Mechanická nebo elastická vlna je proces šíření vibrací v elastickém prostředí. Například kolem vibrující struny nebo reproduktorového difuzoru začne vibrovat vzduch – struna nebo reproduktor se stal zdrojem zvukových vln.
Pro vznik mechanického vlnění musí být splněny dvě podmínky: přítomnost zdroje vlnění (může to být jakékoli kmitající těleso) a elastického prostředí (plyn, kapalina, pevná látka).
Pojďme zjistit příčinu vlny. Proč částice média obklopující jakékoli kmitající těleso také vstupují do kmitavého pohybu?
Nejjednodušším modelem jednorozměrného elastického média je řetězec kuliček spojených pružinami. Kuličky jsou modely molekul; pružiny, které je spojují, modelují síly interakce mezi molekulami.
Řekněme, že první kulička kmitá s frekvencí ω. Pružina 1-2 je deformovaná, objevuje se v ní pružná síla, měnící se s frekvencí ω. Pod vlivem vnější periodicky se měnící síly začne druhá kulička vykonávat nucené kmitání. Protože k vynuceným oscilacím dochází vždy s frekvencí vnější hnací síly, bude frekvence oscilace druhé kuličky shodná s frekvencí oscilace první. K vynuceným oscilacím druhé kuličky však dojde s určitým fázovým zpožděním vzhledem k vnější hnací síle. Jinými slovy, druhá kulička začne kmitat o něco později než první kulička.
Oscilace druhé kuličky způsobí periodicky se měnící deformaci pružiny 2-3, což způsobí rozkmitání třetí kuličky atd. Všechny kuličky v řetězu se tedy budou střídavě zapojovat do oscilačního pohybu s frekvencí kmitání první kuličky.
Je zřejmé, že důvodem pro šíření vlny v elastickém prostředí je přítomnost interakcí mezi molekulami. Frekvence kmitání všech částic ve vlně je stejná a shoduje se s frekvencí kmitání zdroje vlnění.
Podle charakteru vibrací částic ve vlně se vlny dělí na příčné, podélné a povrchové.
V podélná vlna oscilace částic nastává ve směru šíření vlny.
Šíření podélné vlny je spojeno s výskytem tahově-kompresní deformace v médiu. V natažených oblastech média je pozorován pokles hustoty látky - ředění. Ve stlačených oblastech média naopak dochází ke zvýšení hustoty látky - tzv. kondenzaci. Z tohoto důvodu podélná vlna představuje pohyb v prostoru oblastí kondenzace a redukce.
Tahově-kompresní deformace může nastat v jakémkoli elastickém prostředí, takže podélné vlny se mohou šířit v plynech, kapalinách a pevných látkách. Příkladem podélného vlnění je zvuk.
V příčná vlnačástice kmitají kolmo ke směru šíření vln.
Šíření příčné vlny je spojeno s výskytem smykové deformace v médiu. Tento typ deformace může existovat pouze v pevných látkách, takže příčné vlny se mohou šířit výhradně v pevných látkách. Příkladem smykové vlny je seismická S-vlna.
Povrchové vlny vznikají na rozhraní mezi dvěma médii. Vibrující částice média mají jak příčnou, kolmou k povrchu, tak podélnou složku vektoru posunutí. Částice prostředí při svém kmitání opisují eliptické trajektorie v rovině kolmé k povrchu a procházející směrem šíření vlny. Příkladem povrchových vln jsou vlny na hladině vody a seismické L-vlny.
Čelo vlny je geometrické umístění bodů, do kterých vlnový proces dosáhl. Tvar čela vlny může být různý. Nejběžnější jsou rovinné, kulové a válcové vlny.
Vezměte prosím na vědomí - čelo vlny je vždy umístěno kolmý směr šíření vln! Všechny body čela vlny začnou oscilovat v jedné fázi.
Pro charakterizaci vlnového procesu jsou zavedeny následující veličiny:
1. Frekvence vlnν je frekvence vibrací všech částic ve vlně.
2. Amplituda vlny A je amplituda vibrací částic ve vlně.
3. Rychlost vlnyυ je vzdálenost, přes kterou se šíří vlnový proces (rušení) za jednotku času.
Pozor - rychlost vlny a rychlost kmitání částic ve vlně jsou různé pojmy! Rychlost vlny závisí na dvou faktorech: typu vlny a prostředí, ve kterém se vlna šíří.
