Se observă că propagarea sunetului este densă. Propagarea sunetului și audibilitatea în apă. Reprezentare grafică a unui val invizibil

Percepem sunetele la distanță de sursele lor. De obicei, sunetul ajunge la noi prin aer. Aerul este un mediu elastic care transmite sunetul.

Dacă mediul de transmisie a sunetului este îndepărtat între sursă și receptor, atunci sunetul nu se va propaga și, prin urmare, receptorul nu îl va percepe. Să demonstrăm acest lucru experimental.

Să punem un ceas cu alarmă sub soneria pompei de aer (Fig. 80). Atâta timp cât există aer în clopot, sunetul clopotului se aude clar. Când aerul este pompat de sub clopot, sunetul slăbește treptat și în cele din urmă devine inaudibil. Fără un mediu de transmisie, vibrațiile chimvalului clopotului nu se pot propaga, iar sunetul nu ajunge la urechea noastră. Lasă aerul sub clopot și auzi din nou sunetul.

Orez. 80. Un experiment care demonstrează că într-un spațiu în care nu există un mediu material, sunetul nu se propagă

Substantele elastice, cum ar fi metalele, lemnul, lichidele, gazele conduc bine sunetele.

Să punem un ceas de buzunar la un capăt al plăcii de lemn și noi înșine ne vom muta la celălalt capăt. Punând urechea la tablă, vom auzi ceasul.

Legați o sfoară de o lingură de metal. Atașați capătul șnurului de ureche. Lovind lingura, vom auzi un sunet puternic. Vom auzi un sunet și mai puternic dacă înlocuim sfoara cu sârmă.

Corpurile moi și poroase sunt conductoare slabe de sunet. Pentru a proteja orice cameră de pătrunderea sunetelor străine, pereții, podeaua și tavanul sunt așezate cu straturi de materiale fonoabsorbante. Ca straturi intermediare, se folosesc pâslă, plută presată, pietre poroase, diverse materiale sintetice (de exemplu, spumă plastică) realizate pe bază de polimeri spumați. Sunetul din astfel de straturi se atenuează rapid.

Lichidele conduc bine sunetul. Peștii, de exemplu, aud pași și voci bine pe țărm, acest lucru este cunoscut pescarilor experimentați.

Deci, sunetul se propagă în orice mediu elastic - solid, lichid și gazos, dar nu se poate propaga în spațiu unde nu există substanță.

Oscilațiile sursei creează o undă elastică în mediul său frecventa audio. Unda, ajungând la ureche, acționează asupra timpanului, făcându-l să vibreze la o frecvență corespunzătoare frecvenței sursei de sunet. Tremuratul membranei timpanice se transmite prin oscicule la terminații nerv auditiv, îi irită și provoacă astfel o senzație de sunet.

Amintiți-vă că numai unde elastice longitudinale pot exista în gaze și lichide. Sunetul în aer, de exemplu, este transmis prin unde longitudinale, adică prin condensări alternante și rarefacții ale aerului care provine de la sursa sonoră.

O undă sonoră, ca orice alte unde mecanice, nu se propagă în spațiu instantaneu, ci cu o anumită viteză. Acest lucru poate fi văzut, de exemplu, observând tragerea unei arme de departe. Mai întâi vedem foc și fum, apoi după un timp auzim sunetul unei împușcături. Fumul apare în același timp cu prima vibrație sonoră. Măsurând intervalul de timp t dintre momentul producerii sunetului (momentul apariției fumului) și momentul în care ajunge la ureche, putem determina viteza de propagare a sunetului:

Măsurătorile arată că viteza sunetului în aer la 0 °C și presiunea atmosferică normală este de 332 m/s.

Viteza sunetului în gaze este cu atât mai mare, cu atât temperatura acestora este mai mare. De exemplu, la 20 °C viteza sunetului în aer este de 343 m/s, la 60 °C - 366 m/s, la 100 °C - 387 m/s. Acest lucru se explică prin faptul că, odată cu creșterea temperaturii, elasticitatea gazelor crește și cu cât forțele elastice care apar în mediu în timpul deformării acestuia sunt mai mari, cu atât este mai mare mobilitatea particulelor și cu atât vibrațiile sunt transmise mai rapid de la un punct la altul. o alta.

