„Svuda istražuj sve vreme,

Šta je super i lepo"

M. V. Lomonosov

Šta je zvuk?

• Šta je zvuk?

• Da li je svaki talas zvuk?

• Može li se ova izjava eksperimentalno provjeriti?

• Koliki bi trebao biti opseg frekvencija tijela koje oscilira da bi osoba čula zvuk?

• Koje karakteristike elastičnih talasa, uključujući i zvučne, znate?

• Koje su objektivne fizičke karakteristike zvučnih talasa?

• Koje karakteristike zvuka biste klasifikovali kao subjektivne karakteristike?

• Kako objašnjavate jačinu zvuka?

• Može li se ova izjava eksperimentalno provjeriti?

• Šta određuje visinu zvuka?

• Kako se zvukovi iste frekvencije i jačine mogu razlikovati jedan od drugog?

• U kojem mediju putuje zvuk?

• Poznato je da elastični valovi mogu biti uzdužni i poprečni. Šta su zvučni talasi?

Uho

Uho- složen vestibularno-slušni organ koji obavlja dvije funkcije: percipira zvučne impulse i odgovoran je za položaj tijela u prostoru i sposobnost održavanja ravnoteže.

Ljudsko uho percipira zvučne talase dužine od približno 20,625 m do 1,65 cm, što odgovara 16 - 20 000 Hz (ciklusi u sekundi).

vanjskog uha

• vanjskog uha

• Srednje uho

• unutrasnje uho

• Odgovaram na svaki poziv, ali nema duše, nema tijela.

• Vrištao si - vrisnuo je, ti si ćutao - bilo je tiho.

• Živi bez tela, govori bez jezika.

Niko to ne vidi, ali svi to čuju.

• U mračnoj šumi, iza svakog bora,

Čudesno šumsko čudo se krije.

Vikat ću: “Aj!” - i ono će odgovoriti.

I ja se smejem - i ono se smeje.

Hidroakustika

Hidroakustika- dio akustike koji proučava emisiju, prijem i širenje zvučnih valova u realnom vodenom okruženju za potrebe podvodnog lociranja, komunikacija itd.

Glavna karakteristika podvodnih zvukova je njihovo malo prigušivanje, zbog čega se zvukovi mogu širiti pod vodom na mnogo veće udaljenosti nego, na primjer, u zraku.

Brzina širenja zvuka varira s dubinom, a promjene zavise od doba godine i dana, dubine rezervoara i niza drugih razloga.

Zvučni zraci koji izlaze iz izvora pod određenim uglom prema horizontu su savijeni, a smjer krivine ovisi o raspodjeli brzina zvuka u mediju.

Distribucija brzine zvuka u različitim regijama Svjetskog okeana je različita i varira s vremenom. Postoji nekoliko tipičnih slučajeva vertikalne distribucije brzine zvuka:

• izoterma

• pozitivna refrakcija

• negativna refrakcija

• heterogena distribucija

ultrazvučno čišćenje

• ultrazvučno čišćenje

• Miješanje

• ultrazvučno lemljenje

• Točkasto ultrazvučno zavarivanje

• Ultrazvučna holografija

• Ultrazvučna tomografija

• Elektronika

• Biologija

• Lek

• hemija

• Postoji nekoliko metoda za pobuđivanje ultrazvučnih talasa u objektu koji se proučava. Najčešća je upotreba piezoelektričnog efekta i EMA metode.

n

n

Ultrazvučni pregled ne uništava niti oštećuje test uzorak, što je njegova glavna prednost. Moguće je vršiti kontrolu proizvoda od različitih materijala, kako metala tako i nemetala. Pored toga, možemo istaći veliku brzinu istraživanja uz niske troškove i opasnost za ljude (u poređenju sa rendgenskom detekcijom grešaka) i veliku mobilnost ultrazvučnog detektora grešaka.

• Upotreba piezoelektričnih pretvarača zahtijeva pripremu površine za uvođenje ultrazvuka u metal, posebno stvaranje hrapavosti najmanje klase 5, u slučaju zavarenih spojeva, također smjera hrapavosti (okomito na šav ). Najmanji vazdušni jaz može postati nepremostiva prepreka.

Koristi se u medicinskoj tehnici, odnosno u uređaju za orijentaciju slijepih u prostoru, tj. da upozoravaju na prepreke na njihovom putu. Mala veličina, mala težina i dugo trajanje baterije

Prilikom detekcije prepreke, elektrosonar daje zvučni ili vibracijski signal različitog trajanja. Trajanje signala ovisi o udaljenosti do prepreke. Usmjeravanjem uređaja u različitim smjerovima, možete dobiti jasnu sliku okolnih prepreka, kao što su ivičnjaci, stepenice, zidovi.

• Domet detekcije prepreka - do 7 metara

• Težina - manje od 150 grama

• Veličina - ne više od 7 x 7 x 3,5 cm (DxŠxV)

• Trajanje baterije - više od 3 sata

• Napajanje - iz baterije ili akumulatora "Krona"

Odavno je poznato da se ultrazvučno zračenje može napraviti usko usmjereno. Ipak, tek relativno nedavno se počeo pojavljivati ​​istinski znanstveni pristup analizi fenomena koji nastaju interakcijom ultrazvučnog zračenja s biološkim medijem. Postoji mnogo različitih aspekata povezanih s upotrebom ultrazvuka u medicini.

Problem tumačenja interakcije akustičkog zračenja s biološkim okruženjem uvelike je pojednostavljen ako se potonji ne posmatra kao čvrsta, već kao tekućina. Činjenica da se interakcija ultrazvuka sa tkivom može modelirati njegovom interakcijom sa tečnostima jeste važan faktor, povećavajući praktičnu vrijednost medicinske ultrazvučne dijagnostike.

Prijem i mjerenje ultrazvuka

U medicinskim ili biološkim aplikacijama, potreba za primanjem i mjerenjem ultrazvuka javlja se u tri široka područja. Ultrazvuk se, po definiciji, ne percipira direktno ljudskim osjetilima, te je stoga potrebno koristiti neku vrstu fizičkog efekta ili niz takvih efekata kako bi se učinak ultrazvuka manifestirao, i to uglavnom kvantitativno. Dakle, odabir metode za određeni problem se vrši u smislu pogodnosti njene primjene, kao i tačnosti mjerenja parametra akustičkog polja od interesa.

Metode ultrazvučnog eho-pulsnog snimanja već su našle široku i raznoliku primjenu u medicini.

Metode eho-pulsa sada su postale široko korištene u mnogim područjima medicine.

Druga vrsta procedura

već uobičajeno,

procjena razvoja fetusa

mjerenjem jednog ili

preko svoje veličine

kao što je prečnik

i obim glave

područje grudi

ili stomak.

Konačno, neophodno je

napomena ultrazvučna

studija pokreta

fetus. Ovaj fenomen je samo

je nedavno postao

detaljan

istraživanja.

Ovdje je glavni interes proučavanje fiziologije i razvoja fetusa.

Preciznost je takođe važna ovde.

i kalibraciju opreme,

neophodno

takođe dati posebne

pažnja na efekte

refrakcija

ultrazvuk u sočivu i rožnjači.

Tema: Mehaničke oscilacije i talasi. Zvuk

Lekcija 36 Zvučne vibracije. Visina, tembar, jačina zvuka

Yeryutkin Evgeny Sergeevich

Tema lekcije posvećena je izvorima zvuka, zvučnim vibracijama. Takođe ćemo govoriti o karakteristikama zvuka - visini, jačini i tembru. Prije nego što govorimo o zvuku, o zvučnim valovima, sjetimo se da se mehanički valovi šire u elastičnim medijima. Dio longitudinalnih mehaničkih valova, koji se percipira ljudskim slušnim organima, naziva se zvučni, zvučni valovi. Zvuk su mehanički talasi koje percipiraju ljudski slušni organi, a koji izazivaju zvučne senzacije. .

Eksperimenti pokazuju da ljudsko uho, ljudski slušni organi percipiraju vibracije sa frekvencijama od 16 Hz do 20.000 Hz. Taj raspon nazivamo opsegom zvuka. Naravno, postoje talasi čija je frekvencija manja od 16 Hz (infrazvuk) i veća od 20.000 Hz (ultrazvuk). Ali ovaj raspon, ove dijelove ljudsko uho ne percipira.

Infrazvuk Zvuk Ultrazvuk

|________________|_______________________________|______________________

0 16–20 20000 Hz

Rice. 1. Domet ljudskog uha

Kao što smo rekli, oblasti infrazvuka i ultrazvuka ne percipiraju ljudski organi sluha. Iako ih, na primjer, mogu uočiti neke životinje, insekti.

Šta ? Izvori zvuka mogu biti bilo koja tijela koja osciliraju frekvencijom zvuka (od 16 do 20.000 Hz)

Rice. 2. Oscilirajuće ravnalo stegnuto u škripcu

može biti izvor zvuka

Okrenimo se iskustvu i vidimo kako nastaje zvučni val. Da bismo to učinili, potrebno nam je metalno ravnalo koje stegnemo u škripcu. Sada, djelujući na lenjir, možemo primijetiti vibracije, ali ne čujemo nikakav zvuk. Pa ipak, oko lenjira se stvara mehanički talas. Imajte na umu da kada se ravnalo pomakne na jednu stranu, ovdje se formira zračna brtva. Sa druge strane je i pečat. Između ovih zaptivki stvara se vazdušni vakuum. longitudinalni talas - ovo je zvučni val, koji se sastoji od zaptivki i zračnih pražnjenja. Frekvencija vibracije ravnala u ovom slučaju je manja od audio frekvencije, tako da ne čujemo ovaj val, ovaj zvuk. Na osnovu iskustva koje smo upravo uočili, krajem 18. vijeka nastao je instrument pod nazivom kamerona.

Rice. 3. Širenje longitudinalnih zvučnih talasa

od tuning viljuške

Kao što smo vidjeli, zvuk se javlja kao rezultat vibracija tijela sa zvučnom frekvencijom. Zvučni valovi se šire u svim smjerovima. Mora postojati medij između ljudskog slušnog aparata i izvora zvučnih talasa. Ovaj medij može biti plinovit, tekući, čvrst, ali to moraju biti čestice sposobne da prenose vibracije. Proces prenosa zvučnih talasa se nužno mora desiti tamo gde postoji materija. Ako nema supstance, nećemo čuti nikakav zvuk.

Da zvuk postoji:

1. Izvor zvuka

2. srijeda

3. Slušni aparat

4. Frekvencija 16-20000Hz

5. Intenzitet

Sada pređimo na raspravu o karakteristikama zvuka. Prvi je teren. Visina zvuka - karakteristika, koja je određena frekvencijom oscilovanja. Što je veća frekvencija tijela koje proizvodi vibracije, to će zvuk biti jači. Okrenimo se ponovo ravnalu, stegnutom u škripcu. Kao što smo već rekli, vidjeli smo vibracije, ali nismo čuli zvuk. Ako se sada dužina ravnala smanji, onda ćemo čuti zvuk, ali će biti mnogo teže vidjeti vibracije. Pogledaj liniju. Ako sada reagujemo na to, nećemo čuti nikakav zvuk, ali posmatramo vibracije. Ako skratimo lenjir, čućemo zvuk određene visine. Dužinu ravnala možemo učiniti još kraćom, tada ćemo čuti zvuk još veće visine (frekvencije). Istu stvar možemo primijetiti i sa kamerama. Ako uzmemo veliki kamerton (naziva se još i demonstracionu viljušku) i udarimo u noge takve viljuške, možemo uočiti oscilaciju, ali nećemo čuti zvuk. Ako uzmemo drugu viljušku za podešavanje, onda ćemo, udarivši u nju, čuti određeni zvuk. I sledeća viljuška za tuning, prava viljuška za podešavanje muzičkih instrumenata. Proizvodi zvuk koji odgovara noti la, ili, kako kažu, 440 Hz.

Sljedeća karakteristika je tembar zvuka. Timbre zove se boja zvuka. Kako se ova karakteristika može ilustrovati? Timbar je razlika između dva identična zvuka koji sviraju različiti muzički instrumenti. Svi znate da imamo samo sedam nota. Ako čujemo istu notu A, uzetu na violini i na klaviru, onda ćemo ih razlikovati. Odmah možemo reći koji je instrument stvorio ovaj zvuk. Upravo ova karakteristika - boja zvuka - karakteriše tembar. Mora se reći da tembar ovisi o tome koje zvučne vibracije se reproduciraju, pored osnovnog tona. Činjenica je da su proizvoljne zvučne vibracije prilično složene. Oni se sastoje od skupa pojedinačnih vibracija, kažu spektra vibracija. To je reprodukcija dodatnih vibracija (preglasa) koja karakterizira ljepotu zvuka određenog glasa ili instrumenta. Timbre je jedna od glavnih i upečatljivih manifestacija zvuka.

Još jedna karakteristika je jačina zvuka. Jačina zvuka zavisi od amplitude vibracija. Pogledajmo i uvjerimo se da je glasnoća povezana s amplitudom vibracija. Dakle, uzmimo tuning viljušku. Učinimo sljedeće: ako slabo udarite viljušku za podešavanje, tada će amplituda oscilacija biti mala i zvuk će biti tih. Ako je sada viljuška za podešavanje jače pogođena, onda je zvuk mnogo jači. To je zbog činjenice da će amplituda oscilacija biti mnogo veća. Percepcija zvuka je subjektivna stvar, zavisi od toga kakav je slušni aparat, kakvo je stanje osobe.

Spisak dodatne literature:

Da li ste upoznati sa zvukom? // Quantum. - 1992. - br. 8. - C. 40-41. Kikoin A.K. O muzičkim zvucima i njihovim izvorima // Kvant. - 1985. - br. 9. - S. 26-28. Osnovni udžbenik fizike. Ed. G.S. Landsberg. T. 3. - M., 1974.

Zvuk (zvučni talas ) –je elastični talas koji opaža ljudski i životinjski organ sluha. Drugim riječima, Zvuk je širenje fluktuacija gustoće (ili pritiska) u elastičnom mediju, koje proizlaze iz interakcije čestica medija jedna s drugom.

Atmosfera (vazduh) je jedan od elastičnih medija. Širenje zvuka u vazduhu podleže opštim zakonima širenja akustičnih talasa u idealnih gasova, a također ima karakteristike zbog varijabilnosti gustine, pritiska, temperature i vlažnosti. Brzina zvuka određena je svojstvima medija i izračunava se iz formula za brzinu elastičnog vala.

Postoje veštačke i prirodne izvori zvuk. Umjetni emiteri uključuju:

Vibracije čvrstih tijela (žice i palube muzičkih instrumenata, difuzori zvučnika, telefonske membrane, piezoelektrične ploče);

Vibracije zraka u ograničenom volumenu (cijev za orgulje, zviždaljke);

Beat (klavijature, zvono);

Električna struja (elektroakustični pretvarači).

Prirodni izvori uključuju:

Eksplozija, kolaps;

Protok zraka oko prepreka (vjetar koji duva ugao zgrade, vrh morskog vala).

Postoje i umjetni i prirodni prijemnici zvuk:

Elektroakustički pretvarači (mikrofon u zraku, hidrofon u vodi, geofon u zemljinoj kori) i drugi uređaji;

Slušni aparati ljudi i životinja.

Tokom širenja zvučnih talasa moguće su pojave karakteristične za talase bilo koje prirode:

Odraz prepreke

Refrakcija na granici dva medija,

smetnje (dodatak),

Difrakcija (izbjegavanje prepreka),

Disperzija (ovisnost brzine zvuka u tvari o frekvenciji zvuka);

Apsorpcija (smanjenje energije i intenziteta zvuka u mediju zbog nepovratne konverzije zvučne energije u toplotu).

Objektivne karakteristike zvuka

frekvencija zvuka

Frekvencija zvuka koji čuje osoba leži u rasponu od 16 Hz prije 16 - 20 kHz . Elastični talasi sa frekvencijom ispod zvučni domet pozvao infrazvuk (uključujući potres mozga), s viši frekvencija – ultrazvuk , a najveća frekvencija elastičnih valova su hipersonični .

Cijeli frekvencijski opseg zvuka može se podijeliti na tri dijela (tabela 1.).

Buka ima kontinuirani spektar frekvencija (ili talasnih dužina) u području niskofrekventnog zvuka (Tabele 1, 2). kontinuirani spektar znači da frekvencija može imati bilo koju vrijednost iz datog intervala.

Musical , ili tonski , zvuci imaju linijski frekvencijski spektar u području srednjeg i djelimično visokofrekventnog zvuka. Ostatak zvuka visoke frekvencije zauzima zvižduk. linijski spektar znači da muzičke frekvencije imaju samo striktno određene (diskretne) vrijednosti iz navedenog intervala.

Osim toga, interval muzičkih frekvencija je podijeljen na oktave. Octave je interval frekvencije zatvoren između dvije granične vrijednosti, od kojih je gornja dva puta donja(Tabela 3)

Uobičajeni oktavni frekventni opsezi

Primjeri frekvencijskih intervala za zvuk koji proizvodi ljudski vokalni aparat i percipira ljudski slušni aparat prikazani su u tabeli 4.

Primeri opsega frekvencija nekih muzičkih instrumenata prikazani su u tabeli 5. Oni pokrivaju ne samo audio opseg, već i ultrazvučni opseg.

Životinje, ptice i insekti stvaraju i percipiraju zvuk u drugim frekventnim opsezima od ljudi (tabela 6).

U muzici se svaki sinusoidni zvučni talas naziva jednostavan ton, ili ton. Visina tona zavisi od frekvencije: što je viša frekvencija, to je viši ton. Glavni ton složeni muzički zvuk naziva se ton koji odgovara najniža frekvencija u svom spektru. Pozivaju se tonovi koji odgovaraju drugim frekvencijama prizvuci. Ako prizvuk višestruki frekvencije osnove, tada se nazivaju prizvuci harmonic. Prizvuk s najnižom frekvencijom naziva se prvi harmonik, sa sljedećim - drugi, itd.

Muzički zvuci sa istom osnovnom notom mogu se razlikovati timbre. Timbar zavisi od sastava tonova, njihovih frekvencija i amplituda, prirode njihovog porasta na početku zvuka i opadanja na kraju.

Brzina zvuka

Za zvuk u raznim okruženjima, opšte formule(22) - (25). U ovom slučaju treba uzeti u obzir da je formula (22) primjenjiva u slučaju suhog atmosferskog zraka i, uzimajući u obzir numeričke vrijednosti Poissonovog omjera, molarne mase i univerzalne plinske konstante, može se zapisati kao :

Međutim, pravi atmosferski vazduh uvek ima vlažnost, što utiče na brzinu zvuka. To je zbog Poissonovog omjera  zavisi od odnosa parcijalnog pritiska vodene pare ( str pare) to atmosferski pritisak (str). U vlažnom vazduhu brzina zvuka se određuje formulom:

.

Iz posljednje jednačine se može vidjeti da je brzina zvuka u vlažnom zraku nešto veća nego u suhom zraku.

Numeričke procjene brzine zvuka, uzimajući u obzir utjecaj temperature i vlažnosti atmosferskog zraka, mogu se izvršiti primjenom približne formule:

Ove procjene pokazuju da kada se zvuk širi u horizontalnom smjeru ( 0 x) s porastom temperature za 1 0 C brzina zvuka se povećava za 0,6 m/s. Pod uticajem vodene pare sa parcijalnim pritiskom ne većim od 10 Pa brzina zvuka se povećava za manje od 0,5 m/s. Ali općenito, pri maksimalnom mogućem parcijalnom pritisku vodene pare u blizini površine Zemlje, brzina zvuka se povećava za najviše 1 m/s.

Zvučni pritisak

U odsustvu zvuka, atmosfera (zrak) je neporemećen medij i ima statički atmosferski pritisak (

).

Kada se zvučni talasi šire, ovom statičkom pritisku se dodaje dodatni varijabilni pritisak, zbog kondenzacije i razrjeđivanja zraka. U slučaju ravnih talasa možemo napisati:

gdje str sv, max je amplituda zvučnog pritiska,  - ciklična frekvencija zvuka, k - talasni broj. Dakle, atmosferski pritisak u fiksnoj tački u ovog trenutka vrijeme postaje jednako zbiru ovih pritisaka:

Zvučni pritisak je varijabilni pritisak jednak razlici između trenutnog stvarnog atmosferskog pritiska u datoj tački tokom prolaska zvučni talas i statički atmosferski pritisak u odsustvu zvuka:

Zvučni pritisak tokom perioda oscilovanja menja svoju vrednost i predznak.

Zvučni pritisak je skoro uvek mnogo manji od atmosferskog pritiska.

Postaje velika i srazmerna atmosferskom pritisku kada se udarni talasi javljaju tokom snažnih eksplozija ili kada prođe mlazni avion.

Jedinice zvučnog pritiska su sljedeće:

- pascal u SI

,

- bar u GHS

,

- milimetar žive,

- atmosfera.

U praksi uređaji ne mjere trenutnu vrijednost zvučnog pritiska, već tzv efektivno (ili struja )zvuk pritisak . To je jednako kvadratni korijen prosječne vrijednosti kvadrata trenutnog zvučnog pritiska u datoj tački u prostoru u datom trenutku

(44)

pa stoga i pozvan RMS zvučni pritisak . Zamjenom izraza (39) u formulu (40) dobijamo:

. (45)

Zvučna impedansa

Zvučna (akustična) impedansa naziva se odnosom amplitudazvučni pritisak i brzina vibracija čestica medija:

. (46)

Fizičko značenje zvučne impedance: numerički je jednak zvučnom pritisku, izazivajući oscilacije čestica medija jediničnom brzinom:

Jedinica mjerenja zvučne impedance u SI je pascal sekunda po metru:

.

U slučaju ravnog talasa brzina oscilovanja čestica je jednako

.

Tada formula (46) poprima oblik:

. (46*)

Postoji i druga definicija zvučnog otpora, kao proizvoda gustine medija i brzine zvuka u ovom mediju:

. (47)

Onda to fizičko značenje je da je numerički jednak gustini medija u kojem se elastični talas širi jediničnom brzinom:

.

Osim akustičkog otpora u akustici se koristi koncept mehanička otpornost (R m). Mehanički otpor je omjer amplituda periodične sile i oscilatorne brzine čestica medija:

, (48)

gdje S je površina emitera zvuka. Mehanički otpor se mjeri u njutn sekundi po metru:

.

Energija i snaga zvuka

Zvučni val karakteriziraju iste količine energije kao i elastični val.

Svaki volumen zraka u kojem se šire zvučni valovi ima energiju koja se sastoji od kinetičke energije oscilirajućih čestica i potencijalne energije elastične deformacije medija (vidi formulu (29)).

Intenzitet zvuka se zovesnaga zvuka . Ona je jednaka

. (49)

Zbog toga fizičko značenje zvučne snage je slično značenju gustine fluksa energije: numerički jednaka prosječnoj vrijednosti energije koju talas prenosi u jedinici vremena kroz poprečnu površinu jedinične površine.

Jedinica za jačinu zvuka je vati po kvadratnom metru:

.

Snaga zvuka je proporcionalna kvadratu efektivnog zvučnog pritiska i obrnuto proporcionalna zvučnom (akustičnom) pritisku:

, (50)

ili, uzimajući u obzir izraze (45),

, (51)

gdje R ak – akustična impedansa.

Zvuk se takođe može okarakterisati snagom zvuka. Snaga zvuka je ukupna količina zvučne energije koju emituje izvor za određeno vrijeme kroz zatvorenu površinu koja okružuje izvor zvuka:

, (52)

ili, uzimajući u obzir formulu (49),

. (52*)

Snaga zvuka, kao i svaka druga, mjeri se u vati:

.

Periodičan u vremenu i prostoru, proces širenja deformacija u elastičnom mediju naziva se talasni proces ili talas. Kada se talas širi, čestice medija vrše prisilne oscilacije.

Glavno svojstvo svih valova je prijenos energije bez prijenosa materije. Prenos energije je dinamički znak talasnog kretanja. A kinematički znak talasnog kretanja je širenje faze oscilovanja. Talasi se dijele na elastične, valove na površini tekućine i elektromagnetne. Talasi su uzdužni i poprečni. Elastični val naziva se longitudinalni ako se pomicanje svake čestice medija odvija duž iste linije kao i smjer širenja vala. Ovako putuje zvuk. Longitudinalni talasi nastaju deformacijama kompresije i ekspanzije elastičnog medija i mogu se širiti u čvrstom, tekućem i plinovitom mediju. Prilikom zabijanja eksera čekićem, uzdužni impuls (val) velike gustine prolazi duž eksera, zabijajući njegov kraj dublje u drvo. Smjer u kojem se vibracija širi naziva se snop.

Elastični val naziva se poprečnim ako čestice medija osciliraju u ravninama okomitim na smjer širenja vala. Poprečni valovi nastaju posmičnim deformacijama samo u čvrstim tijelima. Takav učinak se opaža, na primjer, kada se impuls šalje duž užeta oštrim bočnim pokretom. Poprečno i elektromagnetno zračenje. Vodeni talasi su obično mešavina uzdužnih i poprečnih talasa. Svaka pojedinačna kap, pobuđena talasom koji prolazi, kreće se duž elipse, krećući se gore-dole, napred i nazad.

Prema prirodi širenja, razlikuju se linearni, površinski i prostorni, odnosno jedno-, dvo- i trodimenzionalni valovi. Granica koja razdvaja oscilirajuće čestice od čestica koje još nisu počele da osciliraju naziva se valna fronta. Sve čestice talasnog fronta osciliraju sa istom fazom. Talasna fronta je okomita na snop. Zraka je smjer u kojem se širi talas. Elastični val naziva se harmonijski ili sinusoidan ako su oscilacije njegovih sastavnih čestica harmonijske.

Bez obzira na uzdužnu ili poprečnu prirodu valnog kretanja, pomicanje svake pojedinačne čestice u elastičnom mediju može se izraziti kao funkcija vremena. Na sl. 15.1 pokazuje odnos između pomaka (x, t). čestice medija koje učestvuju u talasnom procesu, te udaljenost x ovih čestica od izvora oscilacija za fiksno vrijeme t, s. Dakle, talasni graf izražava zavisnost pomaka svih čestica medija o udaljenosti do izvora oscilacija u datom trenutku.

Podsjetimo da oscilacijski dijagram daje ovisnost pomaka date čestice o vremenu. Za česticu B (slika 15.1), koja zaostaje u oscilaciji u odnosu na česticu O za vrijeme širenja oscilacija od O do B, jednako = x / v, jednačina oscilovanja ima oblik

Bilo koja od jednadžbi omogućava vam da odredite pomak bilo koje tačke vala u bilo kojem trenutku i naziva se jednadžba vala. Ovde: A - amplituda talasa, m; = 2 /T - frekvencija cikličkog (kružnog) talasa, rad/s; T - period oscilovanja, s; t - x/ + = t - kx+ - faza ravnog talasa, jednaka fazi oscilovanja u proizvoljnoj tački sa koordinatom x, rad; - početna faza oscilacija u tačkama koordinatne ravni x = 0, rad; X/ = T = - talasna dužina - rastojanje između najbližih čestica koje osciluju u istoj fazi, m; k \u003d 2 / \u003d 2 / ( T) ​​\u003d / - valni broj (označava koliko valnih dužina stane na segment dužine 2, rad / m).

Brzina zvuka ovisi o elastičnim svojstvima plina (i medija u cjelini) i o temperaturi.

Uzdužni mehanički valovi koji se šire u elastičnom mediju u obliku naizmjeničnih kompresija i ekspanzija s frekvencijom od 20 do 20 * 10 3 Hz nazivaju se zvučni ili akustični. Opažuju ih organi ljudskog sluha. Talasi sa višom frekvencijom nazivaju se ultrazvukom, sa nižom frekvencijom - infrazvukom: infra- i ultrazvuk ljudsko uho ne čuje.

Zvukovi se dijele na muzički ton, konsonanciju (muzički zvuk), buku i eksploziju. Uho reaguje na mehaničke vibracije osećajem tona. Svaki ton (do, re, mi, fa, salt, la, si) ima određenu visinu. Visina je kvaliteta osjeta zvuka, a uglavnom zavisi od dužine i frekvencije zvučnog talasa (slika 15.2). Što je frekvencija veća, to je jači zvuk i obrnuto.

Konsonancija je rezultat istovremenog zvučanja više muzičkih tonova.Oscilacija koja nastaje ne može biti sinusoidna. Za uho, muzički zvuci (konsonancija) se razlikuju po visini i glasnoći. Ton najniže frekvencije u konsonanciji naziva se glavni ton. Frekvenciju osnovnog tona složenog zvuka percipiramo kao visinu zvuka. Ostali tonovi, zvani prizvuci, daju zvuku specifičnu nijansu, "boju". Nazivaju se i tembrom zvuka. Tonbar je ono što razlikuje ton “la” koji je objavio jedan muzički instrument, iz tona "la" drugog muzičkog instrumenta.

Buka - nepravilne oscilacije, mješavina brojnih oscilacija sa približno istom amplitudom i širokim rasponom frekvencija. Eksplozija sa akustičke „tačke gledišta“ je kratkotrajan i jak zvučni efekat.

Energetska karakteristika zvučnih talasa je intenzitet (jačina) zvuka, jednak omjeru količine energije W koja svake sekunde prolazi kroz površinu, okomito na pravac prostiranja talasa, i površine s ove površine J = W / (st), W / m 2. Zbog ukupna energija harmonijska vibracija tela je W = 0,5m 2 A 2 , J, očigledno je da je snaga zvuka proporcionalna kvadratu amplitude. Ljudsko uho hvata i prepoznaje zvučni talas jačine 2*10 -12 W/m 2 , ali istovremeno podnosi zvučni udar od 110 W/m 2 . Možda nijedan drugi fizički uređaj nema takav raspon percepcije jačine zvuka. Minimalna vrijednost intenziteta zvuka naziva se pragom sluha. Dakle, da bi zvučni talas stvorio slušni osećaj, neophodno je da ima frekvenciju zvučnog opsega i intenzitet koji odgovara frekvenciji koja nije manja od minimalne vrednosti (slika 15.3). Maksimalna vrijednost intenziteta zvuka naziva se prag boli.

To je otprilike 10 14 puta više od praga čujnosti od 10 4 Hz. Vrijednosti oba praga su različite za različite frekvencije i prikazane su na sl. 15.3. Područje pokriveno krivinama naziva se područje sluha.

Snagu zvuka procjenjujemo subjektivno kao glasnoću zvuka. Jačina zvuka određena je amplitudom oscilacija u zvučnom talasu (slika 15.4). Glasnoća uzima u obzir različitu osjetljivost ljudskog sluha na zvučne valove različitih frekvencija, čak i ako imaju istu snagu. Minimalni nivo jačine zvuka koji osoba percipira je 1 dB. Šapat odgovara jačini zvuka od 10 dB, govor - 60, zvuk motora aviona - 120 dB.

Neka u elastičnom mediju na određenoj udaljenosti od izvora zvučnih valova postoji uređaj koji percipira vibracije medija, koji se zove prijemnik. Ako se izvor zvuka i prijemnik pomaknu relativno jedan prema drugom u smjeru njihovog približavanja ili uklanjanja, tada će prijemnik percipirati frekvenciju v pr, različita od frekvencije izvora v ist.

Ovaj fenomen se naziva Doplerov efekat. (15.1)

gde je a brzina prostiranja zvučnog talasa u medijumu koji se razmatra. Formula (15.1) je kvantitativni opis Doplerovog efekta.

Interferencija talasa je superpozicija u prostoru dva ili više koherentnih talasa, usled čega, u zavisnosti od odnosa faza ovih talasa, nastali talas jača ili slabi. Talasi se nazivaju koherentni ako im je razlika faza konstantna u vremenu. Za koherentne talase, frekvencija mora biti ista. Ovo su monohromatski talasi.

Stojeći talasi su poseban slučaj interferencije. Nastaju kada se preklapaju dva reverzibilna, koja idu jedan prema drugom, harmonijska talasa istih frekvencija i amplituda (slika 15.11). Stojeći talasi se šire istom brzinom, ali u suprotnim smerovima. jednačina stojećeg talasa m.

Difrakcija je fenomen nepravolinijskog širenja talasa kroz rupe srazmerne talasnoj dužini. Energija upadnog vala je neravnomjerno raspoređena u odvojenim smjerovima. Što je manji, to je veći ugao difrakcije.

živeti u svetu razni talasi, osoba stalno doživljava uticaj zvuka. Zvučne vibracije nisu samo pojava koja ih prati svuda, već i izvor užitka, kao i moćan informacioni alat. Obavljajući širok spektar funkcija, zvuk je u stanju da upozori na opasnost, pruži zadovoljstvo i postane sredstvo komunikacije. Sa oduševljenjem slušamo pjev ptica, prijatnu muziku, ulazimo u razgovor sa drugim ljudima.

Zvučne vibracije su važne ne samo za ljude, već i za životinje koje koriste zvuk za preživljavanje.

Po svojoj prirodi zvuk je mehanički elastični talas koji se može širiti u čvrstim materijama, tečnostima, gasovima. Izvori zvuka uzrokuju zvučne vibracije vibracijama (mehaničke vibracije), koje su često nevidljive oku. Izvori zvuka uključuju fizička tijela, vršeći oscilacije u sekundi (drhtanje ili vibracije) sa frekvencijom od 16-20000 puta. Zvučne vibracije mogu uzrokovati čvrsta tijela (žica, zemljina kora), plinovita (zračni mlaz), tečna tijela

Među karakteristikama zvuka, uobičajeno je razlikovati dva parametra: timbar - frekvencija zvučnih vibracija; glasnoća - amplituda zvučnog talasa. Jedinicom za jačinu zvuka smatra se 1 Bel (nazvana je po jednom od pronalazača telefona - Alexanderu Grahamu Bellu). Gotovo jedan Bel se ne koristi, pogodnije je koristiti decibele jednake jednoj desetini Bel. Da bismo imali vizuelni prikaz dimenzije jačine zvuka, treba uzeti u obzir da je 10 dB šapat; 20-30 dB odgovara normalnoj stambenoj buci; 50 dB je prosječna glasnoća razgovora; motor kamiona radi sa nivoom buke od 80 dB; fiziološki kod ljudi javlja se na 130 dB; 180 dB može dovesti do pucanja bubne opne.

S obzirom na zvučne vibracije različitih frekvencija, pjev ptica se naziva visokofrekventnim valovima, a zvuk motora kamiona može se pripisati niskim zvukovima. Posjedujući čitav niz svojstava i karakteristika koje razlikuju valove različite prirode, zvučni valovi su našli široku primjenu u različitim oblastima. Svojstvo tekućine da provodi zvuk aktivno se koristi u istraživanju dubokog mora. Dobro poznati eho, na primjer, koristi se za određivanje udaljenosti u eholokaciji. Šišmiši su upečatljiv primjer prirodnih eholokatora.

Posebna vrsta zvučnih vibracija je ultrazvuk, veoma efikasan alat u rukama lekara i drugih istraživača. Ove oscilacije uključuju talase sa frekvencijama preko 20.000 Hz. Ova vrsta oscilacija ima niz jedinstvenih svojstava. Prolazeći kroz vodu, ultrazvuk izaziva njeno vrenje (kavitaciju) svojim izgledom.Uz ultrazvukom možete otkinuti elemente sa površine metala, zgnječiti čvrsta tela. Ultrasonication omogućava miješanje tekućina koje se inače ne miješaju, kao što su emulzije na bazi ulja. Ultrazvuk omogućava saponifikaciju masti. Ovaj princip leži u dizajnu mašina za pranje veša. Svojstvo ultrazvuka da proizvodi efekt drobljenja našlo je primjenu u ultrazvučnim lemilicama.

Posebna vrsta vibracije do 16 Hz naziva se infrazvuk. Poznato je da fluktuacije ove frekvencije mogu imati bolan učinak na ljudski organizam. Na frekvencijama od 4-8 Hz osjeća se vibracija unutrašnjih organa, frekvencija od 12 Hz izaziva napad

Izvori infrazvuka mogu biti mašine i mehanizmi velikih površina koji vrše mehaničke vibracije (mehaničkog porekla) ili strujanja tečnosti i gasova turbulentnih svojstava (hidrodinamičkog ili aerodinamičkog porekla).