| postup vlnění | kmitání částic | příklad | |
| Příčné |
 |
 |
vlny na hladině, struna |
| Podélné |
|
 |
zvuk, lán obilí |
|
Kmitavý pohyb |
Těleso koná kmitavý pohyb, když se vychyluje z rovnovážné polohy na obě strany a vrací se do téhož místa.
Periodický = pravidelně se opakující.
Typy:
- matematické kyvadlo (houpačka, hák jeřábu, liána…),
- závaží na pružině (bungee jumping, skákadlo pro děti, nepokoj hodin,
kývání větve…)
- otáčení kola, kolotoče, motoru…
Rovnovážná poloha - v ní se těleso nakonec zastaví.
Doba kmitu: kyvadlo - závisí na délce závěsu, nezávisí na hmotnosti tělesa
závaží na pružině - závisí na tuhosti pružiny + na hmotnosti tělesa
Kyv - pohyb z jedné krajní polohy do druhé.
Kmit - jeden celý děj - pohyb "tam a zpět".
Výchylka = vzdálenost tělesa od rovnovážné polohy.
Sinusoida Vašč:
oscilátory
poh-kruž
zav-pru
je maximální výchylka (tj. max. vzdálenost tělesa od rovnovážné polohy).
Např. houpačka - 1 m, kyvadlo hodin - 10 cm, hák jeřábu - 8 m,…
| děj-kyvadlo | děj na pružině | děj-otáčení | amplituda |
| houpačka | opice na větvi | koleso parníku | 1,5 m |
| kyvadlo hodin | pavouk na pavučině | kolo děts. bicyklu | 0,2 m |
| hák jeřábu | bungee jumping | točna lokomotiv | 20 m |
je doba jednoho kmitu (čas celého děje).
| Perioda je fyzikální veličina. | |
| Značka: | T Time |
| Základní jednotka: Vedlejší jednotky: |
1 s ms, hodina, den, rok |
| děj | perioda |
| otáčení Země | 1 den |
| oběh Země kolem Slunce | 1 rok |
| otáčení kolotoče (např.) | 5 s |
| kyvadlo hodin (např.) | 2 s |
| otáčení kola bicyklu při 40 km/h | 0,2 s |
je počet dějů za 1 s.
| Frekvence je fyzikální veličina. | |
| Značka: | f |
| Základní jednotka: Vedlejší jednotky: |
1 Hz [Hertz] kHz, MHz, GHz |
POZN: 1 Hz = proběhne 1 děj za sekundu
H.R.Hertz - německý fyzik.
| děj | frekvence |
| ~ proud | 50 Hz |
| rádio 94,3 MHz | 94 300 000 Hz |
| počítač na frekvenci 3 GHz | 3 000 000 000 Hz |
| otáčení kola bicyklu při 40 km/h | 5 Hz |
| 1 | ||
| f | = | ––– |
| T |
| 1 | ||
| T | = | ––– |
| f |
| děj | frekvence f | perioda T |
| tep sportovce v klidu (60 tepů/min) | 1 Hz | 1 s |
| otáčení kola bicyklu při 40 km/h | 5 Hz | 1/5 s |
| změny stříd. proudu v zásuvce | 50 Hz | 1/50 s |
| kmity struny "a" na kytaře | 440 Hz | 1/440 s |
| kyvadlo hodin (např.) | 1/2 Hz | 2 s |
| otáčení kolotoče (např.) | 1/5 Hz | 5 s |
Frekvence a periody - vizualizace, ot/s
Doplň:
| děj | frekvence (dějů/s) | perioda (doba 1 děje) |
| kyvadlo hodin | 2 | 1/2 s |
| střídavý proud | 50 | 1/50 s |
| tep srdce | 1 | 1 |
| sekundová ručička | 1/60 | 60 s |
| hodinová ručička | 1/3600 | 3600 s |
Ukázka: zpívající balónek
Tlumené kmity - jejich amplituda postupně klesá.
Záměrné tlumení kmitů:
tlumič pérování (auto, motocykl, kolo…), tlumič vibrací (pračka
_,
most
tl
)…
auto-bez nefunkč,
regul,
průř.
