3.4. Задания для самоконтроля и подготовки

Задание 3.1. «Эхо», вызванное ружейным выстрелом, дошло до «стрелка» через 2 сек после выстрела. На каком расстоянии находится «преграда», от которой отразился звук (скорость звука в воздухе 340 м/с)?

1) 170 м; 2) 340 м; 3) 680 м/с; 4) 340м; 5) 1360 м.

Задание 3.2. Волна распространяется по поверхности воды со скоростью 10 м/с. Расстояние между соседними «гребнями» волн составляет 5 м. При этом частицы воды совершают колебания с частотой:

1) 0.2 Гц; 2) 12.5 Гц; 3) 2 Гц; 4) 0.5 Гц; 5) 3.14 Гц.

Задание 3.3. При переходе из одной среды в другую скорость звуковой волны уменьшилась на 30 %. Как изменится при этом длина волны?

1) не изменится; 2) увеличится на 70 %; 3) уменьшится на 70 %; 4) уменьшится на 30 %: 5) увеличится на 30 %.

Если одновременно плотность среды увеличится на 30 %, то импеданс среды:

1) слегка изменится; 2) не изменится; 3) увеличится на 30 %; 4) уменьшится на 30 %; 5) увеличится на 60 %.

Как изменится угол преломления по сравнению с углом падения?

1) уменьшится в соответствие с законом Снеллиуса; 2) уменьшится на 30 %; 3) увеличится на 30 %; 4) не изменится; 5) примет значение 90 .

Задание 3.4. Если скорость звука в воде 1460 м/с, а в воздухе 340 м/с, то длина звуковой волны при переходе из воды в воздух:

1) не изменится; 2) увеличится в 4.3 раза; 3) уменьшится в 4.3 раза; 4) возрастет в раз; 5) изменится очень сильно.

Если при этом изменить частоту в сторону уменьшения в 4.3 раза, то длина звуковой волны:

1) уменьшится в раза; 2) не изменится; 3) увеличится враза; 4) уменьшится незначительно; 5) возрастет в 2 раза.

Задание 3.5. Сигнальщик услышал звуковой сигнал через 4 с после начала работы сирены. На каком расстоянии от источника находится сигнальный пост, если частота звукового сигнала равна 1 кГц, а длина волны составляет 32 см.?

1. 1610 м; 2) 1420 м; 3) 1280 м; 4) 1340 м; 5) 640 м.

Задание 3.6. Мимо неподвижного наблюдателя проехал автомобиль с включенной «сиреной». При приближении автомобиля наблюдатель слышал более высокий тон звука, а при удалении более низкий. Какой эффект будет наблюдаться, если «сирена» будет неподвижной, а мимо нее проедет наблюдатель?

1) при приближении тон повысится, а при удалении понизится; 2) при приближении и удалении тон останется неизменным; 3) при приближении тон понизится, а при удалении повысится; 4) при приближении и удалении тон понизится; 5) при приближении и удалении тон повысится.

4. Заключение

Вся окружающая нас природа наполнена звуками и ультразвуками. Во многих случаях это обстоятельство ускользало от нашего внимания только потому, что в нашем распоряжении не было средств для обнаружения в особенности ультразвуковых колебаний. Когда же такие средства – излучатели и приемники ультразвука – были сконструированы и построены, то оказалось, что ультразвук присутствует в шуме ветра и в шуме морского прибоя, в шуме водопада и в шуме движения на автостраде или железнодорожном пути. К ультразвукам неживой природы присоединяются ультразвуки, производимые различными биологическими организмами – от комаров до китов.

Разведка биологических ресурсов океана, соединение металлов и неметаллов, очистка прецизионных механизмов, окраска кожи и мехов, устранение туманов и борьба с налетами птичьих стай на аэродромах, обнаружение скрытых дефектов в заготовках и изделиях, определение профилей шахтных стволов и разведка земной коры, нетравматичная диагностика и лечение различных заболеваний и много другое. Что может быть общего у этих очень нужных, но совершенно различных практических задач? Почему они выстроены здесь в один ряд?

