Основні формули з фізики - коливання та хвилі. Коливання

Все на планеті має свою частоту. За однією з версій, вона навіть покладена в основу нашого світу. На жаль, теорія дуже складна, щоб викладати її в рамках однієї публікації, тому нами буде розглянуто винятково частоту коливань як самостійну дію. У рамках статті буде дано визначення цього фізичного процесу, його одиниць вимірів та метрологічної складової. І під кінець буде розглянуто приклад важливості у звичайному житті звичайного звуку. Ми дізнаємося, що він є і яка його природа.

Що називають частотою коливань?

Під цим мають на увазі фізичну величину, яка використовується для характеристики періодичного процесу, що дорівнює кількості повторень чи виникнення певних подій за одну одиницю часу. Цей показник розраховується як відношення числа цих подій до проміжку часу, протягом якого вони були скоєні. Власна частота коливань має кожен елемент світу. Тіло, атом, дорожній міст, поїзд, літак - всі вони здійснюють певні рухи, які так називаються. Нехай ці процеси не видно оку, вони є. Одиницями вимірів, у яких вважається частота коливань, є герці. Свою назву вони здобули на честь фізика німецького походження Генріха Герца.

Миттєва частота

Періодичний сигнал можна охарактеризувати миттєвою частотою, яка з точністю до коефіцієнта є швидкістю зміни фази. Його можна як суму гармонійних спектральних складових, які мають своїми постійними коливаннями.

Циклічна частота коливань

Її зручно використовувати в теоретичній фізиці, особливо в розділі про електромагнетизм. Циклічна частота (її також називають радіальною, круговою, кутовою) - це фізична величина, яка використовується для позначення інтенсивності походження коливального або обертального руху. Перша виявляється у обертах чи коливаннях на секунду. При обертальному русі частота дорівнює модулю вектора кутової швидкості.

Вираз цього показника здійснюється у радіанах на одну секунду. Розмірність циклічної частоти є зворотним часом. У числовому вираженні вона дорівнює числу коливань чи оборотів, що сталися за секунд 2π. Її введення для використання дозволяє значно спрощувати різний спектр формул в електроніці та теоретичній фізиці. Найпопулярніший приклад використання – це облік резонансної циклічної частоти коливального LC-контуру. Інші формули можуть значно ускладнюватись.

Частота дискретних подій

Під цією величиною мають на увазі значення, що дорівнює числу дискретних подій, що відбуваються за одну одиницю часу. Теоретично зазвичай використовується показник - секунда в мінус першого ступеня. Насправді, щоб висловити частоту імпульсів, зазвичай застосовують герц.

Частота обертів

Під нею розуміють фізичну величину, що дорівнює числу повних оборотів, що відбуваються за одну одиницю часу. Тут також застосовується показник - секунда мінус першого ступеня. Для позначення виконаної роботи можуть використовувати такі словосполучення, як оборот у хвилину, годину, день, місяць, рік та інші.

Одиниці виміру

У чому вимірюється частота коливань? Якщо брати до уваги систему СІ, то тут одиниця виміру – це герц. Спочатку вона була запроваджена міжнародною електротехнічною комісією ще 1930 року. А 11-та генеральна конференція з ваг та заходів у 1960-му закріпила вживання цього показника як одиниці СІ. Що було висунуто як «ідеал»? Ним виступила частота, коли один цикл відбувається за одну секунду.

Але що робити із виробництвом? Для них були закріплені довільні значення: кілоцикл, мегацикл за секунду тощо. Тому беручи в руки пристрій, який працює з показником ГГц (як процесор комп'ютера), можете приблизно уявити, скільки дій він робить. Здавалося б, як повільно для людини триває час. Але техніка за той самий проміжок встигає виконувати мільйони і навіть мільярди операцій на секунду. За одну годину комп'ютер робить уже стільки дій, що більшість людей навіть не зможуть уявити їх у чисельному виразі.

Метрологічні аспекти

Частота коливань знайшла своє застосування навіть у метрології. Різні пристрої мають багато функцій:

1. Вимірюють частоту імпульсів. Вони представлені електронно-лічильними та конденсаторними типами.
2. Визначають частоту спектральних складових. Існують гетеродинні та резонансні типи.
3. Проводять аналіз спектра.
4. Відтворюють необхідну частоту із заданою точністю. При цьому можуть застосовуватись різні заходи: стандарти, синтезатори, генератори сигналів та інша техніка цього напряму.
5. Порівнюють показники отриманих коливань, з цією метою використовують компаратор або осцилограф.

