Ako sa zvuk šíri vesmírom? Zvukové vlny a ich vlastnosti. Zvukové vlny okolo nás
Zvuk sa šíri cez zvukové vlny. Tieto vlny sa šíria nielen cez plyny a kvapaliny, ale aj cez pevné látky. Pôsobenie akýchkoľvek vĺn spočíva najmä v prenose energie. V prípade zvuku má prenos podobu nepatrných pohybov na molekulárnej úrovni.
V plynoch a kvapalinách zvuková vlna pohybuje molekulami v smere svojho pohybu, teda v smere vlnovej dĺžky. V pevných látkach sa zvukové vibrácie molekúl môžu vyskytnúť aj v smere kolmom na vlnu.
Zvukové vlny sa šíria zo svojich zdrojov všetkými smermi, ako je znázornené na obrázku vpravo, ktorý ukazuje, že kovový zvon sa pravidelne zráža s jazykom. Tieto mechanické kolízie spôsobujú, že zvon vibruje. Energia vibrácií sa prenáša na molekuly okolitého vzduchu a tie sú odtláčané od zvona. V dôsledku toho sa zvyšuje tlak vo vrstve vzduchu susediacej so zvonom, ktorý sa potom šíri vo vlnách všetkými smermi od zdroja.
Rýchlosť zvuku je nezávislá od hlasitosti alebo tónu. Všetky zvuky z rádia v miestnosti, či už hlasné alebo tiché, vysoké alebo nízke, sa dostanú k poslucháčovi súčasne.
Rýchlosť zvuku závisí od typu média, v ktorom sa šíri, a od jeho teploty. V plynoch sa zvukové vlny šíria pomaly, pretože ich riedka molekulárna štruktúra ponúka malý odpor voči kompresii. V kvapalinách sa rýchlosť zvuku zvyšuje a v pevných látkach je ešte rýchlejšia, ako je znázornené na obrázku nižšie v metroch za sekundu (m/s).
Vlnová dráha
Zvukové vlny sa šíria vzduchom podobným spôsobom, ako je znázornené na obrázkoch vpravo. Čelá vĺn sa pohybujú od zdroja v určitej vzdialenosti od seba, ktorá je určená frekvenciou vibrácií zvonu. Frekvencia zvukovej vlny je určená spočítaním počtu vlnových čel prechádzajúcich daným bodom za jednotku času.
Čelo zvukových vĺn sa vzďaľuje od vibrujúceho zvona.
V rovnomerne ohriatom vzduchu sa zvuk šíri konštantnou rýchlosťou.
Druhá fronta nasleduje za prvou vo vzdialenosti rovnajúcej sa vlnovej dĺžke.
Intenzita zvuku je najväčšia v blízkosti zdroja.
Grafické znázornenie neviditeľnej vlny
Zvukové ozvučenie hĺbok
Sonarový lúč zvukových vĺn ľahko prechádza oceánskou vodou. Princíp sonaru je založený na skutočnosti, že zvukové vlny sa odrážajú od dna oceánu; Toto zariadenie sa zvyčajne používa na určenie prvkov podmorského terénu.
Elastické pevné látky
Zvuk sa šíri v drevenej doske. Molekuly väčšiny pevných látok sú viazané do elastickej priestorovej mriežky, ktorá sa slabo stláča a zároveň urýchľuje prechod zvukových vĺn.
Zvuk sú mechanické vibrácie, ktoré sa v prostredí elastického materiálu šíria predovšetkým vo forme pozdĺžnych vĺn.
Vo vákuu sa zvuk nešíri, pretože prenos zvuku vyžaduje hmotné médium a mechanický kontakt medzi časticami hmotného média.
V médiu sa zvuk šíri vo forme zvukových vĺn. Zvukové vlny sú mechanické vibrácie, ktoré sa prenášajú v médiu pomocou jeho podmienených častíc. Bežné častice média znamenajú jeho mikroobjemy.
