Энергия, интенсивность, частота и амплитуда

Физика > Энергия, интенсивность, частота и амплитуда

 

Изучите свойства и характеристику волны: частота, интенсивность, амплитуда и энергия. Читайте определения ультразвука, восстановление силы, уравнения.

Энергия в волне выступает пропорциональной квадрату амплитуды, а интенсивность – мощность на единицу площади.

Задача обучения

• Описать соотношение энергии и амплитуды, энергии и волновой интенсивности.

Основные пункты

• Энергетические эффекты волны основываются на амплитуде и продолжительности волны. Волны бывают концентрированными и распределенными.
• Волны не зависят от частоты, но энергия отдельных фотонов в пучке определяется частотой этого пучка.

Термины

• Ультразвук – звук с частотой, превышающей верхнюю границу человеческого слуха (20 кГц).
• Восстановление силы – если система отошла от равновесия, то восстанавливающая сила постарается вернуть баланс. Это функция положения массы или частички. Она всегда направлена назад к сбалансированному состоянию системы. В качестве примера послужит действие пружины. В идеале, она влияет силой пропорционально к величине деформации от сбалансированной длины. Притяжение к большей длине заставляет пружину оказывать силу, которая возвращает ее в равновесие.
• Фотоэлектрические эффекты – электроны выходят из вещества из-за поглощения энергии от электромагнитных лучей.

Все волны транспортируют энергию. Это можно просмотреть на нескольких примерах:

• ультразвук используют для глубокой термообработки мышечных штаммов.
• лазерный луч сжигает злокачественные ткани.
• водные волны разрушают пляжи.
• землетрясения уничтожают целые города.

Количество энергии основывается на амплитуде. Чем больше показатель землетрясения, тем сильнее смещается грунт. Громкие звуки обладают более высокими амплитудами и создаются вибрационным источником. Крупные волны размывают берег сильнее.

Чем серьезнее смещение х, тем больше силы понадобится (F = -kх) для его создания. Работа связана с силой, умноженной на дистанцию, поэтому энергия связана с амплитудой. Если быть точнее, то энергия выступает прямой пропорциональностью квадрату амплитуды, так как:

Землетрясения

Разрушительный эффект землетрясения является значимым доказательством присутствия переносимой волнами энергии. Шкала Рихтера связана с амплитудой и количеством энергии

Энергетические эффекты основываются на времени и амплитуде. К примеру, чем длиннее ультразвук, тем больше энергии транспортирует. Волны могут быть концентрированными и распределенными. Например, если сфокусировать солнечный свет, то он может поджечь древесину. Чем дальше землетрясение распространилось от источника, тем меньше разрушений. Эти факторы включены в определение интенсивности (I), как мощность на единицу площади:

I = P/A (P –­ мощность, переносимая волной сквозь область A).

Энергия и частота

Если смотреть с позиции классической волновой теории, то энергия не основывается на частоте волны. Но в микроскопическом мире этого правила не придерживаются. Эйнштейн объяснял фотоэлектрический эффект так: фотон транспортирует определенный энергетический запас, пропорциональный частоте света. Можно увеличить количество фотонов, если повысить интенсивность пучка, а энергия отдельных фотонов в нем вычисляется по частоте пучка.

---