Co jest potrzebne do rozchodzenia się fali dźwiękowej. Rozchodzenie się dźwięku

>>Fizyka: Dźwięk w różnych mediach

Aby dźwięk mógł się rozchodzić, potrzebny jest ośrodek elastyczny. W próżni fale dźwiękowe nie mogą się rozchodzić, ponieważ nie ma tam nic, co mogłoby wibrować. Można to sprawdzić na podstawie prostego doświadczenia. Jeśli pod dzwonkiem szklanym umieścimy dzwonek elektryczny, to w miarę wypompowywania powietrza spod dzwonu okaże się, że dźwięk dzwonka będzie coraz słabszy, aż do całkowitego ustania.

Dźwięk w gazach. Wiadomo, że podczas burzy najpierw widzimy błyskawicę, a dopiero po pewnym czasie słychać grzmot (ryc. 52). Opóźnienie to występuje, ponieważ prędkość dźwięku w powietrzu jest znacznie mniejsza niż prędkość światła pochodzącego od pioruna.

Prędkość dźwięku w powietrzu po raz pierwszy zmierzyła w 1636 roku francuski naukowiec M. Mersenne. W temperaturze 20°C wynosi ona 343 m/s, tj. 1235 kilometrów na godzinę. Należy pamiętać, że do tej wartości prędkość pocisku wystrzelonego z karabinu maszynowego Kałasznikow (PK) maleje na dystansie 800 m. Prędkość początkowa pocisku wynosi 825 m/s, co znacznie przewyższa prędkość dźwięku w powietrzu. Dlatego osoba, która słyszy odgłos wystrzału lub gwizd kuli, nie musi się martwić: ta kula już go minęła. Pocisk wyprzedzi dźwięk wystrzału i dotrze do ofiary, zanim nadejdzie dźwięk.

Prędkość dźwięku zależy od temperatury ośrodka: wraz ze wzrostem temperatury powietrza wzrasta, a wraz ze spadkiem temperatury powietrza maleje. W temperaturze 0°C prędkość dźwięku w powietrzu wynosi 331 m/s.

Dźwięk rozchodzi się z różną prędkością w różnych gazach. Jak więcej masy cząsteczki gazu, tym mniejsza jest w nim prędkość dźwięku. Zatem w temperaturze 0°C prędkość dźwięku w wodorze wynosi 1284 m/s, w helu – 965 m/s, a w tlenie – 316 m/s.

Dźwięk w cieczach. Prędkość dźwięku w cieczach zwykle wynosi więcej prędkości dźwięk w gazach. Prędkość dźwięku w wodzie po raz pierwszy zmierzyli w 1826 roku J. Colladon i J. Sturm. Swoje eksperymenty przeprowadzali na Jeziorze Genewskim w Szwajcarii (ryc. 53). Na jednej łodzi podpalili proch i jednocześnie uderzyli w opuszczony do wody dzwon. Dźwięk tego dzwonu, za pomocą specjalnego rogu, również opuszczonego do wody, został uchwycony na innej łodzi, która znajdowała się w odległości 14 km od pierwszego. Na podstawie czasu pomiędzy błyskiem światła a pojawieniem się sygnału dźwiękowego wyznaczono prędkość dźwięku w wodzie. W temperaturze 8°C wynosiła ona około 1440 m/s.

Na granicy dwóch różnych ośrodków część fali dźwiękowej zostaje odbita, a część wędruje dalej. Kiedy dźwięk przechodzi z powietrza do wody, 99,9% energii dźwięku jest odbijane z powrotem, ale ciśnienie fali dźwiękowej przekazywanej do wody jest prawie 2 razy większe. Aparat słuchowy ryba właśnie na to reaguje. Dlatego też nad powierzchnią wody pojawiają się np. krzyki i hałasy właściwy sposób odstraszyć stworzenia morskie. Te krzyki nie ogłuszą osoby, która znajdzie się pod wodą: po zanurzeniu w wodzie w uszach pozostaną „zatyczki” powietrzne, co uchroni go przed przeciążeniem dźwiękiem.

Kiedy dźwięk przechodzi z wody do powietrza, 99,9% energii zostaje ponownie odbite. Ale jeśli podczas przejścia z powietrza do wody ciśnienie akustyczne wzrosło, teraz wręcz przeciwnie, gwałtownie maleje. Z tego właśnie powodu dźwięk powstający pod wodą, gdy jeden kamień uderza w drugi, nie dociera do osoby znajdującej się w powietrzu.

To zachowanie dźwięku na granicy wody i powietrza dało naszym przodkom powód do wiary podwodny świat„świat ciszy”. Stąd powiedzenie: „Niemy jak ryba”. Jednak Leonardo da Vinci zasugerował także słuchanie podwodnych dźwięków poprzez przyłożenie ucha do wiosła opuszczonego do wody. Stosując tę ​​metodę, możesz mieć pewność, że ryby rzeczywiście są dość gadatliwe.

Dźwięk w ciałach stałych. Prędkość dźwięku w ciałach stałych jest większa niż w cieczach i gazach. Jeśli przyłożysz ucho do poręczy, po uderzeniu w drugi koniec szyny usłyszysz dwa dźwięki. Jeden z nich dotrze do Waszych uszu koleją, drugi samolotem.

Ziemia ma dobrą przewodność dźwięku. Dlatego w dawnych czasach podczas oblężenia w murach twierdzy umieszczano „słuchaczy”, którzy na podstawie dźwięku przenoszonego przez ziemię mogli określić, czy wróg wkopuje się w mury, czy nie. Przystawiając uszy do ziemi, monitorowali także zbliżanie się kawalerii wroga.

Ciała stałe dobrze przewodzą dźwięk. Dzięki temu osoby, które utraciły słuch, czasami potrafią tańczyć do muzyki, która dociera do ich nerwów słuchowych nie przez powietrze i ucho zewnętrzne, ale przez podłogę i kości.

1. Dlaczego podczas burzy najpierw widzimy błyskawicę, a dopiero potem słyszymy grzmot? 2. Od czego zależy prędkość dźwięku w gazach? 3. Dlaczego osoba stojąca na brzegu rzeki nie słyszy dźwięków dochodzących pod wodą? 4. Dlaczego „słuchacze”, którzy w starożytności monitorowali prace wykopaliskowe wroga, często były niewidomymi?

Zadanie eksperymentalne . Umieść deskę (lub długą drewnianą linijkę) na jednym końcu zegarek na rękę, przyłóż ucho do drugiego końca. Co słyszysz? Wyjaśnij zjawisko.

S.V. Gromov, N.A. Rodina, ósma klasa fizyki

Nadesłane przez czytelników ze stron internetowych

Planowanie fizyki, plany lekcji fizyki, program szkolny, podręczniki i książki do fizyki dla klasy 8, zajęcia i zadania z fizyki dla klasy 8

Treść lekcji notatki z lekcji ramka wspomagająca prezentację lekcji metody przyspieszania technologie interaktywne Ćwiczyć zadania i ćwiczenia autotest warsztaty, szkolenia, case'y, zadania prace domowe dyskusja pytania retoryczne pytania uczniów Ilustracje pliki audio, wideo i multimedia fotografie, obrazy, grafiki, tabele, diagramy, humor, anegdoty, dowcipy, komiksy, przypowieści, powiedzenia, krzyżówki, cytaty Dodatki streszczenia artykuły sztuczki dla ciekawskich szopki podręczniki podstawowy i dodatkowy słownik terminów inne Udoskonalanie podręczników i lekcjipoprawianie błędów w podręczniku aktualizacja fragmentu podręcznika, elementy innowacji na lekcji, wymiana przestarzałej wiedzy na nową Tylko dla nauczycieli doskonałe lekcje plan kalendarza na dany rok wytyczne programy dyskusyjne Zintegrowane Lekcje

Dźwięki odbieramy z pewnej odległości od ich źródeł. Zwykle dźwięk dociera do nas poprzez powietrze. Powietrze jest ośrodkiem elastycznym, który przenosi dźwięk.

Zwróć uwagę!

Jeśli pomiędzy źródłem a odbiornikiem zostanie usunięty nośnik dźwięku, dźwięk nie będzie się rozchodził, w związku z czym odbiornik go nie odbierze.

Przykład:

Umieśćmy budzik pod dzwonkiem pompki powietrza (ryc. 1).

Dopóki w dzwonku jest powietrze, dźwięk dzwonka jest wyraźnie słyszalny. W miarę wypompowywania powietrza spod dzwonu dźwięk stopniowo słabnie, aż w końcu staje się niesłyszalny. Bez medium transmisyjnego drgania płyty dzwonkowej nie mogą się przemieszczać, a dźwięk nie dociera do naszego ucha. Wpuśćmy powietrze pod dzwonek i usłyszmy jeszcze raz bicie.

Zwróć uwagę!

Substancje elastyczne dobrze przewodzą dźwięki, takie jak metale, drewno, ciecze i gazy.

Połóżmy zegarek kieszonkowy na jednym końcu drewnianej deski i przejdźmy na drugi koniec. Przykładając ucho do tablicy, usłyszymy tykanie zegara (ryc. 2).

Przywiąż sznurek do metalowej łyżki. Przyłóż koniec sznurka do ucha. Kiedy uderzymy łyżką, usłyszymy mocny dźwięk (ryc. 3). Jeszcze mocniejszy dźwięk usłyszymy, jeśli zastąpimy strunę drutem.

Zwróć uwagę!

Ciała miękkie i porowate są słabymi przewodnikami dźwięku.

Aby chronić pokój przed włamaniem obce dźwięki, ściany, podłoga i sufit są ułożone warstwami materiałów dźwiękochłonnych. Jako międzywarstwy stosuje się filc, prasowany korek, porowate kamienie i różne materiały syntetyczne (na przykład styropian) wykonane ze spienionych polimerów. Dźwięk w takich warstwach szybko zanika.

Dźwięk rozchodzi się w dowolnym ośrodku elastycznym - stałym, ciekłym i gazowym, ale nie może rozchodzić się w przestrzeni, w której nie ma substancji.

Oscylacje źródła tworzą w jego otoczeniu elastyczną falę częstotliwości dźwięku. Fala docierając do ucha oddziałuje na błonę bębenkową powodując jej drganie z częstotliwością odpowiadającą częstotliwości źródła dźwięku. Drżenie bębenek przekazywane przez układ kosteczek słuchowych do zakończeń nerw słuchowy, podrażniają je i powodują w ten sposób wrażenie dźwięku (ryc. 4).

W gazach i cieczach mogą występować tylko podłużne fale sprężyste. Dlatego dźwięk w powietrzu przenoszony jest przez fale podłużne, czyli naprzemienne kondensacje i rozrzedzenia powietrza pochodzące ze źródła dźwięku.

Fala dźwiękowa, jak każda inna fala mechaniczna, nie rozchodzi się w przestrzeni natychmiast, ale z określoną prędkością.

Obserwując strzelaninę, najpierw widzimy ogień i dym, a po chwili słyszymy dźwięk wystrzału.

Dźwięki odbieramy z pewnej odległości od ich źródeł. Zwykle dźwięk dociera do nas poprzez powietrze. Powietrze jest ośrodkiem elastycznym, który przenosi dźwięk.

Jeśli pomiędzy źródłem a odbiornikiem zostanie usunięty nośnik dźwięku, dźwięk nie będzie się rozchodził, w związku z czym odbiornik go nie odbierze. Zademonstrujmy to eksperymentalnie.

Umieśćmy budzik pod dzwonkiem pompki powietrza (ryc. 80). Dopóki w dzwonku jest powietrze, dźwięk dzwonka jest wyraźnie słyszalny. W miarę wypompowywania powietrza spod dzwonu dźwięk stopniowo słabnie, aż w końcu staje się niesłyszalny. Bez medium transmisyjnego drgania płyty dzwonkowej nie mogą się przemieszczać, a dźwięk nie dociera do naszego ucha. Wpuśćmy powietrze pod dzwonek i usłyszmy jeszcze raz bicie.

Ryż. 80. Eksperyment wykazujący, że dźwięk nie rozchodzi się w przestrzeni, w której nie ma ośrodka materialnego

Substancje elastyczne dobrze przewodzą dźwięki, takie jak metale, drewno, ciecze i gazy.

Połóżmy zegarek kieszonkowy na jednym końcu drewnianej deski i przejdźmy na drugi koniec. Przykładając ucho do tablicy, słychać tykanie zegara.

Przywiąż sznurek do metalowej łyżki. Przyłóż koniec sznurka do ucha. Kiedy uderzysz łyżką, usłyszysz mocny dźwięk. Jeszcze mocniejszy dźwięk usłyszymy, jeśli zastąpimy strunę drutem.

Ciała miękkie i porowate są słabymi przewodnikami dźwięku. Aby chronić każde pomieszczenie przed przenikaniem obcych dźwięków, ściany, podłoga i sufit są ułożone warstwami materiałów dźwiękochłonnych. Jako międzywarstwy stosuje się filc, prasowany korek, porowate kamienie i różne materiały syntetyczne (na przykład styropian) wykonane ze spienionych polimerów. Dźwięk w takich warstwach szybko zanika.

Ciecze dobrze przewodzą dźwięk. Na przykład ryby dobrze słyszą kroki i głosy na brzegu, co wiedzą doświadczeni rybacy.

Zatem dźwięk rozchodzi się w dowolnym ośrodku elastycznym - stałym, ciekłym i gazowym, ale nie może rozchodzić się w przestrzeni, w której nie ma substancji.

Oscylacje źródła tworzą w jego otoczeniu elastyczną falę częstotliwości dźwięku. Fala docierając do ucha oddziałuje na błonę bębenkową powodując jej drganie z częstotliwością odpowiadającą częstotliwości źródła dźwięku. Drgania błony bębenkowej przenoszone są poprzez układ kosteczek słuchowych na zakończenia nerwu słuchowego, podrażniają je i tym samym powodują wrażenie dźwięku.

Przypomnijmy, że w gazach i cieczach mogą istnieć tylko podłużne fale sprężyste. Na przykład dźwięk w powietrzu przenoszony jest przez fale podłużne, czyli naprzemienne kondensacje i rozrzedzenia powietrza pochodzące ze źródła dźwięku.

Fala dźwiękowa, jak każda inna fala mechaniczna, nie rozchodzi się w przestrzeni natychmiast, ale z określoną prędkością. Możesz to sprawdzić np. obserwując strzały z daleka. Najpierw widzimy ogień i dym, a po chwili słychać strzał. Dym pojawia się w tym samym momencie, w którym pojawia się pierwsza wibracja dźwiękowa. Mierząc odstęp czasu t pomiędzy momentem pojawienia się dźwięku (momentem pojawienia się dymu) a momentem dotarcia dźwięku do ucha, możemy wyznaczyć prędkość rozchodzenia się dźwięku:

Pomiary pokazują, że prędkość dźwięku w powietrzu w temperaturze 0°C i normalnym ciśnieniu atmosferycznym wynosi 332 m/s.

Im wyższa temperatura, tym większa prędkość dźwięku w gazach. Na przykład w temperaturze 20°C prędkość dźwięku w powietrzu wynosi 343 m/s, w temperaturze 60°C – 366 m/s, w temperaturze 100°C – 387 m/s. Wyjaśnia to fakt, że wraz ze wzrostem temperatury wzrasta elastyczność gazów, a im większe siły sprężyste powstają w ośrodku podczas jego odkształcania, tym większa jest ruchliwość cząstek i szybsze przenoszenie drgań z jednego punktu do drugiego.

Prędkość dźwięku zależy również od właściwości ośrodka, w którym dźwięk się rozchodzi. Przykładowo w temperaturze 0°C prędkość dźwięku w wodorze wynosi 1284 m/s, a w dwutlenku węgla – 259 m/s, ponieważ cząsteczki wodoru są mniej masywne i mniej obojętne.

Obecnie prędkość dźwięku można mierzyć w dowolnym środowisku.

Cząsteczki w cieczach i ciała stałe znajdują się bliżej siebie i oddziałują silniej niż cząsteczki gazu. Dlatego prędkość dźwięku w ośrodkach ciekłych i stałych jest większa niż w ośrodkach gazowych.

Ponieważ dźwięk jest falą, do wyznaczenia prędkości dźwięku, oprócz wzoru V = s/t, można skorzystać ze znanych nam wzorów: V = λ/T i V = vλ. Przy rozwiązywaniu problemów przyjmuje się, że prędkość dźwięku w powietrzu wynosi 340 m/s.

pytania

1. Jaki jest cel eksperymentu przedstawionego na rycinie 80? Opisz, jak przeprowadzono to doświadczenie i jakie wnioski z niego wynikają.
2. Czy dźwięk może rozprzestrzeniać się w gazach, cieczach i ciałach stałych? Poprzyj swoje odpowiedzi przykładami.
3. Które korpusy lepiej przewodzą dźwięk – elastyczne czy porowate? Podaj przykłady ciał sprężystych i porowatych.
4. Jaki rodzaj fali – podłużna czy poprzeczna – rozchodzi się w powietrzu? w wodzie?
5. Podaj przykład pokazujący, że fala dźwiękowa nie rozchodzi się natychmiast, ale z określoną prędkością.

Ćwiczenie 30

1. Czy dźwięk ogromnej eksplozji na Księżycu będzie słyszalny na Ziemi? Uzasadnij swoją odpowiedź.
2. Jeśli do obu końców nitki przywiążemy połówki mydelniczki, to za pomocą takiego telefonu będzie można nawet rozmawiać szeptem będąc w różnych pokojach. Wyjaśnij zjawisko.
3. Wyznacz prędkość dźwięku w wodzie, jeżeli źródło drgające z okresem 0,002 s wzbudza w wodzie falę o długości 2,9 m.
4. Wyznacz długość fali dźwiękowej o częstotliwości 725 Hz w powietrzu, wodzie i szkle.
5. Jeden koniec długiej metalowej rury został raz uderzony młotkiem. Czy dźwięk uderzenia rozprzestrzeni się na drugi koniec rury przez metal; przez powietrze wewnątrz rury? Ile ciosów usłyszy osoba stojąca po drugiej stronie rury?
6. Obserwator stojący w pobliżu linii prostej kolej żelazna, zobaczyłem parę ponad gwizdkiem jadącej w oddali lokomotywy parowej. Po 2 sekundach od pojawienia się pary usłyszał dźwięk gwizdka, a po 34 sekundach lokomotywa minęła obserwatora. Wyznacz prędkość lokomotywy.

Dźwięk (fala dźwiękowa ) –jest to fala sprężysta odbierana przez narząd słuchu ludzi i zwierząt. Innymi słowy, dźwięk to propagacja wahań gęstości (lub ciśnienia) ośrodka elastycznego, które powstają, gdy cząstki ośrodka oddziałują ze sobą.

Atmosfera (powietrze) jest jednym z ośrodków elastycznych. Rozchodzenie się dźwięku w powietrzu podlega ogólnym prawom propagacji fal akustycznych w gazach doskonałych, a także ma cechy wynikające ze zmienności gęstości, ciśnienia, temperatury i wilgotności powietrza. Prędkość dźwięku zależy od właściwości ośrodka i jest obliczana za pomocą wzorów na prędkość fali sprężystej.

Są sztuczne i naturalne źródła dźwięk. Sztuczne emitery obejmują:

Drgania ciał stałych (struny i płyty rezonansowe instrumentów muzycznych, dyfuzory głośników, membrany telefoniczne, płyty piezoelektryczne);

Wibracje powietrza w ograniczonej objętości (piszczałki organowe, gwizdki);

Instrumenty perkusyjne (klawisze fortepianu, dzwonek);

Prąd elektryczny (przetworniki elektroakustyczne).

Źródła naturalne obejmują:

Eksplozja, upadek;

Przepływ powietrza wokół przeszkód (wiatr wiejący w narożnik budynku, grzbiet fali morskiej).

Są też sztuczne i naturalne odbiorniki dźwięk:

Przetworniki elektroakustyczne (mikrofon w powietrzu, hydrofon w wodzie, geofon w skorupie ziemskiej) i inne urządzenia;

Aparat słuchowy ludzi i zwierząt.

Kiedy fale dźwiękowe się rozchodzą, możliwe są zjawiska charakterystyczne dla fal dowolnej natury:

Odbicie od przeszkody

Załamanie na granicy dwóch ośrodków,

Zakłócenia (dodawanie),

Dyfrakcja (zaginanie się wokół przeszkód),

Dyspersja (zależność prędkości dźwięku w substancji od częstotliwości dźwięku);

Absorpcja (spadek energii i natężenia dźwięku w ośrodku w wyniku nieodwracalnej przemiany energii dźwięku w ciepło).

Obiektywna charakterystyka dźwięku

Częstotliwość dźwięku

Częstotliwość dźwięku słyszalnego dla człowieka waha się od 16 Hz zanim 16 - 20 kHz . Fale sprężyste z częstotliwością poniżej zakres słyszalny zwany infradźwięki (w tym wstrząs mózgu), z wyższy częstotliwość – ultradźwięk , a fale sprężyste o najwyższej częstotliwości to hiperdźwięk .

Cały zakres częstotliwości dźwięku można podzielić na trzy części (tabela 1).

Hałas ma ciągłe widmo częstotliwości (lub długości fali) w obszarze dźwięku o niskiej częstotliwości (tabele 1, 2). Widmo ciągłe oznacza, że ​​częstotliwości mogą przyjmować dowolną wartość z danego przedziału.

Musical , Lub tonalny , Dźwięki mają liniowe widmo częstotliwości w obszarze dźwięku średniej częstotliwości i częściowo wysokiej częstotliwości. Pozostałą część dźwięku o wysokiej częstotliwości zajmuje gwizdanie. Widmo liniowe oznacza, że ​​częstotliwości muzyczne mają jedynie ściśle określone (dyskretne) wartości z określonego przedziału.

Ponadto przedział częstotliwości muzycznych jest podzielony na oktawy. Oktawa – jest to przedział częstotliwości zawarty pomiędzy dwiema wartościami granicznymi, z których górna jest dwukrotnie większa od dolnej(Tabela 3)

Wspólne pasma częstotliwości oktawowych

Pasma częstotliwości oktawowych	 min , Hz	 maks , Hz	 Poślubić , Hz

Przykładowe przedziały częstotliwości dźwięku wytwarzanego przez aparat głosowy człowieka i odbieranego przez aparat słuchowy człowieka podano w tabeli 4.

Kontrat, alt
Mezzosopran
sopran koloraturowy

Przykładowe zakresy częstotliwości niektórych instrumentów muzycznych podano w tabeli 5. Obejmują one nie tylko zakres dźwięku, ale także zakres ultradźwiękowy.

Instrument muzyczny	Częstotliwość Hz
Saksofon

Zwierzęta, ptaki i owady wytwarzają i odbierają dźwięki w innych zakresach częstotliwości niż ludzie (Tabela 6).

W muzyce nazywa się każdą sinusoidalną falę dźwiękową prostym tonem, Lub ton. Wysokość zależy od częstotliwości: im wyższa częstotliwość, tym wyższy ton. Główny ton złożony dźwięk muzyczny nazywany jest tonem odpowiadającym najniższa częstotliwość w swoim spektrum. Nazywa się tony odpowiadające innym częstotliwościom podteksty. Jeśli podteksty wielokrotności częstotliwość tonu podstawowego, wówczas nazywane są alikwoty harmoniczny. Alikwot o najniższej częstotliwości nazywa się pierwszą harmoniczną, alikwot z następną nazywa się drugą itd.

Dźwięki muzyczne o tym samym tonie podstawowym mogą się różnić tembr. Barwa zależy od składu alikwotów, ich częstotliwości i amplitudy, charakteru ich wzrostu na początku dźwięku i spadku na końcu.

Prędkość dźwięku

Dotyczy dźwięku w różnych środowiskach ogólne formuły(22) – (25). Należy wziąć pod uwagę, że wzór (22) ma zastosowanie w przypadku suchego powietrza atmosferycznego i biorąc pod uwagę wartości liczbowe współczynnika Poissona, masy molowej i uniwersalnej stałej gazowej, można zapisać jako:

Jednak prawdziwe powietrze atmosferyczne zawsze charakteryzuje się wilgotnością, która wpływa na prędkość dźwięku. Wynika to z faktu, że współczynnik Poissona  zależy od stosunku ciśnienia cząstkowego pary wodnej ( P para) Do ciśnienie atmosferyczne (P). W wilgotne powietrze Prędkość dźwięku określa się ze wzoru:

.

Z ostatniego równania widać, że prędkość dźwięku w wilgotnym powietrzu jest nieco większa niż w suchym.

Numeryczne szacunki prędkości dźwięku, biorąc pod uwagę wpływ temperatury i wilgotności powietrza atmosferycznego, można przeprowadzić, korzystając ze wzoru przybliżonego:

Szacunki te pokazują, że gdy dźwięk rozchodzi się w kierunku poziomym ( 0 X) wraz ze wzrostem temperatury o 1 0 C prędkość dźwięku wzrasta o 0,6 m/s. Pod wpływem pary wodnej o ciśnieniu cząstkowym nie większym niż 10 Pa prędkość dźwięku wzrasta o mniej niż 0,5 m/s. Ale ogólnie rzecz biorąc, przy maksymalnym możliwym ciśnieniu cząstkowym pary wodnej na powierzchni Ziemi prędkość dźwięku wzrasta nie więcej niż 1 m/s.

Ciśnienie akustyczne

W przypadku braku dźwięku atmosfera (powietrze) jest ośrodkiem niezakłóconym i posiada statyczne ciśnienie atmosferyczne (
).

Kiedy fale dźwiękowe się rozchodzą, do tego ciśnienia statycznego dodaje się dodatkowe ciśnienie zmienne w wyniku kondensacji i rozrzedzenia powietrza. W przypadku fal płaskich możemy napisać:

Gdzie P dźwięk, maks– amplituda ciśnienia akustycznego,  - cykliczna częstotliwość dźwięku, k – liczba falowa. Dlatego ciśnienie atmosferyczne w stałym punkcie w ten moment czas staje się równy sumie tych ciśnień:

Ciśnienie akustyczne to ciśnienie zmienne, równe różnicy pomiędzy chwilowym rzeczywistym ciśnieniem atmosferycznym w danym punkcie podczas przejścia fali dźwiękowej a statycznym ciśnieniem atmosferycznym w przypadku braku dźwięku:

Ciśnienie akustyczne zmienia swoją wartość i znak w okresie oscylacji.

Ciśnienie akustyczne jest prawie zawsze znacznie niższe niż atmosferyczne

Staje się duży i porównywalny z ciśnieniem atmosferycznym, gdy podczas potężnych eksplozji lub podczas przelotu samolotu odrzutowego pojawiają się fale uderzeniowe.

Jednostki ciśnienia akustycznego są następujące:

- pascal w SI
,

- bar w GHS
,

- milimetr rtęci,

- atmosfera.

W praktyce przyrządy nie mierzą chwilowej wartości ciśnienia akustycznego, lecz tzw wydajny (Lub aktualny )dźwięk ciśnienie . To jest równe pierwiastek kwadratowy średniej wartości kwadratu chwilowego ciśnienia akustycznego w danym punkcie przestrzeni i w danym czasie

(44)

i dlatego jest również nazywany pierwiastek średniokwadratowy ciśnienia akustycznego . Podstawiając wyrażenie (39) do wzoru (40) otrzymujemy:

. (45)

Impedancja dźwięku

Odporność na dźwięk (akustyczny). zwany stosunkiem amplitudyciśnienie akustyczne i prędkość drgań cząstek ośrodka:

. (46)

Fizyczne znaczenie oporu akustycznego: jest liczbowo równy ciśnieniu akustycznemu wywołującemu drgania cząstek ośrodka przy jednostkowej prędkości:

Jednostka SI miary impedancji dźwięku – paskal sekunda na metr:

.

W przypadku fali płaskiej prędkość oscylacji cząstek równy

.

Wówczas wzór (46) przyjmie postać:

. (46*)

Istnieje również inna definicja oporu dźwięku, jako iloczynu gęstości ośrodka i prędkości dźwięku w tym ośrodku:

. (47)

Wtedy jest znaczenie fizyczne jest to, że jest ona liczbowo równa gęstości ośrodka, w którym fala sprężysta rozchodzi się z prędkością jednostkową:

.

Oprócz oporu akustycznego, akustyka wykorzystuje tę koncepcję Opór mechaniczny (R M). Opór mechaniczny to stosunek amplitud siły okresowej i prędkości oscylacyjnej cząstek ośrodka:

, (48)

Gdzie S– powierzchnia emitera dźwięku. Odporność mechaniczna mierzona jest w Newton sekunda na metr:

.

Energia i moc dźwięku

Fala dźwiękowa charakteryzuje się tymi samymi ilościami energii co fala sprężysta.

Każda objętość powietrza, w której rozchodzą się fale dźwiękowe, ma energię będącą sumą energii kinetycznej oscylujących cząstek i energii potencjalnej odkształcenia sprężystego ośrodka (patrz wzór (29)).

Zwykle nazywa się natężenie dźwiękumoc dźwięku . To jest równe

. (49)

Dlatego fizyczne znaczenie mocy akustycznej jest podobne do znaczenia gęstości strumienia energii: liczbowo równej średniej wartości energii przenoszonej przez falę w jednostce czasu przez powierzchnię poprzeczną o jednostkowej powierzchni.

Jednostką natężenia dźwięku jest wat na metr kwadratowy:

.

Natężenie dźwięku jest proporcjonalne do kwadratu efektywnego ciśnienia akustycznego i odwrotnie proporcjonalne do ciśnienia akustycznego:

, (50)

lub biorąc pod uwagę wyrażenia (45),

, (51)

Gdzie R ok – odporność akustyczna.

Dźwięk można również scharakteryzować mocą akustyczną. Moc dźwięku to całkowita ilość energii akustycznej emitowanej przez źródło w określonym czasie przez zamkniętą powierzchnię otaczającą źródło dźwięku:

, (52)

lub biorąc pod uwagę wzór (49),

. (52*)

Moc akustyczną, jak każdą inną, mierzy się w waty:

.

Dźwięk to fale dźwiękowe, które powodują wibracje drobnych cząstek powietrza, innych gazów oraz mediów ciekłych i stałych. Dźwięk może powstać tylko tam, gdzie znajduje się substancja, niezależnie od tego, w jakim stanie jest skupiona. W warunkach próżni, gdzie nie ma ośrodka, dźwięk nie rozchodzi się, ponieważ nie ma cząstek, które pełnią rolę dystrybutorów fal dźwiękowych. Na przykład w kosmosie. Dźwięk można modyfikować, zmieniać, zamieniać w inne formy energii. Dzięki temu dźwięk zamieniony na fale radiowe lub energię elektryczną może być przesyłany na duże odległości i rejestrowany na nośnikach informacji.

Fala dźwiękowa

Ruchy obiektów i ciał prawie zawsze powodują wahania w środowisku. Nie ma znaczenia, czy to woda, czy powietrze. Podczas tego procesu cząsteczki ośrodka, na który przenoszone są drgania ciała, również zaczynają wibrować. Powstają fale dźwiękowe. Ponadto ruchy wykonywane są w kierunku do przodu i do tyłu, stopniowo zastępując się nawzajem. Dlatego fala dźwiękowa jest podłużna. Nigdy nie ma w nim żadnego ruchu bocznego w górę i w dół.

Charakterystyka fal dźwiękowych

Jak każdy zjawisko fizyczne, mają swoje własne wielkości, za pomocą których można opisać właściwości. Głównymi cechami fali dźwiękowej są jej częstotliwość i amplituda. Pierwsza wartość pokazuje, ile fal powstaje na sekundę. Drugi określa siłę fali. Dźwięki o niskiej częstotliwości mają niska wydajność częstotliwości i odwrotnie. Częstotliwość dźwięku mierzona jest w hercach, a jeśli przekracza 20 000 Hz, pojawia się ultradźwięk. Przykłady niskiej częstotliwości i dźwięki o wysokiej częstotliwości jest wystarczająco dużo w przyrodzie i otaczającym nas świecie. Świergot słowika, grzmot piorunów, ryk górskiej rzeki i inne to różne częstotliwości dźwięku. Amplituda fali zależy bezpośrednio od głośności dźwięku. Głośność z kolei maleje wraz z odległością od źródła dźwięku. Odpowiednio, im dalej fala jest od epicentrum, tym mniejsza jest amplituda. Innymi słowy, amplituda fali dźwiękowej maleje wraz z odległością od źródła dźwięku.

Prędkość dźwięku

Ten wskaźnik fali dźwiękowej zależy bezpośrednio od charakteru ośrodka, w którym się ona rozchodzi. Dużą rolę odgrywa tutaj zarówno wilgotność, jak i temperatura powietrza. Pośrodku warunki pogodowe Prędkość dźwięku wynosi około 340 metrów na sekundę. W fizyce istnieje coś takiego jak prędkość naddźwiękowa, która jest zawsze większa od prędkości dźwięku. Jest to prędkość, z jaką rozchodzą się fale dźwiękowe podczas ruchu samolotu. Samolot porusza się z prędkością ponaddźwiękową, a nawet wyprzedza wytwarzane przez siebie fale dźwiękowe. Ze względu na stopniowo rosnące ciśnienie za samolotem powstaje fala uderzeniowa dźwięku. Jednostka miary tej prędkości jest interesująca i niewiele osób ją zna. Nazywa się Mach. Mach 1 równa prędkości dźwięk. Jeśli fala przemieszcza się z prędkością Mach 2, to porusza się dwa razy szybciej niż prędkość dźwięku.

Hałasy

W Życie codzienne ludzie są obecni ciągłe hałasy. Poziom hałasu mierzony jest w decybelach. Ruch samochodów, wiatr, szelest liści, przeplatanie się ludzkich głosów i inne dźwięki to nasi codzienni towarzysze. Ale do takich dźwięków analizator słuchowy człowiek ma zdolność do przyzwyczajenia się. Istnieją jednak zjawiska, z którymi nawet zdolności adaptacyjne ludzkie ucho nie mogę sobie poradzić. Na przykład hałas przekraczający 120 dB może powodować ból. Najgłośniejszym zwierzęciem jest płetwal błękitny. Kiedy wydaje dźwięki, można go usłyszeć w promieniu ponad 800 kilometrów.

Echo

Jak powstaje echo? Tutaj wszystko jest bardzo proste. Fala dźwiękowa ma zdolność odbijania się od różnych powierzchni: od wody, od skały, od ścian w pustym pomieszczeniu. Fala ta wraca do nas, więc słyszymy dźwięk wtórny. Nie jest tak wyraźny jak oryginał, ponieważ część energii fali dźwiękowej jest rozpraszana w miarę jej przemieszczania się w stronę przeszkody.

Echolokacja

Odbicia dźwięku wykorzystywane są do różnych celów praktycznych. Na przykład echolokacja. Polega na tym, że z pomocą fale ultradźwiękowe możesz określić odległość do obiektu, od którego odbijają się te fale. Obliczeń dokonuje się na podstawie pomiaru czasu potrzebnego ultradźwiękom na dotarcie do określonego miejsca i powrót. Wiele zwierząt ma zdolność echolokacji. Na przykład nietoperze i delfiny wykorzystują go do poszukiwania pożywienia. Echolokacja znalazła kolejne zastosowanie w medycynie. Podczas badania za pomocą ultradźwięków powstaje obraz narządy wewnętrzne osoba. Podstawą tej metody jest to, że ultradźwięki, wchodząc do ośrodka innego niż powietrze, wracają, tworząc w ten sposób obraz.

Fale dźwiękowe w muzyce

Dlaczego instrumenty muzyczne wydają określone dźwięki? Brzdąkanie na gitarze, brzdąkanie na pianinie, niskie tony bębnów i trąbek, czarujący, cienki głos fletu. Wszystkie te i wiele innych dźwięków powstają w wyniku wibracji powietrza lub, innymi słowy, w wyniku pojawienia się fal dźwiękowych. Ale dlaczego brzmienie instrumentów muzycznych jest tak różnorodne? Okazuje się, że zależy to od kilku czynników. Pierwszym jest kształt narzędzia, drugim materiał, z którego jest wykonane.

Przyjrzyjmy się temu na przykładzie instrumentów smyczkowych. Stają się źródłem dźwięku po dotknięciu strun. W rezultacie zaczynają oscylować i wysyłać środowisko różne dźwięki. Niski dźwięk każdego instrumentu strunowego wynika z większej grubości i długości struny, a także słabości jej napięcia. I odwrotnie, im mocniej naciągnięta jest struna, im jest ona cieńsza i krótsza, tym wyższy dźwięk uzyskuje się w wyniku gry.

Akcja mikrofonu

Polega na konwersji energii fali dźwiękowej na energię elektryczną. W tym przypadku siła prądu i charakter dźwięku są bezpośrednio zależne. Wewnątrz każdego mikrofonu znajduje się cienka płytka wykonana z metalu. Pod wpływem dźwięku zaczyna wykonywać ruchy oscylacyjne. Spirala, do której jest połączona płyta, również wibruje, w wyniku czego Elektryczność. Dlaczego się pojawia? Dzieje się tak dlatego, że mikrofon ma również wbudowane magnesy. Kiedy spirala oscyluje między biegunami, powstaje prąd elektryczny, który płynie wzdłuż spirali do kolumny dźwiękowej (głośnika) lub do urządzenia rejestrującego na nośniku informacji (kaseta, dysk, komputer). Swoją drogą mikrofon w telefonie ma podobną konstrukcję. Ale jak działają mikrofony w telefonach stacjonarnych i telefon komórkowy? Początkowa faza jest dla nich taka sama – dźwięk ludzkiego głosu przenosi swoje wibracje na płytkę mikrofonu, następnie wszystko przebiega według scenariusza opisanego powyżej: spirala, która poruszając się, zamyka dwa bieguny, powstaje prąd. Co dalej? W telefonie stacjonarnym wszystko jest mniej więcej jasne – podobnie jak w mikrofonie, dźwięk przetworzony na prąd elektryczny przepływa przez przewody. Ale co z komórka lub na przykład za pomocą walkie-talkie? W takich przypadkach dźwięk jest przekształcany w energię fali radiowej i uderza w satelitę. To wszystko.

Zjawisko rezonansu

Czasami powstają warunki, gdy amplituda oscylacji ciało fizyczne gwałtownie rośnie. Dzieje się tak na skutek zbieżności wartości częstotliwości drgań wymuszonych i częstotliwości drgań własnych obiektu (ciała). Rezonans może być zarówno korzystny, jak i szkodliwy. Na przykład, aby wyciągnąć samochód z dziury, należy go uruchomić i popchnąć tam i z powrotem, aby wywołać rezonans i nadać samochodowi bezwładność. Ale zdarzały się też przypadki negatywne konsekwencje rezonans. Na przykład w Petersburgu około sto lat temu zawalił się most pod maszerującymi zgodnie żołnierzami.