Základné fyzikálne vlastnosti akustickej vlny:
1. Frekvencia.
Frekvencia zvuková vlna je veľkosť rovná počtu úplných kmitov za jednotku času. Označené symbolom v (nahá) a merané v hertzoch. 1 Hz = 1 počet/s = [s-1].
Stupnica zvukových vibrácií je rozdelená do nasledujúcich frekvenčných intervalov:
· infrazvuk (od 0 do 16 Hz);
· počuteľný zvuk (od 16 do 16 000 Hz);
· ultrazvuk (nad 16 000 Hz).
Frekvencia zvukovej vlny úzko súvisí s jej inverznou veličinou – periódou zvukovej vlny. Obdobie Zvuková vlna je doba jedného úplného kmitania častíc média. Určené T a meria sa v sekundách [s].
Podľa smeru vibrácií častíc média nesúceho zvukovú vlnu sa zvukové vlny delia na:
· pozdĺžne;
· priečny.
Pri pozdĺžnych vlnách sa smer kmitania častíc média zhoduje so smerom šírenia zvukovej vlny v médiu (obr. 1).
Pre priečne vlny sú smery kmitania častíc média kolmé na smer šírenia zvukovej vlny (obr. 2).
Ryža. 1 Obr. 2
Pozdĺžne vlny sa šíria v plynoch, kvapalinách a pevných látkach. Priečne - iba v pevných látkach.
3. Tvar vibrácií.
Podľa tvaru vibrácií sa zvukové vlny delia na:
· jednoduché vlny;
komplexné vlny.
Graf jednoduchej vlny je sínusoida.
Grafom komplexnej vlny je akákoľvek periodická nesínusová krivka .
4. Vlnová dĺžka.
Vlnová dĺžka je množstvo rovná vzdialenosti, ktorú prekoná zvuková vlna za čas rovnajúci sa jednej perióde. Označuje sa λ (lambda) a meria sa v metroch (m), centimetroch (cm), milimetroch (mm), mikrometroch (µm).
Vlnová dĺžka závisí od prostredia, v ktorom sa zvuk šíri.
5. Rýchlosť zvukovej vlny.
Rýchlosť zvukovej vlny je rýchlosť šírenia zvuku v prostredí so stacionárnym zdrojom zvuku. Označené symbolom v, vypočítané podľa vzorca:
Rýchlosť zvukovej vlny závisí od typu média a teploty. Rýchlosť zvuku je najvyššia v pevných elastických telesách, menšia v kvapalinách a najnižšia v plynoch.
vzduch, normálny atmosférický tlak, teplota - 20 stupňov, v = 342 m/s;
voda, teplota 15-20 stupňov, v = 1500 m/s;
kovy, v = 5000-10000 m/s.
Rýchlosť zvuku vo vzduchu sa zvyšuje asi o 0,6 m/s so zvýšením teploty o 10 stupňov.
Hromy, hudba, zvuk príboja, ľudská reč a všetko ostatné, čo počujeme, je zvuk. Čo je to "zvuk"?
Zdroj obrázkov: pixabay.com
V skutočnosti všetko, čo sme zvyknutí považovať za zvuk, je len jedným z typov vibrácií (vzduch), ktoré náš mozog a orgány dokážu vnímať.
Aká je povaha zvuku
Všetky zvuky, ktoré sa šíria vzduchom, sú vibráciami zvukovej vlny. Vzniká vibráciou objektu a odchyľuje sa od svojho zdroja vo všetkých smeroch. Vibrujúci predmet stláča molekuly v prostredí a potom vytvára redšiu atmosféru, čo spôsobuje, že sa molekuly odpudzujú stále ďalej. Zmeny tlaku vzduchu sa teda šíria smerom od objektu, samotné molekuly zostávajú pre seba v nezmenenej polohe.
Vplyv zvukových vĺn na ušný bubienok. Zdroj obrázkov: prd.go.th
Keď zvuková vlna prechádza priestorom, odráža sa od predmetov, ktoré sú na jej ceste, a vytvára zmeny v okolitom vzduchu. Keď sa tieto zmeny dostanú do vášho ucha a zasiahnu bubienok, nervové zakončenia vyšlú signál do mozgu a vy vnímate tieto vibrácie ako zvuk.
