4. Механические волны. Уравнение волны. Поток энергии волны. Вектор Умова. Эффект Доплера и его использование для медико-биологических исследований.

Волна – процесс распространения колебаний в среде. Бывают два вида волн: 1. механические 2. Электромагнитные. Механической волной называется механическое возмущение, распространяющееся в пространстве и несущая энергию.

Условия для существования механических волн: Источник волн упругая среда, в которой они распространяются (в вакууме мех.волны не распространяются)

Механические волны бывают продольные и поперечные.

Поток энергии волны равен отношению энергии, переносимой волнами через некоторую поверхность ко времени, в течение которого эта энергия перенесена: Ф=dE/dt (Bm)

I=Ф/S=WpV или в векторной форме.

Вектор I, показывающий направление распространения волн и равный потоку энергии волн, проходящему через единичную площадь, перпендикулярную этому направлению называется вектором Умова.

Уравнение волны: S=A cos (w (t-x/V)), оно позволяет определить смещение любой точки, участвующей в волновом процессе, в любой момент времени.

Длиной волны называется расстояние между двумя точками, фазы которых в один и тот же момент времени отличаются на 2π. Она равна расстоянию, пройденному волной за период колебаний λ=T*V

Эффектом Доплера называют изменения частоты волн, воспринимаемых наблюдателем (приемником волн), вследствие относительно движения источника волн и наблюдателя.

1. При одновременном сближении наблюдателя и истоника воспринимаемая частота

Vпр. = (V+Vпр./V-Vист.) *Vист.

V – скорость распространения волны в среде Vпр.-Vист.

2. При удалении источника от наблюдателя знаки в уравнении меняются на противоположные

Vпр. = (V-Vпр./V+Vист.)*Vист.

Эффект Доплера используется для определения скорости кровотока, скорости движения клапанов и стенок сердца и других органов.

5.Акустика. Физические характеристики звука. Характеристики слухового ощущения и их связь с физическими характеристиками звука. Звуковые измерения. Акустический импеданс. Аудиометрия.

Акустика – область физики, исследующая упругие колебания и волны от самых низких частот до предельно высоких (1012-1013Гц).

Звуковыми волнами или звуком называются продольные механические волны с частотой от 16Гц до 20000Гц, распространяющиеся в упругих средах. Простой тон — звуковое колебание, происходящее по гармоническому закону определенной частоты. Музыкальный звук — сложный тон. Сложный тон может быть разложен на простые. Акустический спектр — набор частот всех гармоник сложного тона с указанием их интенсивностей. Спектр — линейчатый. Шум — совокупность различных тонов, частота которых меняется беспордочно. Спектр — сплошной. Звуковой удар – это кратковременное звуковое воздействие: хлопок, взрыв.

Физические характеристики звука: интенсивность, частота, акустический спектр.

Характер слухового ощущения и их связь с физическими характеристиками звука.

Воспринимая тоны, человек различает их по высоте.

Высота – субъективная характеристика, обусловленная, прежде всего частотой основного тона. В значительно меньшей степени высота зависит от сложности тона и его интенсивности, звук большей интенсивности воспринимается, как звук более низкого тона.

Тембр звука – зависит от акустического спектра. Громкость – субъективная оценка звука, которая характеризует уровень слухового ощущения. Громкость зависит от интенсивности и частоты

Звуковой генератор – это электронный прибор, генерирующий электрические колебания с частотами звукового диапазона. С помощью генератора создают звук частотой 1 кГц. Измеряют интенсивность звука до тех пор, пока не возникает слуховое ощущение, аналогичное ощущению громкости исследуемого звука. Интенсивность звука частотой 1 кГц в децибелах, измеренная по прибору, равна громкости этого звука в фонах.

Для объективного измерения уровня громкости шума используется шумомер. Свойства шумомера приближаются к свойствам человеческого уха, для этого для разных диапазонов уровней громкости используются корректирующие электрические фильтры. Метод измерения остроты слуха называется аудиометрией. При аудиометрии на специальном приборе (аудиометре) определяют порог слухового ощущения на разных частотах (пороговая аудиометрия). При этом на каждой частоте пациент слышит гармонический тон, поэтому метод называется тональным.

Акустический импеданс.

Звуковое давление р зависит от скорости V колеблющихся частиц среды.

P/V=gc или p=gcV, где g- плотность среды, c – скорость волны в среде.