Ang tunog ay mga mekanikal na panginginig ng boses na kumakalat sa isang nababanat na materyal na daluyan pangunahin sa anyo ng mga longitudinal wave.
Sa isang vacuum, ang tunog ay hindi nagpapalaganap, dahil ang paghahatid ng tunog ay nangangailangan ng materyal na daluyan at mekanikal na kontak sa pagitan ng mga particle ng materyal na daluyan.
Ang tunog ay nagpapalaganap sa daluyan sa anyo ng mga sound wave. Ang mga sound wave ay mga mekanikal na panginginig ng boses na ipinapadala sa medium sa tulong ng mga conditional particle nito. Sa ilalim ng kondisyon na mga particle ng kapaligiran ay nauunawaan ang mga microvolume nito.
Ang mga pangunahing pisikal na katangian ng isang acoustic wave:
1. Dalas.
Dalas sound wave ang dami katumbas ng bilang ng mga kumpletong oscillations sa bawat yunit ng oras. Ipinapahiwatig ng simbolo v (hubad) at sinusukat sa hertz. 1 Hz \u003d 1 bilang / seg \u003d [ s -1 ].
Ang sukat ng mga vibrations ng tunog ay nahahati sa mga sumusunod na pagitan ng dalas:
infrasound (mula 0 hanggang 16 Hz);
naririnig na tunog (mula 16 hanggang 16,000 Hz);
Ultrasound (mahigit sa 16,000 Hz).
Ang malapit na nauugnay sa dalas ng isang sound wave ay ang reciprocal, ang panahon ng sound wave. Panahon Ang sound wave ay ang oras ng isang kumpletong oscillation ng mga particle ng medium. Tinutukoy T at sinusukat sa mga segundo [s].
Ayon sa direksyon ng oscillation ng mga particle ng medium na nagdadala ng sound wave, ang mga sound wave ay nahahati sa:
· pahaba;
nakahalang.
Para sa mga longitudinal wave, ang direksyon ng oscillation ng mga particle ng medium ay tumutugma sa direksyon ng propagation sa medium ng sound wave (Fig. 1).
Para sa mga transverse wave, ang mga direksyon ng vibrations ng mga particle ng medium ay patayo sa direksyon ng pagpapalaganap ng sound wave (Fig. 2).
kanin. 1 Fig. 2
Ang mga longitudinal wave ay kumakalat sa mga gas, likido at solid. Transverse - lamang sa solids.
3. Ang hugis ng mga vibrations.
Ayon sa hugis ng mga vibrations, ang mga sound wave ay nahahati sa:
· simpleng alon;
kumplikadong mga alon.
Ang graph ng isang simpleng wave ay isang sine wave.
Ang kumplikadong wave graph ay anumang periodic non-sinusoidal curve .
4. Haba ng daluyong.
Haba ng daluyong - magnitude, katumbas ng distansya kung saan ang isang sound wave ay nagpapalaganap sa isang oras na katumbas ng isang yugto. Ito ay itinalagang λ (lambda) at sinusukat sa metro (m), centimeters (cm), millimeters (mm), micrometers (µm).
Ang wavelength ay depende sa daluyan kung saan ang tunog ay nagpapalaganap.
5. Bilis ng sound wave.
bilis ng sound wave ay ang bilis ng pagpapalaganap ng tunog sa isang daluyan na may nakatigil na pinagmumulan ng tunog. Tinutukoy ng simbolong v, na kinakalkula ng formula:
Ang bilis ng isang sound wave ay depende sa uri ng daluyan at temperatura. Ang pinakamataas na bilis ng tunog sa mga solidong nababanat na katawan, mas mababa - sa mga likido, at ang pinakamaliit - sa mga gas.
hangin, normal na presyon ng atmospera, temperatura - 20 degrees, v = 342 m/s;
tubig, temperatura 15-20 degrees, v = 1500 m/s;
mga metal, v = 5000-10000 m/s.
Ang bilis ng tunog sa hangin ay tumataas ng humigit-kumulang 0.6 m/s na may pagtaas ng temperatura ng 10 degrees.
