Vibrații sonore și unde. Vibrații sonore Vibrații sonore mesaj despre fizică

Surse de sunet. Vibrații sonore

Omul trăiește într-o lume a sunetelor. Sunetul pentru oameni este o sursă de informații. El avertizează oamenii despre pericol. Sunetul sub formă de muzică, cântecul păsărilor ne face plăcere. Ne face plăcere să ascultăm o persoană cu o voce plăcută. Sunetele sunt importante nu numai pentru oameni, ci și pentru animale, pentru care o bună detectare a sunetului îi ajută să supraviețuiască.

Sunet – acestea sunt unde elastice mecanice care se propagă în gaze, lichide și solide.

Motivul sunetului - vibrația (oscilațiile) corpurilor, deși aceste vibrații sunt adesea invizibile pentru ochii noștri.

Surse de sunet - corpuri fizice care vibrează, i.e. tremură sau vibrează la o frecvență
de la 16 la 20.000 de ori pe secundă. Corpul vibrant poate fi solid, de exemplu, o sfoară
sau scoarța terestră, gazoasă, de exemplu, un flux de aer în instrumentele muzicale de suflat
sau lichid, de exemplu, valuri pe apă.

Volum

Loudness depinde de amplitudinea vibrațiilor în unda sonoră. Unitatea de volum a sunetului este 1 Bel (în onoarea lui Alexander Graham Bell, inventatorul telefonului). În practică, zgomotul este măsurat în decibeli (dB). 1 dB = 0,1B.

10 dB – șoaptă;

20-30 dB – standarde de zgomot în spațiile de locuit;
50 dB– conversație de volum mediu;
80 d B – zgomotul motorului unui camion în funcțiune;
130 dB– pragul durerii

Sunetul mai puternic de 180 dB poate provoca chiar ruperea timpanului.

Sunete înalte reprezentat de unde de înaltă frecvență - de exemplu, cântecul păsărilor.

Sunete joase Acestea sunt unde de joasă frecvență, cum ar fi sunetul unui motor mare de camion.

Unde sonore

Unde sonore- Acestea sunt unde elastice care fac ca o persoană să simtă senzația de sunet.

O undă sonoră poate parcurge o mare varietate de distanțe. La 10-15 km se aud focuri de armă, nechezatul cailor și lătratul câinilor - la 2-3 km, iar șoapte doar la câțiva metri. Aceste sunete sunt transmise prin aer. Dar nu numai aerul poate fi conductor de sunet.

Așezându-vă urechea pe șine, puteți auzi sunetul unui tren care se apropie mult mai devreme și la o distanță mai mare. Aceasta înseamnă că metalul conduce sunetul mai repede și mai bine decât aerul. Apa conduce, de asemenea, bine sunetul. După ce te-ai scufundat în apă, poți auzi clar pietrele lovind unele de altele, zgomotul pietricelelor în timpul surfului.

Proprietatea apei - conduce bine sunetul - este utilizată pe scară largă pentru recunoașterea pe mare în timpul războiului, precum și pentru măsurarea adâncimii mării.

O condiție necesară pentru propagarea undelor sonore este prezența unui mediu material.În vid, undele sonore nu se propagă, deoarece acolo nu există particule care să transmită interacțiunea de la sursa de vibrație.

Prin urmare, din cauza lipsei de atmosferă, pe Lună domnește liniște deplină. Nici măcar căderea unui meteorit pe suprafața sa nu este audibilă de observator.

În fiecare mediu, sunetul se deplasează cu viteze diferite.

Viteza sunetului în aer- aproximativ 340 m/s.

Viteza sunetului în apă- 1500 m/s.

Viteza sunetului în metale, oțel- 5000 m/s.

În aerul cald, viteza sunetului este mai mare decât în ​​aerul rece, ceea ce duce la o schimbare a direcției de propagare a sunetului.

FURCULIŢĂ

- Acest Placa metalica in forma de U, ale căror capete pot vibra după ce au fost lovite.

Publicat diapazon sunetul este foarte slab și poate fi auzit doar la mică distanță.
Rezonator- o cutie de lemn pe care se poate atasa un diapazon serveste la amplificarea sunetului.
În acest caz, emisia de sunet are loc nu numai de la diapazon, ci și de la suprafața rezonatorului.
Cu toate acestea, durata sunetului unui diapazon pe un rezonator va fi mai scurtă decât fără acesta.

E X O

Un sunet puternic, reflectat de obstacole, revine la sursa sunetului după câteva momente și auzim ecou.