Все перечисленные задачи, а также и многие другие могут быть решены при помощи звука и ультразвука!

Наука о звуковых и ультразвуковых колебаниях – акустика развивается очень быстро, постоянно появляются сведения о новых явлениях, эффектах и изобретениях. И, конечно, еще далеко не все ясно и понятно, как в области теории, так и в сфере практических приложений. Научные положения часто отстают от требований, выдвигаемых техникой. А технические задачи, решаемые, например, с помощью ультразвука, как легко убедиться из представленного перечня, чрезвычайно разнообразны и не могут иметь шаблонных решений. По этому данное пособие построено таким образом, чтобы дать основные представления о физической сущности явлений, на особенностях звуковых и ультразвуковых колебаний, из которых следуют возможности обширных практических приложений.

Интенсивность обычных, воспринимаемых нашим ухом звуков, очень мала. Если задаться целью вскипятить чайник с водой, используя энергию звуков речи, то для этого понадобилась бы энергия непрерывного разговора в течение суток всех жителей такого мегаполиса, как Москва, в то время как на электроплите такой же чайник закипает быстрее, чем за 20 минут. А мощность, которая получилась бы при одновременном крике всех людей земного шара, была бы примерно равна мощности, развиваемой мотором отечественных «жигулей».

С ультразвуком совсем иначе. Мощность искусственных источников легко могут достигать нескольких киловатт, а интенсивности – сотни ватт на квадратный метр.

Интенсивность ультразвуковых шумов в живой природе невелика. Она того же порядка, что и интенсивность человеческой речи и слышимых звуков, издаваемых биологическими существами. Что же касается ультразвуковых шумов, то они могут достигать очень больших интенсивностей. Так, например, в шуме реактивных самолетов ультразвуки настолько сильны, что могут оказать вредное воздействие на слух и организм команды и пассажиров, что требует специальных мер по защите персонала.

Наряду с технологическим, значительно более эффективным является использование звука и ультразвука для информационного обмена. Процесс распространения ультразвуковых волн определяется только материальными свойствами среды – ее плотностью, упругостью, вязкостью, внутренними механическим напряжениями, перемещениями отдельных участков этой среды и т.д. Любое, самое малое изменение свойств среды, прежде всего, скажется на условиях распространения звуковой волны. Вместе с тем ультразвуковые волны малой интенсивности, распространяясь в какой-либо среде, не вызывают сами по себе никаких остаточных изменений в ней, так как уплотнения и разрежения, связанные с прохождением ультразвука достаточно малы. Поэтому все материальные свойства или их изменения можно исследовать и измерять при помощи ультразвуковых (звуковых) волн, посылая их через исследуемую среду и наблюдая затем изменения, которые претерпевает волна. Акустические методы контроля и измерений состояния среды оказываются очень удобными, так как они достаточно точны, быстры и, что самое главное, не нарушают структуру исследуемого образца или ход исследуемого процесса; они не требуют взятия специальных проб и могут даже осуществляться «дистанционно». Определяя, например, скорость распространения ультразвуковых волн, или их ослабление, можно определять многие свойства сред. Эти свойства ультразвука позволяют с успехом применять его для контроля состояния и определения структуры сложных сред, не разрушая их, а возможность широкого варьирования направленных свойств, вплоть до получения «игольчатых» пучков, позволяет строго дифференцировать контрольные операции по направлениям. Быстродействие акустических методов и объективный характер индикации дает возможность использовать акустические методы и приборы в качестве первичных датчиков в системах телеуправления и автоматического регулирования технологических процессов и других сферах хозяйственной и культурной деятельности человека.

Однако, создание условий получения информационного сигнала нужной интенсивности, еще не гарантирует полное и правильное использование всей содержащейся в сообщении информации. Причина этого – присутствие человека-оператора, со свойственными ему человеческими факторами восприятия информации. Инженерно-психологическое проектирование направлено на взаимное согласование психологических характеристик человека и технических характеристик машины в системе: «Человек-Машина-Система» для обеспечения максимальной эффективности, безопасности и комфортности профессиональной деятельности [13, 14]