Ang tunog ay mga nababanat na alon sa isang daluyan (madalas na hangin) na hindi nakikita ngunit nakikita ng tainga ng tao (ang alon ay kumikilos sa eardrum). Ang sound wave ay isang longitudinal compression at rarefaction wave.
Kung gagawa tayo ng vacuum, makikilala ba natin ang mga tunog? Inilagay ni Robert Boyle ang isang orasan sa isang sisidlang salamin noong 1660. Nang bumuga siya ng hangin, wala siyang narinig na ingay. Pinatunayan iyon ng karanasan kailangan ng daluyan para magpalaganap ng tunog.
Ang tunog ay maaari ding magpalaganap sa likido at solidong media. Sa ilalim ng tubig ay malinaw mong maririnig ang mga impact ng mga bato. Ilagay ang orasan sa isang dulo ng kahoy na tabla. Sa pamamagitan ng paglalagay ng iyong tainga sa kabilang dulo, malinaw mong maririnig ang pag-tiktik ng orasan.
Ang sound wave ay kumakalat sa pamamagitan ng kahoy
Ang pinagmulan ng tunog ay kinakailangang isang oscillating body. Halimbawa, ang isang string ng gitara sa normal nitong estado ay hindi tumutunog, ngunit sa sandaling gawin natin itong mag-oscillate, isang sound wave ang lumitaw.
Gayunpaman, ipinapakita ng karanasan na hindi lahat ng nanginginig na katawan ay pinagmumulan ng tunog. Halimbawa, ang isang bigat na nasuspinde sa isang thread ay hindi gumagawa ng tunog. Ang katotohanan ay ang tainga ng tao ay hindi nakikita ang lahat ng mga alon, ngunit ang mga lumilikha lamang ng mga katawan na nag-oscillating na may dalas na 16 Hz hanggang 20,000 Hz. Ang ganitong mga alon ay tinatawag tunog. Ang mga oscillation na may dalas na mas mababa sa 16 Hz ay tinatawag infrasound. Ang mga oscillation na may dalas na higit sa 20,000 Hz ay tinatawag ultrasound.
Bilis ng tunog
Ang mga sound wave ay hindi dumadaloy kaagad, ngunit may tiyak na bilis (katulad ng bilis ng pare-parehong paggalaw).
Iyon ang dahilan kung bakit sa panahon ng isang bagyo ay una nating nakikita ang kidlat, iyon ay, liwanag (ang bilis ng liwanag ay mas malaki kaysa sa bilis ng tunog), at pagkatapos ay naririnig ang tunog.
Ang bilis ng tunog ay nakasalalay sa daluyan: sa mga solido at likido, ang bilis ng tunog ay mas malaki kaysa sa hangin. Ito ay mga tabular na sinusukat na constants. Sa pagtaas ng temperatura ng daluyan, ang bilis ng pagtaas ng tunog, na may pagbaba, bumababa ito.
Magkaiba ang mga tunog. Upang makilala ang tunog, ang mga espesyal na dami ay ipinakilala: loudness, pitch at timbre ng tunog.
Ang lakas ng tunog ay nakasalalay sa amplitude ng mga oscillations: kung mas malaki ang amplitude ng mga oscillations, mas malakas ang tunog. Bilang karagdagan, ang pang-unawa sa lakas ng tunog ng ating tainga ay nakasalalay sa dalas ng mga vibrations sa sound wave. Ang mga mas mataas na frequency wave ay itinuturing na mas malakas.
Tinutukoy ng dalas ng sound wave ang pitch. Kung mas mataas ang dalas ng panginginig ng boses ng pinagmulan ng tunog, mas mataas ang tunog na ginawa nito. Ang mga boses ng tao ay nahahati sa ilang hanay ayon sa kanilang pitch.