Obecný vzorec je tento: rychlost podélné vlny v pevné látce je větší než v kapalinách a rychlost v kapalinách je zase větší než rychlost vlny v plynech.
Není těžké pochopit fyzikální důvod tohoto vzoru. Důvodem šíření vln je interakce molekul. Narušení se přirozeně šíří rychleji v prostředí, kde je interakce molekul silnější.
Ve stejném prostředí je vzor odlišný – rychlost podélné vlny je větší než rychlost příčné vlny.
Například rychlost podélné vlny v pevné látce, kde E je modul pružnosti (Youngův modul) látky, ρ je hustota látky.
Rychlost smykové vlny v pevné látce, kde N je smykový modul. Protože pro všechny látky, tedy. Jedna z metod stanovení vzdálenosti od zdroje zemětřesení je založena na rozdílu rychlostí podélných a příčných seismických vln.
Rychlost příčné vlny v natažené šňůře nebo struně je určena napínací silou F a hmotností na jednotku délky μ:
4. Vlnová délkaλ je minimální vzdálenost mezi body, které oscilují rovnoměrně.
Pro vlny pohybující se po povrchu vody lze vlnovou délku snadno definovat jako vzdálenost mezi dvěma sousedními hrboly nebo sousedními koryty.
Pro podélnou vlnu lze vlnovou délku nalézt jako vzdálenost mezi dvěma sousedními kondenzacemi nebo zřídky.
5. Během procesu šíření vln jsou části média zapojeny do oscilačního procesu. Oscilující médium se za prvé pohybuje, a proto má kinetickou energii. Za druhé, médium, kterým se vlna pohybuje, je deformováno, a proto má potenciální energii. Je snadné vidět, že šíření vln je spojeno s přenosem energie do nevybuzených částí prostředí. Abychom charakterizovali proces přenosu energie, uvedeme intenzita vlny já.
Při excitaci vibrací částic v libovolném místě v pevném, kapalném nebo plynném prostředí je výsledkem interakce atomů a molekul prostředí přenos vibrací z jednoho bodu do druhého konečnou rychlostí.
Definice 1
Mávat je proces šíření vibrací v médiu.
Rozlišují se následující typy mechanických vln:
Definice 2
Příčná vlna: částice média se přemísťují ve směru kolmém ke směru šíření mechanické vlny.
Příklad: vlny šířící se podél provázku nebo gumičky v tahu (obrázek 2, 6, 1);
Definice 3
Podélná vlna: částice média jsou posunuty ve směru šíření mechanické vlny.
Příklad: vlny šířící se v plynu nebo elastické tyči (obrázek 2, 6, 2).
Zajímavé je, že vlny na povrchu kapaliny zahrnují příčné i podélné složky.
Poznámka 1
Upozorněme na důležité upřesnění: mechanické vlny při šíření přenášejí energii a tvar, ale nepřenášejí hmotu, tzn. U obou typů vln nedochází k přenosu hmoty ve směru šíření vlnění. Jak se šíří, částice média oscilují kolem svých rovnovážných poloh. V tomto případě, jak jsme již řekli, vlny přenášejí energii, konkrétně energii vibrací z jednoho bodu v médiu do druhého.
Obrázek 2 6. 1. Šíření příčné vlny podél gumičky v tahu.
Obrázek 2 6. 2. Šíření podélné vlny podél pružné tyče.
Charakteristickým znakem mechanických vln je jejich šíření v hmotných prostředích, na rozdíl např. od světelných vln, které se mohou šířit prázdnotou. Pro vznik mechanického vlnového impulsu je zapotřebí prostředí, které má schopnost uchovávat kinetickou a potenciální energii: tzn. médium musí mít inertní a elastické vlastnosti. V reálných prostředích jsou tyto vlastnosti distribuovány po celém objemu. Například každý malý prvek pevného tělesa má vlastní hmotnost a pružnost. Nejjednodušším jednorozměrným modelem takového tělesa je sbírka kuliček a pružin (obrázek 2, 6, 3).