Základné charakteristiky zvukovej vlny
Najjednoduchší tvar zvukovej vlny je sínusoida. Sínusové vlny vo svojej čistej forme sa v prírode vyskytujú zriedka, ale práve s nimi by ste mali začať študovať fyziku zvuku, pretože akékoľvek zvuky možno rozložiť na kombináciu sínusových vĺn.
Sínusová vlna jasne demonštruje tri hlavné fyzikálne kritériá zvuku - frekvenciu, amplitúdu a fázu.
Frekvencia
Čím nižšia je frekvencia vibrácií, tým nižší je zvuk. Zdroj obrazu: ReasonGuide.Ru
Frekvencia je veličina, ktorá charakterizuje počet vibrácií za sekundu. Meria sa v počte periód oscilácie alebo v hertzoch (Hz). Ľudské ucho dokáže vnímať zvuk v rozsahu od 20 Hz (nízke frekvencie) do 20 KHz (vysoké frekvencie). Zvuky nad týmto rozsahom sa nazývajú ultrazvuk a nižšie - infrazvuk a nie sú vnímané ľudským sluchom.
Amplitúda
Čím väčšia je amplitúda zvukovej vlny, tým je zvuk hlasnejší.
Pojem amplitúda (alebo intenzita) zvukovej vlny sa vzťahuje na silu zvuku, ktorú ľudský sluch vníma ako hlasitosť alebo hlasitosť zvuku. Ľudia dokážu vnímať pomerne širokú škálu hlasitosti zvuku: od kvapkajúceho kohútika v tichom byte až po hudbu hrajúcu na koncerte. Na meranie hlasitosti sa používajú fonometre (merané v decibeloch), ktoré používajú logaritmickú stupnicu, aby boli merania pohodlnejšie.
Fáza zvukovej vlny
Fázy zvukovej vlny. Zdroj obrázkov: Muz-Flame.ru
Používa sa na opis vlastností dvoch zvukových vĺn. Ak majú dve vlny rovnakú amplitúdu a frekvenciu, potom sa hovorí, že tieto dve zvukové vlny sú vo fáze. Fáza sa meria od 0 do 360, kde 0 je hodnota indikujúca, že dve zvukové vlny sú synchrónne (vo fáze) a 180 je hodnota indikujúca, že vlny sú proti sebe (mimo fázu). Keď sú dve zvukové vlny vo fáze, tieto dva zvuky sa prekrývajú a signály sa navzájom posilňujú. Keď sa skombinujú dva signály, ktoré sa nezhodujú v amplitúde, v dôsledku tlakového rozdielu sú signály potlačené, čo vedie k nulovému výsledku, to znamená, že zvuk zmizne. Tento jav je známy ako „fázové potlačenie“.
Pri kombinácii dvoch rovnakých zvukových signálov sa môže zrušenie fázy stať vážnym problémom a spájanie pôvodnej zvukovej vlny s vlnou odrazenou od povrchov v akustickej miestnosti je tiež obrovskou nepríjemnosťou. Napríklad, keď sa ľavý a pravý kanál stereo mixpultu skombinuje na vytvorenie harmonického záznamu, signál môže trpieť fázovým zrušením.
Čo je to decibel?
Decibely merajú hladinu akustického tlaku alebo elektrického napätia. Toto je jednotka, ktorá ukazuje pomer dvoch rôznych veličín navzájom. Bel (pomenovaný po americkom vedcovi Alexandrovi Bellovi) je desiatkový logaritmus, ktorý odráža pomer dvoch rôznych signálov k sebe navzájom. To znamená, že pri každom ďalšom bliknutí na stupnici je prijatý signál desaťkrát silnejší. Napríklad akustický tlak hlasitého zvuku je miliardkrát vyšší ako akustický tlak tichého zvuku. Aby zobrazovali také veľké hodnoty, začali používať relatívnu hodnotu decibelov (dB) – pričom 1 000 000 000 bolo 109, alebo jednoducho 9. Prijatie tejto hodnoty fyzikmi a akustikami umožnilo pohodlnejšie pracovať s obrovskými číslami. .
