“Her zaman her yerde keşfedin,

Ne harika ve güzel"

M.V. Lomonosov

ses nedir?

• ses nedir?

• Her dalga ses midir?

• Bu ifade deneysel olarak doğrulanabilir mi?

• Bir kişinin bir ses duyabilmesi için salınan bir cismin frekans aralığı ne olmalıdır?

• Ses dalgaları da dahil olmak üzere elastik dalgaların hangi özelliklerini biliyorsunuz?

• Ses dalgalarının nesnel fiziksel özellikleri nelerdir?

• Sesin hangi özelliklerini öznel özellikler olarak sınıflandırırsınız?

• Sesin yüksekliğini nasıl açıklarsınız?

• Bu ifade deneysel olarak doğrulanabilir mi?

• Bir sesin perdesini ne belirler?

• Aynı frekans ve ses seviyesindeki sesler birbirinden nasıl farklı olabilir?

• Ses hangi ortamda yayılır?

• Elastik dalgaların boyuna ve enine olabileceği bilinmektedir. Ses dalgaları nelerdir?

Kulak

Kulak- iki işlevi yerine getiren karmaşık bir vestibüler-işitsel organ: ses uyarılarını algılar ve vücudun uzaydaki konumundan ve dengeyi koruma yeteneğinden sorumludur.

İnsan kulağı, yaklaşık 20,625 m ila 1,65 cm uzunluğunda, yani 16 - 20.000 Hz'e (saniyede devir) karşılık gelen ses dalgalarını algılar.

dış kulak

• dış kulak

• Orta kulak

• İç kulak

• Her çağrıya cevap veriyorum ama ruh yok, beden yok.

• Çığlık attın - çığlık attı, sessizdin - sessizdi.

• Bedensiz yaşar, dilsiz konuşur.

Kimse görmüyor ama herkes duyuyor.

• Karanlık bir ormanda, herhangi bir çamın arkasında,

Ormanın harika bir harikası saklanıyor.

Bağıracağım: “Ay!” - ve cevap verecek.

Ve gülüyorum - ve gülüyor.

hidroakustik

hidroakustik- su altı konumu, iletişim vb. amaçlar için gerçek bir su ortamında ses dalgalarının emisyonunu, alımını ve yayılmasını inceleyen bir akustik bölümü.

Sualtı seslerinin ana özelliği, seslerin su altında, örneğin havada olduğundan çok daha büyük mesafelere yayılabilmesinin bir sonucu olarak, düşük zayıflamalarıdır.

Ses yayılma hızı derinliğe göre değişir ve değişiklikler yılın ve günün saatine, rezervuarın derinliğine ve bir dizi başka nedenlere bağlıdır.

Bir kaynaktan ufka belirli bir açıyla çıkan ses ışınları bükülür ve bükülmenin yönü ortamdaki ses hızlarının dağılımına bağlıdır.

Dünya Okyanusunun farklı bölgelerinde ses hızının dağılımı farklıdır ve zamana göre değişir. Ses hızının dikey dağılımının birkaç tipik durumu vardır:

• izoterm

• pozitif kırılma

• negatif kırılma

• heterojen dağılım

ultrasonik temizleme

• ultrasonik temizleme

• Karıştırma

• ultrasonik lehimleme

• Nokta ultrasonik kaynak

• ultrasonik holografi

• ultrason tomografisi

• Elektronik

• Biyoloji

• İlaç

• Kimya

• İncelenen nesnede ultrasonik dalgaların uyarılması için çeşitli yöntemler vardır. En yaygın olanı piezoelektrik etkinin ve EMA yönteminin kullanılmasıdır.

n

n

Ultrasonik muayene, ana avantajı olan test örneğine zarar vermez veya zarar vermez. Hem metal hem de metal olmayan çeşitli malzemelerden ürünlerin kontrolünü yapmak mümkündür. Ek olarak, düşük maliyetle yüksek araştırma hızını ve insanlar için tehlikeyi (X-ışını kusur tespiti ile karşılaştırıldığında) ve ultrasonik kusur dedektörünün yüksek hareketliliğini vurgulayabiliriz.

• Piezoelektrik dönüştürücülerin kullanımı, ultrasonun metale girmesi için yüzeyin hazırlanmasını, özellikle kaynaklı bağlantılarda en az 5. ). En ufak bir hava boşluğu aşılmaz bir engel haline gelebilir.

Tıp teknolojisinde, yani körlerin uzayda yönlendirilmesi için bir cihazda, yani. Yollarındaki engellere karşı uyarmak için. Küçük boyut, hafiflik ve uzun pil ömrü

Bir engel tespit edildiğinde, elektrosonar farklı sürelerde bir ses veya titreşim sinyali verir. Sinyalin süresi engele olan mesafeye bağlıdır. Cihazı farklı yönlere doğrultarak çevredeki bordürler, basamaklar, duvarlar gibi engellerin net bir resmini elde edebilirsiniz.

