Zvučne vibracije i talasi. Izvori zvuka. Zvučne vibracije. Karakteristike zvuka

Prije nego što shvatite koji su izvori zvuka, razmislite o tome šta je zvuk? Znamo da je svjetlost radijacija. Odbijeno od objekata, ovo zračenje ulazi u naše oči i možemo ga vidjeti. Ukus i miris su male čestice tijela koje percipiraju naši receptori. Kakav je zvuk ova životinja?

Zvukovi se prenose kroz vazduh

Sigurno ste vidjeli kako se svira gitara. Možda i sami znate kako se to radi. Važno je da žice daju drugačiji zvuk u gitari kada se povuku. U redu. Ali kada biste mogli da stavite gitaru u vakuum i povučete žice, onda biste bili veoma iznenađeni da gitara ne bi ispuštala nikakav zvuk.

Ovakvi eksperimenti su izvedeni sa najviše razna tijela, a rezultat je uvijek bio da se u bezvazdušnom prostoru nije mogao čuti nikakav zvuk. Iz ovoga slijedi logičan zaključak da se zvuk prenosi zrakom. Dakle, zvuk je nešto što se dešava česticama vazdušnih supstanci i tijelima koja proizvode zvuk.

Izvori zvuka - vibrirajuća tijela

Dalje. Kao rezultat širokog spektra brojnih eksperimenata, bilo je moguće utvrditi da zvuk nastaje zbog vibracije tijela. Izvori zvuka su tijela koja vibriraju. Ove vibracije prenose molekuli vazduha i naše uho, percipirajući te vibracije, tumači ih u zvučne senzacije koje su nam razumljive.

To nije teško provjeriti. Uzmite stakleni ili kristalni pehar i stavite ga na sto. Lagano lupkajte metalnom kašikom. Čućete dug i tanak zvuk. Sada dodirnite staklo rukom i kucnite ponovo. Zvuk će se promijeniti i postati mnogo kraći.

A sada neka nekoliko ljudi obavi ruke oko stakla što je moguće potpunije, zajedno sa nogom, trudeći se da ne ostavi ni jedno slobodno područje, osim vrlo malog mjesta za udaranje kašikom. Ponovo udari u staklo. Gotovo da nećete čuti nikakav zvuk, a onaj koji će biti ispostaviće se da je slab i vrlo kratak. šta piše?

U prvom slučaju, nakon udarca, staklo je slobodno osciliralo, njegove vibracije su se prenosile kroz zrak i dopirale do naših ušiju. U drugom slučaju, većinu vibracija je apsorbirala naša ruka, a zvuk je postao mnogo kraći, kako su se vibracije tijela smanjivale. U trećem slučaju, ruke svih učesnika su trenutno apsorbovale skoro sve vibracije tela i telo gotovo da nije osciliralo, a samim tim i skoro nikakav zvuk nije emitovan.

Isto vrijedi i za sve druge eksperimente kojih se možete sjetiti i izvoditi. Vibracije tijela, koje se prenose na molekule zraka, percipiraju naše uši i tumače ih mozak.

Zvučne vibracije različitih frekvencija

Dakle, zvuk je vibracija. Izvori zvuka prenose zvučne vibracije kroz vazduh do nas. Zašto onda ne čujemo sve vibracije svih objekata? Jer vibracije dolaze na različitim frekvencijama.

Zvuk koji percipira ljudsko uho su zvučne vibracije sa frekvencijom od približno 16 Hz do 20 kHz. Djeca čuju zvukove viših frekvencija od odraslih, a rasponi percepcije različitih živih bića općenito se jako razlikuju.

Izvori zvuka. Zvučne vibracije

Čovek živi u svetu zvukova. Zvuk je za osobu izvor informacija. On upozorava ljude na opasnost. Zvuk u formi muzike, pjev ptica nam pruža zadovoljstvo. Uživamo slušajući osobu prijatnog glasa. Zvukovi su važni ne samo za ljude, već i za životinje, kojima dobro snimanje zvuka pomaže da prežive.