Obrázek 2 6. 3. Nejjednodušší jednorozměrný model pevného tělesa.
V tomto modelu jsou odděleny inertní a elastické vlastnosti. Kuličky mají hmotnost m, a pružiny jsou tuhosti k. Takovýto jednoduchý model umožňuje popsat šíření podélných a příčných mechanických vln v pevné látce. Když se šíří podélná vlna, kuličky se posouvají podél řetězu a pružiny se natahují nebo stlačují, což je tahová nebo tlaková deformace. Pokud k takové deformaci dojde v kapalném nebo plynném prostředí, je doprovázena zhutněním nebo zředěním.
Poznámka 2
Charakteristickým rysem podélných vln je, že se mohou šířit v jakémkoli médiu: pevném, kapalném a plynném.
Pokud v zadaném modelu tuhého tělesa jedna nebo více kuliček obdrží posun kolmo k celému řetězci, můžeme mluvit o vzniku smykové deformace. Pružiny, které se deformovaly v důsledku přemístění, budou mít tendenci vracet přemístěné částice do rovnovážné polohy a nejbližší nepotlačené částice začnou být ovlivňovány elastickými silami, které mají tendenci tyto částice vychylovat z rovnovážné polohy. Výsledkem bude vzhled příčné vlny ve směru podél řetězce.
V kapalném nebo plynném prostředí nedochází k elastické smykové deformaci. Posunutí jedné vrstvy kapaliny nebo plynu o určitou vzdálenost vzhledem k přilehlé vrstvě nepovede k výskytu tangenciálních sil na rozhraní mezi vrstvami. Síly, které působí na rozhraní kapaliny a pevné látky, jakož i síly mezi sousedními vrstvami kapaliny, směřují vždy kolmo k rozhraní - jedná se o tlakové síly. Totéž lze říci o plynném médiu.
Poznámka 3
Vznik příčných vln je tedy nemožný v kapalných nebo plynných médiích.
Z hlediska praktických aplikací jsou zajímavé zejména jednoduché harmonické nebo sinusové vlny. Jsou charakterizovány amplitudou A vibrací částic, frekvencí f a vlnovou délkou λ. Sinusové vlny se šíří v homogenním prostředí určitou konstantní rychlostí υ.
Napište výraz znázorňující závislost posunutí y (x, t) částic prostředí z rovnovážné polohy v sinusovce na souřadnici x na ose O X, po které se vlna šíří, a na čase t:
y (x, t) = A cos ω t - x υ = A cos ω t - k x.
Ve výše uvedeném výrazu je k = ω υ takzvané vlnové číslo a ω = 2 π f je kruhová frekvence.
Obrázek 2 6. 4 ukazuje „snímky“ příčné vlny v čase ta t + Δt. Po dobu Δt se vlna pohybuje podél osy O X do vzdálenosti υ Δt. Takové vlny se nazývají putující vlny.
Obrázek 2 6. 4. "Snímky" pohybující se sinusové vlny v určitém okamžiku t a t + At.
Definice 4
Vlnová délkaλ je vzdálenost mezi dvěma sousedními body na ose O X oscilující ve stejných fázích.
Vzdálenost, jejíž hodnotou je vlnová délka λ, vlna urazí za periodu T. Vzorec vlnové délky má tedy tvar: λ = υ T, kde υ je rychlost šíření vlny.
V průběhu času t se souřadnice mění x libovolného bodu grafu zobrazujícího průběh vlny (např. bod A na obrázku 2. 6. 4), přičemž hodnota výrazu ω t – k x zůstává nezměněna. Po čase Δt se bod A bude pohybovat podél osy O X do určité vzdálenosti Δ x = υ Δ t . Tím pádem:
ω t - k x = ω (t + ∆ t) - k (x + ∆ x) = c o n s t nebo ω ∆ t = k ∆ x.
Z tohoto výrazu vyplývá:
υ = ∆ x ∆ t = ω k nebo k = 2 π λ = ω υ .
