Fale dźwiękowe i ich charakterystyka. Fale dźwiękowe wokół nas

Dźwięk to fale dźwiękowe, które powodują drgania najmniejszych cząsteczek powietrza, innych gazów, a także cieczy i mediów stałych. Dźwięk może pojawić się tylko tam, gdzie istnieje substancja, niezależnie od tego, w jakim jest agresywnym stanie. W warunkach próżni, gdzie nie ma medium, dźwięk nie rozchodzi się, ponieważ nie ma cząstek, które działają jako propagatory fal dźwiękowych. Na przykład w kosmosie. Dźwięk można modyfikować, modyfikować, zamieniać w inne formy energii. Dźwięk przetworzony w fale radiowe lub w energię elektryczną może być przesyłany na odległość i zapisywany na nośnikach informacji.

Fala dźwiękowa

Ruchy obiektów i ciał prawie zawsze powodują fluktuacje środowiska. Nie ma znaczenia, czy to woda, czy powietrze. W procesie tym cząstki ośrodka, do którego przekazywane są wibracje ciała również zaczynają oscylować. Fale dźwiękowe powstają. A ruchy odbywają się w kierunkach tam iz powrotem, stopniowo zastępując się nawzajem. Dlatego fala dźwiękowa jest podłużna. Nigdy w nim nie ma poprzecznego ruchu w górę iw dół.

Charakterystyka fali dźwiękowej

Podobnie jak inne zjawiska fizyczne, mają swoje własne wartości, dzięki którym można opisać właściwości. Główną cechą fali dźwiękowej jest jej częstotliwość i amplituda. Pierwsza wartość pokazuje, ile fal tworzy się w ciągu sekundy. Drugi określa siłę fali. Dźwięki o niskiej częstotliwości mają niskie częstotliwości i na odwrót. Częstotliwość dźwięku jest mierzona w hercach, a jeśli przekracza 20 000 Hz, następuje ultradźwięk. Istnieje wystarczająco dużo przykładów dźwięków o niskiej i wysokiej częstotliwości w przyrodzie i świecie wokół człowieka. Nocne śpiewy, grzmoty, ryk górskiej rzeki i inne są różnymi częstotliwościami dźwięku. Amplituda fali zależy bezpośrednio od tego, jak głośny jest dźwięk. Głośność z kolei maleje wraz z odległością od źródła dźwięku. Odpowiednio, amplituda jest mniejsza, im dalej od epicentrum jest fala. Innymi słowy, amplituda fali dźwiękowej zmniejsza się wraz z odległością od źródła dźwięku.

Prędkość dźwięku

Ten wskaźnik fali dźwiękowej jest wprost proporcjonalny do natury ośrodka, w którym jest dystrybuowany. Zarówno wilgotność, jak i temperatura powietrza odgrywają tutaj ważną rolę. Przy przeciętnych warunkach pogodowych prędkość dźwięku wynosi około 340 metrów na sekundę. W fizyce istnieje coś takiego jak prędkość naddźwięku, która jest zawsze ważniejsza niż prędkość dźwięku. Przy takiej prędkości fale dźwiękowe rozprzestrzeniają się, gdy samolot się porusza. Samolot porusza się z prędkością ponaddźwiękową, a nawet wyprzedza fale dźwiękowe, które są przez nią wytwarzane. Z powodu ciśnienia stopniowo wzrastającego za płaszczyzną powstaje fala uderzeniowa. Ciekawa i mało znana jednostka miary tej prędkości. Nazywa się Mach. 1 maks. Jest równe prędkości dźwięku. Jeśli fala porusza się z prędkością 2 Macha, wówczas propaguje dwa razy szybciej niż prędkość dźwięku.

Hałas

W codziennym życiu człowieka występują ciągłe odgłosy. Poziom hałasu mierzony jest w decybelach. Ruch samochodowy, wiatr, szum liści, przeplatające się głosy ludzi i inne odgłosy są naszymi codziennymi towarzyszami. Ale do takich odgłosów analizator słuchu danej osoby potrafi się przyzwyczaić. Istnieją jednak takie zjawiska, których nawet umiejętności adaptacyjne ludzkiego ucha nie są w stanie poradzić sobie. Na przykład hałas przekraczający 120 dB może wywoływać uczucie bólu. Najgłośniejszym zwierzęciem jest błękitny wieloryb. Kiedy wydaje dźwięki, można go usłyszeć z odległości ponad 800 kilometrów.