Zvuk - To su mehanički elastični talasi koji se šire u gasovima, tečnostima, čvrstim materijama.

Uzrok zvuka - vibracije (oscilacije) tijela, iako su te vibracije često nevidljive našim očima.

Izvori zvuka - fizička tijela koja osciliraju, tj. drhti ili vibrirati sa frekvencijom
od 16 do 20.000 puta u sekundi. Tijelo koje vibrira može biti čvrsto, kao što je struna
ili Zemljina kora, gasoviti, na primjer, mlaz zraka u duvačkim muzičkim instrumentima
ili tečnosti, kao što su talasi na vodi.

Volume

Jačina zvuka zavisi od amplitude vibracija u zvučnom talasu. Jedinica za jačinu zvuka je 1 Bel (u čast Alexandera Grahama Bella, izumitelja telefona). U praksi se glasnoća mjeri u decibelima (dB). 1 dB = 0,1B.

10 dB - šapat;

20-30 dB – norma buke u stambenim prostorijama;
50 dB– razgovor srednje jačine;
80 d B - buka motora kamiona koji radi;
130 dB- prag bola

Zvuk iznad 180 db može čak uzrokovati kidanje bubna opna.

visoki zvuci predstavljeni visokofrekventnim talasima - na primjer, pjev ptica.

tihi zvuci su talasi niske frekvencije, kao što je zvuk motora velikog kamiona.

zvučni talasi

zvučni talasi To su elastični valovi koji uzrokuju osjećaj zvuka kod osobe.

Zvučni val može putovati na različite udaljenosti. Topovska paljba se čuje na 10-15 km, rzanje konja i lavež pasa - na 2-3 km, a šapat je samo nekoliko metara dalje. Ovi zvuci se prenose kroz vazduh. Ali ne samo vazduh može biti provodnik zvuka.

Prislonivši uho na šine, možete čuti buku voza koji se približava mnogo ranije i na većoj udaljenosti. To znači da metal provodi zvuk brže i bolje od zraka. Voda takođe dobro provodi zvuk. Zaronivši u vodu, jasno možete čuti kako kamenje kuca jedno o drugo, kako šljunak šušti tokom surfanja.

Svojstvo vode - da dobro provodi zvuk - naširoko se koristi za izviđanje na moru tokom rata, kao i za mjerenje morskih dubina.

Neophodan uslov za širenje zvučnih talasa je prisustvo materijalnog okruženja. U vakuumu se zvučni talasi ne šire, jer nema čestica koje prenose interakciju iz izvora vibracija.

Stoga na Mjesecu, zbog odsustva atmosfere, vlada potpuna tišina. Čak ni pad meteorita na njegovu površinu posmatrač ne čuje.

Zvuk putuje različitim brzinama u svakom mediju.

brzina zvuka u vazduhu- približno 340 m/s.

Brzina zvuka u vodi- 1500 m/s.

Brzina zvuka u metalima, u čeliku- 5000 m/s.

U toplom vazduhu brzina zvuka je veća nego u hladnom, što dovodi do promene smera širenja zvuka.

VILJUŠKA

- ovo je Metalna ploča u obliku slova U, čiji krajevi mogu oscilirati nakon što ga udare.

Objavljeno tuning fork Zvuk je vrlo slab i može se čuti samo na maloj udaljenosti.
Rezonator- drvena kutija na koju se može pričvrstiti viljuška za podešavanje, služi za pojačavanje zvuka.
U ovom slučaju, emisija zvuka se javlja ne samo iz viljuške za podešavanje, već i sa površine rezonatora.
Međutim, trajanje zvuka viljuške za podešavanje na rezonatoru bit će kraće nego bez njega.

E X O

Glasan zvuk, koji se odbija od prepreka, vraća se na izvor zvuka nakon nekoliko trenutaka, a mi čujemo echo.