• Engel algılama aralığı - 7 metreye kadar

• Ağırlık - 150 gramdan az

• Boyut - en fazla 7 x 7 x 3,5 cm (UxGxY)

• Pil ömrü - 3 saatten fazla

• Güç kaynağı - bir pilden veya akümülatörden "Krona"

Ultrasonik radyasyonun dar bir şekilde yönlendirilebileceği uzun zamandır bilinmektedir. Bununla birlikte, ultrasonik radyasyonun biyolojik bir ortamla etkileşiminden kaynaklanan fenomenlerin analizine ancak nispeten yakın zamanda gerçekten bilimsel bir yaklaşım ortaya çıkmaya başladı. Tıpta ultrason kullanımı ile ilgili birçok farklı yön vardır.

Akustik radyasyonun biyolojik ortamla etkileşimini yorumlama sorunu, ikincisi katı olarak değil sıvı olarak kabul edilirse büyük ölçüde basitleşir. Ultrasonun doku ile etkileşiminin sıvılarla etkileşimi ile modellenebilmesi gerçeği, önemli faktör, tıbbi ultrason teşhisinin pratik değerini artırıyor.

Ultrason alımı ve ölçümü

Tıbbi veya biyolojik uygulamalarda, ultrason alma ve ölçme ihtiyacı üç geniş alanda ortaya çıkmaktadır. Ultrason, tanımı gereği, doğrudan insan duyuları tarafından algılanmaz ve bu nedenle, ultrason etkisinin kendisini ve esas olarak nicel olarak gösterebilmesi için bir tür fiziksel etki veya bu tür bir dizi etkinin kullanılması gerekir. Bu nedenle, belirli bir problem için bir yöntemin seçimi, ilgili akustik alan parametresinin ölçülmesinin doğruluğunun yanı sıra, uygulamasının uygunluğu açısından yapılır.

Ultrasonik eko-darbe görüntüleme yöntemleri, tıpta zaten geniş ve çeşitli uygulamalar bulmuştur.

Eko-nabız yöntemleri artık tıbbın birçok alanında yaygın olarak kullanılmaktadır.

İkinci tür prosedürler

zaten alışkanlık,

fetal gelişimin değerlendirilmesi

birinin ölçülmesi veya

boyutunun üzerinde

çap gibi

ve baş çevresi

göğüs bölgesi

veya karın.

Son olarak, gerekli

not ultrasonik

Hareket araştırması

fetüs. Bu fenomen sadece

son zamanlarda oldu

detaylı

Araştırma.

Burada asıl ilgi, fetüsün fizyolojisi ve gelişiminin incelenmesidir.

Burada doğruluk da önemlidir.

ve ekipman kalibrasyonu,

gerekli

ayrıca özel ver

etkilere dikkat

refraksiyon

lens ve korneada ultrason.

Konu: Mekanik salınımlar ve dalgalar. Ses

36. ders Ses titreşimleri. Perde, tını, ses seviyesi

Yeryutkin Evgeny Sergeevich

Dersin konusu ses kaynaklarına, ses titreşimlerine ayrılmıştır. Ayrıca sesin özellikleri - perde, hacim ve tını hakkında konuşacağız. Ses hakkında, ses dalgaları hakkında konuşmadan önce, mekanik dalgaların elastik ortamda yayıldığını hatırlayalım. İnsan işitme organları tarafından algılanan boyuna mekanik dalgaların bir kısmına ses, ses dalgaları denir. Ses, insan işitme organları tarafından algılanan ve ses duyumlarına neden olan mekanik dalgalardır. .

Deneyler, insan kulağının, insan işitme organlarının 16 Hz'den 20.000 Hz'e kadar olan frekanslardaki titreşimleri algıladığını göstermektedir. Ses aralığı dediğimiz bu aralıktır. Elbette frekansı 16 Hz'den az (infrasound) ve 20.000 Hz'den (ultrason) fazla olan dalgalar vardır. Ama bu aralık, bu bölümler insan kulağı tarafından algılanmaz.

Kızılötesi Ses Ultrason

|________________|_______________________________|______________________

0 16–20 20000 Hz

Pirinç. 1. İnsan kulağının işitme aralığı

Söylediğimiz gibi, infrasound ve ultrason alanları insan işitme organları tarafından algılanmaz. Örneğin bazı hayvanlar, böcekler tarafından algılanabilmelerine rağmen.

Ne ? Ses kaynakları, ses frekansıyla (16 ila 20.000 Hz) salınan herhangi bir cisim olabilir.

Pirinç. 2. Mengeneye kenetlenmiş salınımlı bir cetvel

sesin kaynağı olabilir

Şimdi deneyime dönelim ve bir ses dalgasının nasıl oluştuğunu görelim. Bunu yapmak için bir mengeneye sıkıştırdığımız metal bir cetvele ihtiyacımız var. Şimdi, cetvel üzerinde hareket ederek titreşimleri gözlemleyebiliriz, ancak herhangi bir ses duymayız. Yine de cetvelin etrafında mekanik bir dalga oluşur. Cetvel bir tarafa hareket ettiğinde burada bir hava sızdırmazlığının oluştuğuna dikkat edin. Diğer tarafta da bir mühür var. Bu contalar arasında bir hava boşluğu oluşur. boyuna dalga - bu, contalardan ve hava deşarjlarından oluşan bir ses dalgasıdır.. Bu durumda cetvelin titreşim frekansı ses frekansından daha azdır, bu yüzden bu dalgayı, bu sesi duymuyoruz. Az önce gözlemlediğimiz deneyime dayanarak, 18. yüzyılın sonunda, akort çatalı adı verilen bir alet yaratıldı.

