Билет № 16. Механические волны: распространение колебаний в упругих средах; поперечные или продольные волны; длина волны; связь длины волны со скоростью ее

Механические волны: распространение колебаний в упругих средах; поперечные или продольные волны; длина волны; связь длины волны со скоростью ее распространения и периодом (частотой); свойства волн; звуковые волны.

Механические волны — это распространяющиеся в упругой среде возмущения. Если колебания частиц и распространение волны происходят в одном направлении, волну называют продольной, а если эти движения происходят в перпендикулярных направлениях, — поперечной.
Продольные волны, сопровождаемые деформациями растяжения и сжатия, могут распространяться в любых упругих средах: газах, жидкостях и твердых телах. Поперечные волны распространяются в тех средах, где появляются силы упругости при деформации сдвига, т. е. в твердых телах. Длиной волны называютрасстояние между двумя ближайшими частицами среды, находящимися в одинаковом состоянии.

Физическая величина, равная отношению длины волны к периоду колебаний ее частиц, называется скоростью волны.
Скорость, с которой распространяется возмущение в упругой среде, называют скоростью волны * Она определяется упругими свойствами среды. Расстояние, на которое распространяется волна за время, равное периоду колебаний в ней (Г), называется длиной волны l (ламбда).
Звуковые волны — это продольные волны, в которых колебания частиц происходят вдоль ее распространения. Скорость звука в различных средах разная, в твердых телах и жидкостях она значительно больше, чем в воздухе.
На границе сред с упругими свойствами звуковая волна отражается. С явлением отражения звука связано эхо. Процесс распространения колебаний в пространстве с течением времени называется волной. Звук - это продольная механическая волна определенной частоты Не слышимые человеком звуковые волны с частотами ниже 16 Гц называют инфразвуком, звуковые волны с частотами от 20 000 Гц до 109Гц - ультразвуком, а колебания с частотами выше чем 109Гц называют гиперзвуком. Громкость звука связана с энергией колебаний в источнике и в волне. Энергия же колебаний определяется амплитудой колебаний. Громкость, следовательно, зависит от амплитуды колебаний.
Свойства волн 1. Принцип Гюйгенса Каждая возбужденная волной точка сама становится источником элементарных волн. Огибающая элементарныз волн дает новое положение волнового фронта. 2. Принцип суперпозиции волн – При распространении в среде нескольких волн каждая из них распространяется так, как будто другие волны отсутствуют
Способность человека воспринимать упругие колебания, слушать их отразились в названии учения о звуке - акустика.

Гипотеза Планка о квантах; фотоэффект; опыты А.Г. Столетова; уравнение Эйнштейна для фотоэффекта; фотон.

Фотоэлектрический эффект был открыт в 1887 году немецким физиком Г. Герцем и в 1888–1890 годах экспериментально исследован А. Г. Столетовым.. К этому времени уже был открыт электрон (1897 г., Дж. Томсон), и стало ясно, что фотоэффект состоит в вырывании электронов из вещества под действием падающего на него света.

Что запирающий потенциал линейно возрастает с увеличением частоты ν света Многочисленными экспериментаторами были установлены следующие основные закономерности фотоэффекта:

1. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с увеличением частоты света ν и не зависит от его интенсивности.

2. Для каждого вещества существует так называемая красная граница фотоэффекта, т. е. наименьшая частота ν _min, при которой еще возможен внешний фотоэффект.

3. Число фотоэлектронов, вырываемых светом из катода за 1 с, прямо пропорционально интенсивности света.

4. Фотоэффект практически без инерционен, фототок возникает мгновенно после начала освещения катода при условии, что частота света ν > ν _min.

Гипотеза Планка Энергия испускается телом не непрерывно, как это предполагалось в классической физике, а отдельными дискретными порциями – квантами, энергия Е которых пропорциональна частоте υ колебаний Е = hυ. h =6, 62 10⁻ ³ ⁴ Джс –постоянная Планка Развитие гипотезы Планка привело к созданию представления о квантовых свойствах света. Кванты света получили название фотоны. Фотоны характеризуются энергией, массой, импульсом: Е = mc², Е =hυ, m= , Р =

Масса покоя фотона = 0

· В монохроматическом свете все фотоны имеют одинаковую энергию, импульс и массу

· Волновые и квантовые свойства света не исключают, а взаимно дополняют друг друга. Они выражают истинные закономерности распространения света и взаимодействия его с веществом. Электромагнитное излучение представляет собой сложную форму материи, которая имеет двойственную корпускулярно – волновую природу.

· Явление внешнего фотоэлектрического эффекта было обнаружено Г. Герцем, исследовано А. Г. Столетовым, который установил законы фотоэффекта.

1. Сила фотона насыщения возникающего при освещении монохроматическим светом, пропорциональна световому потоку, падающего на катод: І = к Ф (микроамперах на люмен мкА\лм)

2. Скорость фотоэлектронов увеличивается с ростом частоты (уменьшением длины волны) падающего света и не зависит от интенсивности светового потока.

3. Независимо от интенсивности светового потока фотоэффект начинается только при определенной для данного металла минимальной частоте (мах длине волны) света, называемой красной границей фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта hυ = А +

Внешний фотоэффект – испускание электронов с поверхности металлов под действием света. Применение в кино для воспроизведение звука, фототелеграф, для измерения силы света, яркости, освещенности.

Внутренний фотоэффект – изменение концентрации носителей тока в веществе(изменение электропроводности этого вещества под действием света) фоторезистор и фотореле (для уличных фонарей, свет маяков и бакенов)

Вентильный фотоэффект – возникновение ЭДС под действием света в системе, содержащей контакт двух различных полупроводников.(фотоэлементы) Теория излучения абсолютно черного тела, развитая М. Планком, и квантовая теория фотоэлектрического эффекта Эйнштейна лежат в основании этой современной науки.