Biofizika fanidan tayyorlagan mustaqil ishi tekshirdi: bobur turg’unovich reja: Kirish Asosiy qism

TOSHKENT TIBBIYOT AKADEMIYASI

1-KURS 107-A GURUH TALABASI

BAZARBAYEVA NILUFARNING
BIOFIZIKA FANIDAN TAYYORLAGAN
MUSTAQIL ISHI

TEKSHIRDI: BOBUR TURG’UNOVICH


REJA:
Kirish
Asosiy qism
1.Tovush to‘lqinlari
2. Tovush to‘lqinlarining dispersiyasi
3.Tovush to’lqinlarining uzunligi
Foydalanilgan adabiyotlar
Mavzu:Tovushning fizik xossalari
Biz tovush sifatida qabul qiladigan o‘ziga xos sezgi elastik muhit- havo, suv, qattiq jism tebranma harakatining odam eshitish a`zosiga ta`siri natijasidir. Muhitning tebranishi tovush manbai tomonidan qo‘zg`atiladi va muhitda tarqala borib, qabul qilish a`zosi - bizning qulog`imizgacha yetib keladi. SHunday qilib, biz eshitadigan turli-tuman tovushlar bir-biridan chastota va amplitudalari bilan farq qiladigan tebranma jarayonlar tomonidan yuzaga keltiriladi. Bir hodisaning ikki tomonini chalkashtirib yuborish yaramaydi: tovush fizik jarayon sifatida tebranma harakatning xususiy bir holidan iboratdir; psixofiziologik hodisa sifatida esa tovush, o‘zigi xos bo‘lib, uning paydo bo‘lish mexanizmi hozirgi vaqtda yetarli darajada mukammal o‘rganilgan. Hodisaning fizik tomoni haqida gapirganda, biz tovushni uning intensivligi (kuchi) bilan, u bilan bog`liq bo‘lgan tebranma jarayonlarning tarkibi va chastotasi bilan xarakterlaymiz; tovush sezgilarini nazarda tutsak, u holda biz tovushning qattiqligi, tembri, balandligi haqida gapiramiz. Qattiq jismlarda tovush bo‘ylama tebranish holida ham, ko‘ndalang tebranish holida ham tarqaladi. Suyuqlik va gazlar siljish elastikligiga ega bo‘lmagani sababli, gazsimon va suyuq muhitda tovush faqat bo‘ylama tebranish holida tarqalishi mumkin. Gazlarda va suyuqliklarda tovush to‘lqinlari muhitning almashinib keluvchi zichlanish va siyraklanishlaridan iborat bo‘lib, tovush manbaidan har qaysi muhit uchun xos bo‘lgan ma`lum tezlik bilan uzoqlashadi. Tovush to‘lqinlarining sirti tebranish fazasi bir xil bo‘lgan muhit zarrachalarining geometrik o‘rnidan iboratdir. Tovush to‘lqinlarining sirtini, masalan, qo‘shni to‘lqinlarning sirtlari orasida bitta zichlanish qatlami va bitta siyraklanish qatlami joylashadigan qilib o‘tkazish mumkin. To‘lqin sirtiga perpendikulyar bo‘lgan yo‘nalish nur deyiladi. Gazsimon muhitdagi tovush to‘lqinlarining fotorasmini olish mumkin. Buning uchun tovush manbai orqasiga fotoplastinka, ro‘parasiga esa elektr uchquni 24 joylashtirilib, uchqundan chiqadigan nurlar shunday yo‘naltiriladiki, uchqun bir onga chaqnagan vaqtida chiqqan yorug`lik dastasi tovush manbai atrofidagi havo orqali o‘tib fotoplastinkaga tushadi. 2.1, 2.2, 2.3-rasmlarda tovush to‘lqinlarining ko‘rsatilgan usul bilan olingan fotorasmlari keltirilgan. Tovush manbai fotoplastinkadan taglikka o‘rnatilgan kichkina ekran bilan ajratilgan. 2.1- rasm. Tovush to‘lqinlarining vaqtning ikki momentidagi fotorasmi (a va b). Tovush to‘lqinining qaytishi (c). 2.1 a- rasmda tovush to‘lqini endi ekran orqasidan chiqqani ko‘rinib turibdi. 