Echo

Jak powstaje echo? Tutaj wszystko jest bardzo proste. Fala dźwiękowa ma zdolność odbijania od różnych powierzchni: od wody, od skały, od ścian w pustym pokoju. Ta fala powraca do nas, więc słyszymy wtórny dźwięk. Nie jest tak jasne, jak początkowa, ponieważ część energii fali dźwiękowej jest rozpraszana, gdy przesuwa się do bariery.

Echolokacja

Odbicie dźwięku jest wykorzystywane do różnych celów praktycznych. Na przykład echolokacja. Opiera się na fakcie, że za pomocą fal ultradźwiękowych można określić odległość do obiektu, z którego odbijają się te fale. Obliczenia są wykonywane przy pomiarze czasu, w którym ultradźwięki docierają do miejsca i wracają. Zdolność do echolokacji ma wiele zwierząt. Na przykład nietoperze Delfiny używają go do poszukiwania jedzenia. Echolokacja znalazła inne zastosowanie w medycynie. W badaniach z użyciem ultradźwięków powstaje obraz ludzkich narządów wewnętrznych. Podstawą tej metody jest to, że ultradźwięk, wchodząc w inne środowisko z powietrza, powraca, tworząc w ten sposób obraz.

Fale dźwiękowe w muzyce

Dlaczego instrumenty muzyczne wydają pewne dźwięki? Walki gitarowe, melodie fortepianowe, niskie tony bębnów i trąb, delikatny głos czarującego fletu. Wszystkie te i wiele innych dźwięków są spowodowane fluktuacjami powietrza lub innymi słowy, z powodu pojawiania się fal dźwiękowych. Ale dlaczego brzmienie instrumentów muzycznych jest tak różnorodne? Okazuje się, że zależy to od kilku czynników. Pierwszy to kształt narzędzia, drugi to materiał, z którego jest wykonany.

Rozważ to na przykładzie. instrumenty strunowe. Stają się źródłem dźwięku po dotknięciu struny. W rezultacie zaczynają wibrować i wysyłać różne dźwięki do otoczenia. Niski dźwięk jakiegokolwiek instrumentu smyczkowego wynika z większej grubości i długości sznurka, a także ze słabości jego napięcia. I odwrotnie, im mocniej sznur jest rozciągnięty, tym cieńszy i krótszy, tym wyższy będzie dźwięk w wyniku gry.

Działanie mikrofonu

Opiera się na konwersji energii fali dźwiękowej na energię elektryczną. W bezpośrednim związku z tym są obecne i charakter dźwięku. Wewnątrz każdego mikrofonu znajduje się cienka płytka wykonana z metalu. Po wystawieniu na działanie dźwięku zaczyna wykonywać ruchy oscylacyjne. Spirala, z którą połączona jest płyta, również wibruje, co skutkuje prądem elektrycznym. Dlaczego on się pojawia? Wynika to z faktu, że magnesy są również osadzone w mikrofonie. Kiedy spirala oscyluje pomiędzy swoimi biegunami i powstaje prąd elektryczny który wchodzi w spiralę, a następnie w głośnik (głośnik) lub w technikę nagrywania na nośnikach informacji (na taśmie, dysku, komputerze). Nawiasem mówiąc, podobna struktura ma mikrofon w telefonie. Ale w jaki sposób mikrofony działają na telefonach stacjonarnych i komórkowych? Faza początkowa jest dla nich taka sama - dźwięk ludzkiego głosu przenosi swoje oscylacje na płytę mikrofonu, a następnie wszystko przebiega według scenariusza opisanego powyżej: spirala, która zamyka dwa bieguny podczas ruchu, powstaje prąd. Co dalej? W stacjonarnym telefonie wszystko jest mniej lub bardziej wyraźne - tak jak w mikrofonie, dźwięk przekształcony w prąd elektryczny biegnie wzdłuż przewodów. Ale co z telefonem komórkowym lub na przykład z walkie-talkie? W tych przypadkach dźwięk zamienia się w energię fal radiowych i uderza w satelitę. To wszystko.

Zjawisko rezonansu

Czasami takie warunki powstają, gdy amplituda oscylacji ciała fizycznego dramatycznie wzrasta. Wynika to z konwergencji wartości częstotliwości. wymuszone wibracje oraz naturalną częstotliwość obiektu (ciała). Rezonans może być zarówno korzystny, jak i szkodliwy. Na przykład, aby uratować samochód z dołu, jest on włączany i popychany w przód iw tył, aby wywołać rezonans i dać bezwładność samochodu. Ale zdarzały się przypadki negatywnych konsekwencji rezonansu. Na przykład w Petersburgu około stu lat temu most zawalił się pod zsynchronizowanymi chodzącymi żołnierzami.