Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Zvuk a ultrazvuk 24.11.2014 Biofyzikální ústav LF MU Radiologická fyzika.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Zvuk a ultrazvuk 24.11.2014 Biofyzikální ústav LF MU Radiologická fyzika."— Transkript prezentace:

1 Zvuk a ultrazvuk Biofyzikální ústav LF MU Radiologická fyzika

2 Co je vlnění ? Kmitání částic prostředí, které se šíří prostorem. Kmitáním nedochází k přenosu hmoty, částice se pouze vychylují ze svých rovnovážných poloh a prostřednictvím vazeb předávají kmity dál. Vlna přenáší informaci, energii a hybnost, ale nikoli hmotu (např. vlny na vodní hladině, v lánu obilí,...). Energie a hybnost mechanické vlny se šíří srážkami mezi částicemi látky. Samotné částice se nepohybují (např. Newtonova houpačka). Radiologická fyzika2BFÚ LF MU 2014

3 Druhy vln Mechanické vlny: Vznikají a šíří se pouze v hmotném prostředí. Řídí se Newtonovými zákony mechaniky. Např. vlny na vodní hladině, vlny v lánu obilí, zvukové vlny, vlny na laně, vibrace, aj. Elektromagnetické vlny: Nejsou vázány pouze na hmotné prostředí. Mohou se šířit i ve vakuu. Např. světlo, rádiové vlny, rentgenové a gama záření, ultrafialové a infračervené záření, aj. de Broglieho vlny: Částice hmoty se chovají jako vlny. K pochopení je nutná znalost kvantové fyziky. Radiologická fyzika3BFÚ LF MU 2014

4 Příčné a podélné vlny Příčné vlny: částice kmitají kolmo na směr šíření vlnění. Podélné vlny: částice kmitají ve směru šíření vlnění. Dochází ke střídavému zhušťování a zřeďování částic prostředí. Radiologická fyzika4BFÚ LF MU 2014

5 Příčné a podélné vlny Příčné vlny se mohou šířit pouze prostředím, které odolává namáhání ve smyku, tj. v prostředí tuhém. V plynném a kapalném prostředí se může zvuk šířit pouze podélnými kmity, v pevných látkách se může šířit jak podélně tak příčně. Podélné vlny lze proto považovat za nejdůležitější, protože se mohou šířit jakýmkoliv prostředím. Jedinou podmínkou pro šíření všech typů vln v každém prostředí je skutečnost, že prostředí musí mít dostatečně velké rozměry vzhledem k vlnové délce vlnění. Radiologická fyzika5BFÚ LF MU 2014

6 Postupná vlna Radiologická fyzika6BFÚ LF MU 2014

7 Postupná vlna Radiologická fyzika7BFÚ LF MU 2014

8 Postupná vlna Radiologická fyzika8BFÚ LF MU 2014 Vlastnost prostředí Vlastnost zdroje

9 Postupná vlna Zápis pomocí komplexních čísel Tento zápis přináší velké zjednodušení, Platí totiž Můžeme si ověřit například triviální příklad Pro zjednodušení zápisu vln je důležité, že nedochází při derivování (a integrování) k „přecházení“ od sinu ke kosinu Radiologická fyzika9BFÚ LF MU 2014

10 Skládání vln Radiologická fyzika10BFÚ LF MU 2014

11 Interference vln Je vzájemné zesilování nebo zeslabování vln. Setkává-li se v jednom místě více vln různých amplitud, frekvencí a fází, vzniká podle principu superpozice nová vlna odlišného tvaru. Speciálními případy jsou konstruktivní a destruktivní interference. O výsledku interference rozhoduje fázový rozdíl obou vln nebo jejich dráhový rozdíl, který je funkcí fázového rozdílu. Radiologická fyzika11BFÚ LF MU 2014

12 Interference vln Radiologická fyzika12BFÚ LF MU 2014

13 Interference vln Radiologická fyzika13BFÚ LF MU 2014

14 Huygensův princip Vlnoplocha: je plocha, na níž mají částice stejnou amplitudu výchylky, tj. kmitají se stejnou fází. Může být kulová nebo rovinná. Paprsky: jsou přímky kolmé k vlnoplochám. Určují směr šíření vlny. Radiologická fyzika14BFÚ LF MU 2014

15 Huygensův princip Radiologická fyzika15BFÚ LF MU 2014

16 Huygensův princip Radiologická fyzika16BFÚ LF MU 2014

17 Huygensův princip Řada zdrojů kmitajících ve fázi vytváří šířící se vlnu Radiologická fyzika17BFÚ LF MU 2014 piezoelektrický element postupující vlnoplocha

18 Zákon odrazu Radiologická fyzika18BFÚ LF MU 2014

19 Zákon lomu Radiologická fyzika19BFÚ LF MU 2014

20 Difrakce (ohyb) vlnění Vlnění odchyluje od původního směru a šíří se i za překážku. Ohyb souvisí s rozměrem překážky a vlnovou délkou vlnění – ohyb je tím větší, čím větší je vlnová délka vlny. Radiologická fyzika20BFÚ LF MU 2014

21 Vlnová rovnice Radiologická fyzika21BFÚ LF MU 2014

22 Vlnová rovnice Radiologická fyzika22BFÚ LF MU 2014

23 Zvukové vlny Zvukové vlny představují střídavé zhušťování a zřeďování částic látkového prostředí, které lze popsat např. časovou změnou tlaku (příp. hustoty, objemu). Tlak obsahuje dvě složky:  Atmosférický tlak (p 0 ~10 5 Pa): Je téměř nezávislý na čase. Mění se s nadmořskou výškou nebo při změně počasí.  Akustický tlak (p a ~ Pa): Představuje časově proměnnou složku, která popisuje zvukové vlny. Radiologická fyzika23BFÚ LF MU 2014 p0p0 p a (x,t)