2.1 b- rasmda shu to‘lqinning o‘zi sekundning mingdan bir necha ulushlari o‘tgandan keyin ikkinchi marta rasmga olingan. Bu holda to‘lqin sirti sferadan iborat. Fotorasmda to‘lqinning tasviri radiusi vaqt o‘tishi bilan ortib boruvchi aylana ko‘rinishida aks etgan. 2.1 c-rasmda yassi devordan qaytgan sferik tovush to‘lqinining fotorasmi keltirilgan. Bu erda shunga e`tibor berish kerakki, to‘lqinning qaytgan qismi go‘yo tovush manbai qaytaruvchi sirtdan qanday masofada turgan bo‘lsa, qaytaruvchi sirt orqasida xuddi shunday masofada turgan nuqtadan kelib chiqayotganday bo‘lib tuyuladi. Hammaga ma`lumki, exo tovush to‘lqinlarining qaytish hodisasi bilan tushuntiriladi. 2.2 - rasmda tovush to‘lqinlari vodorod bilan to‘ldirilgan linzasimon xaltacha orqali o‘tgan vaqtda to‘lqin sirti qanday o‘zgarishi ko‘rsatilgan. Tovush to‘lqini sirtining bunday o‘zgarishi tovush nurlarining sinishi (difraksiyasi) natijasida yuz beradi: to‘lqinlarning tezligi har xil bo‘lgan ikki muhitni ajratib turuvchi sirtda to‘lqinning yo‘nalishi o‘zgaradi. (a) (b) (c) 25 2.3- rasmda yo‘liga to‘rtta tirqishli ekran qo‘yilgan tovush to‘lqinlarining fotorasmi tasvirlangan. To‘lqinlar tirqishlar orqali o‘tar ekan, ekranni aylanib o‘tadi. To‘lqinlarning uchragan to‘siqlarni bunday aylanib o‘tish hodisasi difraksiya deb ataladi. 2.2-rasm. Tovush to‘lqinlarining 2.3-rasm. Tovush to‘lqinlarining sinishi. difraksiyasi. Tovush to‘lqinlarining tarqalish, qaytish, sinish va difraksiya qonunlarini Gyugens prinsipidan keltirib chiqarish mumkin. Gyugens prinsipiga binoan muhitning tebranma harakatga keltirilgan har bir zarrachasini to‘lqinlarning yangi markazi (manbai) deb qarash mumkin; ana shu to‘lqinlarning hammasining interferensiyasi aslida kuzatiladigan to‘lqinni yuzaga keltiradi. 2.4-rasm. O‘tayotgan tovush to‘lqinining zichlanishlarida zarrachalar ilgariga qarab harakat qiladi. ___________________ 1 2.4-rasmda tasvirlangan siljish sinusoidasi muhitning a- zarrachasiga qo‘shni bo‘lib, undan chapda yotgan zarrachalari o‘ngga, a dan o‘ngda yotganlari esa – chapga, ya`ni bir-biriga qaramaqarshi siljiganligini ko‘rsatadi. Muhitning b , zarrachasi bilan qo‘shni bo‘lib, undan chapda yotgan zarrachalari chapga siljiydi, b dan o‘ngda yotganlari esa o‘ngga siljigan, ya`ni bu erda zarrachalar siljish natijasida bir-biridan uzoqlashgan. 26 Tovush to‘lqinlari o‘zlarida harakat miqdorini olib yuradi va shuning natijasida ular uchragan to‘siqqa bosim ko‘rsatadi. Bu hodisani tushuntirish uchun 2.4-rasmga murojaat qilamiz. Rasmda uzuquzuq chiziq bilan bo‘ylama to‘lqinlar muhitda tarqalayotganda muhit zarrachalarining vaqtning qandaydir momentidagi siljish sinusoidasi tasvirlangan. Vaqtning kuzatilayotgan momentida bu zarrachalarning tezligi kosinusoida bilan yoki, shuning o‘zi, siljish sinusoidasidan chorak davrga ilgari yuradigan sinusoida bilan tasvirlanadi (2.4- rasmda uzluksiz chiziq). Muhitning zichlanishlari berilgan momentda zarrachalarning siljishi nolga teng yoki nolga yaqin bo‘lgan joylarda va tezlik to‘lqin tarqalayotgan 1 tomonga qarab yo‘nalgan joyda kuzatilishini tushunib olish qiyin