Свойствата на акустична вълна

Свойствата на акустичната вълна. скоростта на звука

Песента на птичките, звука на дъжд и вятър, гръмотевици, музика - всичко, което чуваме, ние вярваме, че звука.

От научна гледна точка на звук - физическо явление, което е механичните вълните разпространяващи се в твърда, течна или газообразна среда. Те водят до слуха усещания.

Как звукова вълна

Всички звуци са разпределени под формата на еластични вълни. Вълна случи под действието на еластичните сили, появяващи се, когато тялото се деформира. Тези сили са склонни да се върнат тялото в първоначалното му състояние. Например, една права отсечка в покой не звучи. Но е необходимо да я отведе в страната, под действието на еластичната сила, той ще се стреми да вземе първоначалната си позиция. Вибриращ, тя се превръща в източник на звук.

източника на звука може да бъде всеки вибриращ тяло, като определен от една страна тънка стоманена плоча, въздухът в музикален инструмент вятър, гласови пакети човешките, звънец и т.н.

Какво се случва във въздуха, когато се появят колебания?

Както всеки газ, въздух е еластична. Той е устойчив на компресия и веднага започва да се разширява, когато налягането намалява. Всеки натиск върху него, той преминава равномерно във всички посоки.

Ако използвате бутало за компресиране на въздуха драстично, на това място веднага ще увеличи натиска. Той след това ще бъдат прехвърлени към съседните слоеве от въздух. Те ще бъдат компресирани, а налягането в тях ще се увеличи и да се намали в предишния слой. Така веригата на променлив високо и ниско налягане зони са прехвърлени.

Отклоняващи странично алтернативно звучене низ компресира въздух, първо в едната посока и след това в обратното. В посоката, в която се отклонява низ, налягането става по-високо от атмосферното на някаква стойност. На противоположната страна на налягането от същия размер намалява, тъй като въздухът се разрежда. Сгъстяване и разширение ще се върти и се простират в различни посоки, което води до вибрации във въздуха. Тези вибрации се наричат ​​звукова вълна. Разликата между атмосферното налягане и налягането в компресия слой или въздух за разреждане, наречена акустичен или звуково налягане.

Звукова вълна се разпространява не само във въздуха, но също и в течна и твърда среда. Например, водата, който има страхотен звук. Чуваме камъка удари водата. Шум винтове от кораб сонар подводни улов. Ако в единия край на дървените дъски, поставени китката механични часовници, тогава, сложи ухото си към противоположния край на борда, ние ще ги чуя тиктака.

Ще има различни звуци във вакуум? Английски физик и химик Робърт Бойл и теолог, живял в XVII век, сложи часовете в стъклен съд, от който се изпомпва въздух. Тиктака часовник не беше чул. Това означаваше, че звуковите вълни във вакуумна не се прилага.

Характеристиките на звуковата вълна

Форма звукови вибрации зависи от аудио източник. Най-проста форма имат еднакви или хармонични трептения. Те могат да бъдат представени под формата на синусоида. Тези колебания се характеризират амплитуда, дължина на вълната и размножаване на честота на трептене.

Амплитуда обикновено се нарича максималното отклонение от равновесното положение на тялото.

Тъй като звукова вълна се състои от променлив области на високо и ниско налягане, то често се разглежда като процес на размножаване на колебанията на налягането. Затова говорим за налягането на въздуха в амплитудата на вълната.

Това зависи от амплитудата на силата на звука. Колкото по-голям е, толкова по-силен звук.

Всеки звук на човешка реч има форма на сигнала, особен само за него. По този начин, с формата на звуковите вибрации "а" е различно от "б" форма на звукови вибрации.

Честотата и периода на вълните

Броят на трептения в секунда се нарича честота на вълната.

където Т - колебание период. Това е продължителността на времето, през което се осъществява една пълна трептене.

Колкото по-дълго период, по-ниска честота, и обратно.

единица за измерване на честотата на международната система за измерване SI - херца (Hz). 1 Hz - е един колебание в секунда.

Например, с честота от 10 Hz, е от 1 до 10 трептения в секунда.

= 1000 Hz 1 кХц

Честотата на трептене зависи от терена. Колкото по-висока честота, тонът-висок звук.

