Proprietățile undei acustice

Proprietățile undei acustice. Viteza sunetului

Păsările cântând, sunetul de ploaie și de vânt, tunete, muzica - tot ceea ce le auzim, noi credem sunet.

Din punct de vedere științific de sunet - un fenomen fizic, care undele mecanice se propagă în mediu solid, lichid sau gazos. Ele dau naștere la senzații auditive.

Cum un val de sunet

Toate sunetele sunt distribuite sub forma undelor elastice. Un val apar sub acțiunea forțelor elastice care apar atunci când corpul este deformat. Aceste forțe tind să se întoarcă corpul la starea inițială. De exemplu, un șir de încordate în repaus nu sună. Dar este necesar să o ia în lateral, sub acțiunea forței elastice, se va căuta să ia poziția sa inițială. Vibratoare, ea devine o sursă de sunet.

sursa de sunet poate fi orice organism vibratoare, cum ar fi desemnat pe de o parte o placă de oțel subțire, aerul într-un instrument de suflat muzical, fasciculele de voce umane, clopot, etc.

Ce se întâmplă în aer atunci când apar fluctuații?

Ca orice gaz, aerul este elastic. Acesta rezistă compresie și imediat începe să se extindă atunci când scade presiunea. Orice presiune asupra lui, el trece în mod uniform în toate direcțiile.

Dacă folosiți un piston pentru a comprima aerul dramatic, în acest loc, la o dată va crește presiunea. Apoi vor fi transferate în straturi învecinate de aer. Acestea vor fi comprimate, iar presiunea în ele va crește și descrește în stratul precedent. Deci lanțul alternativ zone de înaltă și joasă presiune sunt transmise.

Devierea de coarde lateral alternativ de sondare comprimă aerul, mai întâi într-o direcție și apoi în direcția opusă. În direcția pe care deviat șir de caractere, presiunea devine mai mare decât cea atmosferică la o anumită valoare. Pe partea opusă a presiunii cu aceeași valoare scade pe măsură ce aerul este diluat. Compresie și expansiune se va roti și se extind în direcții diferite, provocând vibrații în aer. Aceste vibrații se numesc val de sunet. O diferență între presiunea atmosferică și presiunea din diluția stratul de compresie sau de aer numita presiune acustică sau un sunet.

val de sunet propagates nu numai în aer, ci și într-un lichid și un mediu solid. De exemplu, apa care are un sunet mare. Am auzit piatra a lovit apa. Șuruburi de zgomot de suprafață capturile de nave sonar submarine. Dacă la un capăt al scânduri de lemn pus încheietura mâinii ceasuri mecanice, apoi, pune urechea la capătul opus al consiliului, vom auzi ticăie.

Vor fi acolo sunete diferite, într-un vid? fizician englez și chimist Robert Boyle și teolog care a trăit în secolul al XVII-lea, a pus ore într-un vas de sticlă din care este pompat aer. Ticăit ceas el nu a auzit. Acest lucru a însemnat că undele sonore într-un vid nu se aplică.

Caracteristicile undei sonore

vibrații sonore Forma depinde de sursa audio. Forma cea mai simplă au oscilații uniforme sau armonice. Acestea pot fi reprezentate sub formă de undă sinusoidală. Aceste fluctuații sunt caracterizate de amplitudine, lungime de undă și de propagare a frecvenței de oscilație.

Amplitude este, în general numit deviația maximă din poziția de echilibru al corpului.

Deoarece unda sonoră este format din zone de presiune înaltă și joasă alternativ, atunci este adesea considerată ca un proces de propagare a oscilațiilor de presiune. Prin urmare, vorbind despre presiunea aerului din amplitudinea undei.

Aceasta depinde de amplitudinea volumului sonor. Cu cat mai mare este, mai tare sunetul.

Fiecare sunet al vorbirii umane are o formă de undă, specific doar pentru el. Astfel, forma vibrațiilor sonore „o“ este diferit de formă „b“ de vibrații sonore.

Frecvența și durata valurilor

Numărul de oscilații pe secundă se numește frecvența undelor.

în cazul în care T - perioada de oscilație. Aceasta este durata de timp în care are loc o oscilație completă.

Cu cât perioada, cea mai mică frecvență, și vice-versa.

Unitatea de măsură a frecvenței în sistemul internațional de măsurare SI - hertz (Hz). 1 Hz - este una oscilație pe secundă.

De exemplu, o frecvență de 10 Hz este de 1 până la 10 oscilații pe secundă.

= 1000 Hz 1 kHz

Frecvența de oscilație depinde de teren. Frecvența mai ridicată, tonul de sunet mai mare.

Urechea umană nu poate percepe toate val de sunet, dar numai cele care au o frecvență de 16 la 20.000 Hz. Este aceste valuri și sunet luate în considerare. Valurile a căror frecvență este mai mică de 16 Hz, menționat la infrasunete, dar peste 20 000 Hz - ultrasunete.

Omul nu percepe nici un valuri infrasonice sau cu ultrasunete. Dar păsările și animalele pot auzi ultrasunetele. De exemplu, un fluture obișnuit distinge sunetele cu o frecvență de la 8 000-160 000 Hz. Gama de delfini percepute, chiar mai mare, aceasta variază 4-20 000 Hz.

lungime de undă

Wavelength se numește distanța dintre cele mai apropiate două puncte ale undelor armonice, care sunt în aceeași fază, de exemplu, între două creste. Desemnat ca ƛ.

Pentru un timp egal cu o perioadă, unda parcurge o distanță egală cu lungimea sa.

Viteza de propagare a undei

Viteza sunetului

Încercările de a determina viteza sunetului cu ajutorul unor experimente au fost efectuate în prima jumătate a secolului al XVII-lea. Filozoful englez Frensis Bekon în lucrarea sa „New Organon“ a oferit o soluție la această problemă sa bazat pe diferența dintre vitezele de lumină și sunet.

Este cunoscut faptul că viteza luminii este viteza mult mai mare de sunet. Prin urmare, în timpul primei furtună, vom vedea un fulger, și apoi să audă bubuitul tunetului. Cunoscând distanța dintre sursa de lumină și sunet și privitorul, precum și intervalul de timp dintre flash-ul de lumină și sunet, este posibil să se calculeze viteza sunetului.

Bacon a luat ideea de savantul francez Marin Marsenn. Observatorul, situat la o oarecare distanță de cel care a împușcat un muscheta, pentru a fixa timpul scurs de la flash-ul de lumină înainte de ardere a sunetului. Apoi, valoarea distanța împărțită în timp și a primit viteza sunetului. Rezultatele experimentului au dovedit viteză egală de 448 m / s. A fost un calcul dur.

La începutul secolului al XIX-lea, un grup de oameni de știință al Academiei de Științe din Paris pentru a repeta această experiență. Prin viteza lor calcule de lumină are o valoare 350-390 m / s. Dar această cifră nu a fost corectă.

Teoretic, viteza luminii, Newton a încercat să calculeze. Baza calculele lor a pus legea lui Boyle descrie comportamentul gazului în procesul izoterma (la temperatură constantă). Și se întâmplă atunci când volumul de gaz variază foarte încet, reușind să dea mediului căldura generată în acesta.

Newton, de asemenea, a crezut că între regiunile de compresiune și rarefiere temperatura nivelat repede. Dar aceste condiții nu există în val de sunet. Air este un slab conductor de căldură, iar distanța dintre straturile de compresie și rarefierea mare. Se încălzește din stratul de compresie nu are timp să se mute în stratul de vid. Și o diferență de temperatură ia naștere între ele. Prin urmare, calculele lui Newton au fost incorecte. Ei au dat o cifră de 280 m / s.

om de știință franceză Laplace a fost capabil să explice că greșeala lui Newton a fost faptul că unda sonoră se propagă în aer în condiții adiabatice, cu temperaturi în schimbare. Conform calculelor Laplace, viteza sunetului în aer, la temperatura de 0 ° C egal cu 331,5 m / s. Mai mult, aceasta crește odată cu creșterea temperaturii. Iar când temperatura crește la 20 ° C, se va deja egală cu 344 m / s.

În diferite medii, undele sonore se propagă cu viteze diferite.

Viteza sunetului pentru gaze și lichide se calculează cu formula:

β - compresibilitatea adiabatică a mediului,

După cum se vede din formula, viteza depinde de densitatea și compresibilitatea mediului. Aerul este mai mică decât în ​​lichid. De exemplu, în apă la 20 ° C este egal cu 1,484 m / s. Mai mult decât atât, cu cât salinitatea, cu atât mai mare viteza sunetului se deplasează în ea.

Pentru prima dată, viteza sunetului în apă, măsurată în 1827. Acest experiment semăna oarecum măsurarea vitezei luminii Maren Marsennom. Pe de o parte a bărcii în apă este coborâtă clopot. La distanțe mai mari de 13 km de prima barca a fost de două. Pe prima barca a lovit un clopot, și au dat foc la pulberea în același timp. Pe a doua barca fixă ​​timp flash, iar apoi ora de sosire a sunetului clopotelor. Împărțind distanța de rata de timp a undelor sonore primite în apă.

Cea mai mare viteză sunetul este într-un mediu solid. De exemplu, din oțel ce ajunge la mai mult de 5000 m / s.