Neodstranitelné (přírodní) tlumení: třením v závěsu a o vzduch
(houpačka, kyvadlo nenatažených hodin, větev,…)
POZN: Otáčky motoru 3000 ot/min = 3000 RPM (revolutions per minute).
| :60 | ||
| 3000 ot/min | = | 50 ot/s |
| děj | ot/s | ot/min |
| motor diesel | 33 | 2000 |
| motor formule | 200 | 12 000 |
| sekundová ručička | 1/60 | 1 |
| generátor ~proudu | 50 | 3000 |
Otáčkoměr auta
| děj | ot/s | ot/min |
| volnoběh | 12 | 720 |
| optimální | 50 | 3 000 |
| maximum | 100 | 6 000 |
Příklady frekvencí:
| veličina | udává počet: | frekvence | vln.délka | |
| snímková frekvence | obrázků za 1 s ve filmu, videu fps = frames per second |
24 Hz film, TV | v animovaném filmu tvůrce připraví 24×60=1440 snímků/minutu |
|
| snímková frekvence oka | počet obrázků za 1 s, které oko rozliší jako samostatné (ještě nevytvoří dojem plynulého pohybu) | 8 - 200 Hz | člověk 20, psi+kočky 40, hmyz 200 | |
| rádiové vysílání (velmi dlouhé vlny) |
změn ~proudu v anténě | 3 Hz - 30 kHz | komunikace s ponorkami, v dolech | 100 tis. - 10 km |
| rádiové vysílání (dlouhé vlny DV) |
– | | – | 30 - 300 kHz | rádio, radiokomunikace (vysílačkami) | 10 - 1 km |
| rádiové vysílání (střední vlny SV, někdy AM) |
– | | – | 0,3 - 3 MHz | rádio, radiokomunikace (vysílačkami) | 1 km - 100 m |
| rádiové vysílání (krátké vlny KV) |
– | | – | 3 - 30 MHz | rádio, amatérské vysílačky | 100-10 m |
| rádiové vysílání velmi krátké vlny VKV, někdy FM) TV vysílání VHF |
– | | – | 30 - 300 MHz | rádio, TV | 10-1 m |
| TV vysílání UHF | – | | – | 300 MHz - 3 GHz | TV, mobilní telefony, WiFi | 1 m - 10 cm |
| vysoké frekvence | – | | – | nad 3 GHz | WiFi, mikrovlnka, radar, radioastronomie | 10 cm - 1 mm |
POZN:
Časosběné video - snímky
pořizujeme po minutě, hodině… a pak je pustíme jako film (~zrychlený) 25 fps.
Odkazy: Wikipedie -
rádiové vlny,
snímková frekvence
frekv-elmg elmg.frekvence,
účinky elmg. záření na
člověka
Jakou frekvenci má a) srdce (80 tepů/min), b) kyvadlo (120kmitů/min), c) motor formule (12000 ot/s)
je šíření (postup) kmitů nějakým prostředím.
Rozkmitaná částice vzájemnou vazbou rozkmitá sousedku. Mechanické vlnění tak
postupuje díky vzájemným vazbám částic.
Podle pohybu částic dělíme vlnění na:
| postup vlnění | kmitání částic | příklad | |
| Příčné |
|
|
vlny na hladině, struna |
| Podélné |
|
|
zvuk, lán obilí |
vlnění podél×příč. unsw (4.2 > 0:14)
| vlnění | prostředí | směr |
| vlny na vodě | vodní hladina | příčné |
| kmitání tyčky, struny | tyčka | příčné |
| vlnění švihadla | napnuté švihadlo | příčné |
| hluk motoru | plech karoserie | příčné |
| zvuk (kmitání částic prostředí) | plyn, kapalina, pevná látka | podélné |
| vlnění obilí | lán - klasy | podélné |
| zemětřesení | země (půda) | podélné |
Vlnění přenáší energii, nepřenáší hmotu.
Podle přenosu energie dělíme vlnění na:
Odkazy: kmitání vody
Ukázka: stojaté kmity na provaze (LAN kabelu…) stojaté unsw (8.3 > 0:53)
Vlnění odraz (8.1 > 1:01) (podrob 2.2)
vzniká kmitáním pružného tělesa (nazýváme jej zdroj zvuku).
Zdroj zvuku (hlasivky
obr, reproduktor, kmitající plocha
- motor, karoserie, buben…) rozkmitá nejbližší částice.
Zvuk se šíří vzájemnými nárazy částic prostředí (=podélné vlnění).
vyčerp. vzdu. opi
Příjem zvuku: částice prostředí rozkmitají ploché těleso (destička,
membrána, ušní
bubínek…), které
impulz
převede např. na elektrický signál (to se děje v mikrofonu,
uchu).
Kompenzace poškozeného sluchu (někdy lze):
- kochleární
implantát (drahý)
- rozkmitání kosti skalní (za uchem)->slyšení
Ukázka:
tančící kmín zviditelní kmitání, brnkni na provázek namotaný u konce prstu - prst přilož ke skalní kosti, do
ušního otvoru, přenos zvuku:
(hlasiv,
zábradlí,
porovn
λ
ozvě
sonar).
hlasivky unsw (1:21),
ucho
unsw (0:27),
Mozauk 3D:
ucho
Rychlost šíření zvuku je tím vyšší, čím pevnější je prostředí:
Odraz zvuku na překážce vzdálené:
Kvůli dobré akustice omezujeme odraz na stěnách místnosti (divadla …)
vid.
