Percibimos sonidos a distancia de sus fuentes. Normalmente el sonido nos llega a través del aire. El aire es un medio elástico que transmite el sonido.
Si se elimina el medio de transmisión del sonido entre la fuente y el receptor, el sonido no se propagará y, por tanto, el receptor no lo percibirá. Demostremos esto experimentalmente.
Coloquemos un despertador debajo de la campana de la bomba de aire (Fig. 80). Mientras haya aire en la campana, el sonido de la campana se puede escuchar claramente. A medida que el aire sale de debajo de la campana, el sonido se debilita gradualmente y finalmente se vuelve inaudible. Sin un medio de transmisión, las vibraciones del timbre no pueden transmitirse y el sonido no llega a nuestros oídos. Dejemos que entre aire debajo de la campana y escuchemos nuevamente el timbre.
Arroz. 80. Experimento que demuestra que el sonido no se propaga en el espacio donde no hay un medio material.
Las sustancias elásticas conducen bien los sonidos, como los metales, la madera, los líquidos y los gases.
Coloquemos un reloj de bolsillo en un extremo de una tabla de madera y pasemos al otro extremo. Al acercar la oreja al tablero, se puede oír el tictac del reloj.
Ata una cuerda a una cuchara de metal. Coloca el extremo del hilo en tu oreja. Cuando golpees la cuchara, escucharás un sonido fuerte. Oiremos un sonido aún más fuerte si reemplazamos la cuerda por alambre.
Los cuerpos blandos y porosos son malos conductores del sonido. Para proteger cualquier habitación de la penetración de sonidos extraños, las paredes, el suelo y el techo se colocan con capas de materiales fonoabsorbentes. Como capas intermedias se utilizan fieltro, corcho prensado, piedras porosas y diversos materiales sintéticos (por ejemplo, espuma de poliestireno) hechos de polímeros espumados. El sonido en tales capas se desvanece rápidamente.
Los líquidos conducen bien el sonido. Los peces, por ejemplo, escuchan bien los pasos y las voces en la orilla; esto lo saben los pescadores experimentados.
Entonces, el sonido se propaga en cualquier medio elástico: sólido, líquido y gaseoso, pero no puede propagarse en el espacio donde no hay sustancia.
Las oscilaciones de la fuente crean una onda elástica en su entorno. frecuencia de audio. La onda, que llega al oído, afecta el tímpano y lo hace vibrar a una frecuencia correspondiente a la frecuencia de la fuente de sonido. El temblor del tímpano se transmite a través del sistema de huesecillos hasta las terminaciones. nervio auditivo, irritarlos y provocar así la sensación de sonido.
Recordemos que en gases y líquidos sólo pueden existir ondas elásticas longitudinales. El sonido en el aire, por ejemplo, se transmite mediante ondas longitudinales, es decir, condensaciones y rarefacciones alternas del aire procedente de la fuente sonora.
Una onda sonora, como cualquier otra onda mecánica, no se propaga en el espacio instantáneamente, sino a una determinada velocidad. Esto se puede comprobar, por ejemplo, observando los disparos desde lejos. Primero vemos fuego y humo, y luego de un rato escuchamos el sonido de un disparo. El humo aparece al mismo tiempo que se produce la primera vibración sonora. Midiendo el intervalo de tiempo t entre el momento en que aparece el sonido (el momento en que aparece el humo) y el momento en que llega al oído, podemos determinar la velocidad de propagación del sonido:
Las mediciones muestran que la velocidad del sonido en el aire a 0 °C y presión atmosférica normal es de 332 m/s.
Cuanto mayor es la temperatura, mayor es la velocidad del sonido en los gases. Por ejemplo, a 20 °C la velocidad del sonido en el aire es de 343 m/s, a 60 °C - 366 m/s, a 100 °C - 387 m/s. Esto se explica por el hecho de que al aumentar la temperatura aumenta la elasticidad de los gases, y cuanto mayores son las fuerzas elásticas que surgen en el medio durante su deformación, mayor es la movilidad de las partículas y más rápidas se transmiten las vibraciones de un punto a otro.