Pirinç. 3. Boyuna ses dalgalarının yayılması

bir akort çatalından

Görüldüğü gibi ses, vücudun bir ses frekansı ile titreşimleri sonucunda ortaya çıkar. Ses dalgaları her yöne yayılır. İnsan işitme cihazı ile ses dalgalarının kaynağı arasında bir ortam olmalıdır. Bu ortam gaz, sıvı, katı olabilir, ancak titreşimleri iletebilen parçacıklar olmalıdır. Ses dalgalarının iletim süreci, maddenin olduğu yerde mutlaka gerçekleşmelidir. Madde yoksa, herhangi bir ses duymayacağız.

Sesin var olması için:

1. Ses kaynağı

2. Çarşamba

3. İşitme cihazı

4. Frekans 16-20000Hz

5. Yoğunluk

Şimdi sesin özelliklerini tartışmaya devam edelim. Birincisi saha. Ses perdesi - salınım frekansı tarafından belirlenen karakteristik. Titreşim üreten vücudun frekansı ne kadar yüksekse, ses de o kadar yüksek olacaktır. Tekrar bir mengeneye sıkıştırılmış cetvele dönelim. Daha önce de söylediğimiz gibi titreşimleri gördük ama sesi duymadık. Şimdi cetvelin uzunluğu küçültülürse, sesi duyacağız, ancak titreşimleri görmek çok daha zor olacaktır. Çizgiye bak. Şimdi harekete geçersek, herhangi bir ses duymayacağız, ancak titreşimleri gözlemleyeceğiz. Cetveli kısaltırsak, belirli bir perdeden bir ses duyacağız. Cetvelin uzunluğunu daha da kısaltabiliriz, o zaman daha da yüksek perdenin (frekansın) sesini duyarız. Aynı şeyi diyapazonlarda da gözlemleyebiliriz. Büyük bir diyapazon (aynı zamanda bir diyapazon olarak da adlandırılır) alır ve böyle bir diyapazonun bacaklarına çarparsak, salınımı gözlemleyebiliriz, ancak sesi duymayız. Başka bir diyapazon alırsak, vurarak belirli bir ses duyacağız. Ve bir sonraki akort çatalı, müzik aletlerini ayarlamak için kullanılan gerçek bir akort çatalı. Nota la'ya veya dedikleri gibi 440 Hz'ye karşılık gelen bir ses üretir.

Bir sonraki karakteristik sesin tınısıdır. tını ses rengi denir. Bu özellik nasıl gösterilebilir? Tını, farklı müzik aletleri tarafından çalınan iki özdeş ses arasındaki farktır. Sadece yedi notamız olduğunu hepiniz biliyorsunuz. Kemanda ve piyanoda aynı A notasını duyarsak, onları ayırt edeceğiz. Bu sesi hangi enstrümanın yarattığını hemen anlayabiliriz. Bu özellik - sesin rengi - tınıyı karakterize eden şeydir. Tınının, temel tona ek olarak hangi ses titreşimlerinin yeniden üretildiğine bağlı olduğu söylenmelidir. Gerçek şu ki, keyfi ses titreşimleri oldukça karmaşıktır. Bir dizi bireysel titreşimden oluşurlar, derler titreşim spektrumu. Belirli bir sesin veya enstrümanın sesinin güzelliğini karakterize eden ek titreşimlerin (tonlamaların) yeniden üretilmesidir. tını sesin ana ve çarpıcı tezahürlerinden biridir.

Diğer bir özellik ise hacimdir. Sesin şiddeti, titreşimlerin genliğine bağlıdır.. Bir göz atalım ve ses yüksekliğinin titreşimlerin genliği ile ilgili olduğundan emin olalım. Öyleyse, bir akort çatalı alalım. Aşağıdakileri yapalım: Diyaframa zayıf bir şekilde vurursanız, salınım genliği küçük olacak ve ses sessiz olacaktır. Şimdi diyapazon daha sert vurulursa, ses çok daha yüksek olur. Bunun nedeni, salınımların genliğinin çok daha büyük olacağıdır. Ses algısı öznel bir şeydir, işitme cihazının ne olduğuna, kişinin iyiliğinin nasıl olduğuna bağlıdır.

Ek literatür listesi:

Sese aşina mısın? // Kuantum. - 1992. - No. 8. - C. 40-41. Kikoin A.K. Müzikal sesler ve kaynakları hakkında // Kvant. - 1985. - No. 9. - S. 26-28. Temel fizik ders kitabı. Ed. GS Landsberg. T. 3. - M., 1974.

