Акустический динамик и микрофон

⇐ ПредыдущаяСтр 7 из 8Следующая ⇒

Принцип преобразования электрических сигналов в звуковые волны, лежит в основе акустического динамика. Рассмотрим такой динамик поподробнее.

Электрические сигналы поступают на обмотку, которая создает магнитное поле. Магнитное поле попеременно то притягивает обмотку к магниту, то отталкивает. Переменные колебания обмотки вызывают соответствующие колебания конуса динамика. Если колебания находятся в интервале от 20 Гц до 20000 Гц, то мы будем слышать звук.

На том же принципе, только в обратном порядке, лежит принцип микрофона: звуковые волны определенной частоты создают колебания мембраны с той же частотой, а потом посредством магнита, колебания мембраны превращаются в электрические сигналы.

Эхолот.

Если скорость распространения волн известна, то измерение их запаздывания позволяет решить обратную задачу: найти пройденное ими расстояние, то есть расстояние до источника этой волны. Так, например, с помощью ультразвука (с ним мы познакомимся ниже) можно сканировать морское дно, то есть измерять глубину морского дна, исследовать дно на наличие затонувших кораблей, и, искать косяки рыб. Причем все эти три функции может выполнять один прибор. Такой прибор называется эхолотом.

Эхолот испускает ультразвук, этот звук отражается от поверхности какого-либо тела (дна, например), и возвращается к своему источнику (эхолоту). Поскольку звук прошел двойное расстояние (до морского дна и обратно), то, чтобы найти это расстояние, надо скорость распространения волны в данной среде умножить на время запаздывания. Половина полученной величины и будет искомым расстоянием до объекта.

На принципе измерения времени запаздывания основана гидроакустическая локация. Гидролокаторы позволяют, например, обнаруживать с надводных кораблей подводные лодки и, наоборот, с подводных лодок надводные корабли

Измеряя разности между временами прихода какого-либо звука (взрыва, выстрела) в три различных пункта наблюдения, можно определить местонахождение источника этого звука. Такой способ называется звукометрией, применяется в военном деле для засечки артиллерийских батарей.

Ультразвуковая диагностика.

Ультразвук – это механические колебания высокой частоты (более 20 000 Гц). Такие колебания человеческий слух не воспринимает. В ультразвуковой диагностике обычно применяют частоты от 2 до 20 МГц. Датчик состоит из одного или нескольких пьезоэлектрических элементов, которые превращают акустические и механические колебания в электрические и обратно. Его прикладывают к поверхности кожи, на которую нанесен слой геля, обеспечивающего хороший акустический контакт. Электрический сигнал, подаваемый на датчик, преобразуется им в механические колебания, они и распространяются вглубь тканей. На границах тканями волны преломляются и отражаются, создавая эхо сигнал, возвращающийся к датчику. Там он вновь превращается в электрический и после обработки формирует изображение внутренних органов пациента на экране монитора.

Ультразвуковой аппарат, соединенный с компьютером, - это уже ультразвуковой томограф. Во многих случаях он может успешно заменить рентгеновский томограф и, в отличие от последнего, не оказывают вредного воздействия на организм.

Примеры задач по физике

Как изменится точность хода маятниковых часов за сутки, если их с экватора перенести на полюс?

Вначале следует уточнить, как изменится ход часов. Так как на полюсе притяжение слабее, то часы уйдут вперед. Тогда

- разность хода часов за время

- разность хода часов за одну секунду

Тогда

и будет ответом задачи. Теперь найдем

и ответом будет, как несложно убедится t = 3 мин 45 с.

На веревке висит ведро с водой и раскачивается. В дне ведра находится отверстие, через которое вода постепенно сливается. Будет ли изменяться период колебаний, если принять систему за математический маятник?

С первого взгляда может показаться, что период не изменится, но

Где L – не длинна нити, а расстояние от точки подвеса до центра тяжести, а центр тяжести будет смещаться по мере вытекания воды, а, следовательно, и будет изменяться и период колебания этой системы.

За одно и то же время один математический маятник делает 50, а второй – 30 колебаний. Найти их длины, если один из них на 32 см короче другого.

Прежде всего, определим, какой из маятников длиннее. Очевидно, это тот,

который делает меньшее число колебаний, то есть второй маятник. Тогда

Из условия t₁= t₂

Учитывая, что

нетрудно получить

Поперечная волна распространяется вдоль упругого шнура со скоростью 15 м/с. Период колебания точек шнура 1,2 с, амплитуда колебания 2 см.Определить длину волны и смещение точки через 4 с.