

    2

    2

    2

    11

    22

    22

    112

    2

    2

    10

    0

    sin4

    1cos

    1

    U praktinim primenama imamo da je: 12 dk

  • 2

    2c

    k

    , 2c brzina zvuka u zidu

    Za beton ta brzina iznosi s

    m3500 .

    Ako je zid tanak onda je zaista 12 dk .

    Pod tom pretpostavkom imamo:

    22

    22

    2sin dkdk

    1cos 22 dk

    1122 cc

    Pod ovim aproksimacijama koeficijent transmisije postaje:

    22

    2

    2

    11

    22

    4

    11

    1

    dkc

    cT

    2

    11

    222

    4

    11

    1

    c

    dkcT

    ,

    2

    2c

    k

    , szida mS

    md 2 ( sm povrinska masa zida)

    2

    11

    2

    1

    11 2

    1

    1

    2

    11

    1

    c

    m

    c

    mT

    ss

    2

    112

    1

    1

    c

    mT

    s

    Izolaciona mo zida:

    112log20

    1log10

    c

    m

    TR s

    Izolaciona mo zida direktno zavisi od povrinske mase zida.

  • Masivniji zid ima bolju izolacionu mo.

    Na primer:

    Zid od cm6 lakog betona povrinske mase 2110 mkg

    ima priguenje dB35 .

    Gipsana ploa debljine cm10 povrinske mase 2105 mkg

    ima priguenje dB36 .

    Puna opeka debljine cm5.11 povrinske mase 2270 mkg

    ima priguenje dB47 .

    Priguenje zvuka za prozore i vrata:

    Jednostruka vrata: dB2520 , kao i jednostruki prozor.

    Dupla vrata: dB4030 .

    Dupli prozori: dB3530 .

    log

    R[dB]

  • 2 OSVETLJENJE

    2.1 Elektrino osvetljenje

    Ve smo definisali spektralne zrane veliine, a sada opisujemo svetlosne izvore konanih

    dimenzija.

    2.1.1 Svetlosni izvor konanih dimenzija

    Posmatrajmo svetlosni izvor u vidu tankog diska. Izvor je savreno difuzan, to znai da zrai po

    Lamberovom zakonu, tj.: cos)( 0II .

    Izvodimo izraz za osvetljenost koju stvara ovakav izvor na osi diska, na rastojanju b od

    njegovog centra, u okolini take A koja se nalazi na pomenutoj osi u ravni normalnoj na nju

    (slika).

    a

    A

    I(

    I(0)

    b

    osa

    diska

    r

    a

    n

    d

    dr

    b

    A

    dSA

    a

    r

    dr

  • Najpre izraunavamo osvetljenost koja potie sa beskonano malog dela diska. Za element

    povrine uzimamo beskonano tanak prsten, poluprenika r i debljine dr , povrine rdrdS 2. Svetlost se isijava sa male povrine diska.

    Po definiciji osvetljenost je kolinik fluksa i povrine na koju pada AdS .

    AA

    def

    dS

    ddI

    dS

    ddE

    A

    A

    A

    n

    dSR

    dSdI

    dSR

    dSdI

    dE22

    cos

    2

    cos

    R

    dIdE

    Sjaj je po definiciji kolinik intenziteta svetlosti koji takasti izvor izrai u beskonano mali

    prostorni ugao du pravca koji zaklapa ugao na povr izvora.

    cosdS

    dIB

    def

    Ako izrazimo intenzitet svetlosti preko sjaja

    B :

    2

    2cos

    R

    BdSdE

    , cosBdSdI

    2

    2cos2

    R

    rdrBdE

    cos

    bR , tgbr ,

    dbbddr

    2cos

    1)tg(

    2

    2

    2

    cos

    coscos

    1tg2

    b

    dbbB

    dE

    dinBdE coss2 - osvetljenost u okolini take A koja potie od svetlosti sa beskonano tankog prstena diska poluprenika r .

    Ukupna osvetljenost z taki A bie suma doprinosa svih prstenova od 0r do ar .

    Ovih prstenova ima beskonano mnogo jer su beskonano tanki (debljine dr ).

    Suma prelazi u integral:

    max

    0 )(sin

    coss2

    d

    dinBdEE

    n

    dS

    d

    izvor

    zraenja

  • maxmax

    0

    2

    02

    sin2)(sins2

    BdinBE

    , max2sin BE ,

    2

    R

    aBE ,

    22

    2

    ba

    aBE

    2

    1

    a

    b

    BE

    Za sluaj ab , dobijamo BE , a to je osvetljenost koju daje takasti izvor, pa se u ovim sluajevima za disk moe smatrati da je takasti izvor svetlosti.

    2.2 Jaina svetlosti difuznog sfernog izvora

    Odredimo koliki intenzitet svetlosti emituje sferni izvor poluprenika r u poluprostor.

    Izvor je savreno difuzan (Sjaj u svakoj taki mu je konstantan).

    Intenzitet svetlosti koji potie sa povrine Sd 2 je beskonano mali i iznosi:

    ddBrSBddI cossincos 22 ,

    2

    0

    2

    0

    2 cossin

    ddBrdII

    2

    0

    2 sinsin2

    dBrI , 2

    0

    22

    2

    sin2

    BrI

    d

    x

    y

    z

    r

    d

    d

    d2 S=r2sindd

    r

  • 0sin

    2sin 222

    BrI

    2BrI

    SBI , 2rS , ( S povrina preseka lopte po ekvatoru)

    Znai, sferni izvor svetlosti moemo zameniti diskom poluprenika sfere.

    2.3 tap konane duine kao svetlosni (homogen) izvor

    Posmatramo tap, duine l , kao homogen svetlosni izvor i interesuje nas osvetljenost take A u

    vertikalnoj ravni ispod njega (kao na slici):

    Polazimo od izraza za osvetljenost takastog svetlosnog izvora duine dx u taki A :

    2

    cos

    r

    dIdEA

    dI intenzitet svetlosti sa dela tapa duine dx

    Poto je tap homogen svetlosni izvor vai proporcija: dx

    dI

    l

    I

    dxl

    IdI

    2

    cos

    r

    dx

    l

    IdEA

    Doprinos svih delia tapa osvetljenosti e biti integral poslednjeg izraza. Integraciju sprovodimo

    po uglu , jer se dobija tablini integral (ako bi ili preko x imali bi tei integral za reavanje).

    h

    dx

    n

    A

    d

    l

    svetlosni izvor u obliku

    tankog stapa intenziteta I

    dx

    pod lupom:

    rd

    dxcos=rd

  • hr cos cos

    hr

    Za izraavanje dx preko ugla uoimo trougao ija je hipotenuza dx , imamo:

    rddx cos

    cos

    rddx

    2cos

    hddx

    Sada imamo:

    d

    hl

    Id

    h

    h

    l

    I

    r

    dx

    l

    IdEA

    cos

    cos

    coscos

    cos

    2

    2

    2

    2

    dlh

    IdEA cos ,

    2

    1

    cos

    dlh

    IdEE AA ,

    2

    1

    sin

    lh

    IEA

    12 sinsin lh

    IEA

    Sa slike imamo:

    221sin

    lLh

    lL

    222sin

    Lh

    L

    Konano je:

    2222 lLh

    lL

    Lh

    L

    lh

    IEA

    hn

    A

    l L

    x