Viteza sunetului depinde și de proprietățile mediului în care se propagă sunetul. De exemplu, la 0 °C, viteza sunetului în hidrogen este de 1284 m/s, iar la dioxid de carbon- 259 m/s, deoarece moleculele de hidrogen sunt mai puțin masive și mai puțin inerte.

În prezent, viteza sunetului poate fi măsurată în orice mediu.

Molecule în lichide și solide sunt situate mai aproape unele de altele și interacționează mai puternic decât moleculele de gaz. Prin urmare, viteza sunetului în mediile lichide și solide este mai mare decât în ​​mediile gazoase.

Deoarece sunetul este o undă, pentru a determina viteza sunetului, pe lângă formula V = s / t, puteți folosi formulele cunoscute de dvs.: V = λ / T și V = vλ. La rezolvarea problemelor, viteza sunetului în aer este de obicei considerată egală cu 340 m/s.

Întrebări

1. Care este scopul experimentului prezentat în Figura 80? Descrieți cum se desfășoară acest experiment și ce concluzie rezultă din acesta.
2. Se poate propaga sunetul în gaze, lichide, solide? Susține-ți răspunsurile cu exemple.
3. Care corp conduce mai bine sunetul - elastic sau poros? Dați exemple de corpuri elastice și poroase.
4. Ce fel de undă - longitudinală sau transversală - este un sunet care se propagă în aer; in apa?
5. Dați un exemplu care să arate că o undă sonoră nu se propagă instantaneu, ci cu o anumită viteză.

Exercițiul 30

1. Se poate auzi sunetul unei explozii masive pe Lună pe Pământ? Justificați răspunsul.
2. Dacă legați câte o jumătate de farfurie de săpun de fiecare capăt al firului, atunci cu ajutorul unui astfel de telefon puteți chiar șopti în camere diferite. Explicați fenomenul.
3. Determinați viteza sunetului în apă dacă o sursă care oscilează cu o perioadă de 0,002 s excită în apă unde de 2,9 m lungime.
4. Determinați lungimea de undă a unei unde sonore de 725 Hz în aer, apă și sticlă.
5. Un capăt al unei țevi lungi de metal a fost lovit o dată cu un ciocan. Se va propaga sunetul de la impact la cel de-al doilea capăt al conductei prin metal? prin aerul din interiorul conductei? Câte lovituri va auzi persoana care stă la celălalt capăt al țevii?
6. Un observator care stă lângă o secțiune dreaptă calea ferata, am văzut abur deasupra fluierului unei locomotive cu abur mergând în depărtare. După 2 s după apariția aburului, a auzit sunetul unui fluier, iar după 34 s locomotiva cu abur a trecut pe lângă observator. Determinați viteza locomotivei.

Pescuitul cu lănci

Propagarea sunetului în apă .

Sunetul circulă de cinci ori mai repede în apă decât în ​​aer. Viteza medie este de 1400 - 1500 m/s (viteza de propagare a sunetului în aer este de 340 m/s). S-ar părea că și audibilitatea în apă se îmbunătățește. De fapt, acest lucru este departe de a fi cazul. La urma urmei, puterea sunetului nu depinde de viteza de propagare, ci de amplitudinea vibrațiilor sonore și de capacitatea de percepere a organelor auditive. în melc urechea internă este situat organul lui Corti, format din celule auditive. Undele sonore vibrează timpanul, osiculele auditive și membrana organului lui Corti. Din celulele de păr ale acestuia din urmă, percepând vibratii sonore, excitarea nervoasă merge către centrul auditiv situat în lobul temporal creier.

O undă sonoră poate pătrunde în urechea internă a unei persoane în două moduri: prin conducerea aerului prin canalul auditiv extern, timpanul și osiculele auditive ale urechii medii și prin conducerea osoasă - vibrația oaselor craniului. La suprafață predomină conducerea aerului, iar sub apă, conducerea osoasă. Acest lucru este confirmat de o experiență simplă. Acoperiți ambele urechi cu palmele mâinilor. La suprafață, audibilitatea se va deteriora brusc, dar acest lucru nu se observă sub apă.