Înmulțind viteza sunetului cu timpul scurs de la origine până la întoarcere, puteți determina de două ori distanța de la sursa de sunet la obstacol.
Această metodă de determinare a distanței până la obiecte este utilizată în ecolocatie.

Unele animale, cum ar fi liliecii,
folosiți și fenomenul de reflexie a sunetului folosind metoda ecolocației

Ecolocația se bazează pe proprietatea reflectării sunetului.

Sun - rulare undă mecanică peși transferă energie.
Cu toate acestea, puterea conversației simultane a tuturor oamenilor de pe glob este cu greu mai mult decât puterea unei mașini Moskvich!

Ecografie.

· Vibrațiile cu frecvențe care depășesc 20.000 Hz se numesc ultrasunete. Ultrasunetele sunt utilizate pe scară largă în știință și tehnologie.

· Lichidul fierbe când trece o undă ultrasonică (cavitație). În acest caz, apare ciocanul de apă. Ultrasunetele pot rupe bucăți de pe suprafața metalului și zdrobi solidele. Ultrasunetele pot fi folosite pentru a amesteca lichide nemiscibile. Așa se prepară emulsiile în ulei. Sub influența ultrasunetelor are loc saponificarea grăsimilor. Dispozitivele de spălat sunt proiectate pe acest principiu.

· Utilizate pe scară largă ecografie în hidroacustică. Ultrasunetele de înaltă frecvență sunt absorbite foarte slab de apă și se pot răspândi pe zeci de kilometri. Dacă întâlnesc fundul, aisbergul sau alt corp solid în calea lor, se reflectă și produc un ecou de mare putere. Un ecosonda cu ultrasunete este proiectat pe acest principiu.

În metal ecografie se răspândește practic fără absorbție. Folosind metoda de localizare cu ultrasunete, este posibilă detectarea celor mai mici defecte în interiorul unei piese de grosime mare.

· Efectul de zdrobire al ultrasunetelor este utilizat pentru fabricarea fiarelor de lipit cu ultrasunete.

Unde cu ultrasunete, trimise de pe navă, sunt reflectate de obiectul scufundat. Calculatorul detectează ora la care apare ecoul și determină locația obiectului.

· Ultrasunetele sunt folosite în medicină și biologie pentru ecolocație, pentru identificarea și tratarea tumorilor și a unor defecte ale țesuturilor corpului, în chirurgie și traumatologie pentru tăierea țesuturilor moi și osoase în timpul diverselor operații, pentru sudarea oaselor rupte, pentru distrugerea celulelor (ultrasunete de mare putere).

Infrasunetele și impactul acestuia asupra oamenilor.

Vibrațiile cu frecvențe sub 16 Hz se numesc infrasunete.

În natură, infrasunetele apar datorită mișcării vortexului aerului din atmosferă sau ca urmare a vibrațiilor lente ale diferitelor corpuri. Infrasunetele se caracterizează printr-o absorbție slabă. Prin urmare, se răspândește pe distanțe lungi. Corpul uman reacționează dureros la vibrațiile infrasonice. Sub influențe externe cauzate de vibrații mecanice sau unde sonore la frecvențe de 4-8 Hz, o persoană simte mișcarea organelor interne și la o frecvență de 12 Hz - un atac de rău de mare.

· Cea mai mare intensitate vibratii infrasonice creați mașini și mecanisme care au suprafețe mari care efectuează vibrații mecanice de joasă frecvență (infrasunete de origine mecanică) sau fluxuri turbulente de gaze și lichide (infrasunete de origine aerodinamică sau hidrodinamică).

Sunt foarte mulți oameni în jurul nostru surse de sunet: instrumente muzicale și tehnice, corzi vocale umane, valurile mării, vânt și altele. Sunetul sau, cu alte cuvinte, unde sonore– acestea sunt vibrații mecanice ale mediului cu frecvențe de 16 Hz – 20 kHz(a se vedea § 11-a).

Să luăm în considerare experiența. Așezând ceasul deșteptător pe un tampon sub clopoțelul pompei de aer, vom observa că ticăitul va deveni mai silențios, dar va fi în continuare audibil. După ce am scos aerul de sub clopot, nu vom mai auzi sunetul. Acest experiment confirmă că sunetul călătorește prin aer și nu se deplasează în vid.