Ang mga tunog mula sa iba't ibang pinagmulan ay isang kumbinasyon ng mga harmonic vibrations ng iba't ibang mga frequency. Ang bahagi ng pinakamalaking panahon (pinakamababang dalas) ay tinatawag na pangunahing tono. Ang natitirang bahagi ng tunog ay mga overtone. Ang hanay ng mga sangkap na ito ay lumilikha ng pangkulay, ang timbre ng tunog. Ang kabuuan ng mga overtone sa mga tinig ng iba't ibang tao ay magkakaiba, kahit kaunti, ngunit ito ang tumutukoy sa timbre ng isang partikular na boses.
Echo. Ang isang echo ay nabuo bilang isang resulta ng sound reflection mula sa iba't ibang mga hadlang - mga bundok, kagubatan, pader, malalaking gusali, atbp. Ang isang echo ay nangyayari lamang kapag ang sinasalamin na tunog ay nakikita nang hiwalay sa orihinal na sinasalitang tunog. Kung mayroong maraming mga mapanimdim na ibabaw at sila ay nasa iba't ibang distansya mula sa isang tao, kung gayon ang mga sinasalamin na sound wave ay makakarating sa kanya sa iba't ibang oras. Sa kasong ito, ang echo ay magiging marami. Ang balakid ay dapat nasa layong 11m mula sa tao upang marinig ang echo.
Repleksiyon ng tunog. Tumalbog ang tunog sa makinis na ibabaw. Samakatuwid, kapag gumagamit ng isang sungay, ang mga sound wave ay hindi nakakalat sa lahat ng direksyon, ngunit bumubuo ng isang makitid na sinag, dahil sa kung saan ang lakas ng tunog ay tumataas at ito ay kumakalat sa isang mas malaking distansya.
Ang ilang mga hayop (halimbawa, isang paniki, isang dolphin) ay naglalabas ng mga ultrasonic vibrations, pagkatapos ay nakikita ang sinasalamin na alon mula sa mga hadlang. Kaya tinutukoy nila ang lokasyon at distansya sa mga nakapalibot na bagay.
Echolocation. Ito ay isang paraan para sa pagtukoy ng lokasyon ng mga katawan sa pamamagitan ng mga ultrasonic signal na makikita mula sa kanila. Malawakang ginagamit sa nabigasyon. Naka-install sa mga barko mga sonar- mga aparato para sa pagkilala sa mga bagay sa ilalim ng tubig at pagtukoy sa lalim at topograpiya ng ilalim. Ang isang emitter at isang sound receiver ay inilalagay sa ilalim ng sisidlan. Ang emitter ay nagbibigay ng maikling signal. Sa pamamagitan ng pagsusuri sa oras ng pagkaantala at direksyon ng mga bumabalik na signal, tinutukoy ng computer ang posisyon at laki ng bagay na sumasalamin sa tunog.
Ang ultratunog ay ginagamit upang makita at matukoy ang iba't ibang mga pinsala sa mga bahagi ng makina (mga void, bitak, atbp.). Ang aparato na ginagamit para sa layuning ito ay tinatawag ultrasonic flaw detector. Ang isang stream ng maikling ultrasonic signal ay nakadirekta sa bahagi sa ilalim ng pag-aaral, na kung saan ay makikita mula sa inhomogeneities sa loob nito at, bumabalik, mahulog sa receiver. Sa mga lugar kung saan walang mga depekto, ang mga signal ay dumadaan sa bahagi nang walang makabuluhang pagmuni-muni at hindi naitala ng receiver.
Ang ultratunog ay malawakang ginagamit sa gamot upang masuri at gamutin ang ilang mga sakit. Hindi tulad ng mga x-ray, ang mga alon nito ay walang nakakapinsalang epekto sa mga tisyu. Diagnostic Ultrasound (US) payagan, nang walang interbensyon sa kirurhiko, na makilala ang mga pathological na pagbabago sa mga organo at tisyu. Ang isang espesyal na aparato ay nagpapadala ng mga ultrasonic wave na may dalas na 0.5 hanggang 15 MHz sa isang tiyak na bahagi ng katawan, ang mga ito ay makikita mula sa organ na pinag-aaralan at ipinapakita ng computer ang imahe nito sa screen.
