Zvočne vibracije in valovi. Viri zvoka. Zvočne vibracije. Zvočne lastnosti

Preden razumete, kateri viri zvoka obstajajo, pomislite, kaj je zvok? Vemo, da je svetloba sevanje. To sevanje, ki se odbija od predmetov, doseže naše oči in ga lahko vidimo. Okus in vonj sta majhna delca teles, ki ju zaznavajo naši ustrezni receptorji. Kakšna žival je ta zvok?

Zvoki se prenašajo po zraku

Verjetno ste že videli, kako se igra kitaro. Morda lahko to storite sami. Druga pomembna stvar je zvok, ki ga oddajajo strune v kitari, ko jih ubirate. Tako je. Če pa bi lahko kitaro postavili v vakuum in ubrali strune, bi bili zelo presenečeni, da kitara ne bi oddajala nobenega zvoka.

Takšni poskusi so bili izvedeni z največ različna telesa, rezultat pa je bil vedno enak: v vakuumu vesolja ni bilo slišati nobenega zvoka. Sledi logičen sklep, da se zvok prenaša po zraku. Zvok je torej nekaj, kar se zgodi delcem zraka in telesom, ki proizvajajo zvok.

Viri zvoka - nihajna telesa

Nadalje. Kot rezultat najrazličnejših številnih poskusov je bilo mogoče ugotoviti, da zvok nastane zaradi nihanja teles. Viri zvoka so telesa, ki vibrirajo. Te vibracije prenašajo molekule zraka in naše uho, ko te vibracije zazna, jih interpretira v občutke zvoka, ki jih razumemo.

Ni težko preveriti. Vzemite stekleno ali kristalno skodelico in jo postavite na mizo. Rahlo potrkajte s kovinsko žlico. Slišali boste dolg tanek zvok. Zdaj se z roko dotaknite kozarca in ponovno potrkajte. Zvok se bo spremenil in postal precej krajši.

Zdaj naj več ljudi čim bolj ovije roke okoli kozarca, skupaj s pecljem, pri čemer poskušajo ne pustiti niti enega prostega območja, razen zelo majhnega mesta za udarjanje z žlico. Ponovno udari po steklu. Zvoka skoraj ne boste slišali, tisti, ki bo, pa bo šibek in zelo kratek. Kaj to pomeni?

V prvem primeru je steklo po udarcu prosto zanihalo, njegovi tresljaji so se prenašali po zraku in dosegli naša ušesa. V drugem primeru je večino tresljajev absorbirala naša roka, zvok pa je postal precej krajši, ko so se tresljaji telesa zmanjšali. V tretjem primeru so skoraj vse tresljaje telesa takoj absorbirale roke vseh udeležencev in telo skoraj ni vibriralo, zato skoraj ni oddajalo zvoka.

Enako velja za vse druge poskuse, ki si jih zamislite in izvedete. Nihanja teles, ki se prenašajo na molekule zraka, bodo zaznala naša ušesa in interpretirali možgani.

Zvočne vibracije različnih frekvenc

Zvok je torej vibracija. Viri zvoka prenašajo zvočna nihanja po zraku do nas. Zakaj potem ne slišimo vseh vibracij vseh predmetov? Ker prihajajo vibracije različnih frekvenc.

Zvok, ki ga zaznava človeško uho, so zvočne vibracije s frekvenco približno 16 Hz do 20 kHz. Otroci slišijo zvoke višjih frekvenc kot odrasli, razponi zaznavanja različnih živih bitij pa so na splošno zelo različni.

Viri zvoka. Zvočne vibracije

Človek živi v svetu zvokov. Zvok je za ljudi vir informacij. Ljudi opozarja na nevarnost. Zvok v obliki glasbe, ptičje petje nam daje užitek. Z veseljem poslušamo osebo s prijetnim glasom. Zvoki niso pomembni samo za ljudi, ampak tudi za živali, ki jim dobro zaznavanje zvoka pomaga preživeti.

