Pārskats par viļņiem un vienkāršām harmoniskajām svārstībām

Apskatīt video Khan Academy platformā: Khan AcademyReview of waves and simple harmonic motion

Transkripts:
00:00
- [Lektors] Huka likums nosaka, kā atrast
00:01
spēku, ko rada ideāla jeb lineāra atspere.
00:04
Un tas ir vienkāršs likums.
00:05
Tas nosaka, ka atsperes spēka lielums,
00:07
ko tā rada, būs proporcionāls lielumam,
00:09
par kādu atspere ir izstiepta vai saspiesta
00:12
attiecībā pret tās līdzsvara jeb dabisko garumu.
00:15
Vienādojuma formā tas nozīmē, ka atsperes spēka modulis
00:17
ir vienāds ar atsperes stinguma koeficientu,
00:20
reizinātu ar lielumu, par kādu atspere ir izstiepta
00:22
vai saspiesta.
00:24
Ņem vērā, ka šis x nav atsperes garums.
00:26
X ir lielums, par kādu atspere ir izstiepta
00:29
vai saspiesta no līdzsvara stāvokļa
00:32
jeb neizstieptā stāvokļa.
00:34
Kāds tad izskatās uzdevuma piemērs,
00:36
kas saistīts ar Huka likumu?
00:37
Pieņemsim, ka ideāla atspere karājas
00:39
no griestiem miera stāvoklī,
00:41
un tās neizstieptais garums ir L1.
00:43
Tad tu atsperē miera stāvoklī iekar masu M,
00:46
un tā izstiepj atsperi līdz garumam L2.
00:49
Kāda ir izteiksme atsperes stinguma koeficientam?
00:52
Smaguma spēks ir
00:53
jālīdzsvaro ar atsperes spēku.
00:55
Tas nozīmē, ka atsperes spēka modulis
00:57
ir vienāds ar smaguma spēka moduli.
00:59
Atsperes spēks vienmēr ir K reiz X.
01:01
Ko apzīmēs X?
01:03
Tas nebūs ne L1, ne L2.
01:05
X ir lielums, par kādu atspere ir izstiepta
01:08
no tās līdzsvara stāvokļa, kas būtu L2 - L1.
01:12
Un, ja mēs izsakām K, mēs iegūstam mg dalīts ar L2 - L1.
01:17
Kas ir vienkāršs harmonisks oscilators?
01:19
Vienkāršs harmonisks oscilators ir jebkurš mainīgs lielums, kura izmaiņas
01:22
var aprakstīt ar sinusa vai kosinusa funkciju.
01:25
Kā šī funkcija izskatās?
01:27
Tā izskatās šādi.
01:28
Mainīgais lielums, kas mainās, ir laika funkcija,
01:30
kas varētu būt masas uz atsperes vertikālais stāvoklis.
01:33
Svārsta leņķis vai jebkurš cits
01:36
vienkārša harmoniska oscilatora lielums būs vienāds ar
01:38
kustības amplitūdu,
01:40
kas ir maksimālā novirze no līdzsvara stāvokļa,
01:43
reizinātu ar sinusu vai kosinusu no 2π
01:47
reiz kustības frekvence
01:49
reiz mainīgais t.
01:50
Tā kā frekvence ir 1 dalīts ar periodu,
01:52
to var uzrakstīt kā 2π dalīts ar periodu,
01:55
reiz laika mainīgais t.
01:57
Kā zināt, vai lietot sinusu vai kosinusu?
01:59
Sinusa funkcija sākas no nulles un iet uz augšu.
02:01
Savukārt kosinusa funkcija sākas no maksimuma un iet uz leju.
02:04
Ja tu zini, kā oscilators uzvedas
02:05
laika momentā t = 0,
02:08
tu vari izlemt, vai lietot kosinusu vai sinusu.
02:11
Ir svarīgi zināt, kā atrast
02:13
oscilatora periodu.
02:14
Masas uz atsperes periodu aprēķina šādi:
02:16
2π reiz kvadrātsakne no masas,
02:19
kas piestiprināta atsperei, dalītas ar atsperes stinguma koeficientu k.
02:22
Ņem vērā, ka tas nav atkarīgs no amplitūdas.