Množenjem brzine zvuka s vremenom proteklim od njegovog pojavljivanja do povratka, možete odrediti dvostruku udaljenost od izvora zvuka do barijere.
Ova metoda određivanja udaljenosti do objekata se koristi u eholokacija.

Neke životinje, na primjer šišmiši,
koriste i fenomen refleksije zvuka, primjenjujući metodu eholokacije

Eholokacija se zasniva na svojstvu refleksije zvuka.

Zvuk - trčanje mehaničkog vola na i prenosi energiju.
Međutim, moć istovremenog razgovora svih ljudi na globus jedva više od snage jednog automobila "Moskvič"!

Ultrazvuk.

· Vibracije sa frekvencijama koje prelaze 20.000 Hz nazivaju se ultrazvukom. Ultrazvuk se široko koristi u nauci i tehnologiji.

Tečnost ključa prilikom prolaska kroz ultrazvučni talas (kavitacija). Ovo stvara hidraulički udar. Ultrazvuk može otkinuti komade od metalne površine i zdrobiti čvrste tvari. Tečnosti koje se ne mešaju mogu se mešati ultrazvukom. Ovako se pripremaju uljne emulzije. Pod dejstvom ultrazvuka dolazi do saponifikacije masti. Mašine za pranje veša su zasnovane na ovom principu.

· Široko korišten ultrazvuk u hidroakustici. Ultrazvuk visoke frekvencije apsorbira voda vrlo slabo i može se širiti desetinama kilometara. Ako na svom putu sretnu dno, santu leda ili drugo solidan, odražavaju se i daju eho velike snage. Na ovom principu se zasniva ultrazvučni eho sonder.

u metalu ultrazvuk razmazuje se gotovo bez upijanja. Metodom ultrazvučnog lociranja moguće je otkriti i najmanji defekt unutar dijela velike debljine.

Učinak drobljenja ultrazvuka koristi se za proizvodnju ultrazvučnih lemilica.

ultrazvučni talasi, poslani s broda, reflektiraju se od potopljenog objekta. Računar detektuje vrijeme pojave eha i određuje lokaciju objekta.

· Ultrazvuk se koristi u medicini i biologiji za eholokaciju, za otkrivanje i liječenje tumora i nekih defekata u tkivima tijela, u hirurgiji i traumatologiji za disekciju mekih i koštanih tkiva u toku razne operacije, za zavarivanje slomljenih kostiju, za uništavanje ćelija (ultrazvuk velike snage).

Infrazvuk i njegov uticaj na ljude.

Oscilacije sa frekvencijama ispod 16 Hz nazivaju se infrazvukom.

U prirodi se infrazvuk javlja zbog vrtložnog kretanja zraka u atmosferi ili kao rezultat sporih vibracija različitih tijela. Infrazvuk se odlikuje slabom apsorpcijom. Stoga se širi na velike udaljenosti. Ljudsko tijelo bolno reagira na infrazvučne vibracije. Kod vanjskih utjecaja uzrokovanih mehaničkom vibracijom ili zvučnim valom na frekvencijama od 4-8 Hz, osoba osjeća pokret unutrašnje organe, na frekvenciji od 12 Hz - napad morske bolesti.

Najveći intenzitet infrazvučne vibracije stvaraju mašine i mehanizme koji imaju površine velike veličine, stvaranje niskofrekventnih mehaničkih vibracija (infrazvuk mehaničkog porekla) ili turbulentnih strujanja gasova i tečnosti (infrazvuk aerodinamičkog ili hidrodinamičkog porekla).

Zvuk je zvučni talas koji uzrokuje vibracije najmanjih čestica vazduh, drugi gasovi, kao i tečni i čvrsti mediji. Zvuk se može pojaviti samo tamo gdje postoji materija, bez obzira u kakvom se stanju materije nalazi. U vakuumu, gdje nema medija, zvuk se ne širi, jer nema čestica koje djeluju kao zvučni valovi. Na primjer, u svemiru. Zvuk se može modificirati, modificirati, pretvarajući se u druge oblike energije. Dakle, zvuk pretvoren u radio talase ili električnu energiju može se prenositi na daljinu i snimati na informativne medije.