Je zřejmé, že postupná sinusovka má dvojí periodicitu - v čase a prostoru. Časová perioda se rovná periodě oscilace T částic média a prostorová perioda je rovna vlnové délce λ.
Definice 5
Číslo vlny k = 2 π λ je prostorová analogie kruhové frekvence ω = - 2 π T .
Zdůrazněme, že rovnice y (x, t) = A cos ω t + k x je popisem sinusovky šířící se v opačném směru, než je směr osy O X, s rychlostí υ = - ω k.
Při šíření postupné vlny oscilují všechny částice prostředí harmonicky s určitou frekvencí ω. To znamená, že stejně jako v jednoduchém oscilačním procesu je průměrná potenciální energie, která je rezervou určitého objemu média, průměrná kinetická energie ve stejném objemu, úměrná druhé mocnině amplitudy kmitání.
Poznámka 4
Z výše uvedeného můžeme usoudit, že když se postupná vlna šíří, energetický tok se jeví úměrný rychlosti vlny a druhé mocnině její amplitudy.
Postupné vlny se pohybují v médiu určitou rychlostí v závislosti na typu vlny, inertních a elastických vlastnostech média.
Rychlost, kterou se příčné vlny šíří v natažené struně nebo gumičce, závisí na lineární hmotnosti μ (neboli hmotnosti na jednotku délky) a napínací síle T:
Rychlost, s jakou se podélné vlny šíří v nekonečném prostředí, se vypočítá za účasti takových veličin, jako je hustota prostředí ρ (neboli hmotnost na jednotku objemu) a modul stlačení B(rovná se koeficientu úměrnosti mezi změnou tlaku Δ p a relativní změnou objemu Δ V V branou s opačným znaménkem):
∆ p = - B ∆ V V .
Rychlost šíření podélných vln v nekonečném prostředí je tedy určena vzorcem:
Příklad 1
Při teplotě 20 °C je rychlost šíření podélných vln ve vodě υ ≈ 1480 m/s, v různých typech oceli υ ≈ 5 – 6 km/s.
Pokud mluvíme o podélných vlnách šířících se v pružných tyčích, vzorec pro rychlost vlny neobsahuje objemový modul, ale Youngův modul:
U oceli rozdíl E z B nevýznamné, ale u jiných materiálů to může být 20–30 % i více.
Obrázek 2 6. 5. Model podélných a příčných vln.
Předpokládejme, že mechanická vlna, která se rozšířila v určitém médiu, narazí na své cestě na nějakou překážku: v tomto případě se povaha jejího chování dramaticky změní. Například na rozhraní dvou prostředí s různými mechanickými vlastnostmi se vlna částečně odrazí a částečně pronikne do druhého prostředí. Vlna běžící podél gumičky nebo provázku se odrazí od pevného konce a objeví se protivlna. Pokud jsou oba konce struny pevné, objeví se složité vibrace, které jsou výsledkem superpozice (superpozice) dvou vln šířících se v opačných směrech a zažívajících odrazy a zpětné odrazy na koncích. Takto „fungují“ struny všech strunných hudebních nástrojů upevněné na obou koncích. K podobnému procesu dochází u zvuku dechových nástrojů, zejména varhanních píšťal.
Jestliže vlny šířící se podél struny v opačných směrech mají sinusový tvar, pak za určitých podmínek tvoří stojatou vlnu.
Předpokládejme, že řetězec délky l je upevněn tak, že jeden jeho konec je umístěn v bodě x = 0 a druhý v bodě x 1 = L (obrázek 2. 6. 6). Ve struně je napětí T.
Výkres 2 . 6 . 6 . Vzhled stojaté vlny ve struně upevněné na obou koncích.
Dvě vlny se stejnou frekvencí současně běží podél struny v opačných směrech:
- y 1 (x , t) = A cos (ω t + k x) – vlna šířící se zprava doleva;
- y 2 (x, t) = A cos (ω t - k x) – vlna šířící se zleva doprava.
