Гукавыя хвалі: паняцце і асаблівасці

Свет, які нас акружае, можна з упэўненасцю назваць светам гукаў, бо вакол нас пастаянна гучаць галасы, музыка, шчэбет птушак, гук ветру. Гукавыя хвалі дапамагаюць людзям мець зносіны, атрымліваць інфармацыю аб навакольным іх свеце. Для жывёл гукі маюць не меншае значэнне. З пункту гледжання фізікі, гукі ўяўляюць сабой механічныя ваганні, якія распаўсюджваюцца ў пругкім асяроддзі: вадзе, паветры, цвёрдым целе і гэтак далей. Чалавечыя вушы здольныя чуць гук, калі гукавыя частоты знаходзяцца ў дыяпазоне ад 16 да 20 000 Гц. Ваганні з больш высокімі ці больш нізкімі частотамі ці не чутны для чалавека.

Навука акустыка займаецца рашэннем разнастайных пытанняў, у тым ліку пытанняў, звязаных з асаблівасцямі і ўласцівасцямі слыху. Прадметам вывучэння фізіялагічнай акустыкі з'яўляецца непасрэдна орган слыху, яго будова, дзеянне і прылада. Архітэктурная акустыка займаецца вывучэннем таго, як распаўсюджваюцца гукавыя хвалі ў памяшканні, разглядае ўплыў формы і памераў памяшкання на гук, вывучае ўласцівасці матэрыялаў з токі гледжання распаўсюджвання і падаўлення гукаў. Музычная акустыка займаецца вывучэннем музычных інструментаў, даследуе ўмовы найлепшага гучання таго ці іншага інструмента.

Фізічная акустыка вывучае самі гукавыя ваганні, гукавыя хвалі, у апошні час яна таксама стала ахопліваць ваганні, якія ляжаць за межамі магчымасцяў слыхавы сістэмы чалавека.

Асноўныя паняцці акустыкі

З'яўленне гуку абумоўлена механічнымі ваганнямі пругкіх тэл і асяроддзяў. Паветра з'яўляецца для гуку правадніком. Гэта даказаў вопыт Роберта Бойля. Калі паставіць якое або якое гучыць цела пад званом паветранага помпы, тады па меры адпампоўвання з-пад званы паветра гук будзе станавіцца слабым. Калі паветра пад званом скончыцца, гук і зусім спыніцца.

Падчас ваганняў цела напераменку то стварае разраджэнне ў пласце паветра, што прылягае да яго паверхні, то сціскае гэты пласт. У выніку распаўсюджванне хваль у паветранай прасторы пачынаецца з ваганняў пласта паветра ў паверхні цела.

Па меры таго, як гукавыя хвалі распаўсюджваюцца ў прасторы, назіраецца згасанне гуку, якое звязана з пэўнымі незваротнымі працэсамі. Сэнс заключаецца ў тым, што частка энергіі, пераноснай гукавой хваляй, паглынаецца асяроддзем.

Каэфіцыентам паглынання называецца велічыня, якая роўная стаўленню гукавы энергіі, паглынутай асяроддзем, да энергіі, якая паступіла ў сераду. На каэфіцыент паглынання ўплывае ўнутранае трэнне або глейкасць асяроддзя, яе цеплаправоднасць, шчыльнасць асяроддзя і хуткасць распаўсюджвання хвалі.

Распаўсюджваючыся ў асяроддзі, хваля калі-небудзь даходзіць да яе мяжы. Пасля гэтай мяжы пачынае іншая асяроддзе, якое складаецца з іншых часціц і ў якой іншая хуткасць гуку. На гэтай мяжы ажыццяўляецца адлюстраванне гуку. Пры гэтым разрэджанне часціц ператвараецца ў згушчэнне, а згушчэнне - у разраджэнне.

Дадзены эфект адбываецца таму, што ваганні, якія хваля прыносіць да мяжы асяроддзя, перадаюцца да часціцам іншага асяроддзя і становяцца крыніцай новай хвалі. Другасная хваля будзе распаўсюджвацца не толькі ў другой асяроддзі, але і ў той, адкуль яна першапачаткова прыйшла. Гэта і будзе адлюстраваная гукавая хваля.

На мяжы асяроддзяў адбываецца частковае праходжанне гуку ў другую сераду і частковае паглынанне гуку. Доля адлюстраванай энергіі будзе залежаць ад суадносін шчыльнасцяў асяроддзяў, а таксама ад стану паверхні падзелу. Да прыкладу, адлюстраванне гукавой хвалі, якая распаўсюджваецца ў паветры, ад вадкай паверхні або цвёрдага цела адбываецца амаль цалкам. Гукавыя хвалі, якія распаўсюджваюцца ў цвёрдым целе, амаль цалкам будуць адбівацца на мяжы з паветрам.

З з'явай адлюстравання напрамую звязана ўзнікнення рэха. Сутнасць гэтай з'явы складаецца ў тым, што гук даходзіць ад крыніцы да нейкага перашкоды, якое стане мяжой асяроддзяў, і адлюстроўваецца ад яго, вяртаючыся да месца ўзнікнення хвалі.