Човешкото ухо не могат да възприемат всички звуковата вълна, но само тези, които имат честота от 16 до 20 000 Hz. Именно тези вълни и е здраво. Вълни, чиято честота е под 16 Hz, посочени инфразвук, но над 20 000 Hz - ултразвук.

Мъжът не възприема никакви инфразвукови или ултразвукови вълни. Но птици и животни могат да чуят ултразвук. Например, един обикновен пеперуда отличава звуци с честота от 8 000-160 000 Hz. Обхватът на възприемани делфини, още по-широка, то варира 40-200 000 Hz.

дължина на вълната

Дължина на вълната се нарича разстоянието между двете точки на близките хармонични вълни, които са в една и съща фаза, например, между две издатини. Определени като ƛ.

За известно време, равно на един период, вълната се движи на разстояние, равно на дължината му.

Wave скорост размножаване

скоростта на звука

Опитите да се определи скоростта на звука с помощта на експерименти бяха предприети през първата половина на XVII век. Английски философ Frensis Bekon в работата си "Нов Органон" предложи неговото решение на този проблем, въз основа на разликата между скоростите на светлината и звука.

Известно е, че скоростта на светлината е много по-висока скорост на звука. Ето защо, по време на първата буря, виждаме, светкавица, а след това да чуе тътена на гръмотевиците. Знаейки разстоянието между източника на светлина и звук и на зрителя, както и времето между светкавицата на светлина и звук, че е възможно да се изчисли скоростта на звука.

Бейкън се идеята на френския учен Марин Marsenn. Наблюдателят, разположен на известно разстояние от мъжа, който застреля мускет, за да се определи времето, изминало от светлина светкавицата преди да задейства звука. След това, стойността на разстояние разделено във времето и получи скоростта на звука. Резултатите от експеримента доказали равна скорост 448 м / сек. Това беше грубо изчисление.

В началото на ХIХ век, група от учени на Парижката академия на науките да се повтаря този опит. По своята изчисления светлина скорост има стойност 350-390 м / сек. Но тази цифра не е точна.

Теоретично, със скоростта на светлината, Нютон се опита да се изчисли. Базовите техните изчисления е облякъл закона на Бойл описание на поведението на газа в процеса на изотермични (при постоянна температура). И това се случва, когато обемът на газ варира много бавно, управляващ до получаване на среда на топлината, генерирана в него.

Нютон също мислех, че между регионите на компресия и разреждане на температурата изравнени бързо. Но тези условия не съществуват в звуковата вълна на. Air е лош проводник на топлина, а разстоянието между слоевете на компресията и разреждането голям. Топлината от компресия слой не разполага с време, за да се премести в вакуум слой. И температурна разлика възниква между тях. Ето защо, изчисления на Нютон не са правилни. Те даде фигура от 280 м / сек.

Френски учен Лаплас е в състояние да обясни, че грешката на Нютон е, че звуковата вълна се разпространява във въздуха при адиабатни условия, с променящите се температури. Според изчисленията на Лаплас, скоростта на звука във въздуха при 0 ° С равна на 331.5 m / сек. Освен това се увеличава с повишаване на температурата. И когато температурата се повишава до 20 ° С, вече ще равна на 344 м / сек.

В различни среди, звукови вълни се разпространяват с различна скорост.

звукова скорост за газове и течности се изчислява по формулата:

β - адиабатно свиваемост на средата,

Както се вижда от формулата, скоростта зависи от плътността и свиваемостта на средата. Въздухът е по-малко, отколкото в течността. Например, във вода при 20 ° С е равно на 1484 m / сек. Освен това, колкото по-висока соленост, толкова скоростта на звука се движи в него.

За първи път от скоростта на звука във вода, измерена в 1827 г. Този експеримент донякъде приличаше на измерването на скоростта на светлината Марен Marsennom. От едната страна на лодката във вода се понижава камбана. За разстояния по-голяма от 13 км от първата лодка е две. На първата лодка удари камбаната, и подпали прах в същото време. На втория лодка фиксирана флаш път, а след това времето за пристигане на звука на камбани. Разделяне на разстоянието от ставката за времето на получените звукови вълни във вода.

Най-високата скорост на звука е в твърда среда. Така например, през стомана достигне повече от 5000 м / сек.