Ses (ses dalgası ) –insan ve hayvan işitme organı tarafından algılanan elastik bir dalgadır. Diğer bir deyişle, ses, ortamın parçacıklarının birbirleriyle etkileşiminden kaynaklanan, elastik bir ortamdaki yoğunluk (veya basınç) dalgalanmalarının yayılmasıdır.

Atmosfer (hava) elastik ortamlardan biridir. Sesin havada yayılması, akustik dalgaların genel yayılım yasalarına uyar. ideal gazlar, ve ayrıca yoğunluk, basınç, sıcaklık ve nem değişkenliği nedeniyle özelliklere sahiptir. Sesin hızı, ortamın özelliklerine göre belirlenir ve elastik bir dalganın hızı için formüllerden hesaplanır.

Yapay ve doğal var kaynaklar ses. Yapay yayıcılar şunları içerir:

Katı cisimlerin titreşimleri (müzik aletlerinin telleri ve güverteleri, hoparlör difüzörleri, telefon zarları, piezoelektrik plakalar);

Sınırlı bir hacimde hava titreşimleri (organ boruları, düdükler);

Beat (piyano tuşları, zil);

Elektrik akımı (elektroakustik dönüştürücüler).

Doğal kaynaklar şunları içerir:

Patlama, çökme;

Engellerin etrafındaki hava akışı (bir binanın köşesinden esen rüzgar, bir deniz dalgasının tepesi).

Ayrıca yapay ve doğal alıcılar ses:

Elektroakustik dönüştürücüler (havada mikrofon, suda hidrofon, yerkabuğunda jeofon) ve diğer cihazlar;

İnsan ve hayvanların işitme cihazı.

Ses dalgalarının yayılması sırasında, herhangi bir doğadaki dalgaların karakteristiği olan fenomenler mümkündür:

Bir engelden yansıma

İki ortamın sınırında kırılma,

girişim (ilave),

Difraksiyon (engelden kaçınma),

Dağılım (bir maddenin içindeki ses hızının sesin frekansına bağımlılığı);

Absorpsiyon (ses enerjisinin geri dönüşümsüz olarak ısıya dönüşmesi nedeniyle ortamdaki sesin enerjisinde ve yoğunluğunda azalma).

Objektif ses özellikleri

ses frekansı

Bir kişinin duyabileceği sesin frekansı, aşağıdaki aralıktadır. 16 Hz önceki 16 - 20 kHz . Frekanslı elastik dalgalar aşağıda duyulabilir aralık aranan kızılötesi (sarsıntı dahil), s daha yüksek Sıklık – ultrason , ve en yüksek frekanslı elastik dalgalar hipersonik .

Sesin tüm frekans aralığı üç bölüme ayrılabilir (Tablo 1).

Gürültü düşük frekanslı ses bölgesinde sürekli bir frekans (veya dalga boyu) spektrumuna sahiptir (Tablo 1, 2). sürekli spektrum frekansın verilen aralıktan herhangi bir değere sahip olabileceği anlamına gelir.

müzikal , veya ton , sesler orta frekans ve kısmen yüksek frekanslı ses bölgesinde bir hat frekans spektrumuna sahiptir. Yüksek frekanslı sesin geri kalanı bir düdük tarafından işgal edilir. çizgi spektrumu müzik frekanslarının yalnızca belirtilen aralıktan kesin olarak tanımlanmış (ayrık) değerlere sahip olduğu anlamına gelir.

Ek olarak, müzik frekanslarının aralığı oktavlara bölünmüştür. Oktav üst sınırı alt sınırın iki katı olan iki sınır değeri arasındaki frekans aralığıdır.(Tablo 3)

Ortak oktav frekans bantları

İnsan ses aygıtı tarafından üretilen ve insan işitsel aygıtı tarafından algılanan ses için frekans aralığı örnekleri Tablo 4'te gösterilmektedir.

Bazı müzik aletlerinin frekans aralığı örnekleri Tablo 5'te gösterilmiştir. Bunlar sadece ses aralığını değil aynı zamanda ultrasonik aralığı da kapsar.

Hayvanlar, kuşlar ve böcekler, insanlardan farklı frekans aralıklarında ses yaratır ve algılar (Tablo 6).

Müzikte her sinüzoidal ses dalgasına denir. basit ton, veya ton. Perde frekansa bağlıdır: frekans ne kadar yüksekse, ton da o kadar yüksek olur. Ana ton karmaşık müzik sesine karşılık gelen ton denir. en düşük frekans onun spektrumunda. Diğer frekanslara karşılık gelen tonlara denir. imalar. Eğer tonlar katlar temelin frekansı, daha sonra tonlar denir harmonik. En düşük frekansa sahip ton, birinci harmonik olarak adlandırılır, sonraki - ikinci vb.