02:25
Ja tu izstiepsi masu tālāk, tā kustēsies ātrāk
02:29
un tai būs jāveic garāks ceļš, kas savstarpēji izslēdzas,
02:31
un periods paliek nemainīgs.
02:33
Un formula svārsta periodam,
02:35
kas ir masa, kura svārstās diegā,
02:37
būs 2π reiz kvadrātsakne no
02:38
diega garuma, dalīta ar
02:41
brīvās krišanas paātrinājuma moduli.
02:43
Tas arī nav atkarīgs no amplitūdas,
02:46
kamēr vien leņķi ir mazi.
02:48
Un tas nav atkarīgs arī no masas.
02:51
Kā atrast periodu grafikā?
02:53
Ja ir dots kustības grafiks
02:54
vienkāršam harmoniskam oscilatoram kā laika funkcija,
02:57
intervāls starp maksimumiem apzīmēs periodu.
03:01
Vai arī laiks, kas nepieciešams, lai šis oscilators atgrieztos sākuma stāvoklī.
03:04
Kāds tad izskatās uzdevuma piemērs, kas ietver
03:05
vienkāršu harmonisku kustību?
03:07
Pieņemsim, ka laboratorijā uz Zemes masa M
03:10
var būt vai nu iekārta diegā ar garumu L,
03:12
un tai ļauj svārstīties uz priekšu un atpakaļ
03:13
ar periodu Tsvārsts, vai arī iekārta atsperē
03:17
ar stinguma koeficientu k, un tai ļauj svārstīties augšup un lejup
03:19
ar periodu Tatspere.
03:21
Ja 1M masas vietā izmantotu 2M masu,
03:24
kas notiktu ar abu kustību periodiem?
03:27
Svārsta periods nav atkarīgs no masas.
03:30
Tātad svārsta periods nemainītos.
03:32
Atbildei būtu jābūt D.
03:34
Kas ir viļņi?
03:36
Viļņi ir svārstības, kas pārvietojas vidē
03:38
un pārnes enerģiju un impulsu ievērojamā attālumā,
03:43
bet nepārnesot pašu masu šajos attālumos.
03:47
Ko nozīmē vide?
03:48
Tas ir smalks vārds materiālam, caur kuru
03:50
vilnis var pārvietoties.
03:52
Viļņus var klasificēt pēc vides, kurā tie atrodas.
03:54
Bet viļņus var klasificēt arī pēc
03:57
radīto svārstību veida.
03:59
Šķērsviļņiem vides svārstības ir
04:01
perpendikulāras viļņa ātrumam.
04:04
Ar viļņa ātrumu mēs domājam virzienu, kurā
04:07
pārvietojas svārstība.
04:09
Un ar vides svārstībām
04:10
mēs domājam virzienu, kurā vides daļiņas
04:13
faktiski kustas.
04:14
Viļņa gadījumā uz auklas daļiņas kustas augšup un lejup,
04:17
bet svārstība pārvietojas pa labi.
04:19
Tātad tas būtu šķērsvilnis.
04:21
Garenviļņiem svārstības
04:24
vidē ir paralēlas viļņa ātrumam.
04:27
Klasisks garenvilnis ir skaņa.
04:29
Ja skaņas vilnis pārvietotos pa labi gaisā,
04:32
tas izskatītos kā sablīvējuma apgabals,
04:34
un pats gaiss kustētos uz priekšu un atpakaļ,
04:36
pa labi un pa kreisi, paralēli virzienam,
04:39
kurā pārvietojas viļņa svārstība.
04:41
Tāpēc skaņas viļņi ir garenviļņi.
04:43
Jebkura veida vilnim šīs svārstības ātrums
04:47
būs vienāds ar viļņa garumu,
04:50
dalītu ar periodu.
04:51
Citiem vārdiem sakot, ja tu vērotu viļņa cekulu,
04:53
tas katra perioda laikā pārvietotos par vienu viļņa garumu.
04:57
Un, tā kā ātrums ir attālums pret laiku,
04:59
viļņa cekula ātrums būtu viens viļņa garums
05:02
periodā.
05:03
Viļņa garumu var atrast grafikā y atkarībā no x,
05:06
atrodot attālumu starp cekuliem.