Zvučni talas

Kretanja predmeta i tijela gotovo uvijek uzrokuju vibracije u okolini. Nije bitno da li je voda ili vazduh. U tom procesu, čestice medija, na koje se prenose vibracije tijela, također počinju oscilirati. Generišu se zvučni talasi. Štoviše, pokreti se izvode u smjerovima naprijed i nazad, progresivno zamjenjujući jedni druge. Zbog toga je zvučni talas uzdužan. Nikada u njemu nema poprečnog kretanja gore-dole.

Karakteristike zvučnih talasa

Kao i svaki fizički fenomen, imaju svoje vrijednosti, pomoću kojih možete opisati svojstva. Glavne karakteristike zvučnog talasa su njegova frekvencija i amplituda. Prva vrijednost pokazuje koliko se valova formira u sekundi. Drugi određuje jačinu talasa. Zvuci niske frekvencije su niske stope frekvencija i obrnuto. Frekvencija zvuka se mjeri u hercima, a ako prelazi 20.000 Hz, tada se javlja ultrazvuk. U prirodi i svijetu oko nas ima dovoljno primjera niskofrekventnih i visokofrekventnih zvukova. Cvrkut slavuja, šum grmljavine, huk planinske reke i drugo su različite frekvencije zvuka. Vrijednost amplitude vala direktno ovisi o tome koliko je zvuk glasan. Jačina zvuka se, zauzvrat, smanjuje kako se udaljavate od izvora zvuka. Shodno tome, amplituda je manja, što je talas udaljeniji od epicentra. Drugim riječima, amplituda zvučnog talasa opada sa udaljenosti od izvora zvuka.

Brzina zvuka

Ovaj indikator zvučnog vala direktno ovisi o prirodi medija u kojem se širi. Vlažnost i temperatura također igraju značajnu ulogu ovdje. U prosječnim vremenskim uslovima, brzina zvuka je približno 340 metara u sekundi. U fizici postoji nešto kao što je supersonična brzina, koja je uvijek veća po vrijednosti od brzine zvuka. Ovo je brzina kojom se zvučni talasi šire kada se avion kreće. Avion se kreće iz supersonic speed pa čak i prestiže zvučne valove koje generira. Zbog postepenog povećanja pritiska iza aviona nastaje udarni zvučni val. Zanimljivo i malo ljudi zna mjernu jedinicu takve brzine. Zove se Mach. Mah 1 je jednak brzini zvuka. Ako se val kreće brzinom od 2 maha, tada putuje dvostruko brže od brzine zvuka.

Buke

AT Svakodnevni život ljudi postoje stalne buke. Nivo buke se mjeri u decibelima. Kretanje automobila, vjetar, šuštanje lišća, preplitanje ljudskih glasova i drugo zvučni šumovi su naši svakodnevni saputnici. Ali na takve zvukove slušni analizator osoba ima sposobnost da se navikne. Međutim, postoje i takve pojave s kojima se čak ni adaptivne sposobnosti ljudskog uha ne mogu nositi. Na primjer, buka veća od 120 dB može uzrokovati osjećaj bola. Najglasnija životinja je plavi kit. Kada proizvodi zvukove, može se čuti na udaljenosti većoj od 800 kilometara.

Echo

Kako nastaje eho? Ovdje je sve vrlo jednostavno. Zvučni talas ima sposobnost da se reflektuje sa različitih površina: od vode, od kamenja, od zidova u praznoj prostoriji. Taj talas nam se vraća, pa čujemo sekundarni zvuk. Nije tako jasan kao originalni, jer se dio energije zvučnog vala raspršuje pri kretanju prema prepreci.