Приклад роботи: звук

Все вище написане може бути досить складним для розуміння, оскільки нами використовувалася суха мова фізики. Щоб усвідомити наведену інформацію, можна навести приклад. У ньому все буде детально розписано, ґрунтуючись на аналізі випадків із сучасного життя. Для цього розглянемо найвідоміший приклад коливань – звук. Його властивості, а також особливості здійснення механічних пружних коливань у середовищі знаходяться у прямій залежності від частоти.

Людські органи слуху можуть вловлювати коливання, які перебувають у межах від 20 Гц до 20 кГц. Причому з віком верхня межа поступово знижуватиметься. Якщо частота коливань звуку впаде нижче показника в 20 Гц (що відповідає ми субконтроктави), то створюватиметься інфразвук. Цей тип, який у більшості випадків не чутний нам, люди все ж таки можуть відчувати відчутно. При перевищенні кордону 20 кілогерц генеруються коливання, які називаються ультразвуком. Якщо частота перевищить 1 ГГц, то цьому випадку ми будемо мати справу з гіперзвуком. Якщо розглядати такий музичний інструмент, як фортепіано, він може створювати коливання в діапазоні від 27,5 Гц до 4186 Гц. При цьому слід враховувати, що музичний звук не складається лише з основної частоти – до нього ще долучаються обертони, гармоніки. Це разом визначає тембр.

Висновок

Як ви могли дізнатися, частота коливань є надзвичайно важливою складовою, яка дозволяє функціонувати нашому світу. Завдяки їй ми можемо чути, за її сприяння працюють комп'ютери та здійснюється безліч інших корисних речей. Але якщо частота коливань перевищить оптимальну межу, можуть початися певні руйнації. Так, якщо вплинути на процесор, щоб його кристал працював з удвічі більшими показниками, він швидко вийде з ладу.

Подібне можна навести і з людським життям, коли за високої частотності в нього лопнуть барабанні перетинки. Також відбудуться інші негативні зміни з тілом, які спричинять певні проблеми, аж до смертельного результату. Причому через особливості фізичної природи цей процес розтягнеться досить тривалий проміжок часу. До речі, беручи до уваги цей чинник, військові розглядають нові можливості розробки озброєння майбутнього.

При вивченні цього розділу слід мати на увазі, що коливанняРізної фізичної природи описуються з єдиних математичних позицій. Тут треба чітко усвідомити такі поняття, як гармонійне коливання, фаза, різницю фаз, амплітуда, частота, період коливання.

Треба пам'ятати, що у будь-якій реальній коливальній системі є опору середовища, тобто. коливання будуть загасаючими. Для характеристики загасання коливань вводиться коефіцієнт загасання та логарифмічний декремент згасання.

Якщо коливання відбуваються під дією зовнішньої сили, що періодично змінюється, то такі коливання називають вимушеними. Вони будуть незагасаючими. Амплітуда вимушених коливань залежить від частоти сили, що змушує. При наближенні частоти вимушених коливань до частоти власних коливань амплітуда вимушених коливань різко зростає. Це називається резонансом.

Переходячи до вивчення електромагнітних хвиль потрібно чітко уявляти, щоелектромагнітна хвиля- це електромагнітне поле, що розповсюджується в просторі. Найпростішою системою, що випромінює електромагнітні хвилі, є електричний диполь. Якщо диполь здійснює гармонійні коливання, він випромінює монохроматичну хвилю.

Таблиця формул: коливання та хвилі

Фізичні закони, формули, змінні	Формули коливання та хвилі
Рівняння гармонійних коливань: де х - зміщення (відхилення) величини, що коливається від положення рівноваги; А – амплітуда; ω - кругова (циклічна) частота; α - початкова фаза; (ωt+α) - фаза.
Зв'язок між періодом та круговою частотою:
Частота:
Зв'язок кругової частоти з частотою:
Періоди власних коливань 1) пружинного маятника: де k – жорсткість пружини; 2) математичного маятника: де l - довжина маятника, g – прискорення вільного падіння; 3) коливального контуру: де L - індуктивність контуру, С – ємність конденсатора.
Частота своїх коливань:
Складання коливань однакової частоти та напряму: 1) амплітуда результуючого коливання де А 1 і А 2 - амплітуди складових коливань, α 1 і α 2 - початкові фази складових коливань; 2) початкова фаза результуючого коливання
Рівняння загасаючих коливань: е = 2,71... - основа натуральних логарифмів.
Амплітуда загасаючих коливань: де А 0 - Амплітуда в початковий момент часу; β - коефіцієнт загасання;
Коефіцієнт згасання: вагаючого тіла де r - коефіцієнт опору середовища, m – маса тіла; коливального контуру де R - активний опір, L – індуктивність контуру.
Частота загасаючих коливань ω:
Період загасаючих коливань Т:
Логарифмічний декремент згасання:

Час, протягом якого відбувається одна повна зміна ЕРС, тобто один цикл коливання або один повний оборот радіуса-вектора, називається періодом коливання змінного струму(малюнок 1).

Малюнок 1. Період та амплітуда синусоїдального коливання. Період – час одного коливання; Аплітуда – його найбільше миттєве значення.

Період виражають у секундах та позначають буквою Т.

Також використовуються дрібніші одиниці виміру періоду це мілісекунда (мс)- одна тисячна секунди і мікросекунда (мкс)- одна мільйонна секунди.

1 мс = 0,001 сек = 10 -3 сек.

1 мкс = 0,001 мс = 0,000001сек = 10 -6 сек.

1000 мкс = 1 мс.

Число повних змін ЕРС або кількість обертів радіуса-вектора, тобто інакше кажучи, кількість повних циклів коливань, що здійснюються змінним струмом протягом однієї секунди, називається частотою коливань змінного струму.

Частота позначається буквою f і виявляється у періодах на секунду чи герцах.

Одна тисяча герц називається кілогерцем (кГц), а мільйон герц – мегагерцем (МГц). Існує так само одиниця гігагерц (ГГц), що дорівнює одній тисячі мегагерц.

1000 Гц = 103 Гц = 1 кГц;

1000000 Гц = 106 Гц = 1000 кГц = 1 МГц;

1000000000 Гц = 10 9 Гц = 1000 000 кГц = 1000 МГц = 1 ГГц;

Чим швидше відбувається зміна ЕРС, тобто чим швидше обертається радіус-вектор, тим менше період коливання Чим швидше обертається радіус-вектор, тим вища частота. Таким чином, частота та період змінного струму є величинами, обернено пропорційними один одному. Чим більше одна з них, тим менша інша.

Математичний зв'язок між періодом та частотою змінного струму та напруги виражається формулами

Наприклад, якщо частота струму дорівнює 50 Гц, то період дорівнюватиме:

Т=1/f=1/50=0,02 сек.

І навпаки, якщо відомо, що період струму дорівнює 0,02 сек, (T=0,02 сек.), то частота дорівнюватиме:

f = 1/T = 1/0,02 = 100/2 = 50 Гц

Частота змінного струму, що використовується для освітлення та промислових цілей, якраз і дорівнює 50 Гц.

Частоти від 20 до 20000 Гц називаються звуковими частотами. Струми в антена радіостанцій коливаються з частотами до 1 500 000 000 Гц або, інакше кажучи, до 1 500 МГц або 1,5 ГГц. Такі високі частоти називають радіочастотами або коливаннями високої частоти.

Нарешті, струми в антенах станцій радіолокацій, станцій супутникового зв'язку, інших спецсистем (наприклад ГЛАНАСС, GPS) коливаються з частотами до 40 000 МГц (40 ГГц) і вище.

Амплітуда змінного струму

Найбільше значення, якого досягає ЕРС чи сила струму за період, називається амплітудою ЕРС чи сили змінного струму. Легко помітити, що амплітуда в масштабі дорівнює довжині радіусу-вектора. Амплітуди струму, ЕРС та напруги позначаються відповідно літерами Im, Em та Um (малюнок 1).

Кутова (циклічна) частота змінного струму.

Швидкість обертання радіуса-вектора, тобто зміна величини кута повороту протягом однієї секунди, називається кутовою (циклічною) частотою змінного струму і позначається грецькою літерою ? (Омега). Кут повороту радіуса-вектора у будь-який момент щодо його початкового положення вимірюється зазвичай над градусах, а спеціальних одиницях - радіанах.

Радіаном називається кутова величина дуги кола, довжина якої дорівнює радіусу цього кола (рисунок 2). Все коло, що становить 360 °, дорівнює 6,28 радіан, тобто 2.

Малюнок 2.

1рад = 360 ° / 2

Отже, кінець радіусу-вектора протягом одного періоду пробігають шлях, що дорівнює 6,28 радіан (2). Так як протягом однієї секунди радіус-вектор здійснює число обертів, що дорівнює частоті змінного струму. f, то за одну секунду його кінець пробігає шлях, рівний 6,28*fрадіан. Це вираз, що характеризує швидкість обертання радіуса-вектора, і буде кутовий частотою змінного струму -? .

? = 6,28 * f = 2f

Кут повороту радіуса-вектора будь-якої миті щодо його початкового положення називається фазою змінного струму. Фаза характеризує величину ЕРС (або струму) в дану мить або, як то кажуть, миттєве значення ЕРС, її напрям у ланцюгу та напрям її зміни; фаза показує, чи зменшується ЕРС чи зростає.

Малюнок 3.

Повний оборот радіуса-вектора дорівнює 360 °. З початком нового обороту радіуса-вектора зміна ЕРС відбувається у тому порядку, як і протягом першого обороту. Отже, всі фази ЕРС повторюватимуться у колишньому порядку. Наприклад, фаза ЕРС при повороті радіуса-вектора на кут 370° буде такою ж, як і при повороті на 10°. В обох випадках радіус-вектор займає однакове положення, і, отже, миттєві значення ЕРС будуть в обох випадках однаковими по фазі.

У світі, що нас оточує, є багато явищ і процесів, які, за великим рахунком, непомітні не тому, що їх немає, а тому, що ми їх просто не помічаємо. Вони присутні завжди і є такою самою непомітною та обов'язковою сутністю речей, без якої наше життя і уявити важко. Кожному, наприклад, відомо, що таке коливання: у найзагальнішому вигляді - це відхилення стану рівноваги. Ну, гаразд, відхилилася верхівка Останкінської вежі на свої 5 м, а що далі? Так і застигне? Нічого подібного почне повертатися назад, проскочить стан рівноваги і відхилятиметься в інший бік, і так вічно, доки вона існуватиме. А скажіть, чи багато людей реально бачили ці цілком серйозні коливання такої величезної споруди? Усі знають, вагається, сюди-туди, сюди-туди, і вдень і вночі, взимку та влітку, але якось… не помітно. Причини коливального процесу – це інше питання, але його наявність – невіддільна ознака всього сущого.

Коливається все навколо: будівлі, споруди, маятники годинника, листя на деревах, струни скрипки, поверхня океану, ніжки камертону... Серед коливань розрізняють хаотичні, які не мають суворої повторюваності, і циклічні, у яких за тимчасовий період Т тіло, що вагається, проходить повний набір своїх змін, а потім цей цикл точно повторюється, взагалі кажучи, нескінченно довго. Зазвичай ці зміни мають на увазі послідовний перебір просторових координат, як це можна спостерігати на прикладі коливань маятника або тієї ж вежі.

Кількість коливань за одиницю часу називається частотою F = 1/T. Одиниця виміру частоти - Гц = 1/сек. Зрозуміло, що циклічна частота є параметром однойменних коливань будь-якого виду. Проте, практично прийнято це поняття, з деякими доповненнями, відносити переважно до коливань обертального характеру. Так склалося в техніці, що є основою більшості верстатів, механізмів, пристроїв. Для таких коливань один цикл становить один оберт, і тоді зручніше використовувати кутові параметри переміщення. Виходячи з цього, обертальний рух вимірюють кутовими одиницями, тобто. один оборот дорівнює 2π радіан, а циклічна частота = 2π / T. З цього виразу легко проглядається зв'язок з частотою F: = 2πF. Це дозволяє сказати, що циклічна частота - це кількість коливань (повних обертів) за 2 секунд.