La velocidad del sonido también depende de las propiedades del medio en el que viaja. Por ejemplo, a 0 °C la velocidad del sonido en el hidrógeno es 1284 m/s, y a dióxido de carbono- 259 m/s, ya que las moléculas de hidrógeno son menos masivas y menos inertes.
Hoy en día, la velocidad del sonido se puede medir en cualquier entorno.
Moléculas en líquidos y sólidos están ubicados más cerca unos de otros e interactúan con más fuerza que las moléculas de gas. Por tanto, la velocidad del sonido en medios líquidos y sólidos es mayor que en medios gaseosos.
Como el sonido es una onda, para determinar la velocidad del sonido, además de la fórmula V = s/t, puedes utilizar las fórmulas que conoces: V = λ/T y V = vλ. Al resolver problemas, se suele considerar que la velocidad del sonido en el aire es de 340 m/s.
Preguntas
- ¿Cuál es el propósito del experimento representado en la Figura 80? Describe cómo se lleva a cabo este experimento y qué conclusión se desprende de él.
- ¿Puede el sonido viajar en gases, líquidos y sólidos? Apoye sus respuestas con ejemplos.
- ¿Qué cuerpos conducen mejor el sonido: elásticos o porosos? Dé ejemplos de cuerpos elásticos y porosos.
- ¿Qué tipo de onda, longitudinal o transversal, se propaga el sonido en el aire? ¿en agua?
- Da un ejemplo que demuestre que una onda sonora no viaja instantáneamente, sino a una determinada velocidad.
Ejercicio 30
- ¿Se podría escuchar en la Tierra el sonido de una gran explosión en la Luna? Justifica tu respuesta.
- Si ata la mitad de una jabonera a cada extremo del hilo, con un teléfono de este tipo podrá incluso hablar en un susurro estando en diferentes habitaciones. Explica el fenómeno.
- Determine la velocidad del sonido en el agua si una fuente que oscila con un período de 0,002 s excita ondas en el agua con una longitud de 2,9 m.
- Determine la longitud de onda de una onda sonora con una frecuencia de 725 Hz en el aire, el agua y el vidrio.
- Una vez se golpeó con un martillo el extremo de un largo tubo de metal. ¿El sonido del impacto se extenderá hasta el segundo extremo de la tubería a través del metal? a través del aire dentro de la tubería? ¿Cuántos golpes escuchará una persona que se encuentre al otro extremo del tubo?
- Observador parado cerca de una línea recta. ferrocarril, vio vapor por encima del silbido de una locomotora que pasaba a lo lejos. 2 segundos después de que apareció el vapor, escuchó el sonido de un silbido, y después de 34 segundos la locomotora pasó junto al observador. Determine la velocidad de la locomotora.
PESCA SUBMARINA
Propagación del sonido en el agua. .
El sonido viaja cinco veces más rápido en el agua que en el aire. La velocidad media es de 1400 - 1500 m/seg (la velocidad del sonido en el aire es de 340 m/seg). Parecería que también mejora la audibilidad en el agua. De hecho, esto está lejos de ser el caso. Después de todo, la fuerza del sonido no depende de la velocidad de propagación, sino de la amplitud de las vibraciones del sonido y de la capacidad de percepción de los órganos auditivos. en el caracol oído interno Se encuentra el órgano de Corti y está formado por células auditivas. Las ondas sonoras hacen vibrar el tímpano, los huesecillos auditivos y la membrana del órgano de Corti. De las células ciliadas de este último, que perciben vibraciones de sonido, la estimulación nerviosa va al centro auditivo ubicado en lóbulo temporal cerebro.