Bod x = 0 je jedním z pevných konců struny: v tomto bodě dopadající vlna y 1 v důsledku odrazu vytváří vlnu y 2. Odražená vlna se odráží od pevného konce a vstupuje do protifáze s dopadající. V souladu s principem superpozice (což je experimentální fakt) se sčítají vibrace vytvořené protiběžně se šířícími vlnami ve všech bodech struny. Z výše uvedeného vyplývá, že konečné kmitání v každém bodě je určeno jako součet kmitů způsobených vlnami y 1 a y 2 samostatně. Tím pádem:
y = y 1 (x, t) + y 2 (x, t) = (- 2 A sin ω t) sin k x.
Uvedený výraz je popisem stojaté vlny. Uveďme některé pojmy použitelné pro takový jev, jako je stojatá vlna.
Definice 6
Uzly– body nehybnosti ve stojaté vlně.
antinody– body umístěné mezi uzly a kmitající s maximální amplitudou.
Pokud se budeme řídit těmito definicemi, pro vznik stojaté vlny musí být oba pevné konce struny uzly. Výše uvedený vzorec splňuje tuto podmínku na levém konci (x = 0). Aby byla podmínka splněna na pravém konci (x = L), je nutné, aby k L = n π, kde n je libovolné celé číslo. Z výše uvedeného můžeme usoudit, že stojatá vlna se ve struně neobjevuje vždy, ale pouze tehdy, když je délka Lřetězec se rovná celému číslu půlvlnných délek:
l = n λ n 2 nebo λ n = 2 l n (n = 1, 2, 3, ...) .
Sada hodnot vlnových délek λn odpovídá sadě možných frekvencí F
f n = υ λ n = n υ 2 l = n f 1 .
V tomto zápisu je υ = T μ rychlost, s jakou se příčné vlny šíří podél struny.
Definice 7
Každá z frekvencí f n a související typ vibrací struny se nazývá normální režim. Nejmenší frekvence f 1 se nazývá základní frekvence, všechny ostatní (f 2, f 3, ...) se nazývají harmonické.
Obrázek 2 6. Obrázek 6 znázorňuje normální režim pro n = 2.
Stojatá vlna nemá tok energie. Vibrační energie „uzamčená“ v části struny mezi dvěma sousedními uzly se nepřenáší na zbytek struny. V každém takovém segmentu je perioda (dvakrát za období) T) přeměna kinetické energie na potenciální energii a naopak, podobně jako u konvenčního oscilačního systému. Je zde však rozdíl: pokud má zátěž na pružině nebo kyvadle jedinou vlastní frekvenci f 0 = ω 0 2 π, pak je struna charakterizována přítomností nekonečného počtu vlastních (rezonančních) frekvencí f n . Na obrázku 2. 6. Obrázek 7 ukazuje několik variant stojatého vlnění ve struně upevněné na obou koncích.
Obrázek 2 6. 7. Prvních pět normálních režimů vibrace struny upevněných na obou koncích.
Podle principu superpozice stojaté vlny různých typů (s různými hodnotami n) mohou být současně přítomny ve vibracích struny.
Obrázek 2 6. 8. Model normálních režimů řetězce.
Pokud si všimnete chyby v textu, zvýrazněte ji a stiskněte Ctrl+Enter
Mávat– proces šíření vibrací v elastickém prostředí.
Mechanická vlna– mechanické poruchy šířící se v prostoru a přenášející energii.
Typy vln:
podélné - částice prostředí kmitají ve směru šíření vln - ve všech elastických prostředích;
X
směr vibrací
body prostředí
příčně - částice prostředí kmitají kolmo na směr šíření vlny - na hladině kapaliny.
X
Druhy mechanických vln:
elastické vlny – šíření elastických deformací;
vlny na povrchu kapaliny.
Vlastnosti vlny:
Nechť A kmitá podle zákona: 
.
Poté B kmitá se zpožděním o úhel 
, Kde 
, tj.
Energie vln.
- celková energie jedné částice. Pokud částiceN, tak kde 
- epsilon, V – objem.
Epsilon– energie na jednotku objemu vlny – objemová hustota energie.
Tok energie vln se rovná poměru energie přenášené vlnami přes určitý povrch k době, během které se tento přenos provádí: 
, watt; 1 watt = 1 J/s.