05:08
Un, ja tev rodas jautājums, kāpēc tas nav
05:10
periods?
05:11
Tas ir tāpēc, ka šis ir viļņa grafiks atkarībā no x,
05:14
atkarībā no horizontālā stāvokļa, nevis laika.
05:17
Varētu uzzīmēt grafiku y atkarībā no laika.
05:20
Un tas attēlotu kustību
05:22
vienam viļņa punktam visos laika momentos.
05:26
Un šajā grafikā atkarībā no laika
05:28
intervāls starp maksimumiem ir periods.
05:30
Ja tu iegūsti viļņa grafiku,
05:32
tev jāpārbauda, vai tas ir atkarībā no x vai t.
05:35
Ja tas ir atkarībā no x, attālums no maksimuma līdz maksimumam ir viļņa garums.
05:38
Un, ja tas ir atkarībā no t, attālums no maksimuma līdz maksimumam ir periods.
05:41
Un tā kā 1 dalīts ar periodu ir vienāds ar frekvenci,
05:43
mēs varam pārrakstīt šo ātruma formulu
05:45
kā viļņa ātrums ir vienāds ar viļņa garumu,
05:49
reizinātu ar frekvenci.
05:50
Un veids, kā tas ir dots formulu lapā
05:51
AP eksāmenā, ir, ka viļņa garums
05:54
ir vienāds ar viļņa ātrumu, dalītu ar frekvenci.
05:57
Tomēr šī formula daudzus mulsina,
05:59
jo viņi domā, ka, palielinot frekvenci,
06:03
palielināsies viļņa ātrums.
06:05
Bet tā nav tiesa.
06:06
Palielinot frekvenci, samazināsies viļņa garums,
06:08
un viļņa ātrums paliks nemainīgs.
06:11
Vienīgais veids, kā mainīt viļņa ātrumu,
06:13
ir mainīt pašas vides īpašības.
06:16
Citiem vārdiem sakot, vienīgais veids, kā mainīt ātrumu
06:18
viļņiem uz ūdens, būtu mainīt kaut ko,
06:21
kas saistīts ar pašu ūdeni – tā blīvumu, sāļumu,
06:24
ūdens temperatūru.
06:26
Frekvences maiņa nemainīs viļņa ātrumu.
06:29
Tāpat to nemainīs arī amplitūdas maiņa.
06:32
Vienīgais, kas maina viļņa ātrumu,
06:34
ir izmaiņas pašā vidē.
06:36
Kāds tad izskatās uzdevuma piemērs, kas saistīts ar viļņiem?
06:39
Pieņemsim, ka skaņas laboratorijas darbs tiek veikts telpā
06:41
ar kopējo tilpumu V un temperatūru T.
06:44
Skaļrunis telpā ir pievienots funkciju ģeneratoram,
06:47
un tas atskaņo noti ar frekvenci f un amplitūdu A.
06:50
Kas no minētā mainītu ātrumu
06:52
skaņas viļņiem?
06:53
Frekvences palielināšana tikai padarītu
06:55
šo skaņu par augstāku noti.
06:57
Bet tas nemainītu skaņas viļņa ātrumu.
06:59
Telpas temperatūras paaugstināšana
07:01
ir izmaiņa pašā vidē, tātad tas mainītu
07:04
skaņas ātrumu.
07:05
Amplitūdas samazināšana tikai padarīs skaņu
07:07
šķietami klusāku un ne tik skaļu.
07:10
Un kopējā tilpuma samazināšana laboratorijas telpā
07:12
faktiski neietekmē vidi,
07:15
tā tikai samazina vides daudzumu.
07:16
Labākā atbilde šeit būtu B.
07:18
Doplera efekts attiecas uz uztvertās
07:21
frekvences izmaiņām, kad skaļrunis vai viļņu avots
07:24
kustas attiecībā pret novērotāju.
07:26
Ja viļņu avots un novērotājs kustas viens otram pretī,
07:29
skaņas viļņa garums samazināsies,
07:32
skatoties no šī novērotāja viedokļa.
07:33
Tādējādi uztvertā frekvence palielināsies.