Viteza sunetului în aer este relativ mare: variază de la 300 m/s la –50°C până la 360 m/s la +50°C. Aceasta este de 1,5 ori mai mare decât viteza aeronavelor de pasageri. Sunetul circulă mult mai repede în lichide și chiar mai repede în solide. Într-o șină de oțel, de exemplu, viteza sunetului este de » 5000 m/s.

Aruncă o privire la graficele fluctuațiilor presiunii aerului la gura unei persoane care cântă sunetele „A” și „O”. După cum puteți vedea, vibrațiile sunt complexe, constând din mai multe vibrații suprapuse una peste alta. În același timp, clar vizibil fluctuatii principale, a cărui frecvență este aproape independentă de sunetul rostit. Pentru o voce masculină, aceasta este de aproximativ 200 Hz, pentru o voce feminină - 300 Hz.

l max = 360 m/s: 200 Hz » 2 m, l min = 300 m/s: 300 Hz » 1 m.

Deci, lungimea de undă sonoră a vocii depinde de temperatura aerului și de frecvența fundamentală a vocii. Amintindu-ne de cunoștințele noastre despre difracție, vom înțelege de ce vocile oamenilor pot fi auzite în pădure, chiar dacă sunt blocate de copaci: sunete cu lungimi de undă de 1–2 m se îndoaie ușor în jurul trunchiurilor de copac al căror diametru este mai mic de un metru.

Să realizăm un experiment care să confirme că sursele de sunet sunt într-adevăr corpuri oscilante.

Să luăm dispozitivul furculiţă– o praștie metalică montată pe o cutie fără perete frontal pentru o mai bună radiație a undelor sonore. Dacă loviți capetele praștii unui diapazon cu un ciocan, acesta va produce un sunet „curat” numit tonul muzical(de exemplu, nota „A” a primei octave cu o frecvență de 440 Hz). Să mișcăm un diapazon care sună spre o minge ușoară pe o sfoară și va sări imediat în lateral. Acest lucru se întâmplă tocmai din cauza vibrațiilor frecvente ale capetelor praștii diapazonului.

Motivele de care depinde frecvența de vibrație a unui corp sunt elasticitatea și dimensiunea acestuia. Cu cât este mai mare dimensiunea corpului, cu atât frecvența este mai mică. Prin urmare, de exemplu, elefanții cu corzi vocale mari emit sunete de joasă frecvență (bas), iar șoarecii, ale căror corzi vocale sunt mult mai mici, emit sunete de înaltă frecvență (scârțâit).

Nu numai modul în care va suna corpul, ci și modul în care va capta sunetele și va răspunde la acestea depinde de elasticitate și dimensiune. Fenomenul de creștere bruscă a amplitudinii oscilațiilor atunci când frecvența unei influențe externe coincide cu frecvența naturală a corpului se numește rezonanţă (Lat. „în mod rezonabil” – răspund). Să facem un experiment pentru a observa rezonanța.

Să punem două diapazonuri identice unul lângă altul, întorcându-le unul spre celălalt pe acele laturi ale cutiilor unde nu există pereți. Să lovim diapazonul din stânga cu un ciocan. Într-o secundă îl vom îneca cu mâinile noastre. Vom auzi sunetul celui de-al doilea diapazon, pe care nu l-am lovit. Se spune că diapazonul potrivit rezonează, adică captează energia undelor sonore din diapazonul stâng, drept urmare crește amplitudinea propriilor vibrații.

Înainte de a înțelege ce surse de sunet există, gândiți-vă ce este sunetul? Știm că lumina este radiație. Reflectându-se de la obiecte, această radiație ajunge la ochii noștri și o putem vedea. Gustul și mirosul sunt mici particule de corp care sunt percepute de receptorii noștri respectivi. Ce fel de animal este acest sunet?

Sunetele sunt transmise prin aer

Probabil ați văzut cum se cântă la chitară. Poate că poți face asta singur. Un alt lucru important este sunetul pe care îl fac corzile într-o chitară atunci când le ciupești. Asta e corect. Dar dacă ai putea pune o chitară în vid și să ciupi corzile, ai fi foarte surprins că chitara nu ar scoate niciun sunet.

Astfel de experimente au fost efectuate cu o mare varietate de corpuri, iar rezultatul a fost întotdeauna același: nu se auzea niciun sunet în spațiul fără aer. Concluzia logică rezultă că sunetul este transmis prin aer. Prin urmare, sunetul este ceva ce se întâmplă cu particulele de aer și corpurile producătoare de sunet.