Eholokacija

Refleksija zvuka se koristi u različite praktične svrhe. Na primjer, eholokacija. Zasnovan je na činjenici da je uz pomoć ultrazvučnih valova moguće odrediti udaljenost do objekta od kojeg se ti valovi reflektiraju. Proračuni se vrše mjerenjem vremena za koje će ultrazvuk doći do mjesta i vratiti se nazad. Mnoge životinje imaju sposobnost eholokacije. Na primjer, šišmiši, delfini ga koriste za traženje hrane. Eholokacija je našla drugu primjenu u medicini. U studijama koje koriste ultrazvuk, formira se slika unutrašnjih organa osobe. Ova metoda se zasniva na činjenici da se ultrazvuk, došavši u medij koji nije zrak, vraća nazad, formirajući tako sliku.

Zvučni talasi u muzici

Zašto muzički instrumenti proizvode određene zvukove? Trzalice za gitaru, melodije klavira, niski tonovi bubnjeva i truba, šarmantan tanki glas flaute. Svi ovi i mnogi drugi zvuci nastaju zbog vibracija u zraku ili, drugim riječima, zbog pojave zvučnih valova. Ali zašto zvuk muzički instrumenti tako raznoliko? Ispostavilo se da to zavisi od nekoliko faktora. Prvi je oblik instrumenta, drugi je materijal od kojeg je napravljen.

Pogledajmo primjer žičanih instrumenata. One postaju izvor zvuka kada se žice dodirnu. Kao rezultat, oni počinju da osciliraju i šalju se na okruženje različite zvukove. Nizak zvuk bilo kog žičanog instrumenta je zbog veće debljine i dužine žice, kao i slabe njene napetosti. Obrnuto, što je žica jače istegnuta, što je tanja i kraća, to je zvuk koji se dobija kao rezultat sviranja veći.

Akcija mikrofona

Zasniva se na pretvaranju energije zvučnog talasa u električnu energiju. U ovom slučaju, jačina struje i priroda zvuka su u direktnoj proporciji. Unutar svakog mikrofona nalazi se tanka metalna ploča. Kada je izložen zvuku, počinje da pravi oscilatorne pokrete. Spirala na koju je ploča povezana također vibrira, što rezultira struja. Zašto se pojavljuje? To je zato što mikrofon ima ugrađene magnete. Kada spirala vibrira između svojih polova, formira se električna struja, koja ide duž spirale i dalje - do zvučnog stupca (zvučnik) ili do opreme za snimanje na informacioni medij (na kasetu, disk, kompjuter). Inače, slična struktura ima mikrofon u telefonu. Ali kako mikrofoni rade na stacionarnom i mobilni telefon? Početna faza za njih je ista - zvuk ljudskog glasa prenosi svoje vibracije na ploču mikrofona, zatim sve ide po gore opisanom scenariju: spirala koja pri kretanju zatvara dva pola, stvara se struja. Šta je sledeće? Sa fiksnim telefonom sve je manje-više jasno - kao u mikrofonu, zvuk, pretvoren u električnu struju, prolazi kroz žice. Ali šta je sa mobilnim telefonom ili, na primjer, voki-tokijem? U tim slučajevima, zvuk se pretvara u energiju radio talasa i udara u satelit. To je sve.

Fenomen rezonancije

Ponekad se takvi uslovi stvaraju kada amplituda oscilacija fizičko tijelo naglo raste. To je zbog konvergencije vrijednosti frekvencije prisilnih oscilacija i prirodne frekvencije oscilacija objekta (tijela). Rezonancija može biti i korisna i štetna. Na primjer, da bi se spasio automobil iz rupe, on se pokreće i gura naprijed-nazad kako bi se izazvala rezonanca i dalo automobilu zamah. Ali bilo je slučajeva negativne posljedice rezonancija. Na primjer, u Sankt Peterburgu, prije stotinjak godina, srušio se most pod sinkroniziranim marširajućim vojnicima.

Zvuk, kao što se sjećamo, su elastični longitudinalni valovi. A talase stvaraju oscilirajući objekti.

Primjeri izvora zvuka: oscilirajuće ravnalo, čiji je jedan kraj stegnut, vibrirajuće žice, membrana zvučnika.