07:36
Tas notiek tāpēc, ka, ja avots tuvojas tev,
07:39
brīdī, kad skaļrunis izstaro viļņu impulsus,
07:41
skaļrunis kustas pretī tikko izstarotajam viļņa impulsam,
07:45
un priekšpusē viļņu cekuli
07:47
būs tuvāk viens otram.
07:48
Tā kā tie ir tuvāk viens otram, viļņa garums ir mazāks.
07:51
Un ātrums, ar kādu šie cekuli sasniegs
07:54
novērotāju, būs lielāks.
07:56
Tātad šis novērotājs dzirdēs augstāku frekvenci,
07:58
nekā to, ko faktiski atskaņo viļņu avots,
08:01
kad tas atrodas miera stāvoklī.
08:02
Un novērotājam, kas atrodas aiz avota,
08:04
tā kā viļņu avots attālinās no impulsiem,
08:06
ko tas tikko nosūtīja šajā virzienā,
08:08
šie viļņu cekuli būs tālāk viens no otra,
08:11
kas palielina viļņa garumu un samazina
08:13
ātrumu, ar kādu šie cekuli sasniegs novērotāju.
08:16
Šis novērotājs dzirdēs frekvenci,
08:18
kas ir mazāka par faktisko frekvenci, ko atskaņo
08:21
avots, kad tas atrodas miera stāvoklī.
08:23
Kāds tad izskatās uzdevuma piemērs, kas saistīts ar
08:24
Doplera efektu?
08:26
Pieņemsim, ka automašīnas vadītājs redz, ka viņš brauc
08:28
tieši virsū cilvēkam, kas nekustīgi stāv uz gājēju pārejas.
08:32
Vadītājs nepārtraukti signalizē ar tauru
08:34
un izstaro skaņu ar frekvenci ftaure.
08:37
Šī ir frekvence, ar kādu skan taure,
08:38
ja automašīna atrastos miera stāvoklī.
08:40
Un automašīnas vadītājs vienlaikus arī
08:42
strauji nospiež bremzes un, buksējot, apstājas
08:45
tieši priekšā cilvēkam, kas stāv uz gājēju pārejas.
08:48
Ko dzirdētu cilvēks uz gājēju pārejas,
08:49
kamēr automašīna, buksējot, apstājas?
08:52
Tā kā automašīna tuvojas cilvēkam,
08:54
viļņu cekuli būs tuvāk viens otram,
08:57
tāpēc šis cilvēks dzirdēs mazāku viļņa garumu
08:59
un augstāku frekvenci.
09:01
Bet, automašīnai bremzējot, šis efekts kļūst
09:03
arvien mazāk izteikts.
09:04
Un, kad automašīna apstājas, viļņu cekuli būs
09:07
izvietoti ar parasto attālumu,
09:09
un cilvēks dzirdēs parasto taures
09:11
frekvenci.
09:13
Sākumā šis cilvēks dzirdēs augstāku frekvenci,
09:16
bet galu galā tā kļūs par faktisko
09:18
taures frekvenci, kad automašīna apstāsies,
09:21
un vairs nebūs relatīvās kustības starp
09:23
cilvēku un automašīnu.
09:24
Kad divi viļņi pārklājas vienā vidē,
09:27
mēs to saucam par viļņu interferenci jeb viļņu superpozīciju.
09:30
Kamēr šie viļņi pārklājas,
09:32
tie apvienosies, veidojot viļņa formu,
09:34
kas būs abu viļņu summa.
09:37
Citiem vārdiem sakot, kamēr abi viļņi pārklājas,
09:39
lai atrastu kopējā viļņa vērtību,
09:41
jūs vienkārši saskaitāt atsevišķo viļņu vērtības.
09:44
Ja pārklājas divi identiski viļņi,
09:47
tie apvienotos, veidojot vilni, kas ir divreiz lielāks.
09:50
Un mēs to saucam par konstruktīvo interferenci.
09:52
Un, ja pārklājas divi viļņi, kas ir nobīdīti par 180 grādiem
09:55
fāzē, tie apvienosies, neveidojot vilni vispār.
09:59
Mēs to saucam par destruktīvo interferenci.