Stupnica hlasitosti pre rôzne zvuky. Zdroj obrázkov: Nauet.ru
V praxi je bel príliš veľká jednotka na meranie hladiny zvuku, preto sa namiesto toho použil decibel, čo je jedna desatina belu. Nedá sa povedať, že používanie decibelov namiesto bel je ako používanie povedzme centimetrov namiesto metrov na označenie veľkosti obuvi; bel a decibel sú relatívne hodnoty.
Z vyššie uvedeného je zrejmé, že hladina zvuku sa zvyčajne meria v decibeloch. Niektoré normy úrovne zvuku sa v akustike používajú už mnoho rokov, od vynálezu telefónu až po súčasnosť. Väčšinu týchto noriem je ťažké aplikovať na moderné zariadenia, používajú sa len pre zastarané zariadenia. Zariadenia v nahrávacích a vysielacích štúdiách dnes používajú jednotku ako dBu (decibel vo vzťahu k úrovni 0,775 V) a v zariadení domácností - dBV (decibel meraný vo vzťahu k úrovni 1 V). Digitálne audio zariadenie používa na meranie akustického výkonu dBFS (decibel full scale).
dBm– „m“ znamená miliwatty (mW), mernú jednotku používanú na označenie elektrickej energie. Je potrebné rozlišovať výkon od elektrického napätia, hoci tieto dva pojmy spolu úzko súvisia. Jednotka merania dBm sa začala používať na začiatku telefónnej komunikácie a dnes sa používa aj v profesionálnych zariadeniach.
dBu- v tomto prípade sa meria napätie (namiesto výkonu) vzhľadom na referenčnú nulovú úroveň, za referenčnú úroveň sa považuje 0,75 voltu. Pri práci s moderným profesionálnym audio zariadením je dBu nahradené dBm. V minulosti bolo pohodlnejšie používať dBu ako mernú jednotku v oblasti audiotechniky, keď bolo na vyhodnotenie sily signálu dôležitejšie počítať elektrický výkon ako napätie.
dBV– táto jednotka merania je tiež založená na referenčnej nulovej úrovni (ako v prípade dBu), avšak ako referenčná úroveň sa berie 1 V, čo je vhodnejšie ako údaj 0,775 V. Táto jednotka merania zvuku je často používané pre domáce a poloprofesionálne audio zariadenia.
dBFS– toto hodnotenie úrovne signálu je široko používané v digitálnom audio inžinierstve a je veľmi odlišné od vyššie uvedených meracích jednotiek. FS (full scale) je plný rozsah, ktorý sa používa, pretože na rozdiel od analógového audio signálu, ktorý má optimálne napätie, je celý rozsah digitálnych hodnôt rovnako prijateľný pri práci s digitálnym signálom. 0 dBFS je maximálna možná úroveň digitálneho zvukového signálu, ktorú možno zaznamenať bez skreslenia. Analógové meracie štandardy, ako sú dBu a dBV, nemajú priestor pre dynamický rozsah nad 0 dBFS.
Ak sa vám článok páčil, Páči sa mi to A prihlásiť sa na odber kanála NAUCHPOP . Zostaňte naladení, priatelia! Pred nami je veľa zaujímavých vecí!
YAGMA
Lekárska fyzika
Fakulta pediatrie
Dobre
semester
Prednáška č.4
"Lekárska akustika"
Skomplikovaný:
Babenko N.I.
2010
1. Akustika a jej druhy. Lekárska akustika, jej úseky a úlohy.
Doslova sa „akustika“ prekladá ako štúdium sluchu. Moderná definícia pojmu „akustika“ je nasledovná:
Akustika je veda o produkcii, vlastnostiach a šírení mechanických vĺn v rôznych prostrediach a o interakcii týchto vĺn s fyzikálnymi a biologickými objektmi.
Akustika pozostáva z nasledujúcich sekcií:
· všeobecná akustika,študuje najvšeobecnejšie problémy súvisiace s príjmom a šírením zvuku, metódy merania zvuku.