Deci, sunetele subacvatice sunt percepute în principal prin conducere osoasă. Teoretic, acest lucru se explică prin faptul că rezistența acustică a apei se apropie de rezistența acustică a țesuturilor umane. Prin urmare, pierderea de energie în timpul tranziției unde sonore de la apă la oasele capului uman este mai puțin decât în ​​aer. Conducția aerului sub apă aproape dispare, deoarece canalul auditiv extern este umplut cu apă, iar un mic strat de aer lângă timpan transmite slab vibrațiile sonore.

Experimentele au stabilit că conducerea osoasă este cu 40% mai mică decât cea a aerului. Prin urmare, audibilitatea sub apă se deteriorează în general. Gama de audibilitate cu conducerea osoasă a sunetului depinde nu atât de putere, cât de ton: cu cât tonul este mai ridicat, cu atât sunetul este auzit mai departe.

Lumea subacvatică pentru o persoană este o lume a tăcerii, unde nu există zgomote străine. Prin urmare, cele mai simple semnale sonore pot fi percepute sub apă la distanțe considerabile. O persoană aude o lovitură pe un recipient metalic scufundat în apă la o distanță de 150-200 m, un zgomot de zdrăgănare la 100 m, un clopoțel la 60 m.

Sunetele făcute sub apă sunt de obicei inaudibile la suprafață, la fel cum sunetele din exterior nu se aud sub apă. Pentru a percepe sunetele subacvatice, trebuie să vă scufundați cel puțin parțial. Dacă intri în apă până la genunchi, începi să percepi un sunet care nu a fost auzit până acum. Pe măsură ce scufundați, volumul crește. Este deosebit de bine audibil la scufundarea capului.

Pentru a da semnale sonore de la suprafață, este necesar să coborâți sursa de sunet în apă cel puțin la jumătate, iar puterea sunetului se va schimba. Orientarea sub apă după ureche este extrem de dificilă. În aer, sunetul ajunge într-o ureche cu 0,00003 secunde mai devreme decât în ​​cealaltă. Acest lucru vă permite să determinați locația sursei de sunet cu o eroare de numai 1-3 °. Sub apă, sunetul este perceput simultan de ambele urechi și, prin urmare, nu există o percepție clară, direcțională. Eroarea de orientare este de 180°.

Într-un experiment special stabilit, doar scafandrii ușoare individuali după lungi rătăciri și. căutările au mers la locația sursei de sunet, care se afla la 100-150 m de ei. Sa remarcat că antrenamentul sistematic pentru o lungă perioadă de timp face posibilă dezvoltarea capacității de a naviga destul de precis prin sunet sub apă. Cu toate acestea, de îndată ce antrenamentul se oprește, rezultatele sale sunt anulate.

Pe distanțe lungi, energia sonoră se propagă numai de-a lungul razelor blânde, care nu ating fundul oceanului până la capăt. În acest caz, limitarea impusă de mediu asupra gamei de propagare a sunetului este absorbția acestuia în apa de mare. Principalul mecanism de absorbție este asociat cu procesele de relaxare care însoțesc încălcarea echilibrului termodinamic dintre ionii și moleculele de săruri dizolvate în apă de o undă acustică. Trebuie remarcat faptul că rolul principal în absorbția într-o gamă largă de frecvențe sonore aparține sării de sulfură de magneziu MgSO4, deși procentul său în apa de mare este destul de mic - de aproape 10 ori mai mic decât, de exemplu, sarea gemă NaCl, care, totuși, nu joacă niciun rol semnificativ în absorbția sunetului.

Absorbția în apa de mare, în general, este mai mare cu cât frecvența sunetului este mai mare. La frecvențe de la 3-5 până la cel puțin 100 kHz, unde domină mecanismul de mai sus, absorbția este proporțională cu frecvența la o putere de aproximativ 3/2. La frecvențe mai joase se activează un nou mecanism de absorbție (posibil din cauza prezenței sărurilor de bor în apă), care devine deosebit de vizibil în intervalul de sute de herți; aici, nivelul de absorbție este anormal de mare și scade mult mai lent odată cu scăderea frecvenței.

Pentru a ne imagina mai clar caracteristicile cantitative ale absorbției în apa de mare, observăm că, datorită acestui efect, sunetul cu o frecvență de 100 Hz este atenuat cu un factor de 10 pe o cale de 10 mii km și cu o frecvență de 10 kHz. - la o distanta de numai 10 km (Fig. 2). Astfel, numai undele sonore de joasă frecvență pot fi utilizate pentru comunicații subacvatice pe distanță lungă, pentru detectarea la distanță lungă a obstacolelor subacvatice și altele asemenea.