Hustota energetického toku - intenzita vlnění– tok energie jednotkou plochy - hodnota rovna průměrné energii přenesené vlnou za jednotku času na jednotku plochy průřezu.
[W/m2]
.
Vektor Umov– vektor I, znázorňující směr šíření vlny a rovný toku energie vlny procházející jednotkovou plochou kolmou k tomuto směru:
.
Fyzikální vlastnosti vlny:
amplituda
vlnová délka
rychlost vlny
intenzita
Oscilační:
Mávat:
Komplexní oscilace (relaxace) - odlišné od sinusových.
Fourierova transformace- libovolnou komplexní periodickou funkci lze reprezentovat jako součet několika jednoduchých (harmonických) funkcí, jejichž periody jsou násobky periody komplexní funkce - jedná se o harmonickou analýzu. Vyskytuje se v analyzátorech. Výsledkem je harmonické spektrum komplexní vibrace:
A
0 
zvuk - vibrace a vlny, které působí na lidské ucho a způsobují sluchový vjem.
Zvukové vibrace a vlny jsou zvláštním případem mechanických vibrací a vlnění. Druhy zvuků:
jednoduchá - harmonická - ladička
komplexní – anharmonický – řeč, hudba
Tóny– zvuk, což je periodický proces:
Složitý tón lze rozložit na jednoduché. Nejnižší frekvence takového rozkladu je základní tón, zbývající harmonické (podtóny) mají frekvence rovné 2 
a další. Soubor frekvencí udávající jejich relativní intenzity je akustické spektrum.
Hluk - zvuk se složitou, neopakující se časovou závislostí (šustění, vrzání, potlesk). Spektrum je spojité.
Fyzikální vlastnosti zvuku:
Charakteristika sluchového vjemu:
Výška– určeno frekvencí zvukové vlny. Čím vyšší frekvence, tím vyšší tón. Zvuk větší intenzity je nižší.
Témbr– určeno akustickým spektrem. Čím více tónů, tím bohatší spektrum.
Hlasitost– charakterizuje úroveň sluchového vjemu. Závisí na intenzitě a frekvenci zvuku. Psychofyzické Weber-Fechnerův zákon: pokud zvýšíte podráždění geometrickou progresí (stejným způsobem), pak se pocit tohoto podráždění zvýší aritmeticky (stejně).
, kde E je hlasitost (měřeno v pozadí); 
- úroveň intenzity (měřeno v Belech). 1 bel – změna úrovně intenzity, která odpovídá změně intenzity zvuku 10x K – koeficient úměrnosti, závisí na frekvenci a intenzitě.
Vztah mezi hlasitostí a intenzitou zvuku je stejné objemové křivky, na základě experimentálních dat (vytvářejí zvuk o frekvenci 1 kHz, mění intenzitu, dokud nevznikne sluchový vjem, podobný vjemu hlasitosti studovaného zvuku). Když znáte intenzitu a frekvenci, můžete najít pozadí.
Audiometrie– metoda měření sluchové ostrosti. Zařízení je audiometr. Výsledná křivka je audiogram. Stanoví se a porovnává práh sluchového vjemu na různých frekvencích.
Hlukoměr – měření hladiny hluku.
Na klinice: auskultace – stetoskop/fonendoskop. Fonendoskop je dutá kapsle s membránou a pryžovými trubičkami.
Fonokardiografie je grafický záznam pozadí a srdečních zvuků.
Poklep.
Ultrazvuk– mechanické vibrace a vlny s frekvencí nad 20 kHz až 20 MHz. Ultrazvukové zářiče jsou elektromechanické zářiče založené na piezoelektrickém jevu (střídavý proud na elektrody s křemenem mezi nimi).