Zvok – to so mehanski prožni valovi, ki se širijo v plinih, tekočinah in trdnih snoveh.

Razlog za zvok - nihanje (nihanje) teles, čeprav so ta nihanja našim očem pogosto nevidna.

Viri zvoka - fizična telesa, ki vibrirajo, t.j. trese ali vibrira na frekvenci
od 16 do 20.000-krat na sekundo. Nihajoče telo je lahko trdno, na primer struna
oz Zemljina skorja, plinast, na primer tok zraka v pihalnih glasbilih
ali tekočina, na primer valovi na vodi.

Glasnost

Glasnost je odvisna od amplitude nihanja v zvočnem valovanju. Enota za glasnost zvoka je 1 bel (v čast Alexandru Grahamu Bellu, izumitelju telefona). V praksi se glasnost meri v decibelih (dB). 1 dB = 0,1 B.

10 dB – šepetanje;

20–30 dB – standardi hrupa v stanovanjskih prostorih;
50 dB– srednje glasen pogovor;
80 d B – hrup delujočega motorja tovornjaka;
130 dB– prag bolečine

Zvok nad 180 dB lahko celo povzroči razpoke bobnič.

Visoki zvoki ki jih predstavljajo visokofrekvenčni valovi – na primer ptičje petje.

Nizki zvoki To so nizkofrekvenčni valovi, kot je zvok motorja velikega tovornjaka.

Zvočni valovi

Zvočni valovi- To so elastični valovi, ki povzročijo, da oseba čuti občutek zvoka.

Zvočni val lahko potuje na različne razdalje. Streljanje je slišati na 10-15 km, rzanje konj in lajanje psov - na 2-3 km, šepetanje pa le na nekaj metrov. Ti zvoki se prenašajo po zraku. Toda ne le zrak je lahko prevodnik zvoka.

Če prislonite uho na tirnice, lahko slišite zvok bližajočega se vlaka veliko prej in na večji razdalji. To pomeni, da kovina prevaja zvok hitreje in bolje kot zrak. Voda tudi dobro prevaja zvok. Ko se potopite v vodo, lahko jasno slišite kamne, ki trkajo drug ob drugega, hrup kamenčkov med deskanjem.

Lastnost vode - dobro prevaja zvok - se pogosto uporablja za izvidovanje morja med vojno, pa tudi za merjenje morskih globin.

Nujen pogoj za širjenje zvočnih valov je prisotnost materialnega medija. V vakuumu se zvočni valovi ne širijo, saj tam ni delcev, ki prenašajo interakcijo od vira vibracij.

Zato zaradi pomanjkanja atmosfere na Luni vlada popolna tišina. Tudi padca meteorita na njegovo površino opazovalec ne sliši.

V vsakem mediju zvok potuje z različnimi hitrostmi.

Hitrost zvoka v zraku- približno 340 m/s.

Hitrost zvoka v vodi- 1500 m/s.

Hitrost zvoka v kovinah, jeklu- 5000 m/s.

V toplem zraku je hitrost zvoka večja kot v hladnem zraku, kar povzroči spremembo smeri širjenja zvoka.

VILICE

- To Kovinska plošča v obliki črke U, katerih konci lahko po udarcu vibrirajo.

Objavljeno tuning fork zvok je zelo šibek in ga je mogoče slišati le na kratki razdalji.
Resonator- za ojačanje zvoka služi lesena škatla, na katero lahko pritrdimo tuning vilice.
V tem primeru se zvočna emisija ne pojavi samo iz tuning vilic, ampak tudi s površine resonatorja.
Vendar pa bo trajanje zvoka tuning vilic na resonatorju krajše kot brez njega.

E X O

Glasen zvok, ki se odbije od ovir, se čez nekaj trenutkov vrne k izvoru zvoka in zaslišimo odmev.