Una onda sonora puede ingresar al oído interno humano de dos maneras: por conducción aérea a través del canal auditivo externo, el tímpano y los huesecillos del oído medio, y por conducción ósea: vibración de los huesos del cráneo. En la superficie predomina la conducción aérea y bajo el agua predomina la conducción ósea. La simple experiencia nos convence de ello. Cubre ambos oídos con las palmas de tus manos. En la superficie, la audibilidad se deteriorará drásticamente, pero bajo el agua esto no se observa.
Así, bajo el agua, los sonidos se perciben principalmente a través de la conducción ósea. En teoría, esto se explica por el hecho de que la resistencia acústica del agua se aproxima a la resistencia acústica del tejido humano. Por lo tanto, las pérdidas de energía durante la transición ondas sonoras La cantidad de agua en los huesos de la cabeza de una persona es menor que en el aire. La conducción del aire casi desaparece bajo el agua, ya que el conducto auditivo externo está lleno de agua y una pequeña capa de aire cerca del tímpano transmite débilmente las vibraciones del sonido.
Los experimentos han demostrado que la conductividad ósea es un 40% menor que la conductividad del aire. Por lo tanto, la audibilidad bajo el agua generalmente empeora. El rango de audibilidad con conducción ósea del sonido depende no tanto de la fuerza como de la tonalidad: cuanto más alto es el tono, más lejos se escucha el sonido.
El mundo submarino para los humanos es un mundo de silencio, donde no hay ruidos extraños. Por tanto, las señales sonoras más simples se pueden percibir bajo el agua a distancias considerables. Una persona escucha un golpe en un bote de metal sumergido en agua a una distancia de 150-200 m, el sonido de un cascabel a 100 my una campana a 60 m.
Los sonidos producidos bajo el agua suelen ser inaudibles en la superficie, al igual que los sonidos del exterior son inaudibles bajo el agua. Para percibir sonidos bajo el agua, debes estar al menos parcialmente sumergido. Si te sumerges en el agua hasta las rodillas, empiezas a percibir un sonido que antes no se escuchaba. A medida que buceas, el volumen aumenta. Es especialmente audible cuando la cabeza está sumergida.
Para enviar señales de sonido desde la superficie, debes bajar la fuente de sonido al agua al menos hasta la mitad, y la intensidad del sonido cambiará. La orientación de oído bajo el agua es extremadamente difícil. En el aire, el sonido llega a un oído 0,00003 segundos antes que al otro. Esto le permite determinar la ubicación de la fuente de sonido con un error de sólo 1-3°. Bajo el agua, el sonido se percibe simultáneamente en ambos oídos y, por lo tanto, no se produce una percepción clara y direccional. El error de orientación puede ser de 180°.
En un experimento especialmente organizado, sólo buceadores de luz individuales después de largos viajes y... Las búsquedas se realizaron en el lugar de la fuente de sonido, que se encontraba a 100-150 m de ellos, y se observó que el entrenamiento sistemático durante un largo tiempo permite desarrollar la capacidad de navegar con bastante precisión mediante el sonido bajo el agua. Sin embargo, tan pronto como se detiene el entrenamiento, sus resultados quedan anulados.
A largas distancias, la energía del sonido viaja solo a lo largo de rayos suaves que no tocan el fondo del océano en todo su recorrido. En este caso, la limitación que impone el medio al rango de propagación del sonido es su absorción en agua de mar. El principal mecanismo de absorción está asociado con los procesos de relajación que acompañan a la alteración del equilibrio termodinámico por una onda acústica entre los iones y las moléculas de sales disueltas en el agua. Cabe señalar que el papel principal en la absorción en una amplia gama de frecuencias de sonido pertenece a la sal de magnesio y azufre MgSO4, aunque en términos porcentuales su contenido en el agua de mar es muy pequeño: casi 10 veces menos que, por ejemplo, la sal gema de NaCl. , que sin embargo no desempeña ningún papel significativo en la absorción acústica.