Ang infrasound ay nailalarawan sa mababang pagsipsip sa iba't ibang media, bilang resulta kung saan ang mga infrasonic wave sa hangin, tubig at crust ng lupa ay maaaring magpalaganap sa napakalayo. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay nakakahanap ng praktikal na aplikasyon sa pagtukoy ng mga lugar malakas na pagsabog o ang posisyon ng nagpapaputok na sandata. Ginagawang posible ang pagpapalaganap ng infrasound sa malalayong distansya sa dagat mga hula sa natural na kalamidad- tsunami. Ang dikya, crustacean, atbp. ay nakakakita ng mga infrasound at bago pa man maramdaman ang paglapit ng bagyo.
Ang pag-awit ng mga ibon, ang tunog ng ulan at hangin, kulog, musika - lahat ng ating naririnig, itinuturing nating tunog.
Mula sa isang pang-agham na pananaw, ang tunog ay isang pisikal na kababalaghan, na mekanikal na vibrations na nagpapalaganap sa isang solid, likido at gas na daluyan. Pinupukaw nila ang mga pandinig na sensasyon.
Paano nagkakaroon ng sound wave?
Mag-click sa larawan
Ang lahat ng mga tunog ay nagpapalaganap sa anyo ng mga nababanat na alon. At ang mga alon ay bumangon sa ilalim ng pagkilos ng mga nababanat na puwersa na lumilitaw kapag ang katawan ay deformed. Ang mga puwersang ito ay may posibilidad na ibalik ang katawan sa orihinal nitong estado. Halimbawa, ang isang nakaunat na string sa isang nakatigil na estado ay hindi tumutunog. Ngunit ang isa ay dapat lamang na itabi ito, dahil sa ilalim ng impluwensya ng puwersa ng pagkalastiko, ito ay may posibilidad na kunin ang orihinal na posisyon nito. Nag-vibrate, nagiging pinagmumulan ng tunog.
Ang anumang oscillating body ay maaaring isang sound source, halimbawa, isang manipis na steel plate na naayos sa isang gilid, hangin sa isang musical wind instrument, mga vocal cord ng tao, isang kampana, atbp.
Ano ang nangyayari sa hangin kapag may naganap na vibration?
Tulad ng anumang gas, ang hangin ay may pagkalastiko. Lumalaban ito sa compression at agad na nagsisimulang lumawak kapag nabawasan ang presyon. Ito ay pantay na naglilipat ng anumang presyon dito sa iba't ibang direksyon.
Kung mahigpit mong i-compress ang hangin sa tulong ng isang piston, pagkatapos ay tataas kaagad ang presyon sa lugar na ito. Ito ay agad na ililipat sa kalapit na mga layer ng hangin. Sila ay pag-urong, at ang presyon sa kanila ay tataas, at sa nakaraang layer ay bababa ito. Kaya sa kahabaan ng kadena, ang mga alternating zone ng mataas at mababang presyon ay ipinapadala pa.
Salit-salit na lumihis sa mga gilid, pinipiga ng tumutunog na string ang hangin, una sa isang direksyon, at pagkatapos ay sa kabilang direksyon. Sa direksyon kung saan lumihis ang string, ang pressure ay nagiging mas mataas kaysa sa atmospheric pressure sa ilang halaga. Sa kabaligtaran, ang presyon ay bumababa ng parehong halaga, dahil ang hangin doon ay bihira. Ang compression at rarefaction ay magpapalit-palit at kumakalat sa iba't ibang direksyon, na magdudulot ng mga panginginig ng hangin. Ang mga vibrations na ito ay tinatawag sound wave . At ang pagkakaiba sa pagitan ng atmospheric pressure at pressure sa isang layer ng compression o rarefaction ng hangin ay tinatawag acoustic, o presyon ng tunog.
Mag-click sa larawan
Ang isang sound wave ay kumakalat hindi lamang sa hangin, kundi pati na rin sa likido at solidong media. Halimbawa, ang tubig ay isang mahusay na konduktor ng tunog. Naririnig namin ang impact ng isang bato sa ilalim ng tubig. Ang ingay ng mga propeller ng isang surface ship ay nakakakuha ng acoustics ng submarino. Kung maglalagay tayo ng wrist watch sa isang dulo ng kahoy na tabla, pagkatapos, paglalagay ng ating tainga sa kabilang dulo ng pisara, maririnig natin itong kumakatok.
