Fale akustyczne

Mirela Tomczak
Marta Urban

 

 

Fala akustyczna

Jest to zaburzenie mechaniczne 
rozchodzące się w ośrodku spręzystym 
obdarzonym masą (powietrze, inne gazy, 
ciecz, metal itd.) i przenoszące energię.

Fala akustyczna mimo że sama się 
przemieszcza, to nie przenosi masy.
Ruch cząsteczek ośrodka prowadzi do 
chwilowych lokalnych zmian ciśnienia.

 

 

Dźwięk – są to fale akustyczne, które 
jesteśmy w stanie rejestrować poprzez 
wrazenia zmysłowe. 
W gazach i cieczach dźwięki są falą 
podłuzną (wzdłuż kierunku 
rozchodzenia się dźwięku)  w ciałach 
stałych moga być falą podłużną lub 
poprzeczną (prostopadle do kierunku 
rozchodzenia się fali)

 

 



Ze względu na to, że dla ucha ludzkiego 
słyszane są dźwięki o częstotliwościach 
znajdujących się w przedziale od 20 Hz 
do 20 000Hz (20kHz), fale dźwiękowe 
dzielimy na 3 kategorie:



infradźwięki (<20Hz)



dźwięki słyszalne



ultradźwięki (>20Hz)

 

 

Pole akustyczne jest to obszar 
przestrzeni, w którym istnieją drgania 
akustyczne.

Ciśnienie akustyczne – jest to 
różnica  między aktualną wartością P 
(w danym miejscu ośrodka) a 
ciśnieniem P

0

 panującym, gdy ośrodek 

był w równowadze (przed nadejściem 
fali).

p ≡ P - P

0

 

 

PRĘDKOŚĆ FALI AKUSTYCZNEJ W 
RÓŻNYCH OŚRODKACH

W powietrzu w warunkach normalnych dźwięk rozchodzi się z prędkością 330 m/s. W 

próżni i w ośrodkach idealnie sztywnych dźwięk się nie rozchodzi – drgania tam są 

niemożliwe lub w ogóle nie ma cząstek, które mogłyby drgać.

 
Dla fal dźwiękowych istotnymi parametrami ośrodka są jego sprężystość objętościowa 

oraz gęstość.

Prędkość rozchodzenia się dźwięku zależy od tych parametrów w następujący sposób:

 B – moduł sprężystości objętościowej 
 - gęstość

W stałych warunkach prędkości dźwięku w różnych ośrodkach są w miarę stabilne i 

określone.

Poniżej podano prędkości dźwięku dla kilku ośrodków w warunkach normalnych 

(temperatura  20°C,ciśnienie normalne 1013,25 Pa):

stal - 5100 m/s
beton - 3800 m/s
woda - 1490 m/s
powietrze - 343 m/s
Z przedstawionych danych wynika, że dźwięki znacznie szybciej rozchodzą się 

ośrodkach skondensowanych (ciecze, ciała stałe) niż w powietrzu. 

 

 

Odbicie i załamanie fali na granicy 
ośrodków zachodzi jednocześnie

 

 



Stosunki  natężenia fali odbitej I

o 

od fali 

padającej I

p  

i fali załamanej I

z 

 od padającej I

p 

 zależą od oporów akustycznych  z

1

 i z

2

 

graniczących ze sobą ośrodków.



Oporem  akustycznym nazywamy iloczyn 

prędkości rozchodzenia się fali i gęstości 

ośrodka:

z=vρ



Fala tym lepiej będzie przechodziła z jednego 

ośrodka do drugiego im bliższe sobie są 

wartości ich oporów akustycznych. Przy 

nieznacznej różnicy między oporami 

akustycznymi sąsiadujących ze sobą 

ośrodków fala padająca w większości 

przejdzie do drugiego ośrodka, a 

jedynie mała jej część ulegnie odbiciu

    

 

 

Efekt Dopplera



Zjawisko falowe 
polegające na 
powstawaniu różnicy 
częstotliwości fali 
wysyłanej przez 
źródło fali dźwiękowej 
i odbieranej przez 
odbiornik 
(obserwatora), ktore  
przemieszczają się 
względem siebie

 

 

Zależności opisujące prawo 
Dopplera

Przypadek 1. Ruch obserwatora względem 

nieruchomego źródła



Dźwięk rejestrowany przez obserwatora ma 
częstotliwość większą, od częstotliwości 
wysyłanej, gdy obserwator przybliża się do  
źródła dźwięku



Obserwator oddala się-rejestrowana 
częstotliwość ma wartość mniejszą od 
częstotliwości wysyłanej

 

 



f – częstotliwość fali 
obserwowanej, 



f0 – częstotliwość fali 
generowanej



v – prędkość fali w ośrodku



Vob- prędkość obserwatora 

 

 

Przypadek 2.

 Ruch źródła fali względem 

nieruchomego obserwatora



Gdy źródło dźwięku przybliża się do 
obserwatora obserwujemy zmniejszenie 
długości fali i w efekcie wzrost 
częstotliwości odbieranej fali



W przypadku oddalania się źródła dźwięku 
od obserwatora ma miejsce skrócenie 
długości fali i zmniejszenie częstotliwości 
fali odbieranej przez obserwatora

 

 



f – częstotliwość fali obserwowanej, 



f0 – częstotliwość fali generowanej, 



v – prędkość fali w ośrodku, 



vzr – prędkość źródła. 



prędkość źródła względem obserwatora 

znacznie mniejsza od prędkości światła

 

 



Przypadek 3.

 Jednoczesny ruch źródła 

dźwięku i obserwatora



Wzory te odnoszą się do sytuacji, gdy 
obserwator i źródło dźwięku znajdują się w 
linii prostej względem siebie

 

 



Gdy źródło fali porusza się po prostej nie 
przechodzącej przez odbiornik, to należy 
uwzględnić ten fakt we wzorze

Zamiast prędkości źródła  wstawiamy  Vźr 

×cosα

 

 

Zastosowania efektu Dopplera



 

wyznaczanie prędkości obiektu



laserowo-dopplerowski pomiar stopnia 

ukrwienia skór(diagnozowanie 

cukrzycy)



Echokardiografia( wyznaczanie 

prędkości przepływu krwi u płodu)



Ultrasonografia dopplerowska



Obserwacja ruchu płynów ustrojowych 

np.krwi