Ali ne stvaraju uvijek oscilirajući objekti zvuk koji se može čuti u uhu - ako je frekvencija njihovih oscilacija ispod 16 Hz, onda oni stvaraju infrazvuk, a ako je više od 20 kHz, onda ultrazvuk.

Ultrazvuk i infrazvuk - sa stanovišta fizike, iste elastične vibracije medija kao i obični zvuk, ali uho nije u stanju da ih percipira, jer su te frekvencije predaleko od rezonantne frekvencije bubne opne (membrane jednostavno ne mogu oscilirati s takvom frekvencijom).

Zvukovi visoke frekvencije se osjećaju suptilnije, niskofrekventniji zvuci basovitiji.

Ako oscilatorni sistem čini harmonijske vibracije jedna frekvencija, tada se zove njen zvuk čisti ton. Obično izvori zvuka emituju zvukove nekoliko frekvencija odjednom - tada se naziva najniža frekvencija glavni ton, a ostali se zovu prizvuci. Prizvuk definiše timbre zvuk - po njima možemo lako razlikovati klavir od violine, čak i kada im je osnovna frekvencija ista.

Volume Zvuk je subjektivni osjećaj koji vam omogućava da uporedite zvukove kao "glasnije" i "manje glasne". Glasnoća zavisi od mnogo faktora - to je frekvencija, trajanje, na individualne karakteristike slušalac. Ali najviše od svega zavisi od zvučnog pritiska, koji je direktno povezan sa amplitudom vibracija objekta koji emituje zvuk.

Jedinica mjere za glasnoću se zove san.

U praktičnim problemima obično se koristi količina tzv nivo jačine zvuka ili nivo zvučnog pritiska. Ova vrijednost se mjeri u bijela [B] ili, češće, decibel [dB].

Ova vrijednost je logaritamski povezana sa zvučnim pritiskom - to jest, 10-struko povećanje pritiska povećava nivo jačine zvuka za 1 dB.

Zvuk listanja novina je oko 20 dB, budilnik je 80 dB, zvuk poletanja aviona je 100-120 dB (na ivici bola).

Jedan od neobične upotrebe zvuk (tačnije ultrazvuk) jeste eholokacija. Možete napraviti zvuk i izmjeriti vrijeme nakon kojeg će eho doći. Što je veća udaljenost do prepreke, veće je kašnjenje. Obično se ova metoda mjerenja udaljenosti koristi pod vodom, ali šišmiši je koriste direktno u zraku.

Udaljenost eholokacije definirana je na sljedeći način:

2r=vt, gdje je v brzina zvuka u mediju, t je vrijeme kašnjenja prije eha, r je udaljenost do prepreke.

Uredite ovu lekciju i/ili dodajte zadatak i dobijajte novac cijelo vrijeme* Dodajte svoju lekciju i/ili zadatke i dobijajte novac cijelo vrijeme

Zvukovi se prenose kroz vazduh

Takvi eksperimenti su izvođeni sa raznim tijelima, a rezultat je uvijek bio isti – u prostoru bez zraka nije se čuo nikakav zvuk. Iz ovoga slijedi logičan zaključak da se zvuk prenosi zrakom. Dakle, zvuk je nešto što se dešava česticama vazdušnih supstanci i tijelima koja proizvode zvuk.

Izvori zvuka - vibrirajuća tijela

Isto vrijedi i za sve druge eksperimente kojih se možete sjetiti i izvoditi. Vibracije tijela, koje se prenose na molekule zraka, percipiraju naše uši i tumače ih mozak.

Zvučne vibracije različitih frekvencija

Dakle, zvuk je vibracija. Izvori zvuka prenose zvučne vibracije kroz vazduh do nas. Zašto onda ne čujemo sve vibracije svih objekata? Jer vibracije dolaze na različitim frekvencijama.

Uši su veoma tanak i delikatan instrument, koji nam je dala priroda, pa o njima treba voditi računa, kao zameni i analogu u ljudsko tijelo ne postoji.