Magiiba ba ang mga tunog sa isang vacuum? Ang English physicist, chemist at theologian na si Robert Boyle, na nabuhay noong ika-17 siglo, ay naglagay ng orasan sa isang glass vessel, kung saan ang hangin ay ibinuga. Hindi niya narinig ang tunog ng orasan. Nangangahulugan ito na ang mga sound wave ay hindi kumakalat sa walang hangin na espasyo.
Mga Katangian ng Sound Wave
Ang anyo ng mga vibrations ng tunog ay depende sa pinagmulan ng tunog. Ang uniporme o harmonic oscillations ay may pinakasimpleng anyo. Maaari silang kinakatawan bilang isang sinusoid. Ang ganitong mga oscillations ay nailalarawan sa pamamagitan ng amplitude, wavelength at dalas ng pagpapalaganap ng mga oscillations.
Malawak
Malawak sa pangkalahatang kaso, ang pinakamataas na paglihis ng katawan mula sa posisyon ng balanse ay tinatawag.
Dahil ang isang sound wave ay binubuo ng mga alternating region na may mataas at mababang pressure, ito ay madalas na iniisip bilang isang proseso ng pagpapalaganap ng mga pagbabago sa presyon. Kaya pinag-uusapan nila amplitude ng presyon ng hangin sa isang alon.
Ang lakas ng tunog ay depende sa amplitude. Kung mas malaki ito, mas malakas ang tunog.
Ang bawat tunog ng pagsasalita ng tao ay may anyo ng mga panginginig ng boses, na kakaiba lamang sa kanya. Kaya, ang anyo ng mga vibrations ng tunog na "a" ay naiiba sa anyo ng mga vibrations ng tunog na "b".
Dalas at panahon ng alon
Ang bilang ng mga vibrations bawat segundo ay tinatawag dalas ng alon .
f = 1/T
saan T ay ang panahon ng oscillation. Ito ang dami ng oras na kailangan para sa isang kumpletong oscillation na mangyari.
Kung mas mahaba ang period, mas mababa ang frequency, at vice versa.
Ang yunit ng dalas sa internasyonal na sistema ng pagsukat na SI ay hertz (Hz). Ang 1 Hz ay isang oscillation bawat segundo.
1 Hz = 1 s -1 .
Halimbawa, ang dalas ng 10 Hz ay nangangahulugang 10 oscillations sa 1 segundo.
1000 Hz = 1 kHz
Ang pitch ay depende sa dalas ng vibration. Kung mas mataas ang dalas, mas mataas ang tono ng tunog.
Ang tainga ng tao ay hindi may kakayahang makita ang lahat ng mga sound wave, ngunit ang mga may dalas lamang na 16 hanggang 20,000 Hz. Ang mga alon na ito ay itinuturing na mga sound wave. Ang mga alon na ang dalas ay mas mababa sa 16 Hz ay tinatawag na infrasonic, at ang mga nasa itaas ng 20,000 Hz ay tinatawag na ultrasonic.
Ang isang tao ay hindi nakakakita ng alinman sa infrasonic o ultrasonic waves. Ngunit ang mga hayop at ibon ay nakakarinig ng ultrasound. Halimbawa, ang isang ordinaryong butterfly ay nakikilala ang mga tunog na may dalas na 8,000 hanggang 160,000 Hz. Ang saklaw na nakikita ng mga dolphin ay mas malawak pa, ito ay mula 40 hanggang 200 thousand Hz.
Haba ng daluyong
Haba ng daluyong tawagan ang distansya sa pagitan ng dalawang pinakamalapit na punto ng isang harmonic wave na nasa parehong yugto, halimbawa, sa pagitan ng dalawang crests. Itinalaga bilang ƛ .
