Cum se deplasează o undă sonoră? Cum circulă sunetul prin spațiu? Solide elastice

Percepem sunetele la distanță de sursele lor. De obicei, sunetul ajunge la noi prin aer. Aerul este un mediu elastic care transmite sunetul.

Dacă mediul de transmisie a sunetului este îndepărtat între sursă și receptor, sunetul nu se va propaga și, prin urmare, receptorul nu îl va percepe. Să demonstrăm acest lucru experimental.

Să punem un ceas cu alarmă sub soneria pompei de aer (Fig. 80). Atâta timp cât există aer în sonerie, sunetul soneriei poate fi auzit clar. Pe măsură ce aerul este pompat de sub clopot, sunetul slăbește treptat și în cele din urmă devine inaudibil. Fără un mediu de transmisie, vibrațiile plăcii clopotului nu pot călători, iar sunetul nu ajunge la urechea noastră. Să lăsăm aer sub clopot și să auzim din nou sunetul.

Orez. 80. Experiment care demonstrează că sunetul nu se propagă în spațiu unde nu există un mediu material

Substanțele elastice conduc bine sunetele, cum ar fi metalele, lemnul, lichidele și gazele.

Să punem un ceas de buzunar la un capăt al unei plăci de lemn și să trecem la celălalt capăt. Punându-ți urechea la tablă, poți auzi ticăitul ceasului.

Legați o sfoară de o lingură de metal. Pune capătul sforii la ureche. Când lovești lingura, vei auzi un sunet puternic. Vom auzi un sunet și mai puternic dacă înlocuim coarda cu sârmă.

Corpurile moi și poroase sunt conductoare slabe de sunet. Pentru a proteja orice cameră de pătrunderea sunetelor străine, pereții, podeaua și tavanul sunt așezați cu straturi de materiale fonoabsorbante. Pâslă, plută presată, pietre poroase și diverse materiale sintetice (de exemplu, spumă de polistiren) fabricate din polimeri spumați sunt utilizate ca straturi intermediare. Sunetul din astfel de straturi se estompează rapid.

Lichidele conduc bine sunetul. Peștii, de exemplu, sunt buni să audă pașii și vocile pe țărm, acest lucru este cunoscut de pescarii experimentați.

Deci, sunetul se propagă în orice mediu elastic - solid, lichid și gazos, dar nu se poate propaga în spațiu unde nu există substanță.

Vibrațiile sursei creează o undă elastică de frecvență a sunetului în mediul său. Unda, ajungând la ureche, afectează timpanul, făcându-l să vibreze la o frecvență corespunzătoare frecvenței sursei de sunet. Vibrațiile timpanului sunt transmise prin sistemul osicular la terminațiile nervului auditiv, le irită și provoacă astfel senzația de sunet.

Să ne amintim că numai unde elastice longitudinale pot exista în gaze și lichide. Sunetul din aer, de exemplu, este transmis prin unde longitudinale, adică condensări alternante și rarefacții ale aerului provenind de la sursa sonoră.

O undă sonoră, ca orice alte unde mecanice, nu se propagă prin spațiu instantaneu, ci cu o anumită viteză. Puteți verifica acest lucru, de exemplu, urmărind focuri de armă de la distanță. Mai întâi vedem foc și fum, apoi după un timp auzim sunetul unei împușcături. Fumul apare în același timp cu prima vibrație sonoră. Măsurând intervalul de timp t dintre momentul apariției sunetului (momentul când apare fumul) și momentul în care ajunge la ureche, putem determina viteza de propagare a sunetului:

Măsurătorile arată că viteza sunetului în aer la 0 °C și presiunea atmosferică normală este de 332 m/s.

Cu cât temperatura este mai mare, cu atât viteza sunetului în gaze este mai mare. De exemplu, la 20 °C viteza sunetului în aer este de 343 m/s, la 60 °C - 366 m/s, la 100 °C - 387 m/s. Acest lucru se explică prin faptul că, odată cu creșterea temperaturii, elasticitatea gazelor crește și cu cât sunt mai mari forțele elastice care apar în mediu în timpul deformării acestuia, cu atât este mai mare mobilitatea particulelor și vibrațiile mai rapide sunt transmise dintr-un punct în altul.

Viteza sunetului depinde și de proprietățile mediului în care se deplasează sunetul. De exemplu, la 0 °C viteza sunetului în hidrogen este de 1284 m/s, iar în dioxid de carbon - 259 m/s, deoarece moleculele de hidrogen sunt mai puțin masive și mai puțin inerte.

În zilele noastre, viteza sunetului poate fi măsurată în orice mediu.

Moleculele din lichide și solide sunt mai apropiate și interacționează mai puternic decât moleculele de gaz. Prin urmare, viteza sunetului în mediile lichide și solide este mai mare decât în ​​mediile gazoase.

Deoarece sunetul este o undă, pentru a determina viteza sunetului, pe lângă formula V = s/t, puteți folosi formulele pe care le cunoașteți: V = λ/T și V = vλ. La rezolvarea problemelor, viteza sunetului în aer este de obicei considerată a fi de 340 m/s.

Întrebări

1. Care este scopul experimentului prezentat în Figura 80? Descrieți cum se desfășoară acest experiment și ce concluzie rezultă din acesta.
2. Poate sunetul să circule în gaze, lichide și solide? Susține-ți răspunsurile cu exemple.
3. Ce corpuri conduc mai bine sunetul - elastic sau poros? Dați exemple de corpuri elastice și poroase.
4. Ce fel de undă - longitudinală sau transversală - se propagă sunetul în aer? in apa?
5. Dați un exemplu care să arate că o undă sonoră nu se deplasează instantaneu, ci cu o anumită viteză.

Exercițiul 30

1. S-ar putea auzi pe Pământ sunetul unei explozii uriașe pe Lună? Justificați-vă răspunsul.
2. Dacă legați o jumătate de farfurie de săpun de fiecare capăt al firului, atunci folosind un astfel de telefon puteți chiar să vorbiți în șoaptă în camere diferite. Explicați fenomenul.
3. Determinați viteza sunetului în apă dacă o sursă care oscilează cu o perioadă de 0,002 s excită unde în apă cu o lungime de 2,9 m.
4. Determinați lungimea de undă a unei unde sonore cu o frecvență de 725 Hz în aer, în apă și în sticlă.
5. Un capăt al unei țevi lungi de metal a fost lovit o dată cu un ciocan. Se va răspândi sunetul de la impact la cel de-al doilea capăt al țevii prin metal; prin aerul din interiorul conductei? Câte lovituri va auzi o persoană care stă la celălalt capăt al țevii?
6. Un observator care stătea lângă o porțiune dreaptă a căii ferate a văzut abur deasupra fluierului unei locomotive cu abur care se mișca în depărtare. La 2 secunde după ce a apărut aburul, a auzit sunetul unui fluier, iar după 34 de secunde locomotiva a trecut pe lângă observator. Determinați viteza locomotivei.

MOSCOVA, 16 octombrie – RIA Novosti, Olga Kolentsova. Toată lumea știe că fiecare casă are propria sa audibilitate. În unele case, oamenii nici măcar nu bănuiesc existența unui copil zgomotos și a unui câine ciobănesc uriaș de alături, în timp ce în altele poți urmări traseul de mișcare chiar și a unei mici pisici în jurul apartamentului.

Se întâmplă ca, după multe luni de renovare, să te uiți în sfârșit la versiunea finită - și să fii dezamăgit. Pentru că rezultatul obținut în viața reală nu arată la fel ca în proiect. Specialiștii în reparații au spus site-ului web RIA Real Estate cum să facă modificări la interior rapid și ieftin.

Unda sonoră este o vibrație a particulelor care transferă energie. Adică, particulele își schimbă poziția față de echilibru, vibrând în sus și în jos sau în stânga și în dreapta. În aer, particulele, pe lângă vibrații, se află într-o mișcare haotică constantă. Când vorbim, facem ca moleculele de aer să vibreze la o anumită frecvență, care este înregistrată de organul nostru auditiv. Datorită mișcării aleatorii a moleculelor, ele „pierd” frecvența în care se mișcau anterior mai repede decât „omologul lor” într-un corp solid.

Dar solidele? Dacă loviți peretele sau podeaua unei case cu un ciocan, o undă sonoră va călători prin structura solidă, determinând atomii sau moleculele care o alcătuiesc să vibreze. Cu toate acestea, trebuie amintit că în solide particulele sunt „împachetate” mai strâns, deoarece sunt situate mai aproape unele de altele. Și viteza sunetului în mediile dense este de câteva ori mai mare decât viteza sunetului în aer. La 25 de grade Celsius, viteza medie de propagare este de 346 de metri pe secundă. Și în beton această valoare ajunge la 4250-5250 de metri pe secundă. Diferența este de peste 12 ori! Nu este surprinzător faptul că o undă sonoră poate fi transmisă pe distanțe lungi în solide și nu în aer.

Vibrațiile moleculelor de aer sunt destul de slabe, așa că pot fi absorbite de un perete gros, de exemplu, un perete de beton. Desigur, cu cât este mai gros, cu atât îi izolează mai bine pe locuitorii apartamentului de a învăța secretele vecinilor.

Dar dacă mișcarea moleculelor de aer este oprită de un perete, atunci în interiorul acestuia sunetul se va repezi fără obstacole. Vibrațiile moleculelor din solide sunt mult mai „energetice”, astfel încât acestea transferă cu ușurință energia în aer. Să presupunem că o persoană de la etajul cinci s-a hotărât să bată un raft pe perete. Mișcarea burghiului face ca moleculele care alcătuiesc întreaga suprafață solidă să vibreze. Persoana însăși aude atât zgomotul aerian, cât și zgomotul de impact. Dar vecinii săi, la câteva etaje mai sus, aud doar zgomotul de impact care apare ca urmare a propagării unei unde sonore de-a lungul structurii clădirii.

Să presupunem că vecinii de la etaj calcă, sar, lovesc mingi până la miezul nopții, iar pisicii lor mari îi place să sară de pe raftul dulapului pe podea chiar deasupra capului tău. În acest caz, oamenilor li se recomandă de obicei să izoleze fonic tavanul. Dar cel mai adesea nu ajută sau ajută foarte puțin. De ce? Unda sonoră pur și simplu călătorește prin material la impact. Va rula cu succes nu numai pe tavan, ci și pe pereți și chiar pe podea. Prin urmare, pentru a combate eficient zgomotul, este necesar să izolați toți pereții camerei. Desigur, stingerea undei sonore la început este mult mai simplă și mai eficientă. La urma urmei, în cazul unui incendiu într-un prosop așezat prost lângă arzător, stingem imediat prosopul, mai degrabă decât să așteptăm până când toată bucătăria ia foc. Prin urmare, este mai bine să alegeți imediat vecinii de sus cu o podea izolată fonic. Sau în timpul renovării va trebui să izolați complet dormitorul.

Serii de blocuri pot fi împărțite în cărămidă, bloc și beton armat. Dar cele mai recente structuri bazate pe tehnologia de construcție sunt împărțite în panouri, monolitice și monolitice prefabricate.

Când se construiește o casă cu panouri, plăcile sunt fabricate în fabrici și livrate la șantier, unde muncitorii pot asambla doar structura dorită din ele. La cea mai mică discrepanță între plăci, între apartamentele apar goluri prin care trece sunetul. Iar grosimea unor astfel de panouri este cel mai adesea de 10-12 centimetri, astfel încât aceste case sunt considerate una dintre cele mai proaste în ceea ce privește izolarea fonică.

Pentru casele monolitice, se construiește un cadru de armare, iar betonul este turnat într-o formă care a fost deja asamblată folosind panouri durabile. Grosimea pereților unor astfel de case este în medie de 20-40 de centimetri, astfel încât conversațiile vecinilor sunt practic inaudibile, dar zgomotul de impact se răspândește ușor peste tavane datorită solidității lor.

Casele din cărămidă sunt considerate în mod tradițional cele mai liniștite și mai calde. Adevărat, locuitorii orașelor mari își pot lua rămas bun de la visul caselor din cărămidă pură, deoarece lucrările la construcția lor necesită o perioadă foarte mare de timp. Deși, pentru construcția de case monolitice, uneori se folosește și cărămidă, căptușind cu ea pereții exteriori și pereții despărțitori. Dar acest lucru are un efect redus asupra izolației fonice generale, astfel încât orice case monolitice sunt considerate destul de zgomotoase.

„Izolarea fonică depinde în mare măsură atât de material, cât și de tehnologie. Pentru a absorbi sunetele, trebuie folosite diverse materiale poroase. pe podea în prezent este mai puțin nevoie de acest lucru și covoarele au demodat, deoarece adună mult praful. Există aditivi în beton care pot reduce semnificativ zgomotul transmis de-a lungul pereților, cu toate acestea, GOST-urile și reglementările nu obligă. companiile de construcții să adauge aditivi de absorbție a sunetului în beton”, spune Ivan Zavyalov, cercetător la Departamentul de mecanică MIPT.

Clădirile moderne sunt departe de idealurile de izolare fonică. Pentru a fi complet încrezător în liniștea non-stop și pentru a nu depinde de hobby-urile vecinilor, poate că singurul lucru de făcut este să cumpărați o casă privată.

Legile de bază ale propagării sunetului includ legile reflectării și refracției sale la granițele diferitelor medii, precum și difracția sunetului și împrăștierea acestuia în prezența obstacolelor și neomogenităților în mediu și la interfețele dintre medii. Gama de propagare a sunetului este influențată de factorul de absorbție a sunetului, adică de tranziția ireversibilă a energiei undelor sonore în alte tipuri de energie, în special căldură. Un factor important este, de asemenea, direcția radiației și viteza de propagare a sunetului, care depinde de mediu și de starea lui specifică. De la o sursă de sunet, undele acustice se propagă în toate direcțiile. Dacă o undă sonoră trece printr-o gaură relativ mică, atunci se răspândește în toate direcțiile și nu se deplasează într-un fascicul direcționat. De exemplu, sunetele străzii care pătrund printr-o fereastră deschisă într-o cameră se aud în toate punctele, și nu doar vizavi de fereastră. Natura propagării undelor sonore în apropierea unui obstacol depinde de relația dintre dimensiunea obstacolului și lungimea de undă. Dacă dimensiunea obstacolului este mică în comparație cu lungimea de undă, atunci valul curge în jurul acestui obstacol, răspândindu-se în toate direcțiile. Undele sonore, care pătrund dintr-un mediu în altul, se abat de la direcția lor inițială, adică sunt refractate. Unghiul de refracție poate fi mai mare sau mai mic decât unghiul de incidență. Depinde de ce mediu pătrunde sunetul în care. Dacă viteza sunetului în al doilea mediu este mai mare, atunci unghiul de refracție va fi mai mare decât unghiul de incidență și invers. Când întâlnesc un obstacol pe drum, undele sonore sunt reflectate din acesta conform unei reguli strict definite - unghiul de reflexie este egal cu unghiul de incidență - conceptul de ecou este legat de acesta. Dacă sunetul este reflectat de mai multe suprafețe la distanțe diferite, apar ecouri multiple. Sunetul se deplasează sub forma unei unde sferice divergente care umple un volum din ce în ce mai mare. Pe măsură ce distanța crește, vibrațiile particulelor mediului se slăbesc și sunetul se disipează. Se știe că pentru a crește raza de transmisie, sunetul trebuie concentrat într-o direcție dată. Când vrem, de exemplu, să fim auziți, punem palmele la gură sau folosim un megafon. Difracția, adică îndoirea razelor de sunet, are o mare influență asupra gamei de propagare a sunetului. Cu cât mediul este mai eterogen, cu atât fasciculul de sunet este mai îndoit și, în consecință, cu atât intervalul de propagare a sunetului este mai scurt.

Propagarea sunetului

Undele sonore pot călători în aer, gaze, lichide și solide. Valurile nu apar în spațiul fără aer. Acest lucru poate fi ușor verificat printr-o simplă experiență. Dacă se pune un sonerie electrică sub un capac etanș din care a fost evacuat aerul, nu vom auzi niciun sunet. Dar de îndată ce capacul este umplut cu aer, apare un sunet.

Viteza de propagare a mișcărilor oscilatorii de la particulă la particulă depinde de mediu. În vremuri străvechi, războinicii puneau urechea la pământ și astfel detectau cavaleria inamicului mult mai devreme decât părea la vedere. Iar celebrul om de știință Leonardo da Vinci scria în secolul al XV-lea: „Dacă tu, fiind pe mare, cobori orificiul unei țevi în apă și îi pui celălalt capăt la ureche, vei auzi foarte mult zgomotul corăbiilor. departe de tine.”

Viteza sunetului în aer a fost măsurată pentru prima dată în secolul al XVII-lea de Academia de Științe din Milano. Pe unul dintre dealuri a fost instalat un tun, iar pe celălalt a fost amplasat un post de observare. Ora a fost înregistrată atât în ​​momentul fotografierii (prin bliț), cât și în momentul recepționării sunetului. Pe baza distanței dintre punctul de observație și pistol și a timpului de origine a semnalului, viteza de propagare a sunetului nu mai era greu de calculat. S-a dovedit a fi egal cu 330 de metri pe secundă.

Viteza sunetului în apă a fost măsurată pentru prima dată în 1827 pe lacul Geneva. Cele două bărci erau situate la 13.847 de metri una de cealaltă. Pe primul, un clopot era atârnat sub fund, iar pe al doilea, un simplu hidrofon (corn) a fost coborât în ​​apă. La prima barcă a fost incendiată praful de pușcă în același timp în care a fost bătut clopoțelul; S-a dovedit că sunetul călătorește de peste 4 ori mai repede în apă decât în ​​aer, adică. cu o viteză de 1450 de metri pe secundă.

ecou- sunet reflectat. De obicei, un ecou este observat dacă se aude și sunet direct de la o sursă, când la un punct din spațiu se poate auzi sunetul de la o sursă de mai multe ori, sosind pe o cale directă și reflectat (posibil de mai multe ori) de la obiectele din jur. Deoarece o undă sonoră își pierde energie atunci când este reflectată, o undă sonoră de la o sursă de sunet mai puternică poate fi reflectată de pe suprafețe (de exemplu, case sau pereți în fața celuilalt) de multe ori, trecând printr-un punct, ceea ce va provoca ecouri multiple (un astfel de ecou). se poate observa de la tunet).

Ecoul se datorează faptului că undele sonore pot fi reflectate de suprafețele solide, acest lucru se datorează modelului dinamic de rarefărire și compactare a aerului în apropierea suprafeței reflectorizante. Dacă sursa de sunet este situată în apropierea unei astfel de suprafețe, îndreptată către ea în unghi drept (sau într-un unghi apropiat de unghiul drept), sunetul, reflectat de pe o astfel de suprafață, la fel cum cercurile de pe apă sunt reflectate de la țărm, revine la sursă. Datorită ecouului, vorbitorul își poate auzi propriul discurs, împreună cu alte sunete, ca și cum ar fi întârziat de ceva timp. Dacă sursa de sunet se află la o distanță suficientă de suprafața care reflectă și, pe lângă sursa de sunet, nu există surse suplimentare de sunet în apropiere, atunci ecoul devine cel mai distinct. Un ecou devine audibil dacă intervalul dintre unda sonoră directă și cea reflectată este de 50-60 ms, ceea ce corespunde la 15-20 de metri pe care unda sonoră parcurge de la sursă și înapoi, în condiții normale.

Sunetul se deplasează prin undele sonore. Aceste valuri se deplasează nu numai prin gaze și lichide, ci și prin solide. Acțiunea oricăror unde constă în principal în transferul de energie. În cazul sunetului, transferul ia forma unor mișcări minute la nivel molecular.

În gaze și lichide, o undă sonoră mișcă moleculele în direcția mișcării sale, adică în direcția lungimii de undă. La solide, vibrațiile sonore ale moleculelor pot apărea și într-o direcție perpendiculară pe undă.

Undele sonore se deplasează de la sursele lor în toate direcțiile, așa cum se arată în imaginea din dreapta, care arată un clopot de metal care se ciocnește periodic cu limba. Aceste ciocniri mecanice fac ca soneria să vibreze. Energia vibrațiilor este transmisă moleculelor din aerul din jur, iar acestea sunt împinse departe de clopot. Ca urmare, presiunea în stratul de aer adiacent clopotului crește, care apoi se răspândește în valuri în toate direcțiile de la sursă.

Viteza sunetului este independentă de volum sau ton. Toate sunetele de la un radio dintr-o cameră, indiferent dacă sunt puternice sau blânde, înalte sau joase, ajung la ascultător în același timp.

Viteza sunetului depinde de tipul de mediu în care se deplasează și de temperatura acestuia. În gaze, undele sonore se deplasează lent, deoarece structura lor moleculară rarefiată oferă o rezistență redusă la compresie. În lichide viteza sunetului crește, iar în solide devine și mai rapidă, așa cum se arată în diagrama de mai jos, în metri pe secundă (m/s).

Calea valurilor

Undele sonore se deplasează prin aer într-un mod similar cu cel prezentat în diagramele din dreapta. Fronturile de undă se deplasează de la sursă la o anumită distanță unele de altele, determinată de frecvența vibrațiilor clopotului. Frecvența unei unde sonore este determinată prin numărarea numărului de fronturi de undă care trec printr-un punct dat pe unitatea de timp.

Frontul undei sonore se îndepărtează de clopotul care vibra.

În aerul încălzit uniform, sunetul circulă cu o viteză constantă.

Al doilea front îl urmează pe primul la o distanță egală cu lungimea de undă.

Intensitatea sunetului este cea mai mare aproape de sursă.

Reprezentare grafică a unui val invizibil

Sunete de adâncime

Un fascicul sonar de unde sonore trece cu ușurință prin apa oceanului. Principiul sonarului se bazează pe faptul că undele sonore sunt reflectate de pe fundul oceanului; Acest dispozitiv este de obicei folosit pentru a determina caracteristicile terenului subacvatic.

Solide elastice

Sunetul circulă într-o farfurie de lemn. Moleculele majorității solidelor sunt legate într-o rețea spațială elastică, care este slab comprimată și în același timp accelerează trecerea undelor sonore.

Această lecție acoperă subiectul „Unde sonore”. În această lecție vom continua să studiem acustica. Mai întâi, să repetăm ​​definiția undelor sonore, apoi să luăm în considerare intervalele de frecvență ale acestora și să ne familiarizăm cu conceptul undelor ultrasonice și infrasonice. De asemenea, vom discuta despre proprietățile undelor sonore în diferite medii și vom afla care sunt caracteristicile acestora. .

Unde sonore - acestea sunt vibrații mecanice care, răspândindu-se și interacționând cu organul auzului, sunt percepute de o persoană (Fig. 1).

Orez. 1. Unda sonoră

Ramura fizicii care se ocupă de aceste unde se numește acustică. Profesia oamenilor care sunt numiți popular „ascultători” este acusticienii. O undă sonoră este o undă care se propagă într-un mediu elastic, este o undă longitudinală, iar când se propagă într-un mediu elastic, compresia și descărcarea alternează. Se transmite în timp pe o distanţă (Fig. 2).

Orez. 2. Propagarea undelor sonore

Undele sonore includ vibrații care apar cu o frecvență de la 20 la 20.000 Hz. Pentru aceste frecvențe lungimile de undă corespunzătoare sunt 17 m (pentru 20 Hz) și 17 mm (pentru 20.000 Hz). Acest interval va fi numit sunet audibil. Aceste lungimi de undă sunt date pentru aer, viteza sunetului în care este egală cu .

Există, de asemenea, game cu care se ocupă acusticienii - infrasonice și ultrasonice. Infrasonice sunt cele care au o frecvență mai mică de 20 Hz. Iar cele ultrasonice sunt cele care au o frecvență mai mare de 20.000 Hz (Fig. 3).

Orez. 3. Domenii de unde sonore

Fiecare persoană educată ar trebui să fie familiarizată cu gama de frecvență a undelor sonore și să știe că, dacă merge la o ecografie, imaginea de pe ecranul computerului va fi construită cu o frecvență de peste 20.000 Hz.

ultrasunete - Acestea sunt unde mecanice asemănătoare undelor sonore, dar cu o frecvență cuprinsă între 20 kHz și un miliard de herți.

Se numesc unde cu o frecvență mai mare de un miliard de herți hipersunet.

Ultrasunetele sunt folosite pentru a detecta defectele pieselor turnate. Un flux de semnale ultrasonice scurte este direcționat către piesa examinată. În acele locuri în care nu există defecte, semnalele trec prin piesă fără a fi înregistrate de receptor.

Dacă există o fisură, o cavitate de aer sau o altă neomogenitate în piesă, atunci semnalul ultrasonic este reflectat din ea și, revenind, intră în receptor. Această metodă se numește detectarea defectelor cu ultrasunete.

Alte exemple de aplicații cu ultrasunete sunt aparatele cu ultrasunete, aparatele cu ultrasunete, terapia cu ultrasunete.

Infrasunete - unde mecanice asemănătoare undelor sonore, dar având o frecvență mai mică de 20 Hz. Ele nu sunt percepute de urechea umană.

Sursele naturale de unde infrasunete sunt furtunile, tsunami-urile, cutremurele, uraganele, erupțiile vulcanice și furtunile.

Infrasunetele este, de asemenea, o undă importantă care este folosită pentru a vibra suprafața (de exemplu, pentru a distruge unele obiecte mari). Lansăm infrasunetele în sol - și solul se rupe. Unde se foloseste asta? De exemplu, în minele de diamante, unde preiau minereu care conține componente de diamant și îl zdrobesc în particule mici pentru a găsi aceste incluziuni de diamant (Fig. 4).

Orez. 4. Aplicarea infrasunetelor

Viteza sunetului depinde de condițiile de mediu și de temperatură (Fig. 5).

Orez. 5. Viteza de propagare a undelor sonore în diverse medii

Vă rugăm să rețineți: în aer viteza sunetului la este egală cu , iar la , viteza crește cu . Dacă sunteți cercetător, atunci aceste cunoștințe vă pot fi utile. Puteți chiar să veniți cu un fel de senzor de temperatură care va înregistra diferențele de temperatură prin schimbarea vitezei sunetului în mediu. Știm deja că, cu cât mediul este mai dens, cu atât interacțiunea dintre particulele mediului este mai gravă, cu atât unda se propagă mai repede. În ultimul paragraf am discutat acest lucru folosind exemplul de aer uscat și aer umed. Pentru apă, viteza de propagare a sunetului este . Dacă creați o undă sonoră (ciocăniți pe un diapazon), atunci viteza de propagare a acesteia în apă va fi de 4 ori mai mare decât în ​​aer. Pe apă, informațiile vor ajunge de 4 ori mai repede decât pe calea aerului. Și în oțel este și mai rapid: (Fig. 6).

Orez. 6. Viteza de propagare a undelor sonore

Știți din epopee pe care Ilya Muromets le-a folosit (și toți eroii, rușii obișnuiți și băieții din RVS lui Gaidar) au folosit o metodă foarte interesantă de a detecta un obiect care se apropie, dar este încă departe. Sunetul pe care îl scoate când se mișcă nu este încă audibil. Ilya Muromets, cu urechea la pământ, o aude. De ce? Deoarece sunetul este transmis pe teren solid cu o viteză mai mare, ceea ce înseamnă că va ajunge mai repede la urechea lui Ilya Muromets, iar acesta se va putea pregăti pentru a întâlni inamicul.

Cele mai interesante unde sonore sunt sunetele și zgomotele muzicale. Ce obiecte pot crea unde sonore? Dacă luăm o sursă de undă și un mediu elastic, dacă facem sursa de sunet să vibreze armonios, atunci vom avea o undă sonoră minunată, care se va numi sunet muzical. Aceste surse de unde sonore pot fi, de exemplu, corzile unei chitare sau ale unui pian. Aceasta poate fi o undă sonoră care este creată în spațiul de aer al unei țevi (organ sau țeavă). Din lecțiile de muzică știi notele: do, re, mi, fa, sol, la, si. În acustică, ele sunt numite tonuri (Fig. 7).

Orez. 7. Tonuri muzicale

Toate obiectele care pot produce tonuri vor avea caracteristici. Cum sunt ele diferite? Ele diferă în lungime de undă și frecvență. Dacă aceste unde sonore nu sunt create de corpuri care sună armonios sau nu sunt conectate într-un fel de piesă orchestrală comună, atunci o astfel de cantitate de sunete va fi numită zgomot.

Zgomot– oscilații aleatorii de diferite naturi fizice, caracterizate prin complexitatea structurii lor temporale și spectrale. Conceptul de zgomot este atât domestic, cât și fizic, ele sunt foarte asemănătoare și, prin urmare, îl introducem ca un obiect important de luat în considerare separat.

Să trecem la estimări cantitative ale undelor sonore. Care sunt caracteristicile undelor sonore muzicale? Aceste caracteristici se aplică exclusiv vibrațiilor armonice ale sunetului. Aşa, volumul sunetului. Cum se determină volumul sunetului? Să luăm în considerare propagarea în timp a unei unde sonore sau oscilațiile sursei undei sonore (Fig. 8).

Orez. 8. Volumul sunetului

În același timp, dacă nu am adăugat mult sunet la sistem (am apăsat liniștit o tastă de pian, de exemplu), atunci va fi un sunet liniștit. Dacă ridicăm tare mâna sus, provocăm acest sunet apăsând tasta, obținem un sunet puternic. De ce depinde asta? Un sunet liniștit are o amplitudine de vibrație mai mică decât un sunet puternic.

Următoarea caracteristică importantă a sunetului muzical și a oricărui alt sunet este înălţime. De ce depinde înălțimea sunetului? Înălțimea depinde de frecvență. Putem face sursa să oscileze frecvent sau o putem face să oscileze nu foarte repede (adică să facă mai puține oscilații pe unitatea de timp). Să luăm în considerare trecerea în timp a unui sunet înalt și scăzut de aceeași amplitudine (Fig. 9).

Orez. 9. Pitch

Se poate trage o concluzie interesantă. Dacă o persoană cântă cu o voce de bas, atunci sursa sa de sunet (coardele vocale) vibrează de câteva ori mai lent decât cea a unei persoane care cântă soprană. În al doilea caz, corzile vocale vibrează mai des și, prin urmare, provoacă mai des pungi de compresie și descărcare în propagarea undei.

Există o altă caracteristică interesantă a undelor sonore pe care fizicienii nu o studiază. Acest timbru. Cunoașteți și distingeți ușor aceeași piesă muzicală interpretată la balalaică sau violoncel. Cum diferă aceste sunete sau această performanță? La începutul experimentului, le-am cerut persoanelor care produc sunete să le facă aproximativ de aceeași amplitudine, astfel încât volumul sunetului să fie același. Este ca și în cazul unei orchestre: dacă nu este nevoie să evidențiezi vreun instrument, toți cântă aproximativ la fel, cu aceeași putere. Deci timbrul balalaikei și violoncelului este diferit. Dacă ar fi să desenăm sunetul care este produs de la un instrument de la altul folosind diagrame, acestea ar fi aceleași. Dar puteți distinge cu ușurință aceste instrumente după sunetul lor.

Un alt exemplu al importanței timbrului. Imaginează-ți doi cântăreți care absolvă aceeași universitate de muzică cu aceiași profesori. Au studiat la fel de bine, cu A drepte. Din anumite motive, unul devine un interpret remarcabil, în timp ce celălalt este nemulțumit de cariera sa toată viața. De fapt, acest lucru este determinat doar de instrumentul lor, care provoacă vibrații vocale în mediu, adică vocile lor diferă ca timbru.

Referințe

1. Sokolovici Yu.A., Bogdanova G.S. Fizica: o carte de referință cu exemple de rezolvare a problemelor. - Repartiție ediția a II-a. - X.: Vesta: editura „Ranok”, 2005. - 464 p.
2. Peryshkin A.V., Gutnik E.M., Fizică. Clasa a IX-a: manual pentru învăţământul general. instituții/A.V. Peryshkin, E.M. Gutnik. - Ed. a XIV-a, stereotip. - M.: Butarda, 2009. - 300 p.

1. Portalul de internet „eduspb.com” ()
2. Portalul de internet „msk.edu.ua” ()
3. Portalul de internet „class-fizika.narod.ru” ()

Teme pentru acasă

1. Cum circulă sunetul? Care ar putea fi sursa sunetului?
2. Poate sunetul să călătorească prin spațiu?
3. Este fiecare val care ajunge la organul auditiv al unei persoane perceput de acesta?