Surse de sunet – corpuri oscilante

Mai departe. Ca urmare a unei largi varietati de numeroase experimente, a fost posibil să se stabilească că sunetul apare din cauza vibrației corpurilor. Sursele de sunet sunt corpuri care vibrează. Aceste vibrații sunt transmise de moleculele de aer și urechea noastră, percepând aceste vibrații, le interpretează în senzații de sunet pe care le înțelegem.

Nu este greu de verificat. Luați un pahar sau un pahar de cristal și puneți-l pe masă. Loviți ușor cu o lingură de metal. Veți auzi un sunet lung și subțire. Acum atingeți paharul cu mâna și bateți din nou. Sunetul se va schimba și va deveni mult mai scurt.

Acum lăsați mai multe persoane să își înfășoare mâinile în jurul paharului cât mai complet posibil, împreună cu tulpina, încercând să nu lase o singură zonă liberă, cu excepția unui loc foarte mic pentru a lovi cu lingura. Lovi din nou paharul. Cu greu vei auzi niciun sunet, iar cel care va fi va fi slab și foarte scurt. Ce înseamnă acest lucru?

În primul caz, după impact, sticla a oscilat liber, vibrațiile sale s-au transmis prin aer și au ajuns la urechile noastre. În al doilea caz, majoritatea vibrațiilor au fost absorbite de mâna noastră, iar sunetul a devenit mult mai scurt pe măsură ce vibrațiile corpului au scăzut. În al treilea caz, aproape toate vibrațiile corpului au fost absorbite instantaneu de mâinile tuturor participanților, iar corpul a vibrat cu greu și, prin urmare, nu a scos aproape niciun sunet.

Același lucru este valabil și pentru toate celelalte experimente la care te poți gândi și să le conduci. Vibrațiile corpurilor, transmise moleculelor de aer, vor fi percepute de urechile noastre și interpretate de creier.

Vibrații sonore de diferite frecvențe

Deci sunetul este vibrație. Sursele de sunet ne transmit vibrații sonore prin aer. Atunci de ce nu auzim toate vibrațiile tuturor obiectelor? Pentru că vibrațiile vin în frecvențe diferite.

Sunetul perceput de urechea umană este vibrații sonore cu o frecvență de aproximativ 16 Hz până la 20 kHz. Copiii aud sunete cu frecvențe mai înalte decât adulții, iar intervalele de percepție ale diferitelor creaturi vii variază în general foarte mult.

Urechile sunt un instrument foarte subțire și delicat, dat de natură, așa că ar trebui să avem grijă de el, deoarece nu există înlocuitori sau analogi în corpul uman.

Sunetul este cauzat de vibrații mecanice în medii și corpuri elastice, ale căror frecvențe se află în intervalul de la 20 Hz la 20 kHz și pe care urechea umană le poate percepe.

În consecință, această vibrație mecanică cu frecvențele indicate se numește sunet și acustic. Vibrațiile mecanice inaudibile cu frecvențe sub intervalul de sunet se numesc infrasonice, iar cu frecvențe peste intervalul de sunet se numesc ultrasunete.

Dacă un corp de sunet, de exemplu un clopot electric, este plasat sub clopotul unei pompe de aer, atunci pe măsură ce aerul este pompat, sunetul va deveni din ce în ce mai slab și în cele din urmă se va opri complet. Transmiterea vibrațiilor de la corpul de sondare are loc prin aer. Să observăm că în timpul oscilațiilor sale, corpul de sondare comprimă alternativ aerul adiacent suprafeței corpului și, dimpotrivă, creează un vid în acest strat. Astfel, propagarea sunetului în aer începe cu fluctuații ale densității aerului la suprafața corpului care vibra.

Ton muzical. Volumul și înălțimea

Sunetul pe care îl auzim atunci când sursa sa efectuează o oscilație armonică se numește ton muzical sau, pe scurt, ton.

În orice ton muzical putem distinge două calități după ureche: volumul și înălțimea.

Cele mai simple observații ne convinge că tonurile oricărei înălțimi date sunt determinate de amplitudinea vibrațiilor. Sunetul unui diapazon se estompează treptat după ce îl lovești. Acest lucru se întâmplă împreună cu amortizarea oscilațiilor, adică. cu scăderea amplitudinii acestora. Lovind mai tare diapazonul, de ex. Dând vibrațiilor o amplitudine mai mare, vom auzi un sunet mai puternic decât cu o lovitură slabă. Același lucru poate fi observat cu o coardă și, în general, cu orice sursă de sunet.