Figura 2 - Distanțe la care sunetele de diferite frecvențe se atenuează de 10 ori atunci când se propagă în apa mării.

În regiunea sunetelor audibile pentru intervalul de frecvență de 20-2000 Hz, intervalul de propagare sub apă a sunetelor de intensitate medie ajunge la 15-20 km, iar în regiunea ultrasunetelor - 3-5 km.

Pe baza valorilor de atenuare a sunetului observate în condiții de laborator în volume mici de apă, ne-am aștepta la intervale mult mai mari. Cu toate acestea, în condiții naturale, pe lângă amortizarea datorată proprietăților apei în sine (așa-numita amortizare vâscoasă), afectează și împrăștierea și absorbția acesteia prin diferite neomogenități ale mediului.

Refracția sunetului, sau curbura traseului fasciculului de sunet, este cauzată de eterogenitatea proprietăților apei, în principal pe verticală, din trei motive principale: modificări ale presiunii hidrostatice cu adâncimea, modificări ale salinității și modificări de temperatură datorită încălzirii neuniforme a masei de apă de către razele solare. Ca urmare a acțiunii combinate a acestor cauze, viteza de propagare a sunetului, care este de aproximativ 1450 m/s pentru apa dulce și aproximativ 1500 m/s pentru apa de mare, se modifică odată cu adâncimea, iar legea schimbării depinde de anotimp. , ora din zi, adâncimea rezervorului și o serie de alte motive. Razele sonore care părăsesc sursa la un anumit unghi față de orizont sunt îndoite, iar direcția îndoirii depinde de distribuția vitezelor sunetului în mediu. Vara, când straturile superioare sunt mai calde decât cele inferioare, razele se îndoaie și se reflectă în mare parte din partea inferioară, pierzând o parte semnificativă din energie. Dimpotrivă, iarna, când straturile inferioare ale apei își mențin temperatura, în timp ce straturile superioare se răcesc, razele se îndoaie în sus și suferă reflexii multiple de la suprafața apei, timp în care se pierde mult mai puțină energie. Prin urmare, iarna, distanța de propagare a sunetului este mai mare decât vara. Datorită refracției, așa-numita. zone moarte, adică zone situate aproape de sursă în care nu există audibilitate.

Prezența refracției, totuși, poate duce la o creștere a intervalului de propagare a sunetului - fenomenul de propagare ultra-lungă a sunetelor sub apă. La o anumită adâncime sub suprafața apei există un strat în care sunetul se propagă cu cea mai mică viteză; peste această adâncime, viteza sunetului crește datorită creșterii temperaturii, iar sub aceasta, datorită creșterii presiunii hidrostatice cu adâncimea. Acest strat este un fel de canal de sunet subacvatic. Un fascicul deviat de la axa canalului în sus sau în jos, din cauza refracției, tinde întotdeauna să intre înapoi în el. Dacă o sursă de sunet și un receptor sunt plasate în acest strat, atunci chiar și sunete de intensitate medie (de exemplu, explozii de sarcini mici de 1-2 kg) pot fi înregistrate la distanțe de sute și mii de kilometri. O creștere semnificativă a domeniului de propagare a sunetului în prezența unui canal de sunet subacvatic poate fi observată atunci când sursa de sunet și receptorul sunt situate nu neapărat lângă axa canalului, ci, de exemplu, lângă suprafață. În acest caz, razele, refractând în jos, intră în straturile profunde, unde deviază în sus și ies din nou la suprafață la o distanță de câteva zeci de kilometri de sursă. În plus, modelul de propagare a razelor se repetă și, ca urmare, o secvență de așa-numitele. zone secundare iluminate, care sunt de obicei urmărite la distanțe de câteva sute de km.

