Энергия звуковой волны. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Энергия звуковой волны - добавочная энергия среды, обусловленная наличием звуковых волн. Энергия звуковой волны единицы объёма среды наз. плотностью звуковой энергии

и равна

где первый член - плотность кинетической энергии , а второй - плотность потенциальной энергии ; ρ - плотность среды; β = 1/ρс² - сжимаемость среды, с - скорость звука; u - колебательная скорость частиц; р - звуковое давление.

Для плоской бегущей волны

и плотность полной энергии

= ρu² = βр². В произвольной волне такое же выражение имеет место для среднего по времени значения плотности полной звуковой энергии.

Плотность звуковой энергии в системе единиц СИ измеряется в Дж/м³, в системе СГС - в эрг/см³; 1 эрг/см³ = 10^-1 Дж/м³. Для гармонической плоской бегущей звуковой волны средняя по времени плотность энергии равна

= (λ/2)ρu²₀ = (λ/2)bp²₀, где u₀ и p₀ - амплитуды колебательной скорости и давления.

В стоячей волне в отличие от бегущей средние по времени значения кинетической и потенциальной энергий не равны друг другу в каждой точке:

где k - волновое число, а координата х отсчитывается от пучности давления. Значение

достигает максимума в узлах, а

- в пучностях давления. Средняя по времени (или по пространству) плотность полной звуковой энергии в стоячей волне равна (1/4)βp²₀.

При наличии в среде нескольких гармонических волн разных частот плотности энергии складываются; для волн же одинаковой частоты плотности энергии не аддитивны; например, при сложении двух одинаковых волн, когда амплитуды во всех точках среды удваиваются, плотность энергии учетверяется.

Знаете ли Вы, как разрешается парадокс Ольберса?
(Фотометрический парадокс, парадокс Ольберса - это один из парадоксов космологии, заключающийся в том, что во Вселенной, равномерно заполненной звёздами, яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска. Это должно иметь место потому, что по любому направлению неба луч зрения рано или поздно упрется в поверхность звезды.
Иными словами парадос Ольберса заключается в том, что если Вселенная бесконечна, то черного неба мы не увидим, так как излучение дальних звезд будет суммироваться с излучением ближних, и небо должно иметь среднюю температуру фотосфер звезд. При поглощении света межзвездным веществом, оно будет разогреваться до температуры звездных фотосфер и излучать также ярко, как звезды. Однако в дело вступает явление "усталости света", открытое Эдвином Хабблом, который показал, что чем дальше от нас расположена галактика, тем больше становится красным свет ее излучения, то есть фотоны как бы "устают", отдают свою энергию межзвездной среде. На очень больших расстояниях галактики видны только в радиодиапазоне, так как их свет вовсе потерял энергию идя через бескрайние просторы Вселенной. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.