Cơ học đại cương - Phần 2 Dao động và sóng cơ - Chương 3

Sóng âm trong chất LưuSóng âm (âm) là sóng cơ có biên độ nhỏ mà thính giác có thể nhận biết đ-ợc. Ví dụ sóng phát ra từ một nhánh âm thoa, một dây đàn, một mặt trống. Những dao động âm có tần số dao động khoảng 20Hz đến 20000Hz.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Cơ học đại cương - Phần 2 Dao động và sóng cơ - Chương 3Baìi giaíng Cå hoüc âaûi cæång (Meï canique Geïneïrale) PFIEV Âaì nàôngCh−¬ng III : sãng ©m trong chÊt L−uSãng ©m (©m) lµ sãng c¬ cã biªn ®é nhá mµ thÝnh gi¸c cã thÓ nhËn biÕt ®−îc. VÝ dô sãng ph¸t ratõ mét nh¸nh ©m thoa, mét d©y ®µn, mét mÆt trèng. Nh÷ng dao ®éng ©m cã tÇn sè dao ®éngkho¶ng 20Hz ®Õn 20000Hz. Nh÷ng dao ®éng cã tÇn sè d−íi 20Hz gäi lµ h¹ ©m, trªn 20000Hz gäilµ siªu ©m. Nh− vËy, d¶i sãng ©m nghe ®−îc cã b−íc sãng tõ 20m ®Õn 2cm (H×nh 1).VÒ ph−¬ng diÖn vËt lý c¸c ©m nghe ®−îc hay kh«ng nghe ®−îc kh«ng cã g× kh¸c nhau vÒ b¶nchÊt. Chóng chØ kh¸c nhau vÒ ph−¬ng diÖn sinh lý, thÝch hîp hay kh«ng thÝch hîp ®èi víi tai ta. 20Hz 20000Hz Siªu ©m Nghe d−îc H¹ ©m H×nh 1:§1. Ph−¬ng tr×nh lan truyÒn sãng ©m :1) ¢m thanh vµ sù lan truyÒn cña sãng ©m:a) ThÝ nghiÖm :Mét chiÕc loa nèi víi mét m¸y ph¸t tÇn sè thÊp (GBF), ph¸t ra mét ©m thanh nghe ®−îc. §Ó ph©ntÝch hiÖn t−îng truyÒn ©m, ta dïng thªm micro vµ quan s¸t tÝn hiÖu ©m ph¸t ra tõ m¸y ph¸t vµ thu®−îc tõ micro nhê mét dao ®éng ký. (H×nh 2).b) HiÖn t−îng lan truyÒn : Loa• Trªn mµn h×nh dao ®éng ký, ta nhËn ®−îc Microhai tÝn hiÖu h×nh sin, cã cïng tÇn sè nh−nglÖch pha nhau (H×nh 2) ⇒ Micro b¾t ®−îc méttÝn hiÖu h×nh sin do loa ph¸t ra ⇒ Sãng ©m ®·truyÒn trong kh«ng khÝ tõ m¸y ph¸t (loa) ®Õnm¸y thu (micro).• Khi ®−a micro ra xa dÇn loa, ®é lÖch phat¨ng dÇn ⇒ Thêi gian truyÒn tÝn hiÖu tõ m¸yph¸t ®Õn m¸y thu t¨ng dÇn theo kho¶ng c¸chgi÷a chóng.• Khi dÞch chuyÓn chËm micro ra xa loa c¸ckho¶ng c¸ch b»ng λ, tÝn hiÖu h×nh sin thu ®−îc H×nh 2 : ¢m thanh lan truyÒn tõ loa ®Õn microë micro trë l¹i trïng víi vÞ trÝ ban ®Çu ⇒Ngoµi chu kú theo thêi gian lµ T, sãng ©m thu®−îc cßn cã chu kú theo kh«ng gian lµ λ.