· architektonická akustika, študuje zvukové javy z hľadiska získania dobrej počuteľnosti a reči v rôznych miestnostiach alebo ochrany miestností pred nežiaducimi zvukmi.
· technická akustika,študuje praktické využitie zvuku v rôznych oblastiach techniky.
· biologická akustika,študuje produkciu a využitie zvuku živými organizmami (netopiere, ryby, delfíny).
· lekárska akustika, študuje fyziku a biofyziku sluchu a reči, podmienky a vlastnosti ľudského vnímania zvuku, využitie zvuku na diagnostiku chorôb a ich liečbu.
Aplikácie akustiky v medicíne zahŕňajú praktické využitie vlastností počuteľného zvuku a ultrazvuku:
Hlavné ciele lekárskej akustiky sú:
· štúdium zvukových javov vznikajúcich pri práci srdca;
· vývoj metód na diagnostikovanie chorôb pomocou zvuku a ultrazvuku;
· vývoj metód liečby zvukom;
· vypracovanie hygienických noriem a noriem pre bezpečné používanie zvuku v priemysle, medicíne a národnom hospodárstve.
Vuk ako fyzikálny jav.
Druhy zvukových vĺn a ich charakteristiky.
Zvuk sú mechanické vibrácie, ktoré sa v prostredí elastického materiálu šíria predovšetkým vo forme pozdĺžnych vĺn.
Vo vákuu sa zvuk nešíri, pretože prenos zvuku vyžaduje hmotné médium a mechanický kontakt medzi časticami hmotného média.
V médiu sa zvuk šíri vo forme zvukových vĺn. Zvukové vlny sú mechanické vibrácie, ktoré sa prenášajú v médiu pomocou jeho podmienených častíc. Bežné častice média znamenajú jeho mikroobjemy.
Základné fyzikálne vlastnosti akustickej vlny:
1. Frekvencia.
Frekvencia Zvuková vlna je množstvo, ktoré sa rovná počtu úplných kmitov za jednotku času. Označené symbolom v (nu) a meria sa v hertzoch. 1 Hz = 1 počet/s = [s-1].
Stupnica zvukových vibrácií je rozdelená do nasledujúcich frekvenčných intervalov:
· infrazvuk (od 0 do 16 Hz);
· počuteľný zvuk (od 16 do 16 000 Hz);
· ultrazvuk (nad 16 000 Hz).
Frekvencia zvukovej vlny úzko súvisí s jej inverznou veličinou – periódou zvukovej vlny. Obdobie Zvuková vlna je doba jedného úplného kmitania častíc média. Určené T a meria sa v sekundách [s].
Podľa smeru vibrácií častíc média nesúceho zvukovú vlnu sa zvukové vlny delia na:
· pozdĺžne;
· priečny.
Pri pozdĺžnych vlnách sa smer kmitania častíc média zhoduje so smerom šírenia zvukovej vlny v médiu (obr. 1).
Pre priečne vlny sú smery kmitania častíc média kolmé na smer šírenia zvukovej vlny (obr. 2).
 |
|||
Ryža. 1 Obr. 2
Pozdĺžne vlny sa šíria v plynoch, kvapalinách a pevných látkach. Priečne - iba v pevných látkach.
3. Tvar vibrácií.
Podľa tvaru vibrácií sa zvukové vlny delia na:
· jednoduché vlny;
komplexné vlny.
Graf jednoduchej vlny je sínusoida.
Grafom komplexnej vlny je akákoľvek periodická nesínusová krivka .
4. Vlnová dĺžka.
Vlnová dĺžka je množstvo rovná vzdialenosti, ktorú prekoná zvuková vlna za čas rovnajúci sa jednej perióde. Označuje sa λ (lambda) a meria sa v metroch (m), centimetroch (cm), milimetroch (mm), mikrometroch (µm).
Vlnová dĺžka závisí od prostredia, v ktorom sa zvuk šíri.
