3.3.3. ЗВУКОВЫЕ ВОЛНЫ. ЭФФЕКТ ДОПЛЕРА В АКУСТИКЕ

Звуковыми (или акустическими) волнами называются распространяющиеся в среде упругие волны, обладающие частотами в пределах 16 – 20000 Гц.

Интенсивностью звука (или силой звука) называется величина, определяемая средней по времени энергией (W), переносимой звуковой волной в единицу времени (t) сквозь единичную площадку (S), перпендикулярную направлению распространения волны:

,

Скорость распространения звуковых волн в газах вычисляется по формуле:

,

где R – универсальная газовая постоянная, М – молярная масса вещества; – отношение молярных теплоемкостей газа при постоянных давлении и объеме; Т – термодинамическая температура.

Эффектом Доплера называется изменение частоты колебаний, воспринимаемой приемником, при движении источника этих колебаний и приемника друг относительно друга.

Для эффекта Доплера возможны варианты.

1. Источник и приемник покоятся относительно среды, т.е. vист = vпр = 0. Если v – скорость распространения звуковой волны в рассматриваемой среде, то длина волны равна: . Распространяясь в среде, волна достигнет приемника и вызовет колебания его звукочувствительного элемента с частотой:

.                                       (3.15)

2.


Приемник приближается к источнику, а источник покоится, т.е. vпр > 0, vист = 0. В данном случае скорость распространения волны относительно приемника станет равной v + vпр. Так как длина волны при этом не меняется, то

.                           (3.16)

3. Источник приближается к приемнику, а приемник покоится, т.е. vист > 0, vпр = 0. Скорость распространения колебаний зависит лишь от свойств среды, поэтому за время, равное периоду колебаний источника, излученная им волна пройдет в направлении к приемнику расстояние vT (равное длине волны l) независимо от того, движется ли источник или покоится. За то же время источник пройдет в направлении волны расстояние vистТ, т.е. длина волны в направлении движения сократится и станет равной: , тогда

.

4. Источник и приемник движутся относительно друг друга. Используя варианты 2 и 3 можно записать:

,

причем верхний знак соответствует сближению источника и приемника, нижний знак –их взаимному удалению.