Propagarea sunetelor de înaltă frecvență, în special a ultrasunetelor, atunci când lungimile de undă sunt foarte mici, este influențată de mici neomogenități care se găsesc de obicei în rezervoarele naturale: microorganisme, bule de gaz etc. Aceste neomogenități acționează în două moduri: absorb și împrăștie energia undelor sonore. Ca urmare, odată cu creșterea frecvenței vibrațiilor sonore, domeniul de propagare a acestora este redus. Acest efect este vizibil mai ales în stratul de suprafață al apei, unde există cele mai multe neomogenități. Imprăștirea sunetului prin neomogenități, precum și prin neregularități de la suprafața apei și de la fund, provoacă fenomenul de reverberație subacvatică care însoțește transmiterea unui impuls sonor: undele sonore, reflectând dintr-o combinație de neomogenități și fuziune, dau o strângere a sunetului. pulsul sonor, care continuă după terminarea lui, similar cu reverberația observată în spațiile închise. Reverberația subacvatică este o interferență destul de semnificativă pentru o serie de aplicații practice ale hidroacusticii, în special pentru sonar.

Limitele intervalului de propagare a sunetelor subacvatice sunt, de asemenea, limitate de așa-numitele. zgomote proprii ale mării, care au o dublă origine. O parte din zgomot provine din impactul valurilor pe suprafața apei, din surf, din zgomotul rostogolire a pietricelelor etc. Cealaltă parte este legată de fauna marina; acestea includ sunetele produse de pești și alte animale marine.

Sunetul este una dintre componentele vieții noastre și o persoană îl aude peste tot. Pentru a considera acest fenomen mai detaliat, trebuie mai întâi să înțelegem conceptul în sine. Pentru a face acest lucru, trebuie să vă referiți la enciclopedie, unde este scris că „sunetul este unde elastice care se propagă în orice mediu elastic și creează vibrații mecanice în el”. Vorbind mai mult limbaj simplu sunt vibrațiile audibile într-un mediu. Principalele caracteristici ale sunetului depind de ceea ce este. În primul rând, viteza de propagare, de exemplu, în apă este diferită de alt mediu.

Orice sunet analog are anumite proprietăți ( Caracteristici fizice) și calități (reflecția acestor semne în senzațiile umane). De exemplu, durată-durată, frecvență-ton, compoziție-timbre și așa mai departe.

Viteza sunetului în apă este mult mai mare decât, să zicem, în aer. Prin urmare, se răspândește mai repede și este mult mai audibilă. Acest lucru se datorează densității moleculare ridicate mediu acvatic. Este de 800 de ori mai dens decât aerul și oțelul. Rezultă că propagarea sunetului depinde în mare măsură de mediu. Să ne uităm la numere specifice. Deci, viteza sunetului în apă este de 1430 m/s, în aer - 331,5 m/s.

Sunetul de joasă frecvență, cum ar fi zgomotul pe care îl face motorul unei nave, se aude întotdeauna cu puțin înainte ca nava să intre în câmpul vizual. Viteza sa depinde de mai multe lucruri. Dacă temperatura apei crește, atunci, în mod natural, viteza sunetului în apă crește. Același lucru se întâmplă cu creșterea salinității și a presiunii apei, care crește odată cu creșterea adâncimii spațiului apei. Un astfel de fenomen precum pene termice poate avea un rol deosebit asupra vitezei. Acestea sunt locuri unde se întâlnesc straturi de apă de diferite temperaturi.

De asemenea, în astfel de locuri este diferit (datorită diferenței în regim de temperatură). Și când undele sonore trec prin astfel de straturi de densitate diferită, ele pierd cel mai puterea sa. În fața unui termoclin, unda sonoră este parțial, și uneori complet, reflectată (gradul de reflexie depinde de unghiul la care cade sunetul), după care, de cealaltă parte a acestui loc, se formează o zonă de umbră. Dacă luăm în considerare un exemplu când o sursă de sunet este situată în spațiul de apă deasupra termoclinului, atunci va fi aproape imposibil să auzi ceva și mai jos.

Care sunt publicate deasupra suprafeței, nu se aud niciodată în apă însăși. Și invers se întâmplă când se află sub stratul de apă: nu se aude deasupra acestuia. Un exemplu izbitor în acest sens este scafandrii moderni. Auzul lor este mult redus datorită faptului că apa afectează, iar viteza mare a sunetului în apă reduce calitatea determinării direcției din care se deplasează. Acest lucru anulează capacitatea stereofonică de a percepe sunetul.

Sub un strat de apă, ele intră în urechea umană mai ales prin oasele craniului capului și nu, ca în atmosferă, prin timpane. Rezultatul acestui proces este percepția sa simultan de ambele urechi. Creierul uman nu este capabil în acest moment să distingă locurile de unde provin semnalele și în ce intensitate. Rezultatul este apariția conștiinței că sunetul, așa cum ar fi, se rostogolește din toate părțile în același timp, deși acest lucru este departe de a fi cazul.

