mechanikai hullÁmok

MECHANIKAI HULLÁMOK

http://phet.colorado.edu/hu/simulations/category/physics/sound-and-waveshttp://www.falstad.com/barwaves/

http://www.youtube.com/watch?v=fKICniw0DPMhttp://www.youtube.com/watch?v=2uk6GpgtFjQhttp://www.youtube.com/watch?v=7nS_aR8XX_U

http://www.youtube.com/watch?v=inA-36YRV0Y

Készítette: Porkoláb Tamás

HULLÁMOK KIALAKULÁSA

Hullámforrás: egy rezgő test. Ha ez a rezgés megszűnik, vele együtt a hullám is.

Hullám: a rezgési állapot tovaterjedése a térben.

Készítette: Porkoláb Tamás

Hullám terjedése: a közeg részecskéinek csatolt rezgése által. Minél szorosabb a csatolás, annál gyorsabban terjed a hullám. A közeg részecskéi rezgő mozgást végeznek egy nyugvó egyensúlyi pont körül.

HULLÁMOK TERJEDÉSE

Készítette: Porkoláb Tamás

HULLÁMOK JELLEMZŐIHullámfront: a közegben azonos fázisban rezgő pontjait összekötő görbe

Frekvencia (f) : megmutatja, hogy a közeg részecskéi hány teljes rezgést tesznek meg 1 s alatt

Periódusidő (T) : megmutatja, hogy a közeg részecskéi hány s alatt tesznek meg egy teljes rezgést

Amplitúdó (A) : megmutatja, hogy a közeg részecskéinek mekkora a maximális kitérése

Készítette: Porkoláb Tamás

Hullámhossz (λ) : két szomszédos, azonos fázisú hely távolsága a terjedési irány mentén

HULLÁMOK JELLEMZŐI

Készítette: Porkoláb Tamás

Terjedési sebesség (c) : a rezgési állapot terjedésének sebessége, másképpen a hullámfront sebessége. Az előzők alapján T idő alatt λ utat tesz meg, így :

fT

c

HULLÁMOK JELLEMZŐI

Készítette: Porkoláb Tamás

HULLÁMOK TÍPUSAI

Készítette: Porkoláb Tamás

http://www.mta.ca/faculty/science/physics/suren/Lwave/Lwave01.html

HULLÁMOK KÉT KÖZEG HATÁRÁN

Egy hullám két közeg határára érkezve részben visszaverődik, részben pedig megtörik.

A hullámok sebessége függ a közegtől.

Hullámtanilag sűrűbb: amelyben a hullámok lassabban terjednek.

Hullámtanilag ritkább: amelyben a hullámok gyorsabban terjednek.

A hullámok rezgésszáma független a közegtől.

Rögzített végről :

Szabad végről :

http://www.youtube.com/watch?v=LTWHxZ6Jvjs

http://www.youtube.com/watch?v=aVCqq5AkePI

Készítette: Porkoláb Tamás

HULLÁMOK VISSZAVERŐDÉSE(REFLEXIÓ)

A visszaverődés törvénye:

Térbeli hullámok esetén a beeső sugár, a beesési merőleges és a visszavert sugár egy síkban van.

A beesési szög és a visszaverődési szög egyenlő nagyságú.

HULLÁMOK VISSZAVERŐDÉSE(REFLEXIÓ)

Készítette: Porkoláb Tamás

http://www.youtube.com/watch?v=r0088hYFuws&feature=related

HULLÁMOK TÖRÉSE (REFRAKCIÓ)

2

1

sin

sin

c

c

Készítette: Porkoláb Tamás

TSUNAMIA tsunami hullámainak amplitúdója a nyílt tengeren néhány dm, hullámhosszuk pedig 2-300 km. A hullámok periódusideje 5 perctől 1 óráig terjedhet.

Mekkora a terjedési sebessége?