Aynı kök notaya sahip müzikal sesler farklı olabilir tını. Tını, tınıların bileşimine, frekanslarına ve genliklerine, sesin başlangıcındaki yükselişlerinin doğasına ve sonundaki bozulmaya bağlıdır.

ses hızı

Çeşitli ortamlardaki ses için, genel formüller(22) - (25). Bu durumda, kuru atmosferik hava durumunda formülün (22) uygulanabilir olduğu ve Poisson oranı, molar kütle ve evrensel gaz sabitinin sayısal değerleri dikkate alınarak şu şekilde yazılabileceği dikkate alınmalıdır. :

Ancak, gerçek atmosferik hava her zaman sesin hızını etkileyen neme sahiptir. Bunun nedeni Poisson oranının  su buharının kısmi basıncının oranına bağlıdır ( p buhar) ile atmosferik basınç (p). Nemli havada sesin hızı şu formülle belirlenir:

.

Son denklemden, nemli havadaki ses hızının kuru havadakinden biraz daha büyük olduğu görülebilir.

Atmosferik havanın sıcaklıklarının ve neminin etkisi dikkate alınarak, ses hızının sayısal tahminleri, yaklaşık formül kullanılarak gerçekleştirilebilir:

Bu tahminler, ses yatay yönde yayıldığında ( 0 x) sıcaklık artışı ile 1 0 C ses hızı artar 0,6 m/s. Kısmi basıncı en fazla olmayan su buharının etkisi altında 10 Pa sesin hızı daha az artar 0,5 m/s. Ancak genel olarak, Dünya yüzeyine yakın su buharının mümkün olan maksimum kısmi basıncında, sesin hızı en fazla artar. 1 m/s.

Ses basıncı

Sesin yokluğunda atmosfer (hava) bozulmamış bir ortamdır ve statik bir atmosfer basıncına sahiptir (

).

Ses dalgaları yayıldığında, havanın yoğunlaşması ve seyrekleşmesi nedeniyle bu statik basınca ilave bir değişken basınç eklenir. Düzlem dalgalar için şunu yazabiliriz:

nerede p sv, maksimum ses basıncı genliğidir,  - döngüsel ses frekansı, k - dalga numarası. Bu nedenle, sabit bir noktadaki atmosfer basıncı şu an zaman bu basınçların toplamına eşit olur:

Ses basıncı geçiş sırasında belirli bir noktada anlık gerçek atmosferik basınç arasındaki farka eşit değişken bir basınçtır. ses dalgası ve sesin yokluğunda statik atmosferik basınç:

Salınım döneminde ses basıncı değerini ve işaretini değiştirir.

Ses basıncı neredeyse her zaman atmosfer basıncından çok daha azdır.

Güçlü patlamalar sırasında şok dalgaları meydana geldiğinde veya bir jet uçağı geçtiğinde atmosfer basıncıyla orantılı olarak büyür ve orantılı hale gelir.

Ses basınç birimleri aşağıdaki gibidir:

- paskalya SI'da

,

- çubuk GHS'de

,

- milimetre cıva,

- atmosfer.

Pratikte, cihazlar ses basıncının anlık değerini değil, sözde etkili (veya akım )ses baskı yapmak . eşittir uzayda belirli bir noktada belirli bir zamanda anlık ses basıncının karesinin ortalama değerinin karekökü

(44)

ve bu nedenle de denir RMS ses basıncı . (39) ifadesini formül (40) ile değiştirerek şunu elde ederiz:

. (45)

ses empedansı

Ses (akustik) empedansı genlik oranı denirortamın parçacıklarının ses basıncı ve titreşim hızı:

. (46)

Ses empedansının fiziksel anlamı: sayısal olarak ses basıncına eşittir ve ortamdaki parçacıkların birim hızda salınımlarına neden olur:

SI'da ses empedansının ölçü birimi metre başına pascal saniye:

.

Düzlem dalga durumunda parçacık salınım hızı eşittir

.

Daha sonra formül (46) şu şekli alır:

. (46*)

Ortamın yoğunluğunun ve bu ortamdaki ses hızının ürünü olarak ses direncinin başka bir tanımı daha vardır:

. (47)

o zaman fiziksel anlam elastik dalganın birim hızla yayıldığı ortamın yoğunluğuna sayısal olarak eşit olmasıdır:

.

Akustikte akustik dirence ek olarak, konsept kullanılır Mekanik direnç (R m). Mekanik direnç, periyodik kuvvetin genliklerinin ve ortamın parçacıklarının salınım hızının oranıdır:

, (48)

nerede S ses yayıcının yüzey alanıdır. Mekanik direnç ölçülür metre başına newton saniye:

.

Sesin enerjisi ve gücü

Bir ses dalgası, elastik bir dalga ile aynı enerji miktarlarıyla karakterize edilir.

Ses dalgalarının yayıldığı her hava hacmi, salınan parçacıkların kinetik enerjisinden ve ortamın elastik deformasyonunun potansiyel enerjisinden oluşan bir enerjiye sahiptir (bkz. formül (29)).

Ses şiddeti denirses gücü . o eşittir

. (49)

Bu yüzden ses gücünün fiziksel anlamı enerji akı yoğunluğunun anlamına benzer: bir birim alanın enine yüzeyinden birim zaman başına bir dalga tarafından aktarılan enerjinin ortalama değerine sayısal olarak eşittir.

Ses yoğunluğunun birimi metrekare başına watt'tır:

.

