VLNĚNÍ A ZVUK

20. ledna 2013 VY_32_INOVACE_170216_Vlneni_a_zvuk_DUM

Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Mgr. Miroslava Víchová.Obchodní akademie a Střední odborná škola logistická, Opava, příspěvková organizace.

Materiál byl vytvořen v rámci projektu OP VK 1.5 – EU peníze středním školám,registrační číslo CZ.1.07/1.5.00/34.0809.

1. Vlnění v řadě

bodů 3. Skládání

vlnění

4. Šíření vlnění v prostoru

2. Druhy vlnění

5. Zvuk

Kde můžete v přírodě pozorovat vlnění?

Vlnění v řadě bodů

dále

odpověď

Vlnění je možné pozorovat za větru na vodní hladině nebo na lánech obilí, anebo když hodíme kámen do vody.

Obr.1 Obr.2

Vlnění je velice důležitý jev v přírodě a v technické praxi. Jako vlny se šíří světlo, zvuk, tepelné záření nebo vysílání rozhlasu a televize.

Vlnění:

• je děj, při němž se kmitání šíří do okolí• částice v prostředí kmitají, ale nepřemisťují se ve směru, kterým se

vlnění šíří (důkazem jsou plovoucí předměty na vodní hladině – listí, které se při vlnění pohybují pouze nahoru a dolů).

Vlnění v řadě bodů

dále

Rychlost šíření vlnění

• závisí na prostředí

Fázová rychlost• rychlost jakou se šíří vrch (hřbet) nebo důl vlny

Vlnová délka• charakterizuje vlnění• vzdálenost mezi dvěma sousedícími výchylkami, které odpovídají téže fázi• značí se λ (lambda) a jednotkou je metr

Vlnění v řadě bodů

dále

Obr.3

Mezi vlnovou délkou a fázovou rychlostí platí vztah:

v – fázová rychlostT – perioda

Za periodu se oscilátor vrátí do téže fáze.

Vlnění v řadě bodů

dále

fvTv

Obr.4

Vlny Tsunami

• mořské vlny, které jsou vyvolány při podmořských zemětřeseních a postupují obrovskými rychlostmi po mořské hladině

Vlnění v řadě bodů

Při hloubce moře asi pět kilometrů se bude vlna šířit fázovou rychlostí 790 km/h, tedy rychlostí tryskového letadla. Vlnová délka bude asi 52 800 m. Při přibližování vlny pobřeží, kde je hloubka moře menší, bude vlna pomalejší, ale bude mít větší výšku.

Obr.5

další kapitolazpět na obsah

Podélné postupné vlnění

• částice kmitají ve směru vlnění• takto se šíří vlnění v pevných, kapalných a plynných tělesech (např. zvuk)

Druhy vlnění

dále

Obr.6

Příčné postupné vedení• částice kmitají kolmo ke směru šíření vlnění• lze jej pozorovat na vodní hladině, když na ní hodíme kámen, nebo u

struny

Postupné vlnění můžeme popsat rovnici pro okamžitou výchylku harmonického kmitavého pohybu.

Druhy vlnění

dále

tsinyy m

Obr.7

Jde o vlnění, které se šíří homogenním prostředím ze zdroje a které kmitá harmonicky. Vlnění je netlumené kmitání.

Druhy vlnění

další kapitolazpět na obsah

Obr.8

Stojaté vlnění

• vzniká skládáním postupných vlnění stejných parametrů (např. složením přímé a odražené vlny)

• body, které kmitají s největší výchylkou, se nazývají kmitny.• body s nulovou výchylkou se nazývají uzly• u pružných těles se toto vlnění označuje jako chvění (u hudebních nástrojů)• může být podélné i příčné• podélné vzniká u rozechvíváním vzduchových sloupců u dechových nástrojů

(trubka, klarinet)• příčné vzniká u napjaté struny nebo napjatého vlákna (kytara, housle)

Skládání vlnění

dále

Obr.9

Interference vlnění• skládání dvou a nebo více vlnění• vlnění se mohou interferencí zesilovat, zeslabovat nebo zcela zrušit• vznikají interferenční maxima nebo minima

Skládání vlnění

Obr.10

Obrázek ukazuje zesílení vlnění, vymizení vlnění a vznik rytmu.

další kapitolazpět na obsah

Šíření vln v prostoru popsal v roce 1678 holandský fyzik Ch. Huygens.

Huygensův princip říká: Každý bod vlnoplochy můžeme považovat za zdroj elementárního vlnění, které se z něj šíří v elementárních vlnoplochách.

