refraktion av ljud
efter att ha läst det här avsnittet kommer du att kunna göra följande:
- definiera ljud brytning och varför det sker.
- beskriv vad som händer när en ljudvåg når den kritiska vinkeln.
Klicka här för att köra en JavaScript-applikation för Snells Law.
frågor
- vad händer med ljud som rör sig i ett material när det går in i ett annat material i en vinkel som är normal mot ytan mellan de två materialen (90 grader mot ytan)?
- vad händer med ljud som rör sig i ett material när det kommer in i ett annat material i en annan vinkel än normalt till ytan mellan de två materialen?
- vad händer med ljudet när infallsvinkeln närmar sig parallellt med ytan?
ljud färdas mellan material
kom ihåg att ljud färdas snabbare i vissa material än andra. Ljudvågor färdas utåt i raka linjer från källan tills något stör deras väg. När ljudet byter medium (går in i ett annat material) i en annan vinkel som 90 grader, böjs den från sin ursprungliga riktning. Denna förändring i riktningsvinkeln kallas brytning. På grund av vinkeln går en del av vågen först in i det nya mediet och ändrar hastigheten. Skillnaden i hastigheter gör att vågen böjer sig. Ljudets hastighet i varje material bestäms av materialegenskaperna (elasticitetsmodul och densitet) för det materialet.
i animeringen nedan visas en serie planvågor som färdas i ett material och går in i ett andra material som har en högre akustisk hastighet. Därför, när vågen möter gränssnittet mellan dessa två material, rör sig delen av vågen i det andra materialet snabbare än delen av vågen i det första materialet. Det kan ses att detta får vågen att böja sig.
brytningsvinkeln beror på vinkeln som vågorna har när den kommer in i det nya mediet och vågornas hastigheter i de två materialen. Snells lag beskriver förhållandet mellan vinklarna och vågornas hastigheter. Snells lag motsvarar förhållandet mellan materialhastigheter V1 och V2 till förhållandet mellan sinus för infallande (Q1) och brytade (Q2) vinklar, som visas i appleten ovan och i följande ekvation.
 |
där: VL1 är den längsgående våghastigheten i material 1. VL2 är den längsgående våghastigheten i material 2. |
det bör noteras att endast en del av ljudet kommer in i det andra mediet. En del av ljudet reflekteras också tillbaka till det första mediet. Vinkeln som den infallande vågen gör med en linje normal till gränssnittet är lika med den vinkel som den reflekterade vågen gör till samma normala linje. Det bör också noteras att när vinkeln på den infallande vågen når en tillräckligt stor vinkel, kommer ljudvågen inte längre in i det andra materialet utan istället går vågen längs gränssnittet mellan de två materialen. Vinkeln där detta inträffar kallas den kritiska vinkeln.