Почему скрипит мел, снег, а после снегопада тихо?

Предмет: Физика
Тип работы: Реферат
Язык: Русский
Дата добавления: 16.09.2019

 

 

 

 

 

  • Данный тип работы не является научным трудом, не является готовой выпускной квалификационной работой!
  • Данный тип работы представляет собой готовый результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала для самостоятельной подготовки учебной работы.

Если вам тяжело разобраться в данной теме напишите мне в whatsapp разберём вашу тему, согласуем сроки и я вам помогу!

 

По этой ссылке вы сможете найти много готовых рефератов по физике:

 

Много готовых рефератов по физике

 

Посмотрите похожие темы возможно они вам могут быть полезны:

 

Старое и новое об элементах и батареях
Мир звуков и красок
При каких условиях возникает полярное сияние?
Почему шумят водопроводные трубы?


Введение:

«Движение и звук» означает движение среды, приемников звука, источника звуковых колебаний или границы или их изменений. Поскольку обычно не требуется рассматривать движения среды, источника или границы, мы разделим их рассмотрение на разделы. Рассмотрим движение носителя или источников и приемников звука отдельно под названием «Акустика движущихся сред», а также перемещение приемника, источника, границы отдельно под названием «Эффект Доплера». 

Акустика движущихся сред это раздел акустики, в котором звуковые явления изучаются при движении среды или источников и приемников звука.

Акустика движущихся сред касается очень многих областей акустики, таких как аэроакустика, акустические токи, аэродинамика, гидролокатор и аэролокация, а также частично эффект Доплера.

Эффект Доплера это зависимость наблюдаемой частоты периодических колебаний от любого изменения расстояния между источником колебаний и наблюдателем.

В 1842 г. Доплер теоретически обосновал зависимость частоты колебаний, воспринимаемых наблюдателем, от скорости и направления движения источника волны и наблюдателя относительно друг друга. Это явление впоследствии было названо его именем (эффект Доплера). Поскольку о его биографии известно очень мало, мы опускаем историю изобретения эффекта Доплера. Стоит отметить, что никто не повлиял на развитие этого направления так сильно, как Доплер, поэтому мы опустим биографию других ученых. 

Основные принципы акустики движущихся сред 

Движение среды влияет на характер распространения звуковых волн, их излучение и прием. В движущейся среде скорость распространения фронта волны равна v = c + vn , где c скорость звука в стационарной среде, vn проекция скорости среды на нормаль к фронту. В простейшем случае движения среды в целом волновыми фронтами точечного источника являются сферы, расширяющиеся со скоростью звука, центры которых движутся со скоростью среды. При регулярном течении среды возникает акустический поток. 

Акустические токи (акустические, или звуковые, ветровые) это регулярные токи среды, возникающие в интенсивном звуковом поле. Акустические токи возникают как в свободном неоднородном звуковом поле, так и вблизи различного рода препятствий. Акустические потоки всегда имеют вихревой характер, их скорость увеличивается с увеличением интенсивности звука, но обычно не превышает значения вибрационной скорости частиц в звуковой волне. Одно из первых описаний акустических токов было дано Рэлеем, который заметил, что если звучащий камертон расположен перед резонатором Гельмгольца, то на противоположном конце резонатора можно найти ветер значительной силы, способный дуть из пламени свечи. 

Причина возникновения акустического потока обусловлена ​​законом сохранения импульса и обычно заключается в том, что импульс, переносимый звуковой волной, связанной с колебаниями частиц среды, передается в среду, когда волна поглощается, вызывая его регулярное движение. Поэтому скорость акустического потока пропорциональна коэффициенту поглощения звука и его интенсивности. 

Диаграмма направленности стационарного источника в среде, движущейся с дозвуковой скоростью, растягивается в направлении, противоположном движению. Когда среда движется со сверхзвуковой скоростью, звук распространяется внутри так называемого. Конус Маха это конус с вершиной у источника звука. За пределами этого конуса нет звука, и внутри него два волновых фронта проходят через любую фиксированную точку наблюдения. 