Zvukové izolanty: pórovité, sypké látky (molitan, polystyren, textil…).
POZN: Machovo číslo udává, kolikanásobek
rychlosti zvuku dosáhlo např. letadlo:
1 M = rychlost zvuku, 2 M = dvojnásobek rychl. zvuku …
Rekordy:Bell X-2,
X-15,
člověk
Helium - zvuk se v něm šíří 3×rychleji, než ve vzduchu - proto se zvýší
frekvence kmitání hlasu i dechových nástrojů po nádechu helia.
Čaringa - vytváří zajímavý zvuk
Jak daleko je bouřka, když zvuk dorazí 7 s po zablesknutí?
Potrubí vede k nám,daleko do něj člověk bouchá kladivem. Proč slyšíme 2 vždy údery po
sobě?
Za jak dlouho se vrátí zvukový signál a) netopýrovi od 34 m daleké stěny, b)
mořskému sonaru ode dna v 90 m?
Ozvěna se mi vrací od skály za 1s. Jak daleko je skála?
Zvuky podle frekvence:
Tón = hudební zvuk. Frekvence tónů.
Program na analýzu zvuku:
Scope
Odkazy: zvuk
Hlasitosti test sluchu
| zdroj zvuku | kmitá | zvýšení tónu | ztlumení |
| kytara, klavír, housle | struna -> ozvučnice | napnutí, zkrácení struny, tenčí struna | odejmutí ozvučnice |
| trubka, píšťala | sloupec vzduchu | zkrácení sloupce | zakrytí vývodu |
| buben | membrána | napnutí membrány, menší buben | zakrytí membrány |
| harmonika (tah.,fouk.) | kovový plátek | – | zakrytí otvoru |
| klarinet, saxofon | dřevěný plátek->sloupec vzduchu | zkrácení sloupce | zakrytí vývodu |
| lidský hlas | hlasivky (blány) | napnutí hlasivek (svalem) | zavření, zakrytí úst |
| reproduktor | papírová membrána | zmenšení plochy, vyšší frekvencí el. impulzů | zmenšení el. proudu |
| motor | karoserie, výfuk (~"ozvučnice") | vyšší otáčky motoru | přilepení izolantu na karoserii |
Vědci zkoumali komunikaci slonů a jejich zvukový
záznam zrychlili. Jaký typ zvuku mohli slyšet?
Jaký typ zvuku mohli slyšet, když jiný záznam zpomalili? Jaké zvíře?
Ochrana před hlukem:
Proč je příliš silný zvuk pro člověka bolestivý?
Přibližující se zvuk - vyšší frekvence, vzdalující se zvuk - nižší frekvence. vlak auto unsw průjezd zvuku + vysv, průjezd kolem zvuku (1:30), vzáj
Reprodukce zvuku:
POZN:Hlasivky, gramofon princip, výklad,
Ukázka: žáci hrají plácnutím na ústí trubic - různé trubice naladěné na tóny - žák hraje jen svůj tón - učitel ukazuje
sled tónů (55 s).
Dokument fonograf+gramofon.
Seřaď chronologicky: CD, fonograf, DVD, gramofon, mp3.
je předávání energie od jednoho kmitajícího tělesa na druhé (podobně)
kmitající těleso. Tělesa si tak navzájem předávají energii.
Žádoucí - hudební nástroje:
| nástroj | zdroj kmitání | rezonuje |
| kytara, klavír, housle | struna | ozvučnice (deska) zadní deska kytary, klavíru |
| trubka, didgeridoo | lidské rty | sloupec vzduchu v trubce |
| píšťala | víření vzduchu u dírky | sloupec vzduchu v píšťale |
| klarinet, saxofon | dřevěný plátek | sloupec vzduchu v klarinetu |
| harmonika (tahací, foukací) | kovový plíšek | (částečně) tělo harmoniky |
| lidský hlas | hlasivky (blány) | sloupec vzduchu |
| "reprobedna" | reproduktor (membrána) | skříň reproduktoru |
Nežádoucí rezonance: "drnčení" blatníku, hluk ve vozidle (staré Škodovky…), "drnčení" oken při průjezdu náklaďáku, most při chůzi, kývání věže, lanovky, drátů vys. napětí (větrem)…
Ukázka: Vázané kmity, prask. sklenič., lana korint. most (víry), most Tacoma, Javořice
tóny (1:23)
Experimenty:8 crazy experiment with sound, "zviditelnění" zvuku
Tipy:
