Vilni vide

1
Vilni vide

• 10. klasei

2
No fizikas vestures
Galileo Galilejs, italu zinatnieks (1564 1642)
Megina realizet savu svarsta pulkstena ideju
(janodrošina pulksteniem vienmerigs gajums)
paspeja izgatavot tikai enkura mehanismu šadam
pulkstenim (jo vinš jau zudusi redze un bija loti
vajš) .
Kristians Heigenss, niderlandiešu zinatnieks
(1629 1695)
Konstruejis svarsta pulksteni (1656) un
izstradajis ta darbibas teoriju izstradajis
gaismas vilnu teoriju atklajis gaismas
dubultlaušanu un polarizaciju.
3
Andre Ampers, francu fizikis (1775 1836)
Ideja par elektromagnetisma izmantošanu signalu
parraidišana.
Hanss Kristians Ersteds, danu fizikis (1777
1851)
Viens no pirmajiem izteica domu, ka gaisma ir
elektromagnetiska paradiba.
Maikls Faradejs, anglu fizikis (1791 1867)
Radijis macibu par elektromagnetisko lauku. Vinš
pieradija, ka, laižot stravu caur stiepli, kas
uztita uz dzelzs serdes, dzelzs parveršas par
magnetu.
4
Džeims Maksvels, anglu fizikis (1831 1879)
Izveidoja teoriju, kura paredzeja
elektromagnetisko vilnu izplatišanos telpa bez
vielas klatbutnes. Bet pagaja vairak neka 20 gadu
lidz bridim, kad izdevas eksperimentali pieradit
e-m vilnu pastavešanu.
Heinrihs Hercs, vacu fizikis (1857 1894)
Ar meistarigi realizetiem eksperimentiem 1888 .g.
Vinš ieraudzija elektromagnetiskos vilnus tie
radas ap elektrisko dzirksteli un no attaluma
speja iededzinat spuldziti. Herza eksperimenti
bija radiotehnikas un radioelektronikas, musdienu
sakaru tehnikas aizsakums. Hercs, frekvences
vieniba, ir nosaukta vina varda.
5
Radio
Aleksandrs Popovs, krievu zinatnieks (1859 1906)
Pirmais realizeja radiosakarus. 7. maija 1895.
gada radijis ierici, ar kuru bez vadiem liela
attaluma var uztvert elektriskos signalus.
Giljelmo Markoni , italu fizikis, zinatnieks
(1859 1906)
1898. gada sekmigi nodibinaja sakarus starp
Dienvidforlendas baku netalu no Doveras un bakas
kugi East Goodwin, kas atradas Lamanša šauruma.
1909.g- Nobela premija.
Nikola Tesla, amerikanu fizikis, elektrotehnikas
inženieris (1856 1943)
Vinš emigrejušais serbs. Izgudroja radio agrak
par Popovu un Markoni, ieguva trisfažu stravu
agrak par Dobrovolski.
6
Kermenu svarstibas
Par mehaniskam svarstibam sauc tadu
kustibu, kura no stabila lidzsvara stavokla
izvirzits kermenis periodiski atgriežas taja.

Ja nebutu berzes un kustibu netraucetu
pretestibas speki, svarstibas bez izmainam varetu
turpinaties neierobežoti ilgi. Šadas svarstibas
sauc par brivam nerimstošam svarstibam.

7
Dažadu kermenu svarstibas ir atškirigas, tomer
visam svarstibam piemit kopejas ipašibas un to
raksturlielumi ir svarstibu periods, frekvence,
amplituda un energija.
Svarstibu periods T ir laiks, kada notiek viena
svarstiba. Ja laika t kermenis izdara N pilnas
svarstibas, tad ta svarstibu periods
Svarstibu frekvence ? ir svarstibu skaits laika
vieniba (sekunde). Ja kermenis izdara N
svarstibas t sekundes, tad frekvence
8
Periods un frekvence ir apgriezti lielumi sava
starpa
Ts (sekunde) periods ?Hz (hercs)
frekvence ts (sekunde) laika intervals N
svarstibas skaits
Perioda T notiek viena pilna svarstiba.
9
Uzdevums

• Cik svarstibu 5 minutes izdaris šupoles, ja
  svarstibu periods ir 3 s?
• Cik liela svarstibu frekvence?

N
100
?
0,33 Hz
10
Amplituda
Svarstibu amplituda A ir kermena maksimala
novirze no lidzsvara stavokla.
11
Diega svarsts
Diega svarsta (matematiska svarsta) svarstibu
periods ir atkarigs tikai no svarsta garuma l un
brivas krišanas paatrinajuma g. Jo garaks
svarsts, jo lielaks ir svarstibu periods.
Svarstibu periodu aprekina šadi
Ts (sekunde) periods l m svarsta
garums g 9,83 10m/s2 brivas krišanas
paatrinajums p 3,14
12
Uzdevumi
2) Ka mainisies diega svarsta svarstibu periods
un frekvence, ja diega garumu palielinas 2 reizes?
Periods (T) palielinas reizes, tad
frekvence samazinas reizes.
13
Atsperes svarsts
Atsperes svarsta svarstibu periods ir atkarigs no
atsvara masas m un atsperes vai auklas stinguma
koeficienta k. Jo smagaks atsvars, jo lenak tas
svarstas, un otradi. Atsperes svarsta periodu
aprekina pec formulas
Ts (sekunde) periods m kg atsvara
masa k N/m stinguma koeficients p 3,14
14
Uzdevumi
3) Atspere, kuras stinguma koeficients 15 N/m,
iekarts 600g smags atsvars. Aprekinat atsperes
svarstibu periodu un frekvenci.
1,26 s
0,79 Hz
4) Cik reizes un ka mainisies atsperes svarsta
frekvence, ja svarstam piekarta atsvara masu
samazinas 2 reizes?
Periods (T) samazinas reizes, tad
frekvence palielinas reizes.
15
Svarstibu veidi
Svarstibas, ko nosaka iekšejie speki, sauc
par brivam svarstibam. Brivas tada zina,
ka, reiz raditas kada areja impulsa del, tas
vairak neviens neierosina. Svarsts svarstas pats,
kamer norimst.
Kermena svarstibas, kas norisinas
periodiski mainiga areja speka iedarbiba, sauc
par uzspiestam svarstibam. Tehnika bieži
jaizmanto tadas svarstibas, kas nerimst. Lai to
panaktu, svarstibas visu laiku jauztur kadai
pastavigai un ritmiskai arejai iedarbibai
arejam spekam. Uzspiestas svarstibas var
but ari nevelamas. Tad jacenšas tas noverst.
Uzspiestas svarstibas bieži rodas mehanismos,
kuros ir rotejošas detalas.
16
Rezonanse
Rezonanse ir paradiba, ko novero gadijuma, kad
uzspiesto svarstibu amplituda sasniedz maksimalo
vertibu, ja areja speka frekvence tuvojas
sistemas pašsvarstibu frekvencei
1940. gada sabruka tilts par Takomas šaurumu
ASV, iespejams, valdošo veju rezonanses
del.(Fizika 10.klasei. E.Šilters u.c.,
Lielvards, 2004).
Rezonanse var but loti nevelama paradiba.
Gadijumos, kad nelieli, bet ritmiski speki (veja
brazmas, cilveku grupas ritmiska sološana)
iesvarsta tiltus, transportlidzeklus, dažadas
konstrukcijas, var rasties rezonanse un izraisit
šo objektu sagrušanu.
17
Mehaniskie vilni
Vilnis ir vides dalinu mehanisko svarstibu
izplatišanas process kada vide. Vilnus var
izraisit un noverot, piemeram, iemetot akmeni
udeni. Uz udens virsmas veidojas koncentriski
vilnu gredzeni, kas parvietojas pa udens virsmu.
Ja udeni peld lapas vai citi nelieli priekšmeti,
tad var redzet, ka šie priekšmeti svarstas augšup
un lejup, bet neparvietojas kopa ar vilniem. Tas
rada, ka udens virsmas slanis (ši udens slana
dalinas) svarstas augšup un lejup, bet
neparvietojas horizontala virziena. Šadas
svarstibas izplatas vide vilnu veida.
Uz udens virsmas rodas koncentriskivilnu
gredzeni, kas parvietojas pa udens virsmu
18
Attalumu starp diviem vilna pacelumiem vai
iegrimumiem, kas seko viens otram, sauc par vilna
garumu ?. Vilna garumu, svarstibu periodu un
vilnu izplatišanas atrumu saista sakariba
? ?T (jeb ? cT)
???
v
?m vilna garums Ts (sekunde) svarstibu
periods ?Hz (hercs) frekvence ?m/s
(metrs sekunde) vilnu izplatišanas atrums
(vakuuma ? c 3108 m/s)
19
Uzdevumi
5) Vilnis izplatas ar atrumu 4 m/s. Aprekinat
vilna garumu, ja svarstibu periods 101 s.
? ?T 40,1 0,4 m
6) Cik liela ir vilna frekvence, ja vilna garums
ir 300 m? Aprekinat vilna periodu.
? ?T T
106 s
? 10 6 Hz
7) Raidstacija raida ar 105,2 MHz frekvenci. Cik
liels ir šo radiovilnu garums?
?
2,85 m
20
Vilnu veidi
1. Škersvilni
Škersvilni vides dalinu svarstibas notiek
perpendikulari vilna izplatišanas virzienam.
(piemeram, strauji augšup vai lejup paraujot
gumijas auklu aiz briva gala, pa to izplatas
škersvilnis).
2. Garenvilni
Garenvilni vides dalinas svarstas vilna
izplatišanas virziena. (piemeram, spirale strauji
pavelkot vai pagružot). Radot garenvilni, pie
vilna avota izveidojas pirmais vielas sablivejums
vai retinajums. Vides elastibas del avota radita
deformacija izplatas aizvien talak.
21
3. Stavvilni
Stavvilnis veidojas, ja vilnis sava cela sastop
škersli un atstarojas no ta. (piemeram, vilniem
uz udens šads škerslis var izradities stavs
krasts vai mols. Un tad, stavot krasta vai uz
mola, novero stavvilnis, kas veidojas škeršla
tuvuma).
Stavvilnis (melna) attelots ka divu vilnu summa,
kas (sarkana un zila), izplatiti pretejos
virzienos.
Juras krasta radušies stavvilni izveido divainus
pacelumus un ieplakas
22
Vilnu ipašibas
1) Atstarošana ja vilnis krit uz škersli, tad
uz robežvirsmas notiek atstarošana.
a ß (atstarošanas lenkis ß ir vienads ar
krišanas lenki a)
a
ß
23
2) Laušana ja vilnis krit uz robežvirsmas starp
divam dažadam videm.
a gt ?, a lt ?
a
?
24
3) Interference divu vai vairaku vienadas
frekvences vilnu parklašanos, kuras rezultata
parklašanas apgabala notiek amplitudas
pastiprinašanas.
25
4) Difrakcija vilnis apliecas ap škersli un
škeršla izmeri ir nelieli salidzinajuma ar vilna
garumu.
(latinu valoda. difraktus lauzts). Zimejuma
vilnu uz juras virsmas. Vilni, kas skrien pie
mums pa juras virsmu, tiek aizklatas ar lielu
akmeni (kreisaja puse), bet mazakais akmens
(labaja puse) vairs nav škerslis vilniem tie to
viegli apliek. Vilnu novirzi no taisnvirziena
izplatibas, tas ir škeršlu aplikšana, sauc par
difrakcijas paradibu.
26
Skanas vilni
Par dzirdamo skanu pienemts saukt cilveka
ausij uztveramas svarstibas, kas izraisa skanas
sajutu. Šo svarstibu frekvencu diapazons ir
robežas no 16-20 Hz lidz 16-20 kHz.
Skanas skalumu (intensitati) mera
decibelos (dB). Cilvekam visu uztveramo skanu
(runas, muzikas, trokšnu) diapazons mainas no 0
dB (klusums) lidz 120 dB (neizturama dardona).
27
Skana Intensitate, dB
cuksti 20
saruna 40
telefona zvans 70
motorollera troksnis 80
vilciens 90
rokkoncerts 110
tuvs perkona graviens 110
sapju slieksnis 120-130
lidmašinas pacelšanas 170
28
Infraskana svarstibas, kuru frekvence ir mazaka
par 16-20 Hz.
Infraskana rodas isu bridi pirms zemestrices vai
vulkana izvirduma. Dzivnieki to sajut un pamet
bistamo apgabalu. Ari perkona zemo rukonu pavada
infraskana, un ta ir loti speciga. Infraskanu
rada daudzi vibrejoši motori.
Zemo frekvencu svarstibu iedarbiba cilveks un
daudzi dzivnieki dažkart sajut neizprotamu
nemieru.
29
Ultraskana svarstibas, kuru frekvence parsniedz
dzirdamo skanu augšejo robežu (20 kHz).
Ultraskanu rada un dzird daudzi dzivnieki (suni,
delfini). Lai gan cilveks ultraskanu nedzird,
tomer ta tiek plaši izmantota gan tehnika, gan
medicina (iekšejo organu apskatei).
Siksparnis savu medijumu uztver ar ultraskanas
palidzibu.
Juras dzilumu mera ar eholotu ierici, kas raida
un uztver ultraskanas vilnus.
30
Dzivnieki Frekvence, Hz
Kaki Suni Zirgs Zilonis Govs Siksparnis Sienazis Grauzejs Valis un delfins Ronis un juras lauva 100 32 000 40 46 000 31 40 000 16 12 000 16 40 000 1000 150 000 100 50 000 1000 100 000 70 150 000 200 55 000
31
Skanas vilnu izplatišanas atrums dažadas
vides ir atškirigs.
Škidrumos un cietvielas, kas ir maz
saspiežami un daudz elastigaki par gazem skanas
atrums vienmer ir lielaks. Skanas atrums
gazes nedaudz ir atkarigs no temperaturas
(palielinas, ja temperatura pieaug). Piemeram,
gaisa 20º C atrums par 10 m/s lielaks neka 0º C
temperatura.
32
Viela Atrums, m/s
Visums (vakuums) neizplatas
gumija 40
gaiss 0º C 331
gaiss 20º C 343
helijs 965
udens 20º C 1 484
ledus -4º C 3 230
betons 3 800
terauds 5 100
dzelzs 5 200
33
Skanas veidi
Vienkaršaka muzikala skana ir tonis svarstibas,
kas norisinas tikai ar vienu nemainigu frekvenci.
Šo frekvenci sauc par tona augstumu.
Tonkarta do (frekvence ? 264Hz), re (?
297Hz), mi (? 330Hz), fa (? 352Hz), sol (?
396Hz), la (? 440Hz), si (? 495Hz).
Tembrs ir katra instrumenta skanejuma nokrasa.
Troksnis ir dažada skaluma un augstuma skanu
vienlaikus skanejums.
34
Vilnu izmantošana
Nosaukums ?, m vilna garums ?, Hz - frekvence
Rupnieciska mainstrava 108 . . . 105 0 . . . 3103
Radiovilni 105 . . . 104 3103 . . . 31011
Infrasarkanie stari (IS) 103 . . . 106 31011 . . . 31014
Redzama gaisma 106 . . . 107 31014 . . . 31015
Ultrafioletie stari (UV) 107 . . . 109 31015 . . . 31017
Rentgenstari 109 . . . 1012 31017 . . . 31020
Gamma- stari 1012 . . . 1014 31020 . . . 31022
Kosmosa stari lt 1014 gt 31022
35

• Mainstrava ir zemas frekvences svarstibas, kuras
  ražo generatori.
• Radiovilnu izmanto radio un TV parraides.
• Mikrovilnus izmanto radiolokatoros un mikrovilnu
  krasnis.
• Mobilais telefons darbojas ar 900 MHz 1800 MHz
  frekvencem.
• Infrasarkanos starus (IS) jeb siltumstarus
  izstaro jebkurš sakasets kermenis.
• Redzamo gaismu izstaro Saule, spuldzes sveces
  u.c.
• Ultravioletos starus (UV) izstaro specialas
  lampas un ari Saule.
• Rentgenstarus izmanto medicina un daudz kur
  citur.
• Gamma starus izstaro radioaktivas vielas.