5. Rýchlosť zvukovej vlny.
Rýchlosť zvukovej vlny je rýchlosť šírenia zvuku v prostredí so stacionárnym zdrojom zvuku. Označené symbolom v, vypočítané podľa vzorca:
Rýchlosť zvukovej vlny závisí od typu média a teploty. Rýchlosť zvuku je najvyššia v pevných elastických telesách, menšia v kvapalinách a najnižšia v plynoch.
vzduch, normálny atmosférický tlak, teplota - 20 stupňov, v = 342 m/s;
voda, teplota 15-20 stupňov, v = 1500 m/s;
kovy, v = 5000-10000 m/s.
Rýchlosť zvuku vo vzduchu sa zvyšuje asi o 0,6 m/s so zvýšením teploty o 10 stupňov.
Táto lekcia pokrýva tému „Zvukové vlny“. V tejto lekcii budeme pokračovať v štúdiu akustiky. Najprv si zopakujme definíciu zvukových vĺn, potom zvážime ich frekvenčné rozsahy a zoznámime sa s pojmom ultrazvukové a infrazvukové vlny. Budeme tiež diskutovať o vlastnostiach zvukových vĺn v rôznych médiách a dozvieme sa, aké sú ich vlastnosti. .
Zvukové vlny - ide o mechanické vibrácie, ktoré sa šíria a sú v interakcii s orgánom sluchu, ktoré človek vníma (obr. 1).
Ryža. 1. Zvuková vlna
Odvetvie fyziky, ktoré sa zaoberá týmito vlnami, sa nazýva akustika. Profesiou ľudí, ktorí sa ľudovo nazývajú „poslucháči“, sú akusisti. Zvuková vlna je vlna šíriaca sa v elastickom prostredí, je to pozdĺžna vlna a pri jej šírení v elastickom prostredí sa strieda stlačenie a výboj. Prenáša sa v priebehu času na vzdialenosť (obr. 2).
Ryža. 2. Šírenie zvukových vĺn
Zvukové vlny zahŕňajú vibrácie, ktoré sa vyskytujú s frekvenciou od 20 do 20 000 Hz. Pre tieto frekvencie sú zodpovedajúce vlnové dĺžky 17 m (pre 20 Hz) a 17 mm (pre 20 000 Hz). Tento rozsah sa bude nazývať počuteľný zvuk. Tieto vlnové dĺžky sú uvedené pre vzduch, ktorého rýchlosť zvuku sa rovná .
Existujú aj rozsahy, ktorým sa zaoberajú akustici – infrazvuk a ultrazvuk. Infrazvukové sú tie, ktoré majú frekvenciu menšiu ako 20 Hz. A ultrazvukové sú tie, ktoré majú frekvenciu väčšiu ako 20 000 Hz (obr. 3).
Ryža. 3. Rozsahy zvukových vĺn
Každý vzdelaný človek by mal poznať frekvenčný rozsah zvukových vĺn a vedieť, že ak pôjde na ultrazvuk, obraz na obrazovke počítača sa zostrojí s frekvenciou viac ako 20 000 Hz.
ultrazvuk - Ide o mechanické vlny podobné zvukovým vlnám, ale s frekvenciou od 20 kHz do miliardy hertzov.
Volajú sa vlny s frekvenciou viac ako miliarda hertzov hyperzvuk.
Ultrazvuk sa používa na detekciu defektov odliatkov. Prúd krátkych ultrazvukových signálov smeruje na skúmanú časť. V miestach, kde nie sú žiadne závady, signály prechádzajú cez diel bez toho, aby ich prijímač zaregistroval.
Ak je v časti prasklina, vzduchová dutina alebo iná nehomogenita, ultrazvukový signál sa od nej odráža a vracia sa do prijímača. Táto metóda sa nazýva ultrazvuková detekcia defektov.
Ďalšími príkladmi ultrazvukových aplikácií sú ultrazvukové prístroje, ultrazvukové prístroje, ultrazvuková terapia.
Infrazvuk - mechanické vlny podobné zvukovým vlnám, ale s frekvenciou menšou ako 20 Hz. Nie sú vnímané ľudským uchom.
