pyöreät ja pallomaiset aallot

edellä esitetty keskustelu ääniaaltojen etenemisestä alkaa yksinkertaistavalla olettamuksella, että Aalto on olemassa tasoaaltona. Useimmissa reaalitapauksissa jostakin lähteestä peräisin oleva Aalto ei kuitenkaan liiku suorassa linjassa, vaan laajenee pallomaisten aaltojen sarjana. Tämän etenemisen perusmekanismi tunnetaan Huygensin periaatteena, jonka mukaan jokainen aallon piste on pallomaisten aaltojen lähde omana itsenään. Tuloksena on Huygensin wavelet-konstruktio, joka on havainnollistettu Kuvassa 2a ja 2b kaksiulotteiselle tasoaallolle ja pyöreälle aallolle. Hollantilaisen fyysikon Christiaan Huygensin oivaltava kohta on, että kaikki Kuvan 2a ja 2b aaltoluvut, mukaan lukien ne, joita ei ole esitetty, mutta jotka ovat peräisin niiden välillä, jotka on esitetty, muodostavat uuden koherentin aallon, joka liikkuu äänen nopeudella muodostaen seuraavan aallon järjestyksessä. Lisäksi, aivan kuten wavelets lisätä jopa eteenpäin suuntaan luoda uuden aaltorintaman, ne myös peruuttaa toisiaan, tai häiritä tuhoisasti, taaksepäin, niin että aallot edelleen etenevät vain eteenpäin suuntaan.

Huygensin waveletit
Huygensin waveletit

kuva 2: Huygensin waveletit. Peräisin pitkin rintamilla (a) Pyöreä aaltoja ja (B) plane aaltoja, wavelets rekombinoida tuottaa etenevän aallon edessä. (C) diffraction äänen nurkan takana johtuvat Huygens ” wavelets.

Encyclopædia Britannica, Inc.

italialainen fyysikko Guglielmo Marconi töissä Electra-jahtinsa langattomassa huoneessa, n. 1920.
Britannica Quiz
All About Physics Quiz
kuka oli ensimmäinen tiedemies, joka teki hallitun ydinketjureaktiokokeen? Mikä on syklien mittayksikkö sekunnissa? Testaa fysiikkataitosi tällä tietovisalla.

Huygensin wavelettien yhteenlaskun taustalla oleva periaate, johon liittyy perustavanlaatuinen ero aineen ja aaltojen välillä, tunnetaan superposition periaatteena. Vanha sanonta, jonka mukaan mitkään kaksi asiaa eivät voi vallata samaa tilaa samanaikaisesti, on oikea, kun sitä sovelletaan Materiaan, mutta se ei päde aaltoihin. Ääretön määrä aaltoja voi todellakin vallata saman tilan samanaikaisesti; lisäksi ne tekevät tämän vaikuttamatta toisiinsa, niin että jokainen aalto säilyttää oman luonteensa riippumatta siitä, kuinka monta muuta aaltoa on läsnä samassa pisteessä ja ajassa. Radio-tai televisioantenni voi vastaanottaa minkä tahansa yksittäisen taajuuden signaalin, jolle se on viritetty, ilman että muiden olemassaolo vaikuttaa siihen. Samoin kahden puhuvan ihmisen ääniaallot saattavat ylittää toisensa, mutta kummankin äänen ääneen ei vaikuta se, että aallot ovat olleet samanaikaisesti samassa pisteessä.

Superpositiolla on keskeinen rooli monissa tässä jaksossa käsitellyissä äänen aaltoominaisuuksissa. On myös tärkeää lisätä Fourier-komponenttien Aalto, jotta saadaan monimutkainen aallon muoto (KS.alla vakaan tilan aaltoja).

käänteisneliölaki

yksitaajuinen tasoaalto etenee teoriassa ikuisesti ilman muutosta tai menetystä. Näin ei kuitenkaan ole ympyränmuotoisen tai pallomaisen aallon kohdalla. Yksi tämän tyyppisen aallon tärkeimmistä ominaisuuksista on voimakkuuden väheneminen aallon edetessä. Tämän periaatteen matemaattinen selitys, joka juontuu yhtä paljon geometriasta kuin fysiikastakin, tunnetaan käänteisenä neliölakina.

kun Pyöreä aaltorintama (kuten kiven pudottaminen vedenpinnalle) laajenee, sen energia jakautuu yhä suuremmalle kehälle. Intensiteetti eli energia pituusyksikköä kohti ympyrän kehällä pienenee siis käänteisessä suhteessa ympyrän kasvavaan säteeseen eli etäisyyteen aallon lähteestä. Samalla tavalla pallomaisen aaltorintaman laajetessa sen energia jakautuu yhä suuremmalle pinta-alalle. Koska pallon pinta-ala on verrannollinen sen säteen neliöön, aallon voimakkuus on kääntäen verrannollinen säteen neliöön. Tämä geometrinen suhde aallon kasvavan säteen ja sen laskevan intensiteetin välillä on se, mikä aiheuttaa käänteisen neliölain.

pallomaisen aallon voimakkuuden väheneminen sen edetessä ulospäin voidaan ilmaista myös desibeleinä. Jokainen tekijä, jonka etäisyys lähteestä on kaksi, johtaa intensiteetin vähenemiseen neljällä kertoimella. Esimerkiksi aallon voimakkuuden neljän pienenemisen kerroin vastaa kuuden desibelin pienenemistä niin, että pallomainen Aalto vaimenee kuuden desibelin nopeudella jokaista tekijää kohti, jossa etäisyys lähteestä kasvaa kaksi kertaa. Jos aalto on levittävät kuin hemispherical Aalto edellä vaimentava pinta, intensiteetti on edelleen vähentää kertoimella Kaksi lähellä pintaa, koska ei ole osuudet Huygens ” waveletit osoitteesta puuttuu pallonpuoliskolla. Siten, intensiteetti aalto etenee pitkin tasoa, täysin imukykyinen lattia putoaa nopeudella 12 desibeliä jokaista tekijää kohti kaksi etäisyys lähteestä. Tämä lisävaimennus johtaa siihen, että auditorion istuimia on kallistettava, jotta takana olisi hyvä äänitaso.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.