Pe lângă cele de mai sus, undele sonore din spațiul apei au calități precum absorbția, divergența și împrăștierea. Primul este atunci când puterea sunetului în apa sărată dispare treptat din cauza frecării mediului acvatic și a sărurilor din acesta. Divergența se manifestă prin îndepărtarea sunetului din sursa acestuia. Se pare că se dizolvă în spațiu ca lumina și, ca urmare, intensitatea sa scade semnificativ. Și fluctuațiile dispar complet din cauza împrăștierii pe tot felul de obstacole, neomogenități ale mediului.

Această lecție acoperă subiectul „Unde sonore”. În această lecție vom continua să studiem acustica. În primul rând, repetăm ​​definiția undelor sonore, apoi luăm în considerare intervalele de frecvență ale acestora și ne familiarizăm cu conceptul undelor ultrasonice și infrasonice. De asemenea, vom discuta despre proprietățile undelor sonore în diverse medii și vom afla ce caracteristici au acestea. .

Unde sonore - acestea sunt vibrații mecanice care, propagăndu-se și interacționând cu organul auzului, sunt percepute de o persoană (Fig. 1).

Orez. 1. Unda sonoră

Secțiunea care se ocupă de aceste unde în fizică se numește acustică. Profesia oamenilor care sunt numiți în mod obișnuit „ascultători” este acustica. 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, alternează compresia și rarefacția. Se transmite în timp pe o distanţă (Fig. 2).

Orez. 2. Propagarea unei unde sonore

Undele sonore includ astfel de vibrații care sunt efectuate cu o frecvență de 20 până la 20.000 Hz. Aceste frecvențe corespund unor lungimi de undă de 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 de propagare a sunetului în care este egală cu.

Există, de asemenea, astfel de game în care sunt angajați acusticienii - infrasonice și ultrasonice. Infrasonice sunt cele care au o frecvență mai mică de 20 Hz. Iar cele cu ultrasunete sunt cele care au o frecvență mai mare de 20.000 Hz (Fig. 3).

Orez. 3. Domenii de unde sonore

Fiecare persoană educată trebuie să navigheze în gama de frecvență a undelor sonore și să știe că dacă merge la o ecografie, atunci imaginea de pe ecranul computerului va fi construită cu o frecvență mai mare de 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 hipersonic.

Ultrasunetele sunt folosite pentru a detecta defectele pieselor turnate. Un flux de semnale ultrasonice scurte este direcționat către piesa testată. În acele locuri în care nu există defecte, semnalele trec prin piesă fără a fi înregistrate de receptor.

Dacă există o fisură, cavitate de aer sau altă neomogenitate în piesă, atunci semnalul ultrasonic este reflectat din aceasta și, revenind, intră în receptor. O astfel de metodă se numește detectarea defectelor cu ultrasunete.

Alte exemple de utilizare a ultrasunetelor sunt dispozitivele ecografie, aparate cu ultrasunete, terapie cu ultrasunete.

Infrasunete - unde mecanice asemănătoare undelor sonore, dar cu o frecvență mai mică de 20 Hz. Ele nu sunt percepute de urechea umană.

Sursele naturale de unde infrasonice sunt furtunile, tsunami-urile, cutremurele, uraganele, erupțiile vulcanice, furtunile.

Infrasunetele sunt, de asemenea, unde importante care sunt folosite pentru a vibra suprafața (de exemplu, pentru a distruge unele obiecte mari). Lansăm infrasunetele în sol - și solul este zdrobit. 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 este egală cu , în timp ce viteza crește cu . Dacă sunteți cercetător, atunci astfel de cunoștințe vă pot fi utile. Puteți chiar să veniți cu un fel de senzor de temperatură care va detecta discrepanțe 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. Am discutat acest lucru în ultimul paragraf folosind exemplul de uscat și aer aer umed. Pentru apă, viteza de propagare a sunetului. 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 chiar mai rapid în oțel: (Fig. 6).