Ses gücü, efektif ses basıncının karesiyle orantılı ve ses (akustik) basıncıyla ters orantılıdır:

, (50)

veya (45) ifadeleri dikkate alınarak,

, (51)

nerede R ak – akustik empedans.

Ses, ses gücü ile de karakterize edilebilir. ses gücü Ses kaynağının etrafını saran kapalı bir yüzeyden belirli bir süre boyunca bir kaynak tarafından yayılan ses enerjisinin toplam miktarıdır.:

, (52)

veya formül (49) dikkate alınarak,

. (52*)

Ses gücü, diğerleri gibi, watt:

.

Zaman ve uzayda periyodik olarak, elastik bir ortamda deformasyonların yayılma sürecine dalga süreci veya dalga denir. Bir dalga yayıldığında, ortamın parçacıkları zorunlu salınımlar gerçekleştirir.

Tüm dalgaların ana özelliği, madde aktarımı olmadan enerji aktarımıdır. Enerji transferi, dalga hareketinin dinamik bir işaretidir. Ve dalga hareketinin kinematik işareti, salınım fazının yayılmasıdır. Dalgalar elastik, sıvı yüzeyindeki dalgalar ve elektromanyetik dalgalar olarak sınıflandırılır. Dalgalar boyuna ve eninedir. Ortamın her bir parçacığının yer değiştirmesi, dalga yayılma yönü ile aynı çizgi boyunca meydana gelirse, bir elastik dalga boyuna olarak adlandırılır. Ses böyle yayılır. Uzunlamasına dalgalar elastik bir ortamın sıkıştırma ve genleşme deformasyonlarından kaynaklanır ve katı, sıvı ve gazlı bir ortamda yayılabilir. Bir çiviyi çekiçle çakarken, yüksek yoğunluklu uzunlamasına bir darbe (dalga) çivi boyunca süpürür ve ucunu ahşabın derinliklerine iter. Titreşimin yayıldığı yöne ışın denir.

Ortamın parçacıkları dalga yayılma yönüne dik düzlemlerde salınıyorsa, elastik dalga enine olarak adlandırılır. Enine dalgalar sadece katılarda kesme deformasyonlarından kaynaklanır. Böyle bir etki, örneğin, ip boyunca keskin bir yanal hareketle bir darbe gönderildiğinde gözlenir. Enine ayrıca elektromanyetik radyasyon. Su dalgaları genellikle boyuna ve enine dalgaların bir karışımıdır. Geçen bir dalga tarafından uyarılan her bir damla, bir elips boyunca hareket eder, yukarı ve aşağı, ileri ve geri hareket eder.

Yayılımın doğasına göre doğrusal, yüzeysel ve uzaysal veya bir, iki ve üç boyutlu dalgalar ayırt edilir. Salınımlı parçacıkları henüz salınmaya başlamamış parçacıklardan ayıran sınıra dalga cephesi denir. Dalga cephesinin tüm parçacıkları aynı fazda salınır. Dalga cephesi kirişe diktir. Işın, bir dalganın yayıldığı yöndür. Oluşturan parçacıkların salınımları harmonik ise, bir elastik dalga harmonik veya sinüzoidal olarak adlandırılır.

Dalga hareketinin boyuna veya enine doğasından bağımsız olarak, elastik bir ortamdaki her bir parçacığın yer değiştirmesi zamanın bir fonksiyonu olarak ifade edilebilir. Şek. 15.1 ofset (x, t) arasındaki ilişkiyi gösterir. dalga sürecine katılan ortamın parçacıkları ve bu parçacıkların sabit bir süre t, s için salınım kaynağından x mesafesi. Böylece, dalga grafiği, ortamın tüm parçacıklarının yer değiştirmesinin belirli bir zamanda salınım kaynağına olan mesafeye bağımlılığını ifade eder.

Salınım grafiğinin, belirli bir parçacığın zamana göre yer değiştirmesinin bağımlılığını verdiğini hatırlayın. O'dan B'ye salınımların yayılma süresi için O parçacığına göre salınımında geciken B parçacığı için (Şekil 15.1), = x / v'ye eşit, salınım denklemi şu şekildedir:

Denklemlerden herhangi biri, herhangi bir zamanda dalganın herhangi bir noktasının yer değiştirmesini belirlemenizi sağlar ve buna dalga denklemi denir. Burada: A - dalga genliği, m; = 2 /T - döngüsel (dairesel) dalga frekansı, rad/s; T - salınım süresi, s; t - x/ + = t - kx+ - bir düzlem dalganın fazı, x, rad koordinatlı keyfi bir noktadaki salınımların fazına eşit; - koordinat düzlemi x = 0, rad noktalarındaki salınımların ilk aşaması; X/ = T = - dalga boyu - aynı fazda salınan en yakın parçacıklar arasındaki mesafe, m; k \u003d 2 / \u003d 2 / ( T) ​​\u003d / - dalga numarası (2, rad / m uzunluğundaki bir segmente kaç dalga boyunun sığdığını gösterir).

Sesin hızı, gazın (ve bir bütün olarak ortamın) elastik özelliklerine ve sıcaklığa bağlıdır.