A legmagasabb bizonyított szökőár meghaladta az 500 méteres magasságot egy alaszkai fjordban http://www.youtube.com/watch?v=TRDpTEjumdo

http://www.youtube.com/watch?v=5-zfCBCq-8I

Készítette: Porkoláb Tamás

HULLÁMOK INTERFERENCIÁJA

http://phet.colorado.edu/hu/simulation/wave-interference

Készítette: Porkoláb Tamás

HULLÁMOK INTERFERENCIÁJA

• két különböző forrásból származó hullám esetén jön létre

• csak azonos frekvenciájú hullámok esetén jön létre interferencia

• erősítés feltétele: azonos fázisban találkozzanak

• gyengítés feltétele: ellentétes fázisban találkozzanak

Készítette: Porkoláb Tamás

ÁLLÓHULLÁMOKhttp://www.walter-fendt.de/ph14hu/stwaverefl_hu.htm

Készítette: Porkoláb Tamás

Az állóhullámok a közeg két határa közt jönnek létre. Az eredetileg keltett hullám interferál a közeg határáról visszaverődött hullámmal. Csak akkor jön létre az állóhullám, ha a hullámhossz megfelel bizonyos feltételeknek.

ÁLLÓHULLÁMOK

Készítette: Porkoláb Tamás

http://www.youtube.com/watch?v=rf3rfTMvyHQ&feature=relatedhttp://www.youtube.com/watch?v=s9GBf8y0lY0http://www.youtube.com/watch?v=YedgubRZva8http://www.youtube.com/watch?v=Bxnb6PnWENE&feature=PlayList&p=1F9B1E6C46541CD9&index=34http://www.youtube.com/watch?v=Qf0t4qIVWF4

ÁLLÓHULLÁMOK

Rögzített végnél mindig csomópont van.

Szabad végnél mindig duzzadóhely van.

2

kl

2

kl

4)12(

kl

Lehetséges hullámhosszok:

-rögzített-szabad vég:

-szabad-szabad vég:

-rögzített-rögzített vég:

Készítette: Porkoláb Tamás

ÁLLÓHULLÁMOKHúros hangszerek: mindkét végén rögzített húrokon alakul ki állóhullám. A hangszer teste is rezgésbe jön, és felerősíti a rezgő húr hangját.Fúvós hangszerek: az állóhullámok a hangszerben lévő levegőoszlopban alakulnak ki. E levegőoszlop hosszának változtatásával képezhetők a különböző magasságú hangok. A hangszer teste erősíti fel a hangokat.A hangszínt a kialakuló felharmónikusok határozzák meg.

HULLÁMOK ELHAJLÁSA (DIFFRAKCIÓ)

Készítette: Porkoláb Tamás

http://www.youtube.com/watch?v=p6A0bzlm0YA&feature=PlayList&p=1DAE4EE72FD76EF0&playnext=1&playnext_from=PL&index=5http://www.youtube.com/watch?v=4EDr2YY9lyA&feature=related

HULLÁMOK POLARIZÁCIÓJA

Készítette: Porkoláb Tamás

• csak transzverzális hullámok polarizálhatók

• ha a rezgés egyetlen síkban zajlik le, akkor síkban poláros hullámról beszélünk.

A DOPPLER-EFFEKTUShttp://www.walter-fendt.de/ph14hu/dopplereff_hu.htm

http://www.youtube.com/watch?v=-Zu5SGllmwc

http://www.colorado.edu/physics/2000/applets/doppler2.htmlhttp://www.walter-fendt.de/ph14d/doppler.htmhttp://www.youtube.com/watch?v=1nwnVNSROl0http://www.youtube.com/watch?v=a3RfULw7aAY&feature=PlayList&p=1DAE4EE72FD76EF0&index=11

Készítette: Porkoláb Tamás

http://ressources.univ-lemans.fr/AccesLibre/UM/Pedago/physique/02/meca/doppler.html

Egy megfigyelő által észlelt hullám frekvenciája megváltozik, ha a megfigyelő és a hullám forrása mozognak egymáshoz képest. Ha közelednek, nagyobb frekvencián, ha távolodnak, alacsonyabb frekvencián érzékeli a hullámot.

A DOPPLER-EFFEKTUS

Pl: vízen motorcsónakkal haladva a hullámok előtte sűrűbbek, mögötte ritkábbak

Alkalmazása:

Kardiológiában az erekben áramló vérről visszaverődő ultrahang Doppler-effektust szenved el, ez alapján következtetnek az erek állapotára.

A HANG

Az emberi kommunikáció egyik legfontosabb eleme.

Nélküle nem érthetünk meg bonyolult, elvont fogalmakat. A közlendőnk részletes, kifinomult kifejezésében nélkülözhetetlen szerepet játszik.