24 Zvukové vlny Píst (a) při pohybu vzhůru stlačuje vzduch (b) a posuvá jej dopředu, při zpětném pohybu dolů zůstává na jeho místě zředění (c). Periodické opakování (d) vede ke vzniku postupující vlny zhuštění a zředění. Radiologická fyzika24BFÚ LF MU 2014

25 Zvukové vlny Uvažujme sloupec vzduchu v trubici o průřezu S. Vyberme element vzduchu ∆x, který v čase mění svou polohu, rychlost, objem i hustotu. Posunutí elementu označíme jako u(x,t). Radiologická fyzika25BFÚ LF MU 2014 u(x,t)u(x,t)+∆u(x,t) p(x)Sp(x+∆x)S ∆m ρ, V S ∆m ρ 0, V 0 S xx+∆x p0Sp0Sp0Sp0S

26 Zvukové vlny Radiologická fyzika26BFÚ LF MU 2014 u(x,t)u(x,t)+∆u(x,t) p(x+∆x)S ∆m ρ, V S ∆m ρ 0, V 0 S xx+∆x p0Sp0Sp0Sp0S p(x)S

27 Zvukové vlny Radiologická fyzika27BFÚ LF MU 2014 u(x,t)u(x,t)+∆u(x,t) ∆m ρ, V S ∆m ρ 0, V 0 S xx+∆x p0Sp0Sp0Sp0S p(x+∆x)Sp(x)S

28 Zvukové vlny Radiologická fyzika28BFÚ LF MU 2014 u(x,t)u(x,t)+∆u(x,t) ∆m ρ, V S ∆m ρ 0, V 0 S xx+∆x p0Sp0Sp0Sp0S p(x+∆x)Sp(x)S

29 Zvukové vlny Radiologická fyzika29BFÚ LF MU 2014 u(x,t)u(x,t)+∆u(x,t) ∆m ρ, V S ∆m ρ 0, V 0 S xx+∆x p0Sp0Sp0Sp0S p(x+∆x)Sp(x)S

30 Zvukové vlny Radiologická fyzika30BFÚ LF MU 2014 u(x,t)u(x,t)+∆u(x,t) ∆m ρ, V S ∆m ρ 0, V 0 S xx+∆x p0Sp0Sp0Sp0S p(x+∆x)Sp(x)S m0m0 m ε

31 Zvukové vlny Radiologická fyzika31BFÚ LF MU 2014 u(x,t)u(x,t)+∆u(x,t) ∆m ρ, V S ∆m ρ 0, V 0 S xx+∆x p0Sp0Sp0Sp0S p(x+∆x)Sp(x)S ε

32 Zvukové vlny Radiologická fyzika32BFÚ LF MU 2014 u(x,t)u(x,t)+∆u(x,t) ∆m ρ, V S ∆m ρ 0, V 0 S xx+∆x p0Sp0Sp0Sp0S p(x+∆x)Sp(x)S

33 Rychlost šíření zvuku Radiologická fyzika33BFÚ LF MU 2014

34 Rychlost šíření zvuku Hustota vody je téměř tisíckrát větší než hustota vzduchu. Kdyby o rychlosti zvuku rozhodovala pouze hustota, dalo by se očekávat, že se ve vodě bude zvuk šířit asi třicetkrát pomaleji než ve vzduchu. Z tabulky ale vyplývá, že je ve vodě zvuk naopak čtyřikrát rychlejší než ve vzduchu. Proto by měl být modul pružnosti vody více než desetitisíckrát větší než u vzduchu. Tak tomu skutečně je, protože voda je v porovnání se vzduchem mnohem hůř stlačitelná. Radiologická fyzika34BFÚ LF MU 2014

35 Rychlost šíření zvuku V plynech Radiologická fyzika35BFÚ LF MU 2014

36 Rychlost šíření zvuku V plynech Radiologická fyzika36BFÚ LF MU 2014

37 Rychlost šíření zvuku V kapalinách Radiologická fyzika37BFÚ LF MU 2014

38 Rychlost šíření zvuku V pevných látkách Radiologická fyzika38BFÚ LF MU 2014

39 Rychlost šíření zvuku V pevných látkách Radiologická fyzika39BFÚ LF MU 2014

40 Rychlost šíření zvuku V pevných látkách Radiologická fyzika40BFÚ LF MU 2014

41 Rychlost šíření zvuku V pevných látkách Radiologická fyzika41BFÚ LF MU 2014

42 Rychlost šíření zvuku V pevných látkách Radiologická fyzika42BFÚ LF MU 2014

43 Otázky 1)Co je vlnění? Typy vln. 2)Rovnice postupné vlny a popis základních vlastností vlny. 3)Skládání vln. Interference. Huygensův princip. 4)Vlnová rovnice. Rychlost šíření vlny prostředím. Radiologická fyzika43BFÚ LF MU 2014

44 Děkuji za pozornost ! Radiologická fyzika44BFÚ LF MU 2014


Stáhnout ppt "Zvuk a ultrazvuk 24.11.2014 Biofyzikální ústav LF MU Radiologická fyzika."

Podobné prezentace


Reklamy Google