Dacă luăm mai multe diapazon de diferite dimensiuni, nu va fi dificil să le aranjam după ureche, în ordinea creșterii pasului. Astfel, ele vor fi aranjate în mărime: diapazonul cel mai mare dă cel mai mic sunet, cel mai mic dă cel mai înalt sunet. Astfel, înălțimea unui ton este determinată de frecvența vibrației. Cu cât frecvența este mai mare și, prin urmare, cu cât perioada de oscilație este mai scurtă, cu atât sunetul pe care îl auzim este mai mare.

Rezonanta acustica

Fenomenele de rezonanță pot fi observate în vibrațiile mecanice de orice frecvență, în special în vibrațiile sonore.

Sa asezam doua diapazonuri identice unul langa altul, cu orificiile cutiilor pe care sunt montate fata in fata. Cutiile sunt necesare deoarece amplifică sunetul diapazonelor. Acest lucru se întâmplă din cauza rezonanței dintre diapazon și coloanele de aer închise în cutie; de aceea cutiile se numesc rezonatoare sau cutii rezonante.

Să lovim unul dintre diapazon și apoi să-l înăbușim cu degetele. Vom auzi cum sună al doilea diapazon.

Să luăm două diapazonuri diferite, de ex. cu diferite tonuri și repetați experimentul. Acum fiecare dintre diapazon nu va mai răspunde la sunetul altui diapazon.

Nu este greu de explicat acest rezultat. Vibrațiile unui diapazon acționează prin aer cu o oarecare forță asupra celui de-al doilea diapazon, determinându-l să efectueze vibrațiile forțate. Deoarece diapazonul 1 efectuează o oscilație armonică, forța care acționează asupra diapazonului 2 se va modifica conform legii oscilației armonice cu frecvența diapazonului 1. Dacă frecvența forței este diferită, atunci oscilațiile forțate vor fi atât de slabe. că nu le vom auzi.

Zgomote

Auzim un sunet muzical (notă) atunci când vibrația este periodică. De exemplu, acest tip de sunet este produs de o coardă de pian. Dacă apăsați mai multe taste în același timp, de ex. faceți să sune mai multe note, atunci senzația de sunet muzical va rămâne, dar va apărea clar diferența dintre notele consoane (plăcute la ureche) și disonante (neplăcute). Se pare că acele note ale căror perioade sunt în raportul numerelor mici sunt consoane. De exemplu, consonanța se obține cu un raport de perioadă de 2:3 (a cincea), 3:4 (cuante), 4:5 (a treia majoră), etc. Dacă perioadele sunt legate ca numere mari, de exemplu 19:23, atunci rezultatul este disonanța - un sunet muzical, dar neplăcut. Ne vom îndepărta și mai mult de periodicitatea oscilațiilor dacă apăsăm mai multe taste în același timp. Sunetul va fi deja asemănător zgomotului.

Zgomotul se caracterizează printr-o neperiodicitate puternică a formei de oscilație: fie este o oscilație lungă, dar de formă foarte complexă (sâsâit, scârțâit), fie emisii individuale (clicuri, lovituri). Din acest punct de vedere, zgomotele ar trebui să includă și sunete exprimate prin consoane (suierat, labiale etc.).

În toate cazurile, vibrațiile de zgomot constau dintr-un număr mare de vibrații armonice cu frecvențe diferite.

Astfel, spectrul unei vibrații armonice constă dintr-o singură frecvență. Pentru o oscilație periodică, spectrul este format dintr-un set de frecvențe - cea principală și multiplii săi. În consonanțele consonante avem un spectru format din mai multe astfel de seturi de frecvențe, principalele fiind legate ca numere întregi mici. În consonanțele disonante, frecvențele fundamentale nu se mai află în relații atât de simple. Cu cât sunt mai multe frecvențe diferite în spectru, cu atât ne apropiem de zgomot. Zgomotele tipice au spectre în care există extrem de multe frecvențe.

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.

Ecografie - Acestea sunt unde mecanice asemănătoare undelor sonore, dar cu o frecvență de la 20 kHz la 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 care este 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. In ce fel sunt ei diferiti? 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. Asa de, 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 ca sursa să oscileze frecvent sau o putem face să oscileze nu foarte repede (adică să efectuăm 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. Cunoști și distingi cu ușurință 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, toată lumea cântă aproximativ la fel, cu aceeași putere. Deci timbrul balalaikei și violoncelului este diferit. Dacă ar fi să desenăm sunetul produs de un instrument dintr-un 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.

Bibliografie

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 învățământul 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?