В соответствии с этим наблюдатель, расположенный внутри конуса Маха, слышит звук, исходящий из двух разностей. направления. Когда источник перемещается в стационарной среде, эффект Доплера добавляется к вышеуказанным эффектам. Пространственно-неоднородные потоки в среде вызывают преломление звука. Так, например, в приземном слое атмосферы скорость ветра увеличивается с высотой, поэтому, когда звук распространяется против ветра, звуковые лучи изгибаются вверх, а при распространении по ветру вниз. Это объясняет лучшую слышимость для наблюдателя, стоящего на земле с наветренной стороны, и хуже с подветренной стороны по сравнению с слышимостью в спокойных условиях. Турбулентное движение среды вызывает рассеяние проходящих через нее звуковых волн на неоднородностях скорости и флуктуациях их амплитуд и фаз. 

При взаимодействии с вихревыми потоками, которые образуются во время отдельного потока вокруг твердых частиц, звук может поглощаться или усиливаться. Например: струя, вытекающая из отверстия в перегородке, эффективно поглощает звук. Струя, уносящая тангенциальное отверстие, может усиливать звук при определенных отношениях между скоростью, размером отверстия и частотой звука. Это объясняет, в частности, процесс генерации звука в духовых инструментах, таких как флейта. Усиление звука также возможно в свободном пространстве, когда оно отражается от границы между покоящейся средой и средой, движущейся со сверхзвуковой скоростью (например, от границы сверхзвуковой струи). 

Нестабильные потоки среды вызывают генерацию звука. Периодическое разделение вихрей за блефовым телом создает вихревой звук. Когда струя падает на препятствие, так называемый. Тон клина, это явление используется в газоструйных радиаторах. Интенсивный звук генерируется высокоскоростными турбулентными токами. Например, интенсивность звука, генерируемого струйным потоком ступени запуска ракеты, достигает 150 дБ на расстоянии 100 м. Прикладные проблемы акустического движения среды, связанные с аэродинамической генерацией звука в высокоскоростных потоках, являются предметом аэроакустики. 

Аэроакустика это раздел физики на стыке аэродинамики и акустики, в котором изучаются проблемы аэродинамической генерации звука, акустики движущихся газовых потоков, взаимодействия звука с потоком и методы снижения воздушного шума. И в основном имеет дело со звуком, создаваемым аэродинамическими силами и возмущениями, которые возникают в самом потоке, а не силами или вибрациями, воздействующими извне, как в классической акустике. 

Основные уравнения акустического движения среды получены путем линеаризации общих уравнений гидродинамики. При изучении процессов распространения и рассеяния звука нелинейные компоненты уравнений отбрасываются, а при изучении процессов генерации звука они рассматриваются как источники звука. Параметры этих источников при современном состоянии теории турбулентности, как правило, не могут быть найдены теоретически; поэтому для оценки интенсивности и спектрального состава звука используются различные модели турбулентного движения. 

Краткая история акустики движущихся сред

В науке сформировалось новое самостоятельное направление, получившее название аэроакустика. Родившийся на стыке двух наук аэродинамики и классической акустики, он связан с проблемами акустики движущейся газовой среды, с проблемами аэродинамической генерации звука, подход к которым в работах классиков естествознания Гельмгольца Кирхгоф и Рэйли был только отмечен. 

Почему скрипит мел, снег, а после снегопада тихо?

Развитие акустики в 1-й половине 20-го века получило мощный импульс в связи с запросами военной техники. Задача определения местоположения и скорости воздушного судна (звукового местоположения в воздухе), подводной лодки (гидролокатора), определения места, времени и характера взрыва, заклинивания авиационного шума, все эти проблемы требовали более глубокого изучения механизма формирования и поглощения звука, распространение звуковых (в частности, ультразвуковых) волн в сложных условиях. Проблемы генерации звука стали предметом обширных исследований в связи с разработкой общей теории колебаний, охватывающей вместе механические, электрические и электромеханические колебательные процессы. В 20-30-х годах. многие работы были посвящены теории самоподдерживающихся колебаний самоподдерживающихся колебаний системы, связанной с постоянным источником энергии; Большой вклад в развитие этой теории внесла советская школа физиков во главе с Л. И. Мандельштамом и Н. Д. Папалекси. 

