marta_inj (marta_inj) wrote,
marta_inj
marta_inj

Category:

Преломление звуковых волн

Перевод страницы https://www.acs.psu.edu/drussell/Demos/refract/refract.html

Предположим, вы отдыхаете на берегу не очень широкого озера, допустим полмили в ширину или около того. В течение дня вы видите людей на другой стороне озера, но не слышите их. Однако вечером вы начинаете слышать их, слышите даже их беседы у костра. Такое явление - следствие преломления звуковых волн.

Скорость волны зависит от инерционных и эластичных свойств среды, в которой они распространяются. Когда волна наталкивается на другую среду, с другими свойствами, волна изменяет направление движения. Активнее всего распространение волн изучается в оптике: поведение света на границе двух сред (воздух-стекло, воздух-вода, вода-стекло). Движение волны до и после границы раздела двух сред подчиняется закону Снеллиуса:


Заметим, что при пересечении волновым фронтом границы раздела длина волны меняется, а частота остается прежней.

На анимации – распространение сферической волны в среде, в которой скорость волны одинакова во всех направлениях. Распространение такой волны - расширяющийся круг, поскольку волна двигается во всех направлениях с одинаковой скоростью. Так как скорость волны везде одинакова, преломления нет - волна не меняет направление.

Звуковые волны обычно распространяются в среде, свойства которой изменяются не резко, а постепенно. Скорость звуковой волны в воздухе зависит от температуры (с = 331 + 0,6Т), где Т – это температура в градусах Цельсия. Зачастую волна меняет скорость и соответствующим образом преломляется из-за меняющейся локальной температуры воздуха. Например, в течение дня воздух у поверхности земли теплее, а вышележащие слои – холоднее (вертикальный градиент температуры). По мере снижения температуры с высотой скорость звука также уменьшается. Это означает, что звуковая волна у земли бежит быстрее, а при увеличении высоты – медленнее. Чем больше волна уходит ввысь, тем медленнее она двигается. В результате фронт волны меняется - загибается вверх. Так создается «теневая зона», в которую звуковая волна не проникает. Человек, находящийся в зоне «тени», не слышит звук, хотя может видеть источник звука. Звуковая волна уходит вверх и не достигает его ушей.

На анимации показано распространение сферической волны в среде, в которой по оси Х скорость волны постоянная, а по оси Y скорость снижается
(с=1-0,05y)


В результате направление распространения волны меняется – она загибается вверх

Температура может быть минимальной у поверхности земли, а с высотой – повышаться (температурная инверсия). Так как температура с высотой повышается, то и скорость звука с высотой увеличивается. То есть, у поверхности земли скорость звука минимальная, а с высотой растет. В результате направление распространения волны меняется – она загибается вниз. Температурная инверсия часто наблюдается вечером после захода солнца, когда земля (или поверхность озера) холоднее, чем воздух над ними. Изгиб звуковой волны вниз позволяет вам слышать беседы людей на другом берегу (помните, что они тоже скорей всего слышат вас!)

На анимации показано распространение сферической волны в среде, в которой по оси Х скорость волны постоянная, а по оси Y повышается
(с=1+0,05y)


В результате направление распространения волны меняется – она загибается вниз.
Tags: dan russell, Волны
Subscribe

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic
  • 0 comments