10:02
Lai gan, kamēr viļņi pārklājas,
10:04
jūs saskaitāt to individuālās vērtības, lai iegūtu kopējo vilni,
10:07
pēc tam, kad šie viļņi beidz pārklāties,
10:09
tie izies viens otram cauri.
10:11
Ja es nosūtītu viļņa impulsu
10:13
pa auklu pretī citam viļņa impulsam,
10:15
kad šie divi impulsi pārklātos,
10:16
aukla būtu plakana, bet neilgi pēc tam
10:19
viļņu impulsi turpinātu savu ceļu neietekmēti.
10:23
Tie neatlec viens no otra
10:24
un nerada paliekošus bojājumus.
10:27
Tikai tad, kad tie pārklājas,
10:28
notiek viļņu interference.
10:30
Kāds tad izskatās uzdevuma piemērs, kas saistīts ar viļņu
10:33
interferenci?
10:34
Pieņemsim, ka divi viļņu impulsi uz auklas
10:36
virzās viens otram pretī, kā redzams šajā diagrammā pa labi,
10:39
un mēs gribam zināt, kāda būs viļņa forma,
10:41
kad viļņu impulsi pārklāsies?
10:43
Lai atrastu kopējo vilni, mēs saskaitīsim vērtības
10:45
katram atsevišķam vilnim.
10:47
Zilais vilnis kustēsies pa labi,
10:49
un sarkanais vilnis kustēsies pa kreisi.
10:51
Un mēs saskaitīsim atsevišķās vērtības.
10:53
Sarkanā viļņa nulle plus zilā viļņa mīnus divas vienības
10:56
dos mīnus divas vienības
10:59
kopējam vilnim.
11:01
Tad sarkanā viļņa plus divas vienības
11:03
plus zilā viļņa mīnus divas vienības
11:06
būs vienāds ar nulli kopējam vilnim.
11:08
Atkal, sarkanā viļņa plus divas vienības
11:11
plus zilā viļņa mīnus divas vienības
11:13
summa ir nulle kopējam vilnim.
11:15
Un tad sarkanā viļņa nulle vienības
11:17
plus zilā viļņa mīnus divas vienības
11:19
būs vienāds ar mīnus divām vienībām kopējam vilnim.
11:23
Mūsu kopējais vilnis izskatīsies šādi.
11:25
Tā kā šī piramīda it kā "iekodās" šajā
11:27
zilajā taisnstūra vilnī.
11:29
Kā rīkoties ar stāvviļņiem uz auklām?
11:31
Lai vispār iegūtu stāvvilni,
11:33
ir nepieciešami viļņi, kas pārklājas
11:35
un virzās pretējos virzienos.
11:37
Bet pat tad, ja tas ir nodrošināts, ne vienmēr
11:39
izveidosies stāvvilnis.
11:40
Tikai noteikti atļautie viļņu garumi radīs
11:42
stāvvilni šajā vidē.
11:45
Un to, kādi ir atļautie viļņu garumi,
11:47
nosaka vides garums un tās robežas
11:49
šai videi.
11:50
Citiem vārdiem sakot, auklas gali var būt fiksēti
11:53
vai brīvi. Ja auklas gals ir fiksēts,
11:56
tas būs svārstību mezgls.
11:58
Mezgls ir vārds, ko mēs lietojam, lai apzīmētu punktus,
12:00
kuros nav svārstību.
12:02
Un, ja auklas gals ir brīvs,
12:03
šis gals darbosies kā svārstību blīzums.
12:06
Blīzums ir punkts, kurā ir maksimālas svārstības.
12:10
Kā izskatītos šie stāvviļņi?
12:11
Šķiet, ka stāvviļņi vairs nepārvietojas pa vidi,
12:15
tie tikai svārstās uz priekšu un atpakaļ vienā vietā.
12:18
Šis blīzums kustētos no augšas uz leju,
12:21
atpakaļ uz augšu.
12:23
Bet tu neredzētu, kā šis cekuls kustas pa labi vai pa kreisi,
12:26
tāpēc arī nosaukums – stāvvilnis.
12:28
Tomēr mezgli paliek uz vietas.
12:30
Mezglā nekad nav svārstību.
12:32
Kad esi noteicis robežnosacījumus
12:34
un šīs vides garumu,
12:35
iespējamie viļņu garumi ir noteikti.
12:37
Jo vienīgie atļautie stāvviļņi
12:39
sākas mezglā un beidzas mezglā.
12:42
Pamattonis attiecas uz lielāko
12:44
iespējamo stāvviļņa garumu.
12:46
Un šajā gadījumā tas būtu puse no viļņa garuma.
12:49
Vides garumam būtu jābūt vienādam ar pusi
12:52
no viļņa garuma.
12:54
Līdzīgi otrajai harmonikai,
12:56
mums joprojām ir jāsāk un jābeidz mezglā,
12:58
tāpēc nākamā iespēja būtu viss viļņa garums,
13:01
kas nozīmē, ka vides garums būtu vienāds ar vienu
13:03
viļņa garumu.
13:05
Un, ja nonākam līdz trešajai harmonikai,
13:06
tās ir trīs puses no viļņa garuma.
13:08
Un nav ierobežojumu, var turpināt.
13:11
Lai ierosinātu šos augstākos stāvviļņus,
13:13
ir jāturpina palielināt frekvenci,
13:15
jo tu turpināsi samazināt viļņa garumu
13:18
jeb attālumu starp cekuliem.
13:20
Kā izskatītos stāvvilnis,
13:21
ja viens no galiem būtu brīvs?
13:23
Tādā gadījumā šis gals būtu blīzums,
13:26
un pamattonis ieņemtu tikai formu,
13:28
kas atbilst ceturtdaļai viļņa garuma.
13:30
Jo tam jāsākas mezglā un jābeidzas blīzumā.
13:33
Tas nozīmē, ka auklas garumam būtu jābūt vienādam
13:35
ar ceturtdaļu viļņa garuma.
13:36
Nākamais iespējamais stāvvilnis būtu
13:38
trīs ceturtdaļas no viļņa garuma.
13:40
Un nākamā iespēja būtu piecas ceturtdaļas
13:42
no viļņa garuma.
13:43
Un atkal, šī progresija turpinās.
13:45
Kāds tad izskatās uzdevuma piemērs, kas saistīts ar stāvviļņiem
13:48
uz auklām?
13:49
Pieņemsim, ka viens auklas gals ar garumu L
13:52
ir piestiprināts pie sienas, bet otrs gals ir nostiprināts
13:54
pie vibrējoša stieņa.
13:56
Students atklāj, ka auklā veidojas stāvvilnis,
13:58
kā redzams šeit, kad frekvence
14:00
stienim ir iestatīta uz f nulle.
14:03
Kāds ir viļņu ātrums uz auklas?
14:05
Mēs zinām, ka auklas garums ir L.
14:07
Un mēs varam izdomāt, cik lielai daļai viļņa garuma tas atbilst.
14:09
No šejienes līdz šejienei būtu viens viļņa garums.
14:12
Un ir vēl puse.
14:14
Auklas garums L ir vienāds ar trīs pusēm
14:17
no viļņa garuma, jeb, citiem vārdiem sakot, viļņa garums šeit
14:19
ir 2L dalīts ar 3.
14:21
Un mēs zinām, ka viļņa ātrums vienmēr ir
14:23
viļņa garums reiz frekvence.
14:25
Tātad viļņa ātrums šeit būs 2L dalīts ar 3,
14:28
kas ir viļņa garums,
14:30
reizināts ar frekvenci, tāpēc labākā atbilde ir D.
14:33
Kā rīkoties ar stāvviļņiem caurulēs?
14:36
Tāpat kā stāvviļņiem uz auklām,
14:38
stāvviļņu garums caurulē
14:40
ir atkarīgs no caurules garuma
14:42
un šīs caurules robežnosacījumiem.
14:45
Bet šoreiz auklas svārstību vietā
14:47
jūs veidojat stāvvilni no skaņas viļņiem.
14:50
Runājot par šīs caurules robežnosacījumiem,
14:52
atvērts gals darbosies kā svārstību blīzums.
14:56
Jo gaiss atvērtā galā var brīvi svārstīties.
14:59
Un jūs iegūstat maksimālas gaisa svārstības.
15:02
Bet slēgts caurules gals darbosies kā
15:03
svārstību mezgls, jo nebūs gaisa svārstību
15:07
slēgtā galā.