Здавалося б, не в лоба, так… Не зовсім так. Множники 2π і 2πF застосовують у багатьох рівняннях електроніки, математичної і теоретичної фізики розділах, де коливальні процеси вивчаються з використанням поняття циклічна частота. Формула резонансної частоти, наприклад, скорочується на два співмножники. У разі використання в розрахунках одиниці «об./сек» кутова, циклічна частота ῳ чисельно збігається зі значенням частоти F.

Коливання, як суть і форма існування матерії, та її речового втілення – предметів нашого буття, мають велике значення у житті людини. Знання законів коливань дозволило створити сучасну електроніку, електротехніку, багато сучасних машин. На жаль, коливання не завжди приносять позитивний ефект, іноді вони приносять горе та руйнування. Невраховані коливання, причина багатьох аварій, викликають матеріалів, а циклічна частота резонансних коливань мостів, гребель, деталей машин призводить до передчасного виходу з ладу. Вивчення коливальних процесів, вміння передбачити поведінку природних та технічних об'єктів з метою запобігти їх руйнуванню або виходу з робочого стану – основне завдання багатьох інженерних додатків, а обстеження промислових об'єктів та механізмів на вібростійкість – обов'язковий елемент експлуатаційного обслуговування.

Коливання - повторюваний у тому чи іншою мірою у часі процес зміни станів системи біля точки рівноваги.

Гармонічне коливання - коливання, при яких фізична (або будь-яка інша) величина змінюється з часом за синусоїдальним або косинусоїдальним законом. Кінематичне рівняння гармонійних коливань має вигляд

де х - зміщення (відхилення) точки, що коливається від положення рівноваги в момент часу t; А - амплітуда коливань, це величина, що визначає максимальне відхилення точки, що коливається від положення рівноваги; ω - циклічна частота, величина, що показує кількість повних коливань, що відбуваються протягом 2π секунд - повна фаза коливань, 0 - початкова фаза коливань.

Амплітуда - максимальне значення усунення чи зміни змінної величини від середнього значення при коливальному чи хвильовому русі.

Амплітуда і початкова фаза коливань визначається початковими умовами руху, тобто. положенням та швидкістю матеріальної точки в момент t=0.

Узагальнене гармонійне коливання у диференціальному вигляді

амплітуда звукових хвиль і аудіосигналів зазвичай відноситься до амплітуди тиску повітря в хвилі, але іноді описується як амплітуда зміщення щодо рівноваги (повітря або діафрагми мовця)

Частота - фізична величина, характеристика періодичного процесу, що дорівнює кількості повних циклів процесу, скоєних за одиницю часу. Частота коливань у звукових хвилях визначається частотою коливань джерела. Коливання високої частоти згасають швидше за низькочастотні.

Розмір, зворотна частоті коливань називається періодом Т.

Період коливань-тривалість одного повного циклу коливань.

У системі координат з точки 0 проведемо вектор А, проекція якого на вісь ОХ дорівнює Аcosϕ. Якщо вектор А̅ буде рівномірно обертатися з кутовою швидкістю ω˳ проти годинникової стрілки, то ϕ=ω˳t +ϕ˳, де ϕ початкове значення ϕ(фази коливань), то амплітуда коливань є модуль вектора А̅, що рівномірно обертається, фаза коливань (ϕ )- Кут між вектором А̅ і віссю ОХ, початкова фаза(ϕ˳) -початкове значення цього кута, кутова частота коливань(ω) – кутова швидкість обертання вектора А̅..

2. Характеристики хвильових процесів: фронт хвилі, промінь, швидкість хвилі, довжина хвилі. Поздовжні та поперечні хвилі; приклади.

Поверхня, що розділяє в даний час вже охоплену і ще не охоплену коливаннями середовище, називається фронт хвилі. У всіх точках такої поверхні після відходу фронту хвилі встановлюються коливання, однакові по фазі.

Промінь це перпендикуляр до фронту хвилі. Акустичні промені, подібно до світлових, прямолінійні в однорідному середовищі. Відбиваються і заломлюються межі розділу 2-х сред.