Sa isang oras na katumbas ng isang yugto, ang isang alon ay naglalakbay sa isang distansya na katumbas ng haba nito.
Bilis ng pagpapalaganap ng alon
v = ƛ /T
kasi T = 1/f
yun v = ƛ f
Bilis ng tunog
Ang mga pagtatangka upang matukoy ang bilis ng tunog sa tulong ng mga eksperimento ay ginawa sa unang kalahati ng ika-17 siglo. Ang pilosopong Ingles na si Francis Bacon, sa kanyang akdang The New Organon, ay nagmungkahi ng kanyang sariling paraan ng paglutas ng problemang ito, batay sa pagkakaiba sa bilis ng liwanag at tunog.
Ito ay kilala na ang bilis ng liwanag ay mas mataas kaysa sa bilis ng tunog. Samakatuwid, sa panahon ng isang bagyo, una tayong nakakakita ng isang kidlat, at pagkatapos lamang ay nakarinig tayo ng kulog. Ang pag-alam sa distansya sa pagitan ng pinagmulan ng liwanag at tunog at ng tagamasid, pati na rin ang oras sa pagitan ng flash ng liwanag at tunog, ang bilis ng tunog ay maaaring kalkulahin.
Ang ideya ni Bacon ay ginamit ng Pranses na siyentipiko na si Marin Marsenne. Ang isang tagamasid sa ilang distansya mula sa taong nagpaputok ng musket ay nagtala ng oras na lumipas mula sa flash ng liwanag hanggang sa tunog ng putok. Pagkatapos ang distansya ay hinati sa oras upang makuha ang bilis ng tunog. Ayon sa mga resulta ng eksperimento, ang bilis ay katumbas ng 448 m/s. Ito ay isang magaspang na pagtatantya.
Sa simula ng ika-19 na siglo, inulit ng isang pangkat ng mga siyentipiko mula sa Paris Academy of Sciences ang karanasang ito. Ayon sa kanilang mga kalkulasyon, ang bilis ng liwanag ay 350-390 m/s. Ngunit ang figure na ito ay hindi rin tumpak.
Sa teorya, sinubukan ni Newton na kalkulahin ang bilis ng liwanag. Ibinatay niya ang kanyang mga kalkulasyon sa batas ng Boyle-Mariotte, na inilarawan ang pag-uugali ng gas sa isothermal proseso (sa pare-parehong temperatura). At ito ay nangyayari kapag ang dami ng gas ay nagbabago nang napakabagal, na namamahala upang bigyan ang kapaligiran ng init na nangyayari dito.
Ipinagpalagay din ni Newton na sa pagitan ng mga lugar ng compression at rarefaction, mabilis na bumababa ang temperatura. Ngunit ang mga kundisyong ito ay hindi umiiral sa isang sound wave. Ang hangin ay hindi nagsasagawa ng init nang maayos, at ang distansya sa pagitan ng mga layer ng compression at rarefaction ay malaki. Ang init mula sa compression layer ay walang oras upang pumasa sa rarefaction layer. At mayroong pagkakaiba sa temperatura sa pagitan nila. Samakatuwid, ang mga kalkulasyon ni Newton ay naging hindi tama. Nagbigay sila ng figure na 280 m / s.
Ang Pranses na siyentipiko na si Laplace ay nakapagpaliwanag na ang pagkakamali ni Newton ay ang isang sound wave na kumakalat sa hangin sa adiabatic mga kondisyon sa iba't ibang temperatura. Ayon sa mga kalkulasyon ni Laplace, ang bilis ng tunog sa hangin sa temperatura na 0 o C ay 331.5 m/s. Bukod dito, tumataas ito sa pagtaas ng temperatura. At kapag ang temperatura ay tumaas sa 20 ° C, ito ay magiging katumbas ng 344 m / s.
Ang mga sound wave ay naglalakbay sa iba't ibang bilis sa iba't ibang media.
Para sa mga gas at likido, ang bilis ng tunog ay kinakalkula ng formula:
saan Sa -bilis ng tunog,
β - adiabatic compressibility ng medium,
ρ - density.