15:08
Kas notiktu, ja abi caurules gali būtu atvērti,
15:10
radot stāvviļņus ar blīzumiem abos galos?
15:13
Pirmā iespēja ar lielāko viļņa garumu
15:16
stāvvilnim būtu no blīzuma līdz blīzumam.
15:19
Un tas ir puse no viļņa garuma.
15:21
Šīs caurules garumam būtu jābūt vienādam
15:23
ar pusi no viļņa garuma.
15:25
Nākamā iespēja joprojām būtu no blīzuma
15:27
līdz blīzumam.
15:28
Un tas ir vienāds ar vienu veselu viļņa garumu.
15:31
Varbūt tā neizskatās, bet no ieplakas līdz ieplakai
15:34
ir vesels viļņa garums.
15:35
Tātad šīs caurules garums būtu vienāds ar vienu viļņa garumu.
15:37
Un nākamā iespēja būtu vienāda ar trīs pusēm
15:40
no viļņa garuma.
15:41
Un jāatzīmē, ka šī ir tā pati progresija,
15:43
kāda mums bija auklām ar mezgliem abos galos.
15:46
Tātad, neatkarīgi no tā, vai abos galos ir blīzumi,
15:49
vai abos galos ir mezgli,
15:51
ja abi robežnosacījumi ir vienādi,
15:53
jūs iegūstat šo pašu progresiju, kas ir
15:55
puse viļņa garuma, viens vesels viļņa garums,
15:58
trīs puses no viļņa garuma.
15:59
Būtībā jebkurš vesels vai pusvesels viļņa garums.
16:03
Un kas notiktu, ja mēs aizvērtu vienu no šīs caurules galiem?
16:05
Ja mēs aizvērtu vienu caurules galu,
16:07
šis gals kļūtu par svārstību mezglu,
16:09
jo gaiss šajā vietā nevar kustēties.
16:12
Kas to padarītu par mezglu, un tam būtu jāiet
16:14
līdz atvērtajam galam, kas ir blīzums.
16:16
Lielākā iespēja šoreiz būtu
16:18
viena ceturtdaļa no viļņa garuma.
16:19
Nākamā iespēja joprojām būtu no mezgla līdz blīzumam,
16:23
un tas būtu trīs ceturtdaļas no viļņa garuma.
16:25
Un, ja ievēro, tas ir tieši tāds pats,
16:27
kā tad, kad mums bija auklas ar mezglu un blīzumu.
16:30
Mums bija tāda pati progresija: lambda uz 4,
16:33
trīs lambda uz 4, pieci lambda uz 4,
16:36
jebkurš nepāra vesels skaitlis reiz lambda uz 4,
16:38
bija atļautie stāvviļņu garumi.
16:41
Ja vienam galam ir atšķirīgs robežnosacījums
16:43
nekā otram galam, šī būs progresija
16:46
atļautajiem vides garumiem.
16:48
Kāds tad izskatītos uzdevuma piemērs ar stāvviļņiem
16:50
caurulēs?
16:52
Pieņemsim, ka tu pūt pāri caurules augšai, kas ir atvērta
16:54
abos galos, un tā rezonē ar frekvenci f nulle.
16:58
Ja pēc tam caurules apakša tiek aizvērta
17:00
un gaiss atkal tiek pūsts pāri caurules augšai,
17:02
kāda frekvence būtu dzirdama salīdzinājumā ar frekvenci,
17:05
kas bija dzirdama, kad abi gali bija atvērti?
17:07
Kad abi gali ir atvērti,
17:09
mēs zinām, ka stāvvilnis būs no blīzuma
17:11
līdz blīzumam.
17:12
Kas ir puse no viļņa garuma.
17:14
Kas būtu vienāds ar šīs caurules garumu.
17:16
Tātad viļņa garums būtu divreiz lielāks par garumu
17:19
caurulei.
17:19
Bet, kad mēs aizveram vienu no galiem,
17:21
mēs šo galu pārvēršam no blīzuma par mezglu.
17:25
Tātad mums būtu jātiek no blīzuma līdz mezglam.
17:27
Kas ir tikai viena ceturtdaļa no viļņa garuma.