La absorción en el agua de mar, en general, es mayor cuanto mayor es la frecuencia del sonido. En frecuencias de 3-5 a al menos 100 kHz, donde domina el mecanismo anterior, la absorción es proporcional a la frecuencia elevada a la potencia de aproximadamente 3/2. A frecuencias más bajas, se activa un nuevo mecanismo de absorción (posiblemente debido a la presencia de sales de boro en el agua), que se vuelve especialmente notorio en el rango de cientos de hercios; aquí el nivel de absorción es anormalmente alto y cae significativamente más lentamente al disminuir la frecuencia.
Para imaginar más claramente las características cuantitativas de la absorción en el agua de mar, observamos que debido a este efecto, el sonido con una frecuencia de 100 Hz se atenúa 10 veces en un recorrido de 10 mil km, y con una frecuencia de 10 kHz, en un distancia de sólo 10 km (Figura 2). Por lo tanto, solo se pueden utilizar ondas sonoras de baja frecuencia para comunicaciones submarinas a larga distancia, detección de obstáculos submarinos de largo alcance, etc.
Figura 2 - Distancias a las que sonidos de diferentes frecuencias se atenúan 10 veces cuando se propagan en el agua de mar.
En la región de los sonidos audibles en el rango de frecuencia de 20 a 2000 Hz, el rango de propagación de los sonidos de intensidad media bajo el agua alcanza los 15 a 20 km, y en la región de los ultrasonidos, de 3 a 5 km.
A partir de los valores de atenuación del sonido observados en condiciones de laboratorio en pequeños volúmenes de agua, se podrían esperar rangos significativamente mayores. Sin embargo, en condiciones naturales, además de la atenuación provocada por las propiedades del propio agua (la llamada atenuación viscosa), también la afecta su dispersión y absorción por diversas faltas de homogeneidad del medio.
La refracción del sonido, o curvatura de la trayectoria de un haz de sonido, es causada por la heterogeneidad en las propiedades del agua, principalmente verticalmente, debido a tres razones principales: cambios en la presión hidrostática con la profundidad, cambios en la salinidad y cambios en la temperatura debido a diferencias Calentamiento de la masa de agua por los rayos del sol. Como resultado del efecto combinado de estas razones, la velocidad de propagación del sonido, que es de aproximadamente 1450 m/s para agua dulce y aproximadamente 1500 m/s para agua de mar, cambia con la profundidad y la ley del cambio depende del tiempo. del año, hora del día, profundidad del embalse y una serie de razones más. Los rayos de sonido que emergen de la fuente en un cierto ángulo con respecto al horizonte están curvados y la dirección de la curvatura depende de la distribución de las velocidades del sonido en el medio. En verano, cuando las capas superiores son más cálidas que las inferiores, los rayos se curvan hacia abajo y se reflejan principalmente desde abajo, perdiendo una parte importante de su energía. Por el contrario, en invierno, cuando las capas inferiores de agua mantienen su temperatura, mientras que las superiores se enfrían, los rayos se curvan hacia arriba y sufren múltiples reflejos desde la superficie del agua, durante los cuales se pierde mucha menos energía. Por tanto, en invierno el rango de propagación del sonido es mayor que en verano. Debido a la refracción, la llamada zonas muertas, es decir, áreas ubicadas cerca de la fuente en las que no hay audibilidad.
La presencia de refracción, sin embargo, puede conducir a un aumento en el rango de propagación del sonido: el fenómeno de la propagación de sonidos de rango ultralargo bajo el agua. A cierta profundidad debajo de la superficie del agua hay una capa en la que el sonido viaja a la velocidad más baja; Por encima de esta profundidad, la velocidad del sonido aumenta debido a un aumento de la temperatura, y por debajo de esta profundidad, debido a un aumento de la presión hidrostática con la profundidad. Esta capa es una especie de canal de sonido submarino. Un rayo que se ha desviado del eje del canal hacia arriba o hacia abajo, debido a la refracción, siempre tiende a volver a caer en él. Si coloca la fuente y el receptor del sonido en esta capa, incluso los sonidos de intensidad media (por ejemplo, explosiones de pequeñas cargas de 1 a 2 kg) se pueden registrar a distancias de cientos y miles de kilómetros. Se puede observar un aumento significativo en el rango de propagación del sonido en presencia de un canal de sonido submarino cuando la fuente de sonido y el receptor no están necesariamente cerca del eje del canal, sino, por ejemplo, cerca de la superficie. En este caso, los rayos, al refractarse hacia abajo, entran en las capas de las profundidades marinas, donde se desvían hacia arriba y salen nuevamente a la superficie a una distancia de varias decenas de kilómetros de la fuente. A continuación, se repite el patrón de propagación de los rayos y como resultado se forma una secuencia de los llamados rayos. zonas secundarias iluminadas, que normalmente se remontan a distancias de varios cientos de kilómetros.