• Nh− vËy sãng ©m d¹ng sin còng cã nh÷ng ®Æc tr−ng gièng nh− c¸c ®Æc tr−ng cña nghiÖm d¹ngsin cña ph−¬ng tr×nh §al¨mbe.c) VËn tèc cña ©m thanh :• Ta ®· biÕt r»ng c¸c chu kú theo kh«ng gian vµ theo thêi gian cña mét sãng ph¼ng ch¹y ®¬n s¾c,nghiÖm cña ph−¬ng tr×nh §al¨mbe, øng víi mäi tÇn sè ν, liªn hÖ víi nhau b»ng hÖ thøc : λ = cS .Tvíi cS lµ vËn tèc truyÒn sãng. 56Baìi giaíng Cå hoüc âaûi cæång (Meï canique Geïneïrale) PFIEV Âaì nàông• Khi thùc hiÖn thÝ nghiÖm nãi trªn, nÕu thay ®æi tÇn sè cña tÝn hiÖu ®iÖn gëi vµo loa, lÆp l¹i thao λt¸c trªn ®©y nhiÒu lÇn vµ thùc hiÖn c¸c phÐp ®o, ta thÊy r»ng tû sè cña sãng ©m b»ng h»ng sè: T λcS = ≈ 340m / s . cS biÓu thÞ vËn tèc cña sãng ©m trong kh«ng khÝ. Td) M«i tr−êng lan truyÒn :• Khi dïng tÇn sè kh¸ nhá, ta cã thÓ quan s¸t ®−îc c¸c dao ®éng cña mµn loa (dao ®éng ®iÖn ®·biÕn thµnh dao ®éng c¬). Víi nh÷ng tÇn sè nghe ®−îc, hiÖn t−îng còng t−¬ng tù.ChuyÓn ®éng cña mµn loa g©y ra nh÷ng dao ®éng nhá cña kh«ng khÝ. C¸c m«i tr−êng vËt chÊtnh− kh«ng khÝ, c¸c chÊt khÝ cã tÝnh ®µn håi. ChuyÓn ®éng cña mµn loa lµm líp kh«ng khÝ l©n cËnbÞ nÐn l¹i, ¸p suÊt cña líp kh«ng khÝ nµy t¨ng lªn chót Ýt, vµ ®Õn l−ît m×nh, nã ®Èy líp kh«ng khÝl©n cËn chuyÓn ®éng..., t¹o nªn sãng ©m. Nh− vËy, cã sù liªn kÕt gi÷a vËn tèc vµ ¸p suÊt d− trongdßng chÊt l−u, vµ ®©y chÝnh lµ nguyªn nh©n cña sù lan truyÒn.• Sãng ©m chØ lan truyÒn trong m«i tr−êng vËt chÊt, kh«ng thÓ lan truyÒn ®−îc trong ch©n kh«ng.2) C¸c ph−¬ng tr×nh liªn kÕt :a) M« t¶ bµi to¸n :§Ó t×m ph−¬ng tr×nh lan truyÒn sãng ©m, cÇn dùa vµo c¸c ph−¬ng tr×nh chuyÓn ®éng cña chÊt l−u.ChuyÓn ®éng cña chÊt l−u ®−îc m« t¶ bëi c¸c ph−¬ng tr×nh :• Ph−¬ng tr×nh b¶o toµn khèi l−îng : ∂ρ + div( ρ v) = 0 (1) ∂t(Gi¶ sö bªn trong chÊt l−u kh«ng cã nguån thªm khèi l−îng; v, ρ : vËn tèc vµ khèi l−îng riªngt¹i mét ®iÓm M trong m«i tr−êng chÊt l−u).• Ph−¬ng tr×nh chuyÓn ®éng (ph−¬ng tr×nh Euler): ⎛ ∂v ⎞ ρ ⎜ + ( v.grad )v ⎟ = - gradP + f V (2) ⎝ ∂t ⎠(Gi¶ sö bá qua ®é nhít cña chÊt l−u; f V lµ lùc thÓ tÝch cña chÊt l−u ë tr¹ng th¸i tÜnh, vÝ dô lùcträng tr−êng : f V = ρ g ).• BiÓu thøc c©n b»ng n¨ng l−îng (nguyªn lý thø nhÊt cña nhiÖt ®éng häc): dU = δ Q + δ W ...