A zene életünk meghatározó része. Olyan tartalmakat tud közvetíteni elvont formában, amelyek nem jeleníthetők meg képekben, és betűkkel sem.

Nagyon fontos kifejezőeszköze egy művész, egy előadó gondolatainak.

A HANG

A HANG FONTOSABB TULAJDONSÁGAI

•longitudinális hullám

•a levegőben ez nyomásingadozásokat jelent

s

m

•minden anyagi közegben tovaterjed

•sebessége levegőben 15oC-on kb. 340

HANGMAGASSÁG http://onlinetonegenerator.com/

•a hang magasságát a rezgésszáma határozza meg

•az emberi fül számára hallható hangok a 20 Hz-16000 Hz frekvenciájú tartományba esnek

•a 20 Hz-nél kisebb rezgésszámú hangok az infrahangok: a bálnák infrahangok segítségével „beszélgetnek” több száz km távolságból

•a 20000 Hz-nél nagyobb frekvenciájúak pedig az ultrahangok: a kutya, a macska, a csimpánz és a denevér az ultrahangokat is érzékelik

https://www.youtube.com/watch?v=4G60hM1W_mk

HANGMAGASSÁG

•a közönséges emberi hang frekvenciája 200-300 Hz

•a normál a hang rezgésszáma 440 Hz

•az emberi fül legérzékenyebb a 3000 Hz frekvenciájú hangra

•az életkorral csökken az emberi fül érzékenysége

•Mekkora a hullámhossza a normál a hangnak levegőben?

http://onlinetonegenerator.com/

HANGERŐSSÉG•a hang erőségét az amplitúdó határozza meg, mértékegysége a dB

•az emberi fül testünk nyomásra legérzékenyebb szerve: a normál légnyomás 10 milliárdod részényi nyomásváltozást is érzékelni tud

•A 90 dB-es tartós zajszint halláskárosodással jár. Amennyiben a hangerő meghaladja a „fájdalomküszöb” értékét (120 dB), már egyszeri zajártalom is dobhártyarepedéssel és visszafordíthatatlan halláskárosodással járhat. A diszkózene néha eléri a 130 dB-es értéket is.

http://onlinetonegenerator.com/

A HANG VISSZAVERŐDÉSEAz emberi fül a 0,1 s-nál sűrűbben érkező hangeffektusokat nem tudja megkülönböztetni. Így ahhoz, hogy visszhangot halljunk, az eredeti és a visszhang észlelése közt legalább 0,1 s-nak kell eltelnie.Milyen messze állhatunk legfeljebb egy faltól, hogyha egyet tapsolunk, akkor az onnan visszaverődő hangot meg tudjuk különböztetni az eredetitől?

A hang visszaverődését használják fel a geológusok is a talajrétegek vizsgálatára. Földbe fúrt lyukakban végzett robbantások hangjának a visszaverődéséből vonnak le következtetéseket.

A hangverseny- vagy előadótermekben kifejezetten zavaró, ha a hang még sokáig zeng. Ezért olyan anyagokkal borítják a falakat, amelyek elnyelik a hangot.

A HANG VISSZAVERŐDÉSE

HANGROBBANÁS (sonic boom)

Készítette: Porkoláb Tamás

http://www.youtube.com/watch?v=-d9A2oq1N38&feature=PlayList&p=90C72741F4C65811&index=9&playnext=4&playnext_from=PL

http://gini.hu/gini-bejegyzesek/hangsebesseg-es-az-ostor

http://indavideo.hu/video/Hangrobbanas_4

http://sulifizika.elte.hu/html/sub_hangrobbanas.html

HANGROBBANÁS (sonic boom)

Készítette: Porkoláb Tamás

AZ ULTRAHANGA 20000 Hz-nél nagyobb frekvenciájú hangok előállítására elsősorban piezzo-elektromos kristályokat (pl. kvarc) használnak, illetve a magnetostrikció jelenségét alkalmazzák.

Az ilyen nagy rezgésszámú hullámokban a közeg részecskéi óriási sebességekre tesznek szert. Ha pl. az amplitudó 2 cm és a frekvencia 20 kHz, akkor ez kb. 2500 . Így az ultrahangok energiája is jóval nagyobb a közönséges hanghullámoknál. Egy ágyúdörgés hangteljesítménye pl. 0,001 W, egy közönséges ultrahangé pedig 10 W könnyedén lehet.

s

m

AZ ULTRAHANG ALKALMAZÁSAIA várandós kismamák

hasában ultrahanggal vizsgálják magzatot. A 3D-s és 4D-s ultrahang 3 illetve 4 forrás és detektor segítségével készül.