Orez. 6. Viteza de propagare a unei unde sonore

Știți din epopee că Ilya Muromets a folosit (și toți eroii și oamenii obișnuiți ruși și băieții din Consiliul Militar Revoluționar al lui Gaidar), au folosit foarte mult mod interesant detectarea unui 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 el 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 armonic, 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 golul conductei de aer (organ sau conductă). Din lecțiile de muzică știi notele: do, re, mi, fa, salt, la, si. În acustică se numesc tonuri (Fig. 7).

Orez. 7. Tonuri muzicale

Toate articolele care pot emite tonuri vor avea caracteristici. Cum diferă ele? Ele diferă în lungime de undă și frecvență. Dacă aceste unde sonore nu sunt create de corpuri care sună armonic sau nu sunt conectate într-o piesă orchestrală comună, atunci un astfel de număr de sunete va fi numit zgomot.

Zgomot- fluctuaţii aleatorii de natură fizică variată, caracterizate prin complexitatea structurii temporale şi spectrale. Conceptul de zgomot este cotidian și este fizic, ele sunt foarte asemănătoare și, prin urmare, îl introducem ca un obiect important de luat în considerare.

Să trecem la estimări cantitative unde sonore. Care sunt caracteristicile undelor sonore muzicale? Aceste caracteristici se aplică exclusiv vibrațiilor armonice ale sunetului. Asa de, volumul sunetului. Ce determină volumul unui sunet? Luați în considerare propagarea unei unde sonore în timp sau oscilațiile unei surse de unde sonore (Fig. 8).

Orez. 8. Volumul sunetului

În același timp, dacă nu am adăugat mult sunet la sistem (apăsați ușor pe tasta pian, de exemplu), atunci va fi un sunet liniștit. Dacă cu voce tare, ridicând mâna sus, numim acest sunet apăsând tasta, vom obține un sunet puternic. De ce depinde? Sunetele silențioase au mai puține vibrații decât sunet puternic.

Următoarea caracteristică importantă sunet muzical si oricare altul înălţime. Ce determină înălțimea unui sunet? Tonul depinde de frecvență. Putem face sursa să oscileze frecvent sau o putem face să oscileze nu foarte repede (adică să facă mai puține oscilații pe unitatea de timp). Luați în considerare intervalul de timp al sunetului înalt și scăzut de aceeași amplitudine (Fig. 9).

Orez. 9. Pitch

Se poate trage o concluzie interesantă. Dacă o persoană cântă în bas, atunci sursa sa de sunet (acestea sunt corzile vocale) fluctuează de câteva ori mai lent decât cea a unei persoane care cântă soprană. În al doilea caz, corzile vocale vibrează mai des, prin urmare, mai des provoacă focare de compresie și rarefiere în propagarea undei.

Mai este unul caracteristică interesantă undele sonore, pe care fizicienii nu le studiază. Acest timbru. Cunoști și distingi cu ușurință aceeași piesă muzicală cântată la balalaika sau la violoncel. Care este diferența dintre aceste sunete sau această performanță? La începutul experimentului, le-am cerut persoanelor care produc sunete să le facă aproximativ aceeași amplitudine, astfel încât volumul sunetului să fie același. Este ca și în cazul unei orchestre: dacă nu este nevoie să scoți în evidență un instrument, toți cântă aproximativ la fel, cu aceeași forță. Deci timbrul balalaikei și al violoncelului este diferit. Dacă am desena sunetul care este extras dintr-un instrument, din altul, folosind diagrame, atunci acestea ar fi la fel. Dar puteți distinge cu ușurință aceste instrumente după sunetul lor.

Un alt exemplu al importanței timbrului. Imaginează-ți doi cântăreți care au absolvit aceeași școală de muzică cu aceiași profesori. Au studiat la fel de bine cu cinci. 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 numai de instrumentul lor, care provoacă doar vibrații ale vocii în mediul înconjurător, 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. - redistribuire ediția a 2-a. - X .: Vesta: editura „Ranok”, 2005. - 464 p.
2. Peryshkin A.V., Gutnik E.M., Fizică. Clasa a 9-a: manual pentru învățământul general. instituții / A.V. Peryshkin, E.M. Gutnik. - Ed. a XIV-a, stereotip. - M.: Butard, 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 se propaga sunetul? Care poate fi sursa sunetului?
2. Poate sunetul să călătorească în spațiu?
3. Fiecare val care ajunge la urechea omului este perceput de el?