Podle Huygensova principu lze zkonstruovat vlnoplochy v určitém okamžiku, jeli známa poloha a tvar vlnění v některém předcházejícím okamžiku.

Pomocí tohoto principu lze vysvětlit šíření vln při odrazu na překážce.

Jakmile se vlna dotkne stěny, stává se bod dotyku zdrojem elementárního vlnění. A podobně se stávají i další body zdrojem elementárního vlnění.Výsledné odražené vlnění dostaneme jako obálku všech elementárních vlnoploch. Tak lze vysvětlit i zákon odrazu vlnění.

Šíření vln v prostoru

Christian Huygens na Wikipedii Animace vlnění - YouTube

další kapitolazpět na obsah

Zvuk je mechanické vlnění, které vyvolává v uchu zvukový vjem. Vlastnostmi zvuku a jeho šířením se zabývá fyzikální obor akustika.

Zdroje zvuku

• lidský hlas• hudební nástroje• reproduktor • výfuk automobilu

Zvuky dělíme na:• neperiodické – hluky (praskot, tlukot, šramot,…)• periodické – hudební zvuk nebo tón• harmonické – ladička, jednoduchý tón

Zvuk

dále

Obr.11

Zvuk charakterizujeme výškou a barvou tónu. Výška tónu je určena frekvencí kmitání zdroje.

Čím vyšší je frekvence zvuku, tím vyšší tón slyšíme. Lidský sluch vnímá zvuk přibližně od frekvence 16Hz do 16kHz.

V hudbě se používá jako základní tón „a“ (označovaný jako komorní „a“) o absolutní výšce 440Hz. V technické praxi se používá základní tón o frekvenci 1kHz (tzv. referenční).

Zvuk

dále

Obr.12

Barva tónu umožňuje rozeznat sluchem stejné tóny různých hudebních nástrojů (nebo hlasů). Fyzikálně je dána skutečností, že zvuky nejsou harmonické a obsahují další složky, které slyšíme současně.

Šíření zvuku

Zvuk se šíří v pružném prostředí – ve vzduchu, vodě, pevných látkách. Ve vakuu se zvuk nešíří. Rychlost šíření zvuku závisí na teplotě. Čím vyšší je teplota, tím vyšší je rychlost šíření. Nejrychleji se zvuk šíří v pevných látkách, pomaleji pak v kapalinách a nejpomaleji ve vzduchu.

Zvuk

dále

Příklady rychlosti zvuku v různých látkách:• rychlost zvuku v oceli – 5000 m/s• rychlost zvuku ve skle – 5200 m/s• rychlost zvuku v ledu – 3200 m/s• rychlost zvuku ve vodě o teplotě 25°C - 1500 m/s• rychlost zvuku ve vzduchu o teplotě 20°C – 343 m/s

Podzvuková rychlost • rychlost nižší než rychlost zvuku (ve vzduchu)

Nadzvuková rychlost• rychlost vyšší než rychlost zvuku (ve vzduchu)

Zvuk

dále

Rychlost zvuku na Wikipedii Rychlost zvuku na YouTube

Odraz zvuku

Šíření zvuku záleží i na překážkách, na které zvuk dopadá. Od rozlehlých překážek se zvuk odráží a vzniká ozvěna. Člověk rozliší zvuky, pokud je mezi nimi doba alespoň 0,1s. Za tuto dobu zvuk urazí vzdálenost 34m. Při vzdálenosti zvuku od překážky 17m slyšíme jednoslabičnou ozvěnu. Pokud je vzdálenost větší,vzniká víceslabičná ozvěna.

Dozvuk je částečné splynutí zvuku původního a odraženého, slyšíme prodloužení zvuku. Setkáme se s ním v místnostech a koncertních sálech. Zkresluje zvuky, případně hudbu. Akustické vlastnosti sálu se zlepšují závěsy nebo materiály, které pohlcují zvuk.

