4. Mechanické kmitanie a vlnenie

Kmitanie

Periodický pohyb je pravidelne opakujúci sa pohyb. Napríklad pohyb piestu motora, otáčanie kolesa, pohyb stieračov. Kmit je pohyb z ľubovoľnej východiskovej polohy cez všetky polohy. Okamžitá výchylka y je vzdialenosť od rovnovážnej polohy 0. Amplitúda výchylky ym je najväčšia hodnota výchylky. Sínusoida je krivka, ktorá znázorňuje kmitanie telesa na časovej osi.

Netlmené kmitanie je kmitanie bez zmeny amplitúdy.

Tlmené kmitanie je kmitanie s postupným zmenšovaním amplitúdy. Po určitom čase tlmené kmitanie zanikne.

Vlnenie

Vlnenie je šírenie kmitania prostredím. Častice môžu kmitať priečne alebo pozdĺžne na smer šírenia:

  1. priečne vlnenie
  2. pozdĺžne vlnenie

V kvapalinách a plynoch sa šíri len pozdĺžne vlnenie. V pevných látach sa šíria obe druhy vlnenia.

Vlnová dĺžka ? je vzdialenosť dvoch najbližších bodov, ktoré majú rovnakú výchylku z rovnovážnej polohy. Napríklad dva vrcholy vlny.

Príklady vlnových dĺžok:

  • rádiové vlny (100 MHz) - 3 m
  • viditeľné svetlo - menej ako 1 mm

Rýchlosť šírenia vlnenia je rôzna v rôznych prostrediach. Čím je hustejšie prostredie, tým je vyššia rýchlosť.

Príklady rýchlosti zvuku:

  • vzduch: 340 m/s
  • oceľ: 5 000 m/s

Príklad: Za aký čas prejde zvuk vzdialenosť 1 km vo vode a vo vzduchu ?
v = s / t ... t = s / v
vzduch: t = s / v = 1 000 m / 340 m/s = 3 s
voda: t = s / v = 1 000 m / 1 000 m/s = 1 s

Akustika

Zvuk je mechanické vlnenie. Tón je zvuk s nemennou frekvenciou. Výška tónu je jeho frekvencia. Základný tón v technickej praxi je 1 kHz. Základný hudobný tón, komorné a1 je 440 Hz. Človek vníma zvuky od 16 Hz do 20 kHz.

Infrazvuk je zvuk s frekvenciou menšou ako 16 Hz, napr. otrasy, zemetrasenie.

Ultrazvuk je zvuk s frekvenciou väčšou ako 20 kHz. Používa sa na vyhľadávanie chýb v materiáloch, čistenie predmetov, v diagnostike v lekárstve a pod.

Intenzita zvuku je veľkosť tlakových zmien. Jednotka W.m-2. Prah počuteľnosti je minimálna intenzita, ktorú človek počuje. Prah bolestivosti je tlak, ktorý vyvoláva boleť a poranenie sluchu. Proti hluku sa používajú chrániče sluchu.

Hladina intenzity zvuku, tzv. hlasitosť, je podiel danej intenzity a prahu počuteľnosti. Jedotka je decibel, dB. h = 10 . log p/pmin [dB]

Píklady, pre 1 kHz:

  • prah počuteľnosti: 0 dB = 10-12 W / m2,
  • prah bolestivosti: 130 dB = 10 W / m2.

Farba tónu je ovplyvnená primiešanými tónmi, ktoré sú násobkov základného tónu. Farba tónu umožňuje rozoznať rôzne zdroj zvuku - klavír, trúbka. Človek najlepšie počuje 1 kHz.

PrílohaVeľkosť
kmitavy pohyb gulicky.gif2.47 KB
pozdlzne vlnenie.gif1.38 KB
priecne vlnenie.gif1.62 KB