Az ultrahangos párásító membránja nagy sebességre gyorsítja fel a vízmolekulákat, amelyek kiszakadnak a vízből.

http://www.youtube.com/watch?v=UjxG6faTiks

AZ ULTRAHANG ALKALMAZÁSAIFontos eszköz pl. a hajózásban a vízmélység megállapítására. Itt a visszavert hullám sebességéből és az eltelt időből számítják ki az utat.

A vakok számára olyan szemüveget készítettek, amely ultrahangokat bocsát ki és a tárgyakról visszavert hullámokat is érzékeli. A tárgyak távolságának függvényében mélyebb vagy magasabb hangon jelez a hallható hangok tartományában.

A denevérek is hasonló-képpen tájékozódnak, csak ők nem alakítják át az ultrahangokat hallható hul-lámokká.

Anyagok (pl. fém, beton) vizsgálatára is alkalmas az ultrahang, hiszen az anyagban lévő üregekről, hibákról visszaverődik és ezt detektorokkal érzékelni lehet.

AZ ULTRAHANG ALKALMAZÁSAI

AZ ULTRAHANG ALKALMAZÁSAI Folyadékok gáztalanítására is felhasználható. ugyanis nagy frekvenciája miatt a folyadékrészecskék óriási gyorsulásra tesznek szert és így szétszakadva, köztük üregek jönnek létre. A gázok beáramlanak ezekbe, egyre nagyobb buborékká nőve, majd felszállnak a felszínre.

Folyadékok egyenletes elkeverésére is használatos, mert hatására azok finom eloszlású emulziót képeznek és sokkal jobban keverednek egymással.

AZ ULTRAHANG ALKALMAZÁSAIGázok tisztítására és repülőterek

ködmentesítésére is alkalmas, mert hatására a levegő apró szemcséi nagyobb halmazokká állnak össze és kicsapódnak. Ugyanezen elven teszik láthatóvá nagyobb hajók esetén a hajó előtti pár száz méteres részt ködös időben.

AZ ULTRAHANG ALKALMAZÁSAI

Az alumínium forrasztásakor is ultrahangokat használnak, mert hatásukra a keletkező oxidréteg ill. egyéb szennyeződés leválik.

AZ ULTRAHANG ALKALMAZÁSAI Varrni is lehet ultrahanggal tű helyett, ugyanis

hatására az anyagok úgy összegubancolódnak, hogy ez a cérnánál is erősebb kötést jelent. Ugyanígy helyettesíthető a papírragasztó ultrahanggal, vagy a hegesztőpáka fémek esetén.Az ultrahangos hegesztők, 20 kHz és 35 kHz

üzemi frekvenciával dolgoznak.

AZ ULTRAHANG ALKALMAZÁSAI

Biológiai hatásai közé tartozik pl., hogy mikroorganizmusokat képes elpusztítani. Így felhasználják

élelmiszerek, háztartási eszközök sterilizálására is.

AZ ULTRAHANG ALKALMAZÁSAIA gyógyászatban reumatikus betegségek

kezelésére is használják. Ezenkívül testünk belső részeinek feltérképezésére.Az ultrahangok által előállított hő mélyen belehatol a szövetbe, hogy meglazítsa a bőrt és az izmokat, egyidejűleg a finom masszázs javítja a vér és a nyirok keringését, a metabolizmust és a cellák regenerálódását.

AZ ULTRAHANG ALKALMAZÁSAIAz ultrahangkezelést testen kiválóan alkalmas a narancsbőr enyhébb, ill. súlyosabb tüneteinek kezelésére, a bőr alatt lerakódott zsírpárnák csökkentésére, hegek, ill. a szülés utáni nyúlási csíkok, un. striák halványítására.

AZ ULTRAHANG ALKALMAZÁSAIJapánban igen sok háztartásban van aranyhal. A

földrengéseket ugyanis infrahangok kibocsátása előzi meg, amelyeket az aranyhalak jól érzékelnek és hatásukra menekülni kezdenek. Ezt a lakók észreveszik és még idejében elmenekülhetnek.