Prirodzenými zdrojmi infrazvukových vĺn sú búrky, cunami, zemetrasenia, hurikány, sopečné erupcie a búrky.
Infrazvuk je tiež dôležitá vlna, ktorá sa používa na rozvibrovanie povrchu (napríklad na ničenie niektorých veľkých predmetov). Spustíme infrazvuk do pôdy – a pôda sa rozpadne. Kde sa to používa? Napríklad v diamantových baniach, kde berú rudu, ktorá obsahuje diamantové zložky a rozdrvia ju na malé častice, aby našli tieto diamantové inklúzie (obr. 4).
Ryža. 4. Aplikácia infrazvuku
Rýchlosť zvuku závisí od podmienok prostredia a teploty (obr. 5).
Ryža. 5. Rýchlosť šírenia zvukových vĺn v rôznych médiách
Poznámka: vo vzduchu sa rýchlosť zvuku pri rovná , a pri , sa rýchlosť zvýši o . Ak ste výskumník, tieto znalosti môžu byť pre vás užitočné. Možno prídete aj s nejakým teplotným senzorom, ktorý bude zaznamenávať teplotné rozdiely zmenou rýchlosti zvuku v médiu. Už vieme, že čím je médium hustejšie, tým závažnejšia je interakcia medzi časticami média, tým rýchlejšie sa vlna šíri. V poslednom odseku sme to rozobrali na príklade suchého a vlhkého vzduchu. Pre vodu je rýchlosť šírenia zvuku . Ak vytvoríte zvukovú vlnu (klopanie na ladičku), rýchlosť jej šírenia vo vode bude 4-krát väčšia ako vo vzduchu. Po vode sa informácie dostanú 4-krát rýchlejšie ako vzduchom. A v oceli je to ešte rýchlejšie: 
(obr. 6).
Ryža. 6. Rýchlosť šírenia zvukovej vlny
Viete z eposov, ktoré použil Iľja Muromec (a všetci hrdinovia a obyčajní ruskí ľudia a chlapci z Gajdarovej RVS) použili veľmi zaujímavú metódu detekcie objektu, ktorý sa blíži, ale je ešte ďaleko. Zvuk, ktorý vydáva pri pohybe, ešte nie je počuť. Ilya Muromets s uchom priloženým k zemi ju počuje. prečo? Pretože zvuk sa prenáša po pevnej zemi vyššou rýchlosťou, čo znamená, že sa rýchlejšie dostane k uchu Ilju Murometsa a ten sa bude môcť pripraviť na stretnutie s nepriateľom.
Najzaujímavejšie zvukové vlny sú hudobné zvuky a zvuky. Aké predmety môžu vytvárať zvukové vlny? Ak vezmeme zdroj vĺn a elastické médium, ak zdroj zvuku prinútime harmonicky vibrovať, potom budeme mať nádhernú zvukovú vlnu, ktorá sa bude nazývať hudobný zvuk. Týmito zdrojmi zvukových vĺn môžu byť napríklad struny gitary alebo klavíra. Môže to byť zvuková vlna, ktorá sa vytvára vo vzduchovej medzere píšťaly (organu alebo píšťaly). Z hudobnej výchovy poznáte noty: do, re, mi, fa, sol, la, si. V akustike sa nazývajú tóny (obr. 7).
Ryža. 7. Hudobné tóny
Všetky objekty, ktoré dokážu produkovať tóny, budú mať funkcie. V čom sa líšia? Líšia sa vlnovou dĺžkou a frekvenciou. Ak tieto zvukové vlny nie sú vytvorené harmonicky znejúcimi telesami alebo nie sú spojené do nejakého spoločného orchestrálneho diela, potom sa takéto množstvo zvukov nazýva hluk.
Hluk– náhodné kmity rôzneho fyzikálneho charakteru, vyznačujúce sa zložitosťou ich časovej a spektrálnej štruktúry. Pojem hluk je domáci aj fyzický, sú si veľmi podobné, a preto ho uvádzame ako samostatný dôležitý predmet úvahy.