20 ila 20 * 10 3 Hz frekanslı alternatif sıkıştırma ve genişleme şeklinde elastik bir ortamda yayılan boyuna mekanik dalgalara ses veya akustik denir. İnsan işitme organları tarafından algılanırlar. Daha yüksek frekanslı dalgalara ultrason denir, daha düşük frekanslı - kızılötesi: kızılötesi ve ultrason insan kulağı tarafından duyulmaz.

Sesler müzik tonu, ünsüz (müzik sesi), gürültü ve patlama olarak sınıflandırılır. Kulak, mekanik titreşimlere bir ton hissi ile yanıt verir. Her tonun (do, re, mi, fa, salt, la, si) belirli bir yüksekliği vardır. Perde, ses duyusunun kalitesidir ve esas olarak ses dalgasının uzunluğuna ve frekansına bağlıdır (Şekil 15.2). Frekans ne kadar yüksek olursa, ses o kadar yüksek olur ve bunun tersi de geçerlidir.

Ünsüz, birkaç müzik tonunun aynı anda çalınmasının sonucudur.Sonuç olarak ortaya çıkan salınım sinüsoidal olamaz. Kulağa, müzikal sesler (ünsüz) perde ve yükseklik bakımından farklılık gösterir. Ünsüzdeki en düşük frekansın tonuna ana ton denir. Karmaşık bir sesin temel tonunun frekansını sesin perdesi olarak algılarız. Üst tonlar olarak adlandırılan tonların geri kalanı, sese belirli bir gölge, "renk" verir. Bunlara sesin tınısı da denir. Biri tarafından yayınlanan “la” tonunu ayırt eden tınıdır. müzik aleti, başka bir müzik aletinin "la" tonundan.

Gürültü - düzensiz salınımlar, yaklaşık olarak aynı genliğe ve çok çeşitli frekanslara sahip çok sayıda salınımın bir karışımı. Akustik bir “bakış açısı”ndan patlama, kısa süreli ve güçlü bir ses efektidir.

Ses dalgalarının enerji özelliği, dalga yayılma yönüne dik olarak yüzeyden her saniye geçen W enerjisi miktarının bu yüzeyin s alanına oranına eşit ses şiddetidir (kuvveti) J = W / (st), W / m2. Çünkü toplam enerji cismin harmonik titreşimi W = 0.5m 2 A 2 , J ise, ses gücünün genliğin karesiyle orantılı olduğu açıktır. İnsan kulağı 2*10 -12 W/m2 yoğunluğundaki bir ses dalgasını alır ve tanır, ancak aynı zamanda 110 W/m2'lik bir sonik şoka da dayanır. Belki de başka hiçbir fiziksel cihaz, sesin gücü konusunda bu kadar geniş bir algı aralığına sahip değildir. Ses yoğunluğunun minimum değerine işitme eşiği denir. Bu nedenle, bir ses dalgasının işitsel bir duyum oluşturması için, ses aralığının bir frekansına ve minimum değerden daha az olmayan frekansa karşılık gelen bir yoğunluğa sahip olması gerekir (Şekil 15.3). Ses yoğunluğunun maksimum değerine ağrı eşiği denir.

10 4 Hz işitilebilirlik eşiğinden yaklaşık 10 14 kat daha yüksektir. Her iki eşiğin değerleri farklı frekanslar için farklıdır ve Şek. 15.3. Eğrilerin kapladığı alana işitme alanı denir.

Sesin gücünü subjektif olarak sesin şiddeti olarak değerlendiririz. Sesin yüksekliği, ses dalgasındaki salınımların genliği ile belirlenir (Şekil 15.4). Ses yüksekliği, aynı güce sahip olsalar bile, insan işitmesinin farklı frekanslardaki ses dalgalarına karşı farklı duyarlılığını hesaba katar. Bir kişi tarafından algılanan minimum ses seviyesi 1 dB'dir. Bir fısıltı, 10 dB'lik bir ses seviyesine, konuşma - 60, bir uçak motorunun sesi - 120 dB'ye karşılık gelir.

Ses dalgalarının kaynağından biraz uzaktaki elastik bir ortama, alıcı adı verilen ortamın titreşimlerini algılayan bir cihaz olmasına izin verin. Ses kaynağı ve alıcı birbirine yaklaşma veya uzaklaşma yönünde hareket ederse, alıcı frekansı algılayacaktır. v pr, kaynağın frekansından farklı v ist.

Bu fenomene Doppler etkisi denir. (15.1)

burada a, söz konusu ortamdaki bir ses dalgasının yayılma hızıdır. Formül (15.1), Doppler etkisinin nicel bir açıklamasıdır.

Dalga girişimi, iki veya daha fazla uyumlu dalganın uzayda üst üste binmesidir, bunun sonucunda, bu dalgaların fazları arasındaki orana bağlı olarak, ortaya çıkan dalga güçlenir veya zayıflar. Faz farkı zaman içinde sabit ise dalgalara tutarlı denir. Tutarlı dalgalar için frekans aynı olmalıdır. Bunlar tek renkli dalgalardır.