Повышенное внимание к этим вопросам, помимо внутренней логики развития науки, обусловлено необходимостью создания необходимой научной базы для решения важной для здоровья всех людей проблемы борьбы с шумом. Беспрецедентное развитие транспорта в последние десятилетия, и прежде всего авиации с ее мощными силовыми установками, сопровождается постоянным увеличением шума окружающей среды, особенно в городах и районах, прилегающих к аэропортам. Проблема снижения шума стала частью общечеловеческой программы борьбы за чистоту окружающей среды. 

Разработка практических методов «снижения шума» в авиации требовала тщательного инициирования аэродинамического генерирования звука и распространения воздушного шума. На этом пути достигнут значительный прогресс, что отражено в большом количестве научных публикаций. Некоторые результаты представлены по ряду обзоров и монографий. 

Следует отметить, что Н. Н. Андреев и И. Г. Русаков, Д. И. Блохинцев разработали основы акустики движущихся сред. 

Применение акустики движущихся сред

Когда тело движется с высокой скоростью, акустика движущихся сред используется для создания аэродинамических тел для автомобилей, самолетов, космической техники, вертолетов и т.д. для реверберации звука и звукоизоляции. Он также используется для распространения звука в движущейся среде, такой как воздух или вода. Аэродинамическая труба используется для изучения аэродинамических свойств. 

Аэродинамическая труба это экспериментальная установка, предназначенная для изучения эффектов, возникающих при обтекании потока твердых тел (самолетов, автомобилей, ракет, мостов, зданий и т. д.), а также для экспериментального изучения аэродинамических явлений.

Различные бамперы, спойлеры, юбки и т. д. используются в машиностроении. улучшить контроль и снизить расход топлива. 

В авиации космическое строительство характеризуется более высокой скоростью движения, что усложняет задачу строительства. Но есть и другие отличия в аэродинамике автомобиля и аэродинамике воздушного транспорта. Во-первых, характерная форма автомобильного транспорта гораздо менее упорядочена по сравнению с воздушным транспортом. Во-вторых, для автомобилей необходимо учитывать влияние дорожного покрытия на воздушный поток. В-третьих, скорость наземного транспорта значительно ниже. В-четвертых, наземный транспорт имеет меньше степеней свободы, чем воздушный транспорт, и его движение в меньшей степени зависит от аэродинамических сил. В-пятых, наземный транспорт имеет особые ограничения по внешнему виду, связанные с высокими требованиями безопасности. Наконец, большинство водителей наземных транспортных средств менее подготовлены, чем пилоты, и обычно ездят без максимальной эффективности. 

Он используется в гидролокаторе и аэрокосмической технике, поскольку источник звуковых импульсов находится в движении.

Почему скрипит мел, снег, а после снегопада тихо?

Сначала мы повторим описание условий, при которых мел начинает скрипеть, а затем остановимся на физических процессах, которые происходят с куском мела при трении о доску.

Мел, используемый для написания на доске, имеет тенденцию скрипеть. Тем не менее, вы должны знать это. Не то чтобы оно всегда скрипит. Но как оно скрипит мало покажется. В свое время я исследовал условия возникновения этого явления. Самое важное условие мел должен быть достаточно длинным. Как это происходит в пакетах. Короткие кусочки мела не скрипят. 

Многое также зависит от платы. Матовое стекло идеально подходит. Держите мел за один конец, прижимая его к доске, чтобы другой конец был свободен. Мел должен быть почти перпендикулярен поверхности доски, свободный конец можно слегка наклонить против направления движения. Достаточно начать движение мела, так как слышен громкий скрип, вызывающий замешательство вокруг. 