Če pomnožite hitrost zvoka s časom, ki je pretekel od izvora do vrnitve, lahko določite dvakratno razdaljo od vira zvoka do ovire.
Ta metoda določanja razdalje do predmetov se uporablja v eholokacija.

Nekatere živali npr netopirji,
uporabite tudi pojav odboja zvoka z metodo eholokacije

Eholokacija temelji na lastnosti odboja zvoka.

Zvok - tekoče mehansko valovanje na in prenaša energijo.
Vendar pa moč vseh ljudi, ki govorijo hkrati globus komaj več kot moč enega avtomobila moskvič!

Ultrazvok.

· Vibracije s frekvenco nad 20.000 Hz imenujemo ultrazvok. Ultrazvok se pogosto uporablja v znanosti in tehnologiji.

· Tekočina vre ob prehodu ultrazvočnega vala (kavitacija). V tem primeru pride do vodnega udara. Ultrazvok lahko odtrga koščke s površine kovine in zdrobi trdne snovi. Ultrazvok se lahko uporablja za mešanje nemešljivih tekočin. Tako se pripravljajo emulzije v olju. Pod vplivom ultrazvoka pride do umiljenja maščob. Na tem principu so zasnovane pralne naprave.

· Za široko uporabo ultrazvok v hidroakustiki. Ultrazvok visoke frekvence voda zelo slabo absorbira in se lahko razširi na več deset kilometrov. Če srečajo dno, ledeno goro ali drugo trdna, se odsevajo in dajejo odmev velike moči. Na tem principu je zasnovan ultrazvočni sonder.

V kovini ultrazvok se širi praktično brez absorpcije. Z ultrazvočno lokacijsko metodo je mogoče zaznati najmanjše napake znotraj dela velike debeline.

· Učinek drobljenja ultrazvoka se uporablja za izdelavo ultrazvočnih spajkalnikov.

Ultrazvočni valovi, poslane z ladje, se odbijajo od potopljenega predmeta. Računalnik zazna čas, ko se pojavi odmev, in določi lokacijo predmeta.

· Ultrazvok se uporablja v medicini in biologiji za eholokacijo, za prepoznavanje in zdravljenje tumorjev in nekaterih okvar v telesnih tkivih, v kirurgiji in travmatologiji za disekcijo mehkih in kostnih tkiv med razne operacije, za varjenje zlomljenih kosti, za uničevanje celic (ultrazvok visoke moči).

Infrazvok in njegov vpliv na človeka.

Vibracije s frekvenco pod 16 Hz imenujemo infrazvok.

V naravi infrazvok nastane zaradi vrtinčnega gibanja zraka v atmosferi ali kot posledica počasnega nihanja različnih teles. Za infrazvok je značilna šibka absorpcija. Zato se širi na velike razdalje. Človeško telo se boleče odziva na infrazvočne vibracije. Pod zunanjimi vplivi, ki jih povzročajo mehanske vibracije ali zvočni valovi s frekvenco 4-8 Hz, človek čuti gibanje. notranji organi, pri frekvenci 12 Hz - napad morske bolezni.

· Najvišja intenzivnost infrazvočne vibracije ustvarjajo stroje in mehanizme, ki imajo površine velike velikosti, ki izvajajo nizkofrekvenčne mehanske vibracije (infrazvok mehanskega izvora) ali turbulentne tokove plinov in tekočin (infrazvok aerodinamičnega ali hidrodinamičnega izvora).

Zvok so zvočni valovi, ki povzročajo vibracije drobni delci zrak, drugi plini ter tekoči in trdni mediji. Zvok lahko nastane le tam, kjer je snov, ne glede na to, v kakšnem agregatnem stanju je. V vakuumskih pogojih, kjer ni medija, se zvok ne širi, ker ni delcev, ki delujejo kot distributerji zvočnih valov. Na primer v vesolju. Zvok je mogoče modificirati, spremeniti in spremeniti v druge oblike energije. Tako lahko zvok, pretvorjen v radijske valove ali električno energijo, prenašamo na daljavo in posnamemo na informacijski medij.

Zvočni val

Premiki predmetov in teles skoraj vedno povzročajo nihanja v okolju. Ni pomembno, ali je voda ali zrak. Med tem procesom začnejo vibrirati tudi delci medija, na katerega se prenašajo tresljaji telesa. Nastajajo zvočni valovi. Poleg tega se gibi izvajajo v smeri naprej in nazaj, ki se postopoma zamenjujejo. Zato je zvočno valovanje vzdolžno. V njem nikoli ni bočnega gibanja gor in dol.

Značilnosti zvočnih valov

Kot vsak fizikalni pojav, imajo svoje količine, s katerimi je mogoče opisati lastnosti. Glavni značilnosti zvočnega valovanja sta njegova frekvenca in amplituda. Prva vrednost prikazuje, koliko valov nastane na sekundo. Drugi določa moč valovanja. Nizkofrekvenčni zvoki imajo nizka zmogljivost frekvence in obratno. Frekvenca zvoka se meri v Hertzih in če preseže 20.000 Hz, se pojavi ultrazvok. V naravi in svetu okoli nas je veliko primerov nizkofrekvenčnih in visokofrekvenčnih zvokov. Žvrgolenje slavčka, ropot groma, bučanje gorske reke in drugi so različne zvočne frekvence. Amplituda valovanja je neposredno odvisna od tega, kako glasen je zvok. Glasnost pa upada z oddaljenostjo od vira zvoka. V skladu s tem dlje ko je val od epicentra, manjša je amplituda. Z drugimi besedami, amplituda zvočnega vala se zmanjšuje z oddaljenostjo od vira zvoka.

Hitrost zvoka

Ta indikator zvočnega vala je neposredno odvisen od narave medija, v katerem se širi. Tu imata pomembno vlogo tako vlažnost kot temperatura zraka. V povprečnih vremenskih razmerah je hitrost zvoka približno 340 metrov na sekundo. V fiziki obstaja nadzvočna hitrost, ki je vedno večja od hitrosti zvoka. To je hitrost, s katero potujejo zvočni valovi, ko se letalo premika. Letalo se premika iz nadzvočno hitrostjo in celo prehiti zvočne valove, ki jih ustvarja. Zaradi postopoma naraščajočega tlaka za letalom nastane udarni zvočni val. Zanimiva je merska enota za to hitrost in malokdo jo pozna. Imenuje se Mach. Mach 1 je enak hitrosti zvoka. Če val potuje s hitrostjo 2 macha, potem potuje dvakrat hitreje od hitrosti zvoka.

Hrup

IN Vsakdanje življenje oseba je nenehno hrup. Raven hrupa se meri v decibelih. Premikanje avtomobilov, veter, šelestenje listja, prepletanje glasov ljudi in drugo zvočni šumi so naši vsakodnevni spremljevalci. Ampak na takšne zvoke slušni analizatorčlovek se ima sposobnost navaditi. Vendar pa obstajajo tudi pojavi, ki jim niti prilagoditvene sposobnosti človeškega ušesa niso kos. Na primer, hrup nad 120 dB lahko povzroči bolečino. Najglasnejša žival je modri kit. Ko oddaja zvoke, ga je mogoče slišati več kot 800 kilometrov daleč.

Echo

Kako nastane odmev? Tukaj je vse zelo preprosto. Zvočno valovanje se lahko odbija od različnih površin: od vode, od kamna, od sten v praznem prostoru. Ta val se vrne k nam, zato slišimo sekundarni zvok. Ni tako jasen kot prvotni, ker se nekaj energije v zvočnem valu razprši, ko potuje proti oviri.

Eholokacija

Odboj zvoka se uporablja za različne praktične namene. Na primer eholokacija. Temelji na dejstvu, da je s pomočjo ultrazvočnih valov mogoče določiti razdaljo do predmeta, od katerega se ti valovi odbijajo. Izračuni se naredijo z merjenjem časa, ki ga ultrazvok potrebuje za pot do lokacije in vrnitev. Mnoge živali imajo sposobnost eholokacije. Na primer, netopirji in delfini ga uporabljajo za iskanje hrane. Eholokacija je našla še eno aplikacijo v medicini. Med ultrazvočnimi preiskavami se oblikuje slika notranjih organov osebe. Osnova te metode je, da se ultrazvok, ki vstopi v medij, ki ni zrak, vrne nazaj in tako oblikuje sliko.

Zvočni valovi v glasbi

Zakaj glasbila oddajajo določene zvoke? Bobnanje kitare, klavirsko brenkanje, nizki toni bobnov in trobent, očarljiv tanek glas flavte. Vsi ti in mnogi drugi zvoki nastanejo zaradi nihanja zraka ali, z drugimi besedami, zaradi pojava zvočnih valov. Toda zakaj zvok glasbila tako raznolika? Izkazalo se je, da je to odvisno od več dejavnikov. Prvi je oblika orodja, drugi pa material, iz katerega je izdelano.

Poglejmo si to na primeru godalnih instrumentov. Ob dotiku strun postanejo vir zvoka. Posledično začnejo nihati in pošiljati okolju različne zvoke. Nizek zvok katerega koli glasbila s strunami je posledica večje debeline in dolžine strune, pa tudi šibkosti njene napetosti. In obratno, bolj ko je struna napeta, tanjša in krajša je, višji je zvok, ki ga dobimo pri igranju.

Delovanje mikrofona

Temelji na pretvorbi energije zvočnega valovanja v električno energijo. V tem primeru sta trenutna jakost in narava zvoka neposredno odvisna. V vsakem mikrofonu je tanka kovinska plošča. Ko je izpostavljen zvoku, začne izvajati nihajna gibanja. Vibrira tudi spirala, na katero je plošča povezana, kar povzroči elektrika. Zakaj se pojavi? To je zato, ker ima mikrofon vgrajene tudi magnete. Ko spirala niha med svojima poloma, nastane električni tok, ki gre vzdolž spirale in nato do zvočnega stebra (zvočnik) ali do opreme za snemanje na informacijski medij (kaseta, disk, računalnik). Mimogrede, mikrofon v telefonu ima podobno strukturo. Kako pa delujejo mikrofoni na stacionarni in mobilni telefon? Začetna faza je pri njih enaka - zvok človeškega glasu prenaša svoje tresljaje na ploščo mikrofona, nato vse poteka po zgoraj opisanem scenariju: spirala, ki med premikanjem sklene dva pola, nastane tok. Kaj je naslednje? Pri stacionarnem telefonu je vse bolj ali manj jasno - tako kot pri mikrofonu zvok, pretvorjen v električni tok, teče po žicah. Kaj pa mobilni telefon ali na primer walkie-talkie? V teh primerih se zvok pretvori v energijo radijskih valov in zadene satelit. To je vse.

Pojav resonance

Včasih se ustvarijo pogoji, ko se amplituda nihanj fizično telo močno poveča. To se zgodi zaradi konvergence vrednosti frekvence prisilnih nihanj in naravne frekvence nihanj predmeta (telesa). Resonanca je lahko koristna in škodljiva. Na primer, da bi avto spravili iz luknje, ga zaženejo in potiskajo naprej in nazaj, da povzročijo resonanco in dajo avtomobilu vztrajnost. Bili pa so tudi primeri negativne posledice resonanca. Na primer, v Sankt Peterburgu se je pred približno sto leti pod vojaki, ki so enotno korakali, zrušil most.

Zvok, kot se spomnimo, so elastični longitudinalni valovi. In valove ustvarjajo nihajoči predmeti.

Primeri zvočnih virov: nihajoče ravnilo, katerega en konec je vpet, nihajne strune, membrana zvočnika.

Toda nihajoči predmeti ne ustvarjajo vedno zvoka, ki bi ga lahko slišalo uho - če je frekvenca njihovih nihanj pod 16 Hz, potem ustvarjajo infrazvok, in če je več kot 20 kHz, potem ultrazvok.

Ultrazvok in infrazvok sta s stališča fizike enaka elastična nihanja medija kot običajni zvok, vendar ju uho ne more zaznati, saj sta ti frekvenci predaleč od resonančne frekvence bobniča (bobniča). preprosto ne more vibrirati s takšno frekvenco).

Visokofrekvenčni zvoki se občutijo kot tanjši, nizkofrekvenčni zvoki kot bolj basovski.

Če nihajni sistem naredi harmonične vibracije enako frekvenco, se njen zvok imenuje v jasnem tonu. Običajno zvočni viri proizvajajo zvoke več frekvenc hkrati - takrat se pokliče najnižja frekvenca glavni ton, ostali pa se imenujejo prizvoki. Prizvoki so določeni tember zvok - prav zaradi njih zlahka ločimo klavir od violine, tudi če je njuna osnovna frekvenca enaka.

Glasnost zvok je subjektivni občutek, ki nam omogoča, da primerjamo zvoke kot »glasnejše« in »manj glasne«. Glasnost je odvisna od številnih dejavnikov - pogostosti, trajanja, posamezne značilnosti poslušalec. Predvsem pa je odvisno od zvočnega tlaka, ki je neposredno povezan z amplitudo nihanja predmeta, ki zvok proizvaja.

Enota za merjenje glasnosti se imenuje sanje.

V praktičnih nalogah se količina, imenovana raven glasnosti oz raven zvočnega tlaka. Ta vrednost se meri v bela [B] ali pogosteje v decibeli [dB].

Ta vrednost je logaritmično odvisna od zvočnega tlaka - to pomeni, da povečanje tlaka za 10-krat poveča glasnost za 1 dB.

Zvok listanja časopisa je približno 20 dB, budilke 80 dB, zvok vzleta letala je 100-120 dB (na meji bolečine).

Eden od nenavadne aplikacije zvok (natančneje ultrazvok) je eholokacija. Lahko ustvarite zvok in izmerite čas, ki je potreben, da pride do odmeva. Večja ko je razdalja do ovire, večja bo zamuda. Ta način merjenja razdalj se običajno uporablja pod vodo, netopirji pa ga uporabljajo neposredno v zraku.

Eholokacijska razdalja se določi na naslednji način:

2r = vt, kjer je v hitrost zvoka v mediju, t je zakasnitveni čas do odmeva, r je razdalja do ovire.

Uredite to lekcijo in/ali dodajte nalogo in nenehno prejemajte denar* Dodajte svojo lekcijo in/ali naloge in nenehno prejemajte denar

Zvoki se prenašajo po zraku

Takšne poskuse so izvajali z najrazličnejšimi telesi in rezultat je bil vedno enak: v brezzračnem prostoru ni bilo slišati zvoka. Sledi logičen sklep, da se zvok prenaša po zraku. Zvok je torej nekaj, kar se zgodi delcem zraka in telesom, ki proizvajajo zvok.

Viri zvoka - nihajna telesa

Enako velja za vse druge poskuse, ki si jih zamislite in izvedete. Nihanja teles, ki se prenašajo na molekule zraka, bodo zaznala naša ušesa in interpretirali možgani.

Zvočne vibracije različnih frekvenc

Zvok je torej vibracija. Viri zvoka prenašajo zvočna nihanja po zraku do nas. Zakaj potem ne slišimo vseh vibracij vseh predmetov? Ker prihajajo vibracije različnih frekvenc.

Ušesa so zelo tanek in občutljiv instrument, ki nam ga je dala narava, zato moramo skrbeti zanj, saj so nadomestki in analogi v Človeško telo ne obstaja.