Vlnová délka ultrazvuku je menší než vlnová délka zvuku: 1,4 m – zvuk ve vodě (1 kHz), 1,4 mm – ultrazvuk ve vodě (1 MHz). Ultrazvuk se dobře odráží na hranici kost-periosteum-sval. Ultrazvuk nepronikne do lidského těla, pokud není mazán olejem (vzduchová vrstva). Rychlost šíření ultrazvuku závisí na prostředí. Fyzikální procesy: mikrovibrace, destrukce biomakromolekul, restrukturalizace a poškození biologických membrán, tepelné účinky, destrukce buněk a mikroorganismů, kavitace. Na klinice: diagnostika (encefalograf, kardiograf, ultrazvuk), fyzioterapie (800 kHz), ultrazvukový skalpel, farmaceutický průmysl, osteosyntéza, sterilizace.
Infrazvuk– vlny s frekvencí nižší než 20 Hz. Nežádoucí účinek – rezonance v těle.
Vibrace. Blahodárné a škodlivé účinky. Masáž. Vibrační nemoc.
Dopplerův jev– změna frekvence vln vnímaných pozorovatelem (přijímačem vln) v důsledku relativního pohybu zdroje vlnění a pozorovatele.
Případ 1: N se blíží I.
Případ 2: A blíží se k N.
Případ 3: přibližování a oddalování I a N od sebe:
Systém: ultrazvukový generátor – přijímač – stacionární vzhledem k médiu. Objekt se pohybuje. Přijímá ultrazvuk na frekvenci 
, odráží ji a posílá ji do přijímače, který přijímá ultrazvukovou vlnu s frekvencí 
. Rozdíl ve frekvenci - Dopplerův frekvenční posun:
. Používá se k určení rychlosti průtoku krve a rychlosti pohybu ventilu.
Vlnový proces- proces přenosu energie bez přenosu hmoty.
Mechanická vlna- porucha šířící se v elastickém prostředí.
Přítomnost elastického prostředí je nezbytnou podmínkou pro šíření mechanických vln.
K přenosu energie a hybnosti v médiu dochází v důsledku interakce mezi sousedními částicemi média.
Vlny jsou podélné a příčné.
Podélné mechanické vlnění je vlnění, při kterém dochází k pohybu částic média ve směru šíření vlny. Příčné mechanické vlnění je vlnění, při kterém se částice prostředí pohybují kolmo ke směru šíření vlny.
Podélné vlny se mohou šířit v jakémkoli prostředí. Příčné vlny nevznikají v plynech a kapalinách, protože v nich
neexistují žádné pevné polohy částic.
Periodický vnější vliv způsobuje periodické vlny.
Harmonická vlna- vlna generovaná harmonickými vibracemi částic média.
Vlnová délka- vzdálenost, na kterou se vlna šíří během periody kmitání jejího zdroje:
Rychlost mechanické vlny- rychlost šíření poruchy v médiu. Polarizace je uspořádání směrů vibrací částic v médiu.
Rovina polarizace- rovina, ve které vibrují částice média ve vlně. Lineárně polarizovaná mechanická vlna je vlna, jejíž částice kmitají v určitém směru (přímce).
Polarizátor- zařízení, které vysílá vlnu určité polarizace.
stojatá vlna- vlna vzniklá superpozicí dvou harmonických vln, které se šíří k sobě a mají stejnou periodu, amplitudu a polarizaci.
Antinody stojaté vlny- poloha bodů s maximální amplitudou kmitů.
Uzly stojaté vlny- nepohyblivé vlnové body, jejichž amplituda kmitání je nulová.
Podél délky l struny, upevněné na koncích, se vejde celé číslo n půlvln příčných stojatých vln:
Takové vlny se nazývají oscilační módy.
Vibrační režim pro libovolné celé číslo n > 1 se nazývá n-tá harmonická nebo n-tá podtón. Vibrační režim pro n = 1 se nazývá první harmonický nebo základní režim vibrace. Zvukové vlny jsou elastické vlny v médiu, které u lidí způsobují sluchové vjemy.
Frekvence vibrací odpovídajících zvukovým vlnám se pohybuje od 16 Hz do 20 kHz.
Rychlost šíření zvukových vln je dána rychlostí přenosu interakcí mezi částicemi. Rychlost zvuku v pevné látce vp je zpravidla větší než rychlost zvuku v kapalině vg, která zase převyšuje rychlost zvuku v plynu vg.