emas. Aksincha, muhitning siyraklanishlari zarrachalarning siljishi nol yoki nolga yaqin bo‘lgan, lekin zarrachalarning tezligi to‘lqinning tarqalishiga qarama-qarshi tomonga yo‘nalgan joylarda kuzatiladi. Demak, zichlanishlarda zarrachalar oldinga, siyraklanishlarda - orqaga qarab harakat qilar ekan. Lekin zichlashgan qatlamlarda siyraklashgan qatlamlardagiga qaraganda zarrachalar soni ko‘proq bo‘ladi. Shunday qilib, vaqtning istalgan momentida chopar bo‘ylama tovush to‘lqinlarida oldinga qarab harakatlanadigan zarrachalar soni orqaga qarab harakatlanadigan zarrachalar sonidan birmuncha ortiq bo‘lar ekan. Shu sababli tovush to‘lqini o‘zi bilan qandaydir harakat miqdorini olib yuradi va bu tovush to‘lqinlarining uchragan to‘siqlarga ko‘rsatadigan bosimida namoyon bo‘ladi. Tovush bosimini tajribada Reley va Lebedev tekshirgan. Nazariy yo‘l bilan tovush tezligi Laplas formulasi  K u//  yordami bilan aniqlanadi:  K с  , (2.1) bu erda K - (siqilish vaqtida issiqlik qabul qilinmasa va uzatilmasa) har tomonlama elastiklik moduli,  -zichlik. Gazlar (kamroq siqilgan gazlar) uchun har tomonlama elastiklikning izotermik moduli to‘g`ridan-to‘g`ri gazning bosimi (r) ga teng. Agar gazning temperaturasini 27 o‘zgartirmasdan uni n marta siqsak (uning zichligini orttirsak), u holda gazning bosimi ham n marta ortadi. Demak, Laplas formulasiga binoan gazda tovush tezligi gazning zichligiga bog`liq emas, degan xulosa kelib chiqadi. Gaz qonunlari va Laplas formulasidan gazlarda tovushning tezligi gaz absolyut temperaturasining kvadrat ildiziga proporsional ekanligini quyidagi formuladan keltirib chiqarish mumkin: с  g RT, (2.2) bunda g-og`irlik kuchining tezlanishi,  - issiqlik sig`imlarining nisbati            C Cp va R - universal gaz doimiysi. 0°C da tovushning quruq havodagi tezligi 332 / , 0 с  m s o‘rtacha temperatura va o‘rtacha namliklarda havoda tovush tezligi 340 m/s ga teng deb hisoblanadi. Vodorodda 0°C temperaturada tovush tezligi 1280 m/s ga teng. Suvda tovush tezligi 1450 m/s ga, shishada 5600 m/s ga, temirda 5170 m/s ga teng. O‘q otish va portlash vaqtlarida hosil bo‘ladigan zarbali tovush to‘lqinlari yo‘lining boshida, berilgan muhitdagi normal tovush tezligidan ancha katta tezlikka ega bo‘ladi. Havodagi kuchli portlash keltirib chiqargan zarbali tovush to‘lqini tovush manbai yaqinida tovushning havodagi normal tezligidan bir necha marta kattaroq tezlikka ega bo‘lishi mumkin, lekin portlash joyidan o‘nlarcha metr naridayoq to‘lqinning tarqalish tezligi normal darajaga tushib qoladi. Turli uzunlikdagi tovush to‘lqinlari amalda bir xil tezlikka ega bo‘ladi. Lekin berilgan muhit uchun chastotalarning shunday sohalari mavjudki, bu sohalarda elastik to‘lqinlar tezda so‘nib qoladi va tovush to‘lqinlarining tezligi bir xil bo‘lmaydi. Odatda bu chastotalar eshitish chegarasidan uzoqda yotadi (atmosfera bosimida gazlar uchun bu chastotalar taxminan sekundiga 100 000 tebranishga tengdir). Nazariy analiz tovush to‘lqinlarining dispersiyasi va yutilishi molekulalarning ilgarilanma va tebranma harakatlari o‘rtasida energiya qayta taqsimlanishi