17:30
Tātad viena ceturtdaļa no viļņa garuma būtu vienāda ar
17:31
caurules garumu.
17:33
Un tas nozīmē, ka lambda ir 4L, šis viļņa garums dubultojās.
17:37
Ko tas nozīmētu frekvencei?
17:38
Mēs zinām, ka V = λf,
17:40
un mēs nemainījām vidi šeit,
17:42
tāpēc ātrums paliks nemainīgs.
17:44
Ja mēs dubultojam viļņa garumu,
17:46
mums būtu jāsamazina frekvence uz pusi,
17:48
lai saglabātu to pašu viļņa ātrumu.
17:51
Kad mēs aizveram šīs caurules apakšu,
17:53
mēs dzirdētu pusi no frekvences, ko dzirdējām,
17:55
kad abi gali bija atvērti.
17:57
Sitienu frekvence attiecas uz parādību,
17:59
kurā pārklājas divi viļņi ar dažādām frekvencēm.
18:02
Kad tas notiek, viļņu interference
18:04
noteiktā telpas punktā mainās no konstruktīvas
18:07
uz destruktīvu, atpakaļ uz konstruktīvu un tā tālāk.
18:11
Ja tas būtu skaņas vilnis,
18:12
tu to uztvertu kā pulsāciju skaņas skaļumā.
18:16
Un iemesls, kāpēc tas notiek, ir tāds, ka, ja šie viļņi
18:18
sākās vienā fāzē un bija konstruktīvi,
18:21
tā kā tiem ir dažādas frekvences,
18:23
viens vilnis sāktu nobīdīties fāzē attiecībā pret otru.
18:26
Galu galā kļūstot destruktīvs, kas būtu kluss.
18:29
Bet, ja pagaidīsi ilgāk, viens no šiem maksimumiem
18:31
panāks nākamo maksimumu progresijā,
18:34
un viļņi atkal kļūs konstruktīvi,
18:36
kas atkal būtu skaļi.
18:38
Un laiks, kas nepieciešams, lai pārietu no skaļa uz klusu
18:40
un atkal uz skaļu, tiek saukts par sitienu periodu.
18:43
Bet biežāk jūs dzirdēsiet par sitienu frekvenci.
18:45
Kas ir vienkārši 1 dalīts ar sitienu periodu.
18:48
Sitienu periods ir laiks, kas nepieciešams, lai pārietu no
18:50
skaļa uz klusu un atpakaļ uz skaļu.
18:52
Un sitienu frekvence ir reižu skaits,
18:54
cik reizes tas notiek sekundē.
18:57
Kā noteikt sitienu frekvenci vai sitienu periodu?
19:00
Formula, ko izmanto, lai atrastu sitienu frekvenci,
19:02
patiesībā ir ļoti vienkārša.
19:04
Jums vienkārši jāatņem frekvences
19:06
abiem viļņiem, kas pārklājas.
19:08
Ja nav atšķirības,
19:09
ja šiem viļņiem ir tāda pati frekvence,
19:11
sitienu frekvence būtu nulle,
19:13
kas nozīmētu, ka jūs nedzirdētu nekādas pulsācijas.
19:16
Jo tālāk viena no otras atrodas šīs divas frekvences,
19:18
jo vairāk pulsāciju jūs dzirdētu sekundē.
19:20
Un tad, lai atrastu sitienu periodu,
19:22
varētu ņemt 1 dalītu ar sitienu frekvenci.
19:24
Kāds tad izskatītos uzdevuma piemērs,
19:25
kas saistīts ar sitienu frekvenci?
19:27
Pieņemsim, ka šie divi viļņi pārklājas,
19:29
un mēs gribam noteikt sitienu frekvenci.
19:31
Pirmā viļņa periods ir 4 sekundes.
19:34
Tas nozīmē, ka pirmā viļņa frekvence ir 1/4,
19:37
jeb 0,25 herci.
19:39
Un otrā viļņa periods ir 2 sekundes,
19:41
kas nozīmē, ka frekvence ir 1/2 jeb 0,5 herci.
19:46
Lai iegūtu sitienu frekvenci, jūs atņemat vienu frekvenci
19:48
no otras.
19:49
0,5 - 0,25 būtu 0,25 herci.