Zvuk

dále

Intenzita zvuku

• Je definována P – výkon zvukového vlněníS – obsah kolmé plochy

• jednotkou je watt na čtvereční metr [W.m2]

Lidské ucho vnímá zvuky podle hlasitosti. Zvuk o dvojnásobné intenzitě je vnímán jako dvojnásobně hlasitý. Byla zavedena logaritmická stupnice hladiny intenzity zvuku a její jednotkou je bel [B]

Zvuk

dále

SPI

Tabulky hlasitosti Nejhlasitější kocour

Infrazvuk

• je zvuk o menší frekvenci než 16Hz• dobře se šíří ve vodě• používají ho k dorozumívání mořští živočichové (velryby), sloni,

hroši a aligátoři• člověk ho neslyší, ale může mu způsobovat závratě• při blesku vzniká infrazvuk o intenzitě 120dB• lokomotiva, která jede vyšší rychlostí než 80km/h vytváří infrazvuk

o intenzitě 130dB• infrazvuk využívá zvukové dělo, které dokáže sestřelit letadlo (má

ale malý dosah)

Zvuk

dále

Ultrazvuk• je zvuk o frekvenci větší než 16kHz• vnímají ho netopýři, psi (do frekvence 100kHz) a kytovci• ve využíván v technice

• v ultrazvukové defektoskopii (zjišťování mikrotrhlin v materiálech)• při čištění součástek• měření hloubky moře (sonografie)

•ve využíván v lékařství (vyšetření plodu, vyšetření orgánů)

Zvuk

koneczpět na obsah

Obr.13 Obr.14 Obr.15

POUŽITÁ LITERATURA

ŠTOLL, Ivan. Fyzika pro netechnické obory SOŠ a SOU. Praha: Prometheus, 2003. ISBN 80-7196-223-6

CITACE ZDROJŮ

Obr.1 MCLASSUS, Roger. File:2006-01-14 Surface waves.jpg: Wikimedia Commons [online]. 14 January 2006 [cit.2013-01-20]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/43/2006-01-14_Surface_waves.jpg

Obr.2 BROCKEN INAGLORY. File:Multy droplets impact.JPG: Wikimedia Commons [online]. 6 January 2007 [cit. 2013-01-20]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/ee/Multy_droplets_impact.JPG

Obr.3 SOVA, Lukas. Soubor:Wave description.JPG: Wikimedia Commons [online]. 19 May 2009 [cit. 2013-01-20]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/92/Wave_description.JPG

Obr.4 KRAAIENNEST. Soubor:Shallow water wave.gif: Wikimedia Commons [online]. 12 January 2008 [cit. 2013-01-20]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/be/Shallow_water_wave.gif

Obr.5 BROCKEN INAGLORY. File:Waves in pacifica 1.jpg: Wikimedia Commons [online]. 2008 [cit. 2013-01-20]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/45/Waves_in_pacifica_1.jpg

Obr.6 PAJS. Soubor:Podelna vlna.gif: Wikimedia Commons [online]. 29 May 2007 [cit. 2013-01-20]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f4/Podelna_vlna.gif

CITACE ZDROJŮ

Obr.7 EVIL SALTINE. Soubor:Simple harmonic motion animation.gif: Wikimedia Commons [online]. 14 November 2004 [cit. 2013-01-20]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/74/Simple_harmonic_motion_animation.gif

Obr.8 AVERSE. Datei:Wanderwelle (Animation-.gif: Wikimedia Commons [online]. 4 November 2006 [cit. 2013-01-20]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b7/Wanderwelle_%28Animation-.gif

Obr.9 KIEFF. Soubor:Standing wave.gif: Wikimedia Commons [online]. 26 November 2006 [cit. 2013-01-20]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/8c/Standing_wave.gif

Obr.10 JKRIEGER. Datei:Interferenz sinus.png: Wikimedia Commons [online]. 5 March 2007 [cit. 2013-01-20]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/de/5/54/Interferenz_sinus.png

Obr.11 ALEX:D. Soubor:Graphophone1901.jpg: Wikimedia Commons [online]. 29 September 2007 [cit. 2013-01-20]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c0/Graphophone1901.jpg

CITACE ZDROJŮ

Obr.12 INFROGMATION. File:Thoth08BigasDrumEvansChalmette.jpg: Wikimedia Commons [online]. 2008 [cit. 2013-01-20]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4b/Thoth08BigasDrumEvansChalmette.jpg

Obr.13 ACHIM RASCHKA. Soubor:Praenatal.png: Wikimedia Commons [online]. 25 August 2006 [cit. 2013-01-20]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f7/Praenatal.png

Obr.14 PD-USGOV. Soubor:Big-eared-townsend-fledermaus.jpg: Wikimedia Commons [online]. 21 September 2002 [cit. 2013-01-20]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/77/Big-eared-townsend-fledermaus.jpg

Obr.15 TOMÁŠ VENDIŠ. Soubor:Sono doppler.jpg: Wikimedia Commons [online]. 18 September 2011 [cit. 2013-01-20]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/22/Sono_doppler.jpg

Pro vytvoření DUM byl použit Microsoft PowerPoint 2010.

Děkuji za pozornost.

Miroslava Víchová