Zvukové signály jsou klasifikovány podle výšky, barvy a hlasitosti. Výška zvuku je určena frekvencí zdroje zvukových vibrací. Čím vyšší je frekvence vibrací, tím vyšší je zvuk; vibrace nízkých frekvencí odpovídají nízkým zvukům. Zabarvení zvuku je určeno tvarem zvukových vibrací. Rozdíl ve tvaru vibrací se stejnou periodou je spojen s různými relativními amplitudami základního módu a podtónu. Hlasitost zvuku je charakterizována úrovní intenzity zvuku. Intenzita zvuku je energie zvukových vln dopadajících na plochu 1 m2 za 1 s.
Mechanické vlny
Pokud jsou vibrace částic vybuzeny na jakémkoli místě v pevném, kapalném nebo plynném prostředí, pak se vlivem interakce atomů a molekul prostředí začnou vibrace přenášet z jednoho bodu do druhého konečnou rychlostí. Proces šíření vibrací v médiu se nazývá mávat .
Mechanické vlny existují různé typy. Pokud se částice média ve vlně posunou ve směru kolmém ke směru šíření, pak se vlna nazývá příčný . Příkladem vlny tohoto druhu mohou být vlny běžící po natažené gumičce (obr. 2.6.1) nebo po provázku.
Pokud k posunu částic prostředí dochází ve směru šíření vlny, pak se vlna nazývá podélný . Příkladem takových vln jsou vlny v pružné tyči (obr. 2.6.2) nebo zvukové vlny v plynu.
Vlny na povrchu kapaliny mají příčnou i podélnou složku.
V příčném i podélném vlnění nedochází k přenosu hmoty ve směru šíření vlnění. V procesu šíření částice média pouze oscilují kolem rovnovážných poloh. Vlny však přenášejí vibrační energii z jednoho bodu v médiu do druhého.
Charakteristickým znakem mechanického vlnění je, že se šíří v hmotném prostředí (pevném, kapalném nebo plynném). Existují vlny, které se mohou šířit prázdnotou (například světelné vlny). Mechanické vlny nutně vyžadují prostředí, které má schopnost ukládat kinetickou a potenciální energii. Proto prostředí musí mít inertní a elastické vlastnosti. V reálných prostředích jsou tyto vlastnosti distribuovány po celém objemu. Například každý malý prvek pevného tělesa má hmotnost a pružnost. V tom nejjednodušším jednorozměrný model pevné těleso lze znázornit jako soubor kuliček a pružin (obr. 2.6.3).
Podélné mechanické vlnění se může šířit v jakémkoli prostředí – pevném, kapalném i plynném.
Pokud se v jednorozměrném modelu pevného tělesa jedna nebo více kuliček posune ve směru kolmém k řetězu, dojde k deformaci posun. Pružiny, deformované takovýmto přemístěním, budou mít tendenci vracet přemístěné částice do rovnovážné polohy. V tomto případě budou na nejbližší neposunuté částice působit elastické síly, které mají tendenci je vychylovat z rovnovážné polohy. V důsledku toho bude podél řetězu probíhat příčná vlna.
V kapalinách a plynech nedochází k elastické smykové deformaci. Pokud se jedna vrstva kapaliny nebo plynu posune o určitou vzdálenost vzhledem k sousední vrstvě, pak se na rozhraní mezi vrstvami neobjeví žádné tečné síly. Síly působící na rozhraní kapaliny a pevné látky, stejně jako síly mezi sousedními vrstvami kapaliny, směřují vždy kolmo k rozhraní - jedná se o tlakové síly. Totéž platí pro plynná média. Proto, příčné vlny nemohou existovat v kapalných nebo plynných médiích.
Významný praktický zájem jsou jednoduché harmonické nebo sinusové vlny . Jsou charakterizovány amplitudaA vibrace částic, frekvenceF A vlnová délkaλ. Sinusové vlny se šíří v homogenním prostředí určitou konstantní rychlostí v.
Zaujatost y (X, t) částice prostředí z rovnovážné polohy v sinusové vlně závisí na souřadnici X na ose VŮL, po které se vlna šíří, a včas t v právu.