Duran dalgalar özel bir girişim durumudur. Aynı frekans ve genliğe sahip iki tersinir, birbirine doğru koşan harmonik dalgalar üst üste bindiğinde oluşurlar (Şekil 15.11). Duran dalgalar aynı hızda fakat zıt yönlerde yayılır. duran dalga denklemi m.

Kırınım, dalgaların dalga boyu ile orantılı deliklerden doğrusal olmayan yayılımı olgusudur. Gelen dalganın enerjisi ayrı yönlerde eşit olmayan bir şekilde dağılmıştır. Ne kadar küçükse, kırınım açısı o kadar büyük olur.

dünyada yaşamak çeşitli dalgalar, bir kişi sürekli olarak sesin etkisini yaşar. Ses titreşimleri sadece ona her yerde eşlik eden bir olgu değil, aynı zamanda bir zevk kaynağı olduğu kadar güçlü bir bilgi aracıdır. Çok çeşitli işlevleri yerine getiren ses, tehlike konusunda uyarabilir, zevk verebilir ve bir iletişim aracı olabilir. Kuş cıvıltılarını, hoş müzikleri zevkle dinliyoruz, diğer insanlarla sohbete giriyoruz.

Ses titreşimleri sadece insanlar için değil, hayatta kalmak için sesi kullanan hayvanlar için de önemlidir.

Doğası gereği ses, katılarda, sıvılarda ve gazlarda yayılabilen mekanik bir elastik dalgadır. Ses kaynakları, genellikle gözle görülmeyen titreşim (mekanik titreşim) yoluyla ses titreşimlerine neden olur. Ses kaynakları şunları içerir: fiziksel bedenler, 16-20000 kez sıklıkta saniyede salınımlar (titreme veya titreşim) gerçekleştiriyor. Ses titreşimleri katı cisimlere (ip, yer kabuğu), gaz (hava jeti), sıvı

Sesin özellikleri arasında iki parametreyi ayırt etmek gelenekseldir: tını - ses titreşimlerinin frekansı; ses yüksekliği - ses dalgasının genliği. Ses hacminin birimi 1 Bel olarak kabul edilir (adını telefonun mucitlerinden biri olan Alexander Graham Bell'den almıştır). Neredeyse bir Bel kullanılmaz, Bel'in onda birine eşit desibel kullanmak daha uygundur. Hacim boyutunun görsel bir temsiline sahip olmak için 10 dB'nin bir fısıltı olduğu dikkate alınmalıdır; 20-30 dB normal konut gürültüsüne karşılık gelir; 50 dB, bir konuşmanın ortalama hacmidir; 80 dB'lik bir gürültü seviyesiyle çalışan bir kamyon motoru; insanlarda fizyolojik 130 dB'de meydana gelir; 180 dB kulak zarının yırtılmasına neden olabilir.

Çeşitli frekanslardaki ses titreşimleri göz önüne alındığında, kuş ötüşüne yüksek frekanslı dalgalar denir ve bir kamyon motorunun sesi düşük seslere bağlanabilir. Farklı doğadaki dalgaları ayırt eden tüm özellik ve özelliklere sahip olan ses dalgaları, çeşitli alanlarda geniş uygulama alanı bulmuştur. Bir sıvının sesi iletme özelliği, derin denizlerin araştırılmasında aktif olarak kullanılır. Örneğin iyi bilinen yankı, ekolokasyondaki mesafeleri belirlemek için kullanılır. Yarasalar, doğal ekolokatörlerin çarpıcı bir örneğidir.

Ses titreşimlerinin özel bir türü, doktorların ve diğer araştırmacıların elinde çok etkili bir araç olan ultrasondur. Bu salınımlar, frekansları 20.000 Hz'in üzerinde olan dalgaları içerir. Bu tür bir salınım, bir dizi benzersiz özelliğe sahiptir. Suyun içinden geçen ultrason görüntüsü ile kaynamasına (kavitasyona) neden olur.Ultrason kullanarak metal yüzeyinden elementleri koparabilir, ezebilirsiniz. katı cisimler. Ultrasonikasyon, yağ bazlı emülsiyonlar gibi normalde karışmayan sıvıların karıştırılmasına izin verir. Ultrason yağların sabunlaşmasını sağlar. Bu ilke, çamaşır makinelerinin tasarımında yatmaktadır. Ultrasonun kırma etkisi yaratma özelliği, ultrasonik havyalarda uygulama bulmuştur.

16 Hz'e kadar olan özel bir titreşim tipine infrasound denir. Bu frekanstaki dalgalanmaların insan vücudu üzerinde acı verici bir etkisi olabileceği bilinmektedir. 4-8 Hz frekanslarında iç organların titreşimi hissedilir, 12 Hz frekansı bir saldırıya neden olur

Infrasound kaynakları, mekanik titreşimler (mekanik kökenli) veya türbülanslı özelliklere sahip (hidrodinamik veya aerodinamik kökenli) sıvı ve gaz akışları gerçekleştiren geniş yüzeyli makineler ve mekanizmalar olabilir.