Prejdime ku kvantitatívnym odhadom zvukových vĺn. Aké sú vlastnosti hudobných zvukových vĺn? Tieto charakteristiky platia výlučne pre harmonické zvukové vibrácie. takže, hlasitosť zvuku. Ako sa určuje hlasitosť zvuku? Uvažujme o šírení zvukovej vlny v čase alebo o kmitoch zdroja zvukovej vlny (obr. 8).
Ryža. 8. Hlasitosť zvuku
Zároveň, ak sme do systému nepridali veľa zvuku (napríklad potichu stlačíme kláves klavíra), bude to tichý zvuk. Ak nahlas zdvihneme ruku vysoko, tento zvuk spôsobíme úderom do klávesu, dostaneme hlasný zvuk. Od čoho to závisí? Tichý zvuk má menšiu amplitúdu vibrácií ako hlasný zvuk.
Ďalšou dôležitou charakteristikou hudobného zvuku a akéhokoľvek iného zvuku je výška. Od čoho závisí výška zvuku? Výška závisí od frekvencie. Môžeme prinútiť zdroj, aby osciloval často, alebo ho môžeme prinútiť, aby osciloval nie veľmi rýchlo (to znamená, že vykonával menej oscilácií za jednotku času). Uvažujme časový priebeh vysokého a nízkeho zvuku rovnakej amplitúdy (obr. 9).
Ryža. 9. Smola
Dá sa vyvodiť zaujímavý záver. Ak človek spieva basovým hlasom, jeho zdroj zvuku (hlasivky) vibruje niekoľkonásobne pomalšie ako u človeka, ktorý spieva soprán. V druhom prípade hlasivky vibrujú častejšie, a preto častejšie spôsobujú vrecká kompresie a výboje pri šírení vlny.
Existuje ďalšia zaujímavá charakteristika zvukových vĺn, ktorú fyzici neštudujú. Toto timbre. Poznáte a ľahko rozlíšite rovnakú hudobnú skladbu na balalajke alebo violončele. V čom sú tieto zvuky alebo tento výkon odlišné? Na začiatku experimentu sme požiadali ľudí, ktorí produkujú zvuky, aby ich robili s približne rovnakou amplitúdou, aby bola hlasitosť zvuku rovnaká. Je to ako v prípade orchestra: ak nie je potrebné vyzdvihovať žiadny nástroj, všetci hrajú približne rovnako, rovnakou silou. Takže zafarbenie balalajky a violončela je iné. Ak by sme mali nakresliť zvuk produkovaný jedným nástrojom z iného pomocou diagramov, boli by rovnaké. Ale tieto nástroje ľahko rozoznáte podľa zvuku.
Ďalší príklad dôležitosti zafarbenia. Predstavte si dvoch spevákov, ktorí vyštudujú rovnakú hudobnú univerzitu s rovnakými pedagógmi. Študovali rovnako dobre, s rovnými A. Z nejakého dôvodu sa jeden stáva vynikajúcim umelcom, zatiaľ čo druhý je celý život nespokojný so svojou kariérou. V skutočnosti je to určené výlučne ich nástrojom, ktorý spôsobuje vokálne vibrácie v prostredí, t.j. ich hlasy sa líšia farbou.
Bibliografia
- Sokolovič Yu.A., Bogdanova G.S. Fyzika: referenčná kniha s príkladmi riešenia problémov. - 2. vydanie repartícia. - X.: Vesta: vydavateľstvo "Ranok", 2005. - 464 s.
- Peryshkin A.V., Gutnik E.M., Physics. 9. ročník: učebnica pre všeobecné vzdelávanie. inštitúcie/A.V. Peryshkin, E.M. Gutnik. - 14. vyd., stereotyp. - M.: Drop, 2009. - 300 s.
- Internetový portál „eduspb.com“ ()
- Internetový portál „msk.edu.ua“ ()
- Internetový portál „class-fizika.narod.ru“ ()
Domáca úloha
- Ako sa šíri zvuk? Čo môže byť zdrojom zvuku?
- Môže zvuk cestovať vesmírom?
- Vníma každú vlnu, ktorá dosiahne sluchový orgán človeka?