На других досках результат менее предсказуем, возможно, вам придется экспериментально найти оптимальное давление и угол отклонения. Если доска не «поет», вы можете попробовать выполнить описанную процедуру на оконном стекле. В то же время он не царапается, так как мел мягче стекла. Следует отметить, что вам не нужно переусердствовать в извлечении звуков, так как мел может сломаться. Получающиеся части слишком короткие, чтобы петь. 

Очевидно, мел издает эти звуки, потому что он вибрирует. Логично предположить, что колебания имеют характер стоячей волны. Один конец мела удерживается, в этот момент образуется узел стоячей волны. Второй конец бесплатный, есть пучность. В этих условиях максимальная длина стоячей волны в четыре раза превышает длину мела. Зная скорость звука в меле, можно оценить период колебаний, а, следовательно, и частоту. Оценки показывают, что частота примерно соответствует ощущению звука. 

Этот подход объясняет, почему короткие кусочки мела не скрипят. Даже если они колеблются во время процесса записи, частота этих вибраций слишком высока, и мы просто не можем их услышать. 

Проблема с точными вычислениями заключается в том, что мел не имеет постоянной композиции, поэтому нет смысла искать в справочниках скорость звука в меле. Тем не менее, вполне возможно провести несколько экспериментов с конкретным произведением и понять, что на самом деле происходит с ним. 

Остается вопрос, из какого источника восполняется энергия стоячей волны? Опыт показал, что скрип мела требует особых условий. Это наблюдение раскрывает ответ: энергия пополняется благодаря особому режиму трения между мелом и доской. Такой режим трения встречается довольно часто и даже имеет практическое значение. Вот что написано об этом в журнале «Квант»: 

Эксперименты с движением пули в стволе показали, что при увеличении скорости пули величина силы трения сначала быстро уменьшается, затем уменьшается все медленнее, а затем (при скоростях выше 100 м / с) начинает увеличиваться.

Интересно, что сила трения дуги на струне имеет примерно одинаковую зависимость от скорости. Вот почему мы можем слушать игру на смычковых инструментах скрипке, виолончели, альте. 

Равномерным движением лука струна уносится ею и растягивается. Наряду с натяжением струны увеличивается сила трения между носом и струной. Когда величина силы трения становится максимально возможной, струна начинает скользить относительно носа. Если сила трения не зависит от относительной скорости носа и струны, то, очевидно, отклонение струны от положения равновесия не изменится. Но при скольжении трение уменьшается, поэтому струна начинает двигаться в направлении положения равновесия. В этом случае относительная скорость струны увеличивается, и это дополнительно снижает силу трения. Когда струна, вибрировав, движется в противоположном направлении, ее скорость относительно лука уменьшается, лук снова захватывает нить, и все повторяется с самого начала. Вот как струна вибрирует. Эти вибрации не демпфируются, поскольку энергия, теряемая струной во время ее движения, каждый раз пополняется за счет силы трения, тянущей струну до положения, в котором струна разрывается. 

Заключение

Механизм пополнения энергии меловых колебаний точно такой же. Таким образом, как ни странно, между происхождением чудесных звуков скрипки и неприятным «визгом» мела есть много общего.

Почему тихо после снегопада? Когда на земле скапливается легкий пушистый снег, он действует как звукопоглощающий материал. «Снег становится пористым сразу после снегопада, и обычно пористые материалы, такие как волокно и пена, отлично поглощают звук», говорит Дэвид Херрин из Университета Кентукки в США. 

Обычно для хорошего поглощения звука требуется 5 см снега, но даже 2,5 см может поглощать звук, особенно если он имеет высокую частоту. Звукопоглощение измеряется по шкале от 0 до 1. Способность снега поглощать звук составляет 0,5–0,9. 

Однако, если структура снега изменяется, количество шума в окружающей среде увеличивается. Когда верхний слой снега тает и снова замерзает, он затвердевает и отражает звуковые волны, заставляя звуки двигаться дальше и становиться более четкими.