Довжина хвилі-відстань між двома найближчими один до одного точками, що коливаються в однакових фазах, зазвичай довжина хвилі позначається грецькою літерою. За аналогією з хвилями, що виникають у воді від кинутого каменю, довжиною хвилі є відстань між двома сусідніми гребенями хвилі. Однією з основних характеристик коливань. Вимірюється в одиницях відстані (метри, сантиметри тощо)

• поздовжніхвилі (хвилі стиснення, P-хвилі) - частки середовища коливаються паралельно(за) напрямом поширення хвилі (як, наприклад, у разі поширення звуку);
• поперечніхвилі (хвилі зсуву, S-хвилі) - частки середовища коливаються перпендикулярнонапрямку поширення хвилі (електромагнітні хвилі, хвилі на поверхнях поділу середовищ);

Кутова частота коливань(ω) – кутова швидкість обертання вектора А̅(Ѵ), зміщення х точки, що коливається – проекція вектора А̅ на вісь ОХ.

Ѵ=dx/dt=-Aω˳sin(ω˳t+ϕ˳)=-Ѵmsin(ω˳t+ϕ˳),деVm=Аω˳ ―максимальна швидкість (амплітуда швидкості)

3. Вільні та вимушені коливання. Власна частота коливань системи. Явище резонансу. Приклади .

Вільними (власними) коливаннями називають такі, що відбуваються без зовнішніх впливів за рахунок спочатку отриманої теплом енергії. Характерними моделями таких механічних коливань є матеріальна точка на пружині (пружинний маятник) та матеріальна точка на нерозтяжній нитці (математичний маятник).

У цих прикладах коливання виникають або за рахунок початкової енергії (відхилення матеріальної точки від положення рівноваги та руху без початкової швидкості), або за рахунок кінетичної (тілу повідомляється швидкість у початковому положенні рівноваги), або за рахунок і тієї та іншої енергії (повідомлення швидкості тілу , Відхилений від положення рівноваги).

Розглянемо пружинний маятник. У положенні рівноваги пружна сила F1

врівноважує силу тяжкості mg. Якщо відтягнути пружину на відстань x, то матеріальну точку діятиме велика пружна сила. Зміна значення пружної сили (F), згідно із законом Гука, пропорційно зміні довжини пружини або зміщенню точки x: F= - rx

Інший приклад. Математичний маятник відхилення від положення рівноваги га такий невеликий кут α щоб було вважати траєкторію руху матеріальної точки прямою лінією, що збігається з віссю OX. При цьому виконується наближена рівність: α sin α tg α x / L

Незагасні коливання. Розглянемо модель, у якій нехтують силою опору.
Амплітуда і початкова фаза коливань визначаються початковими умовами руху, тобто. положенням та швидкістю матеріальної точки момент t=0.
Серед різних видів коливань гармонійне коливання є найпростішою формою.

Отже, матеріальна точка, підвішена на пружині чи нитки, здійснює гармонійні коливання, а то й враховувати сили опору.

Період коливань може бути знайдений із формули: T=1/v=2П/ω0

Загасні коливання. У реальному випадку на тіло, що вагається, діють сили опору (тертя), характер руху змінюється, і коливання стає загасаючим.

Стосовно одномірного руху останньої формули надамо такий вигляд: Fс = - r * dx / dt

Швидкість спадання амплітуди коливань визначається коефіцієнтом згасання: що сильніша гальмує дію середовища, то більше ß і тим швидше зменшується амплітуда. На практично, однак, ступінь загасання часто характеризуються логарифмічним декрементом загасання, розуміючи під ці величину, рівну натуральному логарифму відношення двох послідовних амплітуд, розділених інтервалом часу, рівним періоду коливань отже, коефіцієнт загасання і логарифмічний декремент загасання

При сильному згасанні формули видно, що період коливання є уявною величиною. Рух у разі вже буде періодичним і називається аперіодичним.

Вимушені коливання. Вимушеними коливаннями називаються коливання, що виникають у системі за участю зовнішньої сили, що змінюється за періодичним законом.

Припустимо, що на матеріальну точку, крім пружної сили та сили тертя, діє зовнішня сила, що змушує F=F0 cos ωt

Амплітуда вимушеного коливання прямо пропорційна амплітуді змушує сили і має складну залежність від коефіцієнта загасання середовища та кругових частот власного та вимушеного коливань. Якщо ? резонансної Саме явище – досягнення максимальної амплітуди вимушених коливань для заданих ω0 та ß – називають резонансом.

Резонансну кругову частоту можна знайти з умови мінімуму знаменника: ωрез=√ωₒ- 2ß

Механічний резонанс спалить як корисним, і шкідливим явищем. Шкідлива дія пов'язана головним чином із руйнування, яке він може викликати. Так, у техніці, враховуючи різні вібрації, необхідно передбачати можливе виникнення резонансних умов, інакше можуть бути руйнування та катастрофи. Тіла зазвичай мають кілька власних частот коливань і кілька резонансних частот.

Резонансні явища при вплив зовнішніх механічних коливань відбуваються у внутрішніх органах. У цьому, мабуть, одна з причин негативного впливу інфразвукових коливань та вібрацій на організм людини.

6.Звукові методи дослідження в медицині: перкусія, аускультація. Фонокардіографія.

Звук може бути джерелом інформації про стан внутрішніх органів людини, тому в медицині добре поширені такі методи вивчення стану пацієнта, як аускультація, перкусія та фонокардіографія.

Аускультація

Для аускультації використовують стетоскоп або фонендоскоп. Фонендоскоп складається з порожнистої капсули з передає звук мембраною, що прикладається до тіла хворого, від неї йдуть гумові трубки до вуха лікаря. У капсулі виникає резонанс стовпа повітря, внаслідок чого посилюється звучання та покращується аускультація. При аускультації легень вислуховують дихальні шуми, різні хрипи, притаманні захворюванням. Також можна прослуховувати серце, кишечник та шлунок.

Перкусія

У цьому вся методі вислуховують звучання окремих частин тіла під час простукування їх. Представимо замкнуту порожнину всередині якогось тіла, заповнену повітрям. Якщо викликати в цьому тілі звукові коливання, то при певній частоті звуку повітря в порожнині почне резонувати, виділяючи та посилюючи тон, що відповідає розміру та положенню порожнини. Тіло людини можна представити як сукупність газонаповнених (легкі), рідких (внутрішні органи) та твердих (кістки) обсягів. При ударі поверхні тіла виникають коливання, частоти яких мають широкий діапазон. З цього діапазону одні коливання згаснуть досить швидко, інші ж, що збігаються з власними коливаннями порожнеч, посиляться і через резонанс будуть чутні.

Фонокардіографія

Застосовується для діагностики серцевої діяльності. Метод полягає у графічній реєстрації тонів та шумів серця та їх діагностичної інтерпретації. Фонокардіограф складається з мікрофона, підсилювача, системи частотних фільтрів та реєструючого пристрою.

9. Ультразвукові методи дослідження (УЗД) у медичній діагностиці.

1) Методи діагностики та дослідження

Відносять локаційні методи з використанням, головним чином, імпульсивного випромінювання. Це ехоенцефалографія – визначення пухлин та набряку головного мозку. Ультразвукова кардіографія - Вимір розмірів серця в динаміці; в офтальмології – ультразвукова локація визначення розмірів очних середовищ.

2)Методи впливу

Ультразвукова фізіотерапія – механічна та теплова дія на тканину.

11. Ударна хвиля. Отримання та використання ударних хвиль у медицині.
Ударна хвиля - Поверхня розриву, яка рухається щодо газу і при перетині якої тиск, щільність, температура і швидкість відчувають стрибок.
При великих обуреннях (вибух, надзвуковий рух тіл, потужний електричний розряд і т.п.) швидкість часток середовища, що коливаються, може стати порівнянною зі швидкістю звуку , виникає ударна хвиля.

Ударна хвиля може мати значну енергіюТак, при ядерному вибуху на утворення ударної хвилі в навколишньому середовищі витрачається близько 50% енергії вибуху. Тому ударна хвиля, досягаючи біологічних та технічних об'єктів, здатна заподіяти смерть, каліцтва та руйнування.

У медичній техніці використовуються ударні хвилі, що є надзвичайно коротким, потужним імпульсом тиску з високими амплітудами тиску і малою компонентою розтягування. Вони генеруються поза тілом пацієнта і передаються вглиб тіла, роблячи терапевтичний ефект, передбачений спеціалізацією моделі обладнання: дроблення сечових каменів, лікування больових зон та наслідків травм опорно-рухового апарату, стимуляцію відновлення серцевого м'яза після інфаркту міокарда, розгладжування целюлітних утворень тощо.