Tulad ng makikita mula sa formula, ang bilis ay nakasalalay sa density at compressibility ng medium. Sa hangin, ito ay mas mababa kaysa sa likido. Halimbawa, sa tubig sa temperatura na 20 ° C, ito ay katumbas ng 1484 m / s. Bukod dito, kung mas mataas ang kaasinan ng tubig, mas mabilis ang pagpapalaganap ng tunog sa loob nito.
Sa unang pagkakataon, ang bilis ng tunog sa tubig ay nasusukat noong 1827. Ang eksperimentong ito ay medyo nakapagpapaalaala sa pagsukat ng bilis ng liwanag ni Maren Marsenne. Ang isang kampana ay ibinaba sa tubig mula sa gilid ng isang bangka. Sa layo na higit sa 13 km mula sa unang bangka ay ang pangalawa. Sa unang bangka, hinampas ang kampana at sabay na sinunog ang pulbura. Sa pangalawang bangka, ang oras ng flash ay naitala, at pagkatapos ay ang oras ng pagdating ng tunog mula sa kampana. Sa pamamagitan ng paghahati ng distansya sa oras, nakukuha natin ang bilis ng sound wave sa tubig.
Ang tunog ay may pinakamataas na bilis sa isang solidong medium. Halimbawa, sa bakal umabot ito ng higit sa 5000 m/s.
Nangyayari sa gas, likido at solid na media, na, kapag naabot ang mga organo ng pandinig ng tao, ay nakikita ng mga ito bilang tunog. Ang dalas ng mga alon na ito ay nasa saklaw mula 20 hanggang 20,000 oscillations bawat segundo. Nagbibigay kami ng mga formula para sa isang sound wave at isinasaalang-alang ang mga katangian nito nang mas detalyado.
Bakit lumilitaw ang isang sound wave?
Maraming tao ang nagtataka kung ano ang sound wave. Ang likas na katangian ng tunog ay nakasalalay sa paglitaw ng perturbation sa isang nababanat na daluyan. Halimbawa, kapag ang isang pressure perturbation sa anyo ng compression ay nangyayari sa isang tiyak na dami ng hangin, ang lugar na ito ay may posibilidad na kumalat sa kalawakan. Ang prosesong ito ay humahantong sa compression ng hangin sa mga lugar na katabi ng pinagmulan, na malamang na lumawak din. Ang prosesong ito ay sumasaklaw ng higit pa at higit pa sa espasyo hanggang sa maabot nito ang ilang receiver, halimbawa, ang tainga ng tao.
Pangkalahatang katangian ng mga sound wave
Isaalang-alang ang mga tanong kung ano ang sound wave at kung paano ito nakikita ng tainga ng tao. Ang sound wave ay longitudinal; kapag ito ay pumasok sa ear shell, nagiging sanhi ito ng eardrum na manginig sa isang tiyak na frequency at amplitude. Maaari mo ring katawanin ang mga pagbabagong ito bilang pana-panahong mga pagbabago sa presyon sa microvolume ng hangin na katabi ng lamad. Una, tumataas ito kaugnay sa normal na presyon ng atmospera, at pagkatapos ay bumababa, na sumusunod sa mga batas sa matematika ng maharmonya na paggalaw. Ang amplitude ng mga pagbabago sa air compression, iyon ay, ang pagkakaiba sa pagitan ng maximum o minimum na presyon na nilikha ng isang sound wave, na may atmospheric pressure ay proporsyonal sa amplitude ng sound wave mismo.
Maraming mga pisikal na eksperimento ang nagpakita na ang pinakamataas na presyon na maaaring maramdaman ng tainga ng tao nang hindi ito sinasaktan ay 2800 µN/cm 2 . Para sa paghahambing, sabihin natin na ang presyon ng atmospera malapit sa ibabaw ng lupa ay 10 milyon µN/cm 2 . Isinasaalang-alang ang proporsyonalidad ng presyon at amplitude ng mga oscillations, maaari nating sabihin na ang huling halaga ay hindi gaanong mahalaga kahit na para sa pinakamalakas