uchun oz bo‘lsa-da qandaydir vaqt talab qilinishi bilan bog`liq ekanligini ko‘rsatadi. Bu ahvol 28 uzun to‘lqinlar (tovush diapazonidagi to‘lqinlar) juda qisqa “eshitilmas” to‘lqinlarga qaraganda birmuncha sekinroq harakatlanishiga sababchi bo‘ladi. Masalan, 0 0 C temperatura va atmosfera bosimidagi karbonat angidrid bug`larida tovush 268 m/s tezlik bilan tarqalsa, juda qisqa “eshitilmas” to‘lqinlarning tarqalish tezligi esa 280 m/s ga teng bo‘ladi. Tovush to‘lqini muhitda tarqalar ekan, tovush manbaining shakli va o‘lchamlariga qarab turli shakllarga ega bo‘lishi mumkin. Texnika nuqtai nazaridan eng ahamiyatli bo‘lgan hollarda tovush manbai (tovush tarqatgich) qandaydir tebranuvchi sirtdan iborat bo‘ladi, masalan, telefon membranasi yoki radiokarnay ana shundaylardandir. Bunday tovush manbai ochiq fazoga tovush to‘lqinlari tarqatganda, to‘lqinning shakli asosan tarqatgichning nisbiy o‘lchamlariga bog`liq bo‘ladi. O‘lchamlari tovush to‘lqinining uzunligiga nisbatan katta bo‘lgan tarqatgich tovush energiyasini faqat bir yo‘nalishda - o‘zining tebranma harakati yo‘nalishida tarqatadi. Aksincha, o‘lchamlari to‘lqin uzunligiga nisbatan kichik bo‘lgan tarqatgich tovush energiyasini hamma tomonga birdek tarqatadi. To‘lqin frontining shakli bu ikki holda turlicha bo‘ladi. Avval birinchi holni ko‘rib chiqaylik. O‘lchamlari yetarlicha (to‘lqin uzunligiga nisbatan) katta bo‘lgan va o‘ziga tushirilgan normal yo‘nalishida tebranma harakat qilayotgan qattiq yassi sirtni tasavvur qilaylik. Bunday sirt ilgariga qarab harakat qilar ekan, o‘zining oldida quyuqlanishni yuzaga chiqaradi va bu quyuqlanish muhitning elastikligi tufayli tarqatgich ko‘chayotgan tomonga qarab tarqaladi. Tarqatgich orqaga qarab harakatlanganda esa o‘zining orqasida boshlang`ich zichlanish ketidan ko‘chuvchi siyraklanishni yuzaga chiqaradi. Tarqatgich uzoq vaqt davomida tebranib turganda, biz uning ikki tomonida tovush to‘lqinini kuzatamiz; bu to‘lqin shu bilan xarakterliki, muhitning tarqatuvchi sirtdan baravar masofada (bu masofa sirtga o‘tkazilgan normal bo‘ylab hisoblanadi) yotgan barcha zarrachalari bir xil amplituda bilan bir xil fazada tebranadi. Bunday to‘lqinni biz yassi to‘lqin deb ataymiz. Yassi to‘lqinning sodda tenglamasi bizga to‘lqin haqidagi bilimlarimizdan ma`lum bo‘lib,bu yerda uni quyidagicha ko‘rinishda yozamiz: 29 sin .        s x  а  t (2.3) Bu tenglamada quyidagi belgilar kiritilgan:  - muhit zarrachalarining siljishi, a—zarrachalarning tebranish amplitudasi,  - tebranishlarning burchak chastotasi, ya`ni 2  sekunddagi tebranishlar soni, t - vaqt, x - tarqatuvchi sirtdan (unga o‘tkazilgan normal yo‘nalishi bo‘ylab o‘lchangan) zarrachagacha bo‘lgan masofa, s - tovush tezligi. Hisoblashlar ortiqcha bosim amplitudasi 0 p zarrachalar tezligining amplitudasi ( a ), muhitning o‘rtacha zichligi  va tovush tezligi s larning ko‘paytmasiga teng ekanligini ko‘rsatadi: p0  s  . (2.4) Muhit o‘rtacha zichligining tovush tezligi (s) ga ko‘paytmasi s muhitning akustik qarshiligi deb ataladi.

Test

Tovush tonining fizikaviy xarakteristikalari: