À propos des vibrations et des ondes. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique

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Autour de nous tout le temps naissent en décroissance des phénomènes oscillatoires. La branche "d'où l'oiseau s'est envolé fluctue. Les pendules et les balançoires de l'horloge vibrent. Sous l'influence du vent, les arbres vibrent, les fils suspendus aux poteaux, l'eau vibre dans les lacs et les mers.

Vous avez donc jeté une pierre sur la surface lisse du lac et des vagues en ont jailli (Fig. 1). Ce qui s'est passé? Les particules d'eau au point d'impact de la pierre ont été enfoncées, déplaçant les particules voisines vers le haut, - une bosse en forme d'anneau s'est formée à la surface de l'eau. Puis, à l'endroit où la pierre est tombée, les particules d'eau se sont élevées comme une bosse, mais déjà plus haute que son niveau précédent - une deuxième bosse est apparue derrière la première bosse, et une dépression entre elles. De plus, les particules d'eau continuent de se déplacer alternativement de haut en bas - elles oscillent, entraînant avec elles de plus en plus de particules d'eau voisines. Des ondes se forment, divergeant de leur lieu d'origine en cercles concentriques.

Riz. 1. Lorsqu'une pierre touche la surface de l'eau, des vagues apparaissent dessus.

J'insiste : les particules d'eau ne font qu'osciller, mais ne bougent pas avec les vagues. Ceci est facile à vérifier en jetant une puce sur la surface oscillante de l'eau. S'il n'y a pas de vent ou de débit d'eau, la puce ne fera que monter et descendre au-dessus du niveau de l'eau, sans se déplacer avec les vagues.

Les vagues d'eau peuvent être grandes, c'est-à-dire fortes, ou petites, faibles. Nous appelons ondes fortes ces ondes qui ont une large gamme d'oscillations, comme on dit, de grandes amplitudes d'oscillations. Les vagues faibles ont de petites bosses - une petite amplitude. Plus l'amplitude des ondes qui sont apparues est grande, plus l'énergie qu'elles transportent est grande. L'énergie des vagues générées par une pierre lancée est relativement faible, mais elle peut faire vibrer les roseaux et l'herbe qui poussent dans le lac. Mais nous savons quels grands dommages au rivage peuvent être produits par les vagues de la mer avec de grandes amplitudes et, par conséquent, de haute énergie.

Ces destructions sont réalisées précisément par l'énergie que les vagues dégagent en permanence vers le rivage.

Les vagues peuvent être fréquentes ou rares. Plus la distance entre les crêtes des ondes progressives est petite, plus chaque onde individuelle est courte. Plus la distance entre les vagues est grande, plus chaque vague est longue. Nous appelons la longueur d'une vague sur l'eau la distance entre deux crêtes ou creux adjacents. Au fur et à mesure que les ondes s'éloignent du lieu d'origine, leurs amplitudes diminuent progressivement, s'estompent, mais la longueur d'onde reste inchangée.

Des vagues sur l'eau peuvent également être créées, par exemple, avec un bâton, immergé dans l'eau et en rythme, au rythme des vibrations de l'eau, puis descendant, puis montant. Et dans ce cas, les vagues seront amorties. Mais ils existeront jusqu'à ce que nous arrêtions de perturber la surface de l'eau.

Comment se produisent les oscillations oscillantes ? Vous le savez très bien : il vous suffit de les pousser pour qu'ils oscillent d'un côté à l'autre. Plus la poussée est forte, plus l'amplitude des oscillations est grande. De telles oscillations seront également amorties si elles ne sont pas soutenues par des chocs supplémentaires. Nous voyons telles et bien d'autres vibrations mécaniques. Dans la nature, il y a plus de vibrations invisibles que nous entendons, ressentons sous forme de son. Il n'est pas toujours possible, par exemple, de remarquer les vibrations de la corde d'un instrument de musique, mais nous entendons comment cela sonne. Lorsque le vent souffle, un son est produit dans le tuyau. Il est créé par des mouvements oscillatoires de l'air dans le tuyau, que nous ne voyons pas. Un diapason, un verre, une cuillère, une assiette, un stylo d'étudiant, une feuille de papier sonnent, eux aussi oscillent.

Oui, jeune ami, nous vivons dans un monde de sons, car beaucoup de corps autour de nous vibrent et résonnent. Les sons eux-mêmes sont le résultat de la propagation des mouvements oscillatoires de ses particules dans l'air. Nous ne les voyons pas. Comment les ondes sonores sont-elles générées dans l'air ?

L'air est composé de particules invisibles à l'œil. Avec le vent, ils peuvent être transportés sur de longues distances. Mais ils peuvent aussi fluctuer. Par exemple, si nous faisons un mouvement brusque avec un bâton en l'air, nous ressentirons une légère rafale de vent et entendrons en même temps un faible son. Ce son est le résultat des vibrations des particules d'air excitées par les vibrations du manche.

Faites cette expérience. Tirez une corde, comme une guitare, puis relâchez-la. La corde commencera à trembler - à osciller autour de sa position de repos d'origine. Des vibrations suffisamment fortes de la corde sont perceptibles à l'œil. Les faibles vibrations de la corde ne peuvent être "ressenties" comme un léger chatouillement que si vous la touchez avec votre doigt. Tant que la corde vibre, on entend le son. Dès que la corde se calme, le son s'éteint.

La naissance du son par une corde oscillante est due à la "condensation" et à la "raréfaction" des particules d'air. Oscillant de part et d'autre, la corde pousse, comme si elle comprimait des particules d'air, devant elle, formant des zones de haute pression dans une partie de son volume, et derrière, au contraire, des zones de basse pression. Ce sont des ondes sonores. Se propageant dans l'air à une vitesse d'environ 340 m/s, ils transportent une certaine quantité d'énergie. Au moment où la zone de pression accrue de l'onde sonore atteint l'oreille, elle appuie sur le tympan, le pliant quelque peu vers l'intérieur. Lorsque la région raréfiée de l'onde sonore atteint l'oreille, la membrane tympanique se courbe quelque peu vers l'extérieur. Le tympan vibre constamment dans le temps avec des zones alternées de haute et basse pression d'air. Ces vibrations sont transmises le long du nerf auditif au cerveau, et nous les percevons comme un son. Plus l'amplitude des ondes est grande, plus elles transportent d'énergie en elles-mêmes, plus le son que nous percevons est fort.

Les ondes sonores, comme les vagues d'eau, sont classiquement représentées comme une ligne ondulée - une sinusoïde. Les "bosses" d'une telle courbe correspondent à des zones de haute pression, et les "creux" correspondent à des zones de basse pression atmosphérique. La zone de haute pression et la zone de basse pression qui la suit forment une onde sonore.

Mais nous, en plus, vivons dans un monde d'oscillations électromagnétiques émises par des fils et des appareils électriques dans lequel circule un courant alternatif, un grand nombre d'antennes de stations de radio, des décharges électriques atmosphériques, les entrailles de la Terre et l'Espace sans fin. Ce n'est qu'avec l'aide d'instruments artificiels que les oscillations électromagnétiques peuvent être détectées et enregistrées.

Publication : N. Bolchakov, rf.atnn.ru

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