Механічні хвилі. Звук.

 

Що таке звук?

Звук - це хвильовий процес. 

Звук у повітрі. Якщо струна скрипки або арфи коливається, в навколишньому її повітря утворюються зони стиснення і розрідження, які і являють собою звук. Ці зони стиснення і розрідження переміщаються по повітрю в формі поздовжніх хвиль, які мають ту ж частоту, що і джерело звуку. 

Чи переноситься енергія звуковою хвилею?

У поздовжніх хвилях молекули повітря коливаються паралельно руху хвилі. Повітря стискається в тому ж напрямку, в якому поширюються звукові хвилі. Ці хвилі передають енергію голосу або коливання струни інструменту. Відзначимо, що повітря не переміщається, коли звукова хвиля проходить через нього. Переміщаються тільки коливання, тобто зони стиснення і розрідження. Більш гучні звуки виходять при більш сильних стисканнях і розрідженнях.

 

Симуляція поздовжної хвилі (посилання).

(2D)

Що показує моделювання? Моделювання складається з ряду частинок, які з’єднані пружинами. Коли частинка на одному кінці зміщується (витягуючи її вліво або вправо), збурення рухається до іншого кінця у вигляді поздовжньої хвилі.

Частинки в моделюванні взаємодіють через пружини; так само між частинками в речовині існують сили притягання та відштовхування. У твердому стані сили притягання між частинками сильні (жорсткість пружини максимальна). У газоподібному стані сили притягання між частинками слабкі (жорсткість пружини мінімальна). Пружини в імітаційній моделі тяжіння між частинками в речовині - чим жорсткіші пружини, тим сильніші сили притягання між частинками.  

Як змінюються частота і довжина звукової хвилі при переході з повітря в воду? 

Звук передається не тільки повітрям. Напевно, всі знають, що якщо прикласти вухо до стіни, то можна почути розмови в сусідній кімнаті. В даному випадку звук передається стіною. Звуки поширюються і в воді, і в інших середовищах. Більш того, поширення звуку в різних середовищах відбувається по-різному. Швидкість звуку різниться в залежності від речовини. Цікаво, що швидкість поширення звуку у воді майже в чотири рази вище, ніж в повітрі. Тобто, риби чують «швидше», ніж ми. В металах і склі звук поширюється ще швидше. 

Швидкість звуку у повітрі близько 340 м/с, у воді — 1500 м/с, у металах — 5000 м/с.

Уперше швидкість поширення звуку в повітрі виміряв французький учений Марін Мерсенн (1588-1648) у 1636 р.
Перші точні вимірювання швидкості поширення звуку у воді здійснили вчені зі Швейцарії Жан Колладон і Шарль Штурм у 1826 р.

В 1832 році Жан Батист Біо виміряв швидкість звуку у твердому тілі – у чавунній трубі паризького водогону.

 

Під час переходу з одного середовища в інше змінюється довжина хвилі, а частота залишається незмінною.

Як залежить швидкість звуку від температури середовища?

Швидкість звуку збільшується із  збільшенням температури середовища. Наприклад, у повітрі, якщо його температура 0 С, швидкість звуку 332 м/с, а якщо 15 С - 340 м/с. 

Як залежить швидкість звуку від вітру?

Вітер впливає на швидкість звуку. У напрямку руху вітру швидкість звуку збільшується, проти вітру - зменшується. Наявність вітру в атмосфері викликає дрейф звукової хвилі, що створює враження зміщення джерела звуку.  

Знання величини швидкості поширення звуку в атмосфері має велике значення при вирішенні ряду завдань з вивчення верхніх шарів атмосфери акустичним методом. 

Користуючись середньою швидкістю звуку в атмосфері, можна дізнатися відстань від свого місцезнаходження до місця виникнення грому. Для цього потрібно визначити число секунд між видимою спалахом блискавки і моментом приходу звуку грому. Потім треба помножити середнє значення швидкості звуку в атмосфері - 333 м / сек. на отримане число секунд.

 Спектр звукових коливань:

Спектр звукових коливань. 1 - землетрусу, блискавки і виявлення ядерних вибухів; 2 - акустичний діапазон; 3 - слух тварин; 4 - ультразвукове очищення; 5 - терапевтичне застосування ультразвуку; 6 - неруйнівний контроль і медична ультразвукова діагностика; 7 - акустична мікроскопія; 8 - інфразвук; 9 - чутний діапазон; 10 - ультразвук.

Як побачити звук?

Труба Рубенса  - фізичний експеримент по демонстрації стоячої хвилі, заснований на зв'язку між звуковими хвилями і тиском повітря (або газу).  

 

 Фігури Хладні

Форма малюнка напряму залежить від частоти звуку  

Розроблено презентацію доповідь на тему "Чи можливо побачити звук?". Створено пристрій, який візуалізує звукові коливання за допомогою лазера. (Презентація)

Калькулятор звуковой частоты и длины волны (російська мова)

В МИРЕ ЗВУКОВ. КАК ДОБЫВАЕТСЯ ИСТИНА...

 

 

 

 

 

Бережіть себе і родину!

Дякую за увагу!
Бажаю Вам нових ідей!
Навчаємося, бо ми цього варті!
Підписуйтесь на блог!
Підписуйтесь на канал YouTube.
Підписуйтесь на сторінку у fb. https://www.facebook.com/educationXXII/
Підписуйтесь на сторінку у fb. https://www.facebook.com/educationXXII/
Запрошуємо навчатися на фізичному факультеті! 

Приєднуйтесь на сервер "Фізичний факультет ХНУ" на Discord: 

https://discord.com/invite/ZUxcC22