La propagación de los sonidos de alta frecuencia, en particular los ultrasonidos, cuando las longitudes de onda son muy pequeñas, está influenciada por pequeñas faltas de homogeneidad que se encuentran habitualmente en las masas de agua naturales: microorganismos, burbujas de gas, etc. Estas faltas de homogeneidad actúan de dos maneras: absorben y dispersan la energía de las ondas sonoras. Como resultado, a medida que aumenta la frecuencia de las vibraciones del sonido, el alcance de su propagación disminuye. Este efecto es especialmente notable en la capa superficial del agua, donde hay más heterogeneidades. La dispersión del sonido por faltas de homogeneidad, así como por superficies irregulares del agua y del fondo, provoca el fenómeno de la reverberación submarina, que acompaña al envío de un impulso sonoro: las ondas sonoras, al reflejarse en una multitud de faltas de homogeneidad y fusionarse, dan lugar a una Prolongación del impulso sonoro, que continúa después de su finalización, similar a la reverberación observada en espacios cerrados. La reverberación submarina es una interferencia bastante importante para una serie de aplicaciones prácticas de la hidroacústica, en particular para el sonar.
El rango de propagación de los sonidos submarinos también está limitado por el llamado. los propios ruidos del mar, que tienen un doble origen. Parte del ruido proviene del impacto de las olas en la superficie del agua, del oleaje del mar, del ruido de los guijarros al rodar, etc. La otra parte está relacionada con la fauna marina; Esto incluye sonidos emitidos por peces y otros animales marinos.
El sonido es uno de los componentes de nuestra vida y la gente lo escucha en todas partes. Para considerar este fenómeno con más detalle, primero debemos entender el concepto en sí. Para hacer esto, debe recurrir a la enciclopedia, donde está escrito que "el sonido son ondas elásticas que se propagan en algún medio elástico y crean vibraciones mecánicas en él". hablando mas en lenguaje sencillo- Son vibraciones audibles en cualquier entorno. Las principales características del sonido dependen de lo que sea. En primer lugar, la velocidad de propagación, por ejemplo, en el agua difiere de la de otros entornos.
Cualquier análogo de sonido tiene ciertas propiedades ( características físicas) y cualidades (reflejo de estos signos en las sensaciones humanas). Por ejemplo, duración-duración, frecuencia-tono, composición-timbre, etc.
La velocidad del sonido en el agua es mucho mayor que, digamos, en el aire. En consecuencia, se propaga más rápido y se escucha mucho más lejos. Esto sucede debido a la alta densidad molecular. ambiente acuático. Es 800 veces más denso que el aire y el acero. De ello se deduce que la propagación del sonido depende en gran medida del medio. Veamos números específicos. Así, la velocidad del sonido en el agua es de 1430 m/s, en el aire de 331,5 m/s.
El sonido de baja frecuencia, por ejemplo el ruido producido por el motor de un barco en marcha, siempre se escucha un poco antes de que el barco aparezca en el campo visual. Su velocidad depende de varias cosas. Si la temperatura del agua aumenta, entonces, naturalmente, aumenta la velocidad del sonido en el agua. Lo mismo ocurre con el aumento de la salinidad y la presión del agua, que aumenta al aumentar la profundidad del agua. Un fenómeno como las termoclinas puede tener un papel especial en la velocidad. Son lugares donde se producen capas de agua de diferentes temperaturas.
También en esos lugares es diferente (debido a la diferencia en condiciones de temperatura). Y cuando las ondas sonoras atraviesan capas de diferentes densidades, pierden mayoría de tu fuerza. Cuando una onda de sonido golpea una termoclina, se refleja parcial o, a veces, completamente (el grado de reflexión depende del ángulo en el que cae el sonido), después de lo cual se forma una zona de sombra en el otro lado de este lugar. Si consideramos un ejemplo cuando una fuente de sonido está ubicada en una masa de agua por encima de la termoclina, debajo de ella no solo será difícil, sino casi imposible escuchar algo.
Que se emiten por encima de la superficie, nunca se escuchan en el agua misma. Y ocurre lo contrario cuando está debajo de la capa de agua: encima no suena. Un ejemplo sorprendente de esto son los buceadores modernos. Su audición se reduce considerablemente debido al hecho de que el agua les afecta, y la alta velocidad del sonido en el agua reduce la calidad de determinar la dirección desde la que se mueve. Esto embota la capacidad estereofónica de percibir el sonido.
Debajo de la capa de agua, ingresa al oído humano principalmente a través de los huesos del cráneo y no, como en la atmósfera, a través de los tímpanos. El resultado de este proceso es su percepción por ambos oídos simultáneamente. En este momento, el cerebro humano no es capaz de distinguir de dónde proceden las señales y con qué intensidad. El resultado es la aparición de la conciencia de que el sonido parece llegar de todos lados al mismo tiempo, aunque esto está lejos de ser el caso.
Además de lo descrito anteriormente, las ondas sonoras en el agua tienen cualidades tales como absorción, divergencia y dispersión. La primera es cuando la fuerza del sonido en el agua salada se desvanece gradualmente debido a la fricción del medio acuático y las sales que contiene. La divergencia se manifiesta en la distancia del sonido a su fuente. Parece disolverse en el espacio como la luz y, como resultado, su intensidad cae significativamente. Y las oscilaciones desaparecen por completo debido a la dispersión por todo tipo de obstáculos y faltas de homogeneidad del entorno.
Esta lección cubre el tema "Ondas sonoras". En esta lección continuaremos estudiando la acústica. Primero, repitamos la definición de ondas sonoras, luego consideremos sus rangos de frecuencia y familiaricémonos con el concepto de ondas ultrasónicas e infrasónicas. También discutiremos las propiedades de las ondas sonoras en diferentes medios y aprenderemos cuáles son sus características. .
Ondas sonoras - Se trata de vibraciones mecánicas que, difundiéndose e interactuando con el órgano de la audición, son percibidas por una persona (Fig. 1).
Arroz. 1. Onda sonora
La rama de la física que se ocupa de estas ondas se llama acústica. La profesión de las personas a las que popularmente se les llama "oyentes" son los acústicos. Una onda de sonido es una onda que se propaga en un medio elástico, es una onda longitudinal, y cuando se propaga en un medio elástico se alternan compresión y descarga. Se transmite con el tiempo a distancia (Fig. 2).
Arroz. 2. Propagación de ondas sonoras
Las ondas sonoras incluyen vibraciones que ocurren con una frecuencia de 20 a 20.000 Hz. Para estas frecuencias las longitudes de onda correspondientes son 17 m (para 20 Hz) y 17 mm (para 20.000 Hz). Este rango se llamará sonido audible. Estas longitudes de onda se dan para el aire, cuya velocidad del sonido es igual a .
También hay rangos con los que se ocupan los acústicos: infrasónicos y ultrasónicos. Los infrasónicos son aquellos que tienen una frecuencia inferior a 20 Hz. Y los ultrasónicos son aquellos que tienen una frecuencia superior a 20.000 Hz (Fig. 3).
Arroz. 3. Rangos de ondas sonoras
Cada persona educada Debe navegar por el rango de frecuencia de las ondas sonoras y saber que si se realiza una ecografía, la imagen en la pantalla del ordenador se construirá con una frecuencia de más de 20.000 Hz.
Ultrasonido – Se trata de ondas mecánicas similares a las ondas sonoras, pero con una frecuencia de 20 kHz a mil millones de hercios.
Las ondas con una frecuencia de más de mil millones de hercios se llaman hipersonido.
El ultrasonido se utiliza para detectar defectos en piezas fundidas. Se dirige una corriente de breves señales ultrasónicas a la pieza que se está examinando. En aquellos lugares donde no hay defectos, las señales atraviesan la pieza sin ser registradas por el receptor.
Si hay una grieta, una cavidad de aire u otra falta de homogeneidad en la pieza, la señal ultrasónica se refleja en ella y, al regresar, ingresa al receptor. Este método se llama detección de fallas por ultrasonidos.
Otros ejemplos de aplicaciones de ultrasonido son las máquinas. examen de ultrasonido, máquinas de ultrasonido, terapia de ultrasonido.
Infrasonido – Ondas mecánicas similares a las ondas sonoras, pero con una frecuencia inferior a 20 Hz. No son percibidos por el oído humano.
Las fuentes naturales de ondas infrasonidas son tormentas, tsunamis, terremotos, huracanes, erupciones volcánicas y tormentas eléctricas.
El infrasonido también es una onda importante que se utiliza para hacer vibrar la superficie (por ejemplo, para destruir algunos objetos grandes). Lanzamos infrasonidos al suelo y el suelo se rompe. ¿Dónde se usa esto? Por ejemplo, en las minas de diamantes, donde toman mineral que contiene componentes de diamante y lo trituran en pequeñas partículas para encontrar estas inclusiones de diamante (Fig. 4).
Arroz. 4. Aplicación de infrasonidos
La velocidad del sonido depende de las condiciones ambientales y de la temperatura (Fig. 5).
Arroz. 5. Velocidad de propagación de las ondas sonoras en diversos medios.
Tenga en cuenta: en el aire la velocidad del sonido en es igual a , y en , la velocidad aumenta en . Si es investigador, este conocimiento puede resultarle útil. Incluso se le puede ocurrir algún tipo de sensor de temperatura que registre las diferencias de temperatura cambiando la velocidad del sonido en el medio. Ya sabemos que cuanto más denso es el medio, más grave es la interacción entre las partículas del medio y más rápido se propaga la onda. En el último párrafo discutimos esto usando el ejemplo de seco y aire. aire húmedo. Para el agua, la velocidad de propagación del sonido es. Si crea una onda de sonido (golpea un diapasón), entonces la velocidad de su propagación en el agua será 4 veces mayor que en el aire. Por agua, la información llegará 4 veces más rápido que por aire. Y en acero es aún más rápido: 
(Figura 6).
Arroz. 6. Velocidad de propagación de las ondas sonoras
Sabes por las epopeyas que usó Ilya Muromets (y todos los héroes y la gente rusa común y los chicos del RVS de Gaidar), usaron mucho de una manera interesante detectar un objeto que se acerca, pero aún está lejos. El sonido que hace al moverse aún no es audible. Ilya Muromets, con el oído pegado al suelo, puede oírla. ¿Por qué? Porque el sonido se transmite sobre tierra firme a mayor velocidad, lo que significa que llegará más rápido al oído de Ilya Muromets y podrá prepararse para enfrentarse al enemigo.
Las ondas sonoras más interesantes son los sonidos y ruidos musicales. ¿Qué objetos pueden crear ondas sonoras? Si tomamos una fuente de onda y un medio elástico, si hacemos que la fuente de sonido vibre armoniosamente, tendremos una onda sonora maravillosa, que se llamará sonido musical. Estas fuentes de ondas sonoras pueden ser, por ejemplo, las cuerdas de una guitarra o un piano. Puede ser una onda sonora que se crea en el espacio de aire de un tubo (órgano o tubo). De las lecciones de música conoces las notas: do, re, mi, fa, sol, la, si. En acústica se les llama tonos (Fig. 7).
Arroz. 7. Tonos musicales
Todos los objetos que puedan producir tonos tendrán características. ¿En qué se diferencian? Se diferencian en longitud de onda y frecuencia. Si estas ondas sonoras no son creadas por cuerpos que suenan armoniosamente o no están conectadas en algún tipo de pieza orquestal común, entonces esa cantidad de sonidos se llamará ruido.
Ruido– oscilaciones aleatorias de diversa naturaleza física, caracterizadas por la complejidad de su estructura temporal y espectral. El concepto de ruido es tanto doméstico como físico, son muy similares y por eso lo presentamos como un importante objeto de consideración aparte.
Movámonos a estimaciones cuantitativas ondas sonoras. ¿Cuáles son las características de las ondas sonoras musicales? Estas características se aplican exclusivamente a las vibraciones sonoras armónicas. Entonces, volumen de sonido. ¿Cómo se determina el volumen del sonido? Consideremos la propagación de una onda sonora en el tiempo o las oscilaciones de la fuente de la onda sonora (Fig. 8).
Arroz. 8. Volumen del sonido
Al mismo tiempo, si no añadimos mucho sonido al sistema (por ejemplo, pulsamos suavemente una tecla del piano), entonces habrá un sonido suave. Si levantamos la mano en voz alta, provocamos este sonido al presionar la tecla, obtenemos un sonido fuerte. ¿De qué depende esto? Un sonido suave tiene una amplitud de vibración menor que Sonido alto.
Siguiente característica importante sonido musical y cualquier otro - altura. ¿De qué depende el tono del sonido? La altura depende de la frecuencia. Podemos hacer que la fuente oscile con frecuencia, o podemos hacer que oscile no muy rápidamente (es decir, realizar menos oscilaciones por unidad de tiempo). Consideremos el barrido temporal de un sonido alto y bajo de la misma amplitud (Fig. 9).
Arroz. 9. Lanzamiento
Se puede sacar una conclusión interesante. Si una persona canta en voz baja, entonces su fuente de sonido (las cuerdas vocales) vibra varias veces más lento que la de una persona que canta soprano. En el segundo caso, las cuerdas vocales vibran con más frecuencia y, por lo tanto, provocan con mayor frecuencia bolsas de compresión y descarga en la propagación de la onda.
Hay otro característica interesante ondas sonoras, que los físicos no estudian. Este timbre. Conoces y distingues fácilmente la misma pieza musical interpretada en balalaika o violonchelo. ¿En qué se diferencian estos sonidos o esta interpretación? Al comienzo del experimento, pedimos a las personas que producen sonidos que los hicieran con aproximadamente la misma amplitud, para que el volumen del sonido fuera el mismo. Es como en el caso de una orquesta: si no es necesario resaltar ningún instrumento, todos tocan aproximadamente igual, con la misma fuerza. Entonces el timbre de la balalaika y el violonchelo es diferente. Si tuviéramos que dibujar el sonido producido por un instrumento de otro mediante diagramas, serían iguales. Pero puedes distinguir fácilmente estos instrumentos por su sonido.
Otro ejemplo de la importancia del timbre. Imagínese dos cantantes que se gradúan en la misma universidad de música con los mismos profesores. Estudiaron igualmente bien, con sobresalientes. Por alguna razón, uno se convierte en un artista destacado, mientras que el otro toda su vida está insatisfecho con su carrera. De hecho, esto está determinado únicamente por su instrumento, que provoca vibraciones vocales en el entorno, es decir, sus voces difieren en timbre.
Bibliografía
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Tarea
- ¿Cómo viaja el sonido? ¿Cuál podría ser la fuente del sonido?
- ¿Puede el sonido viajar a través del espacio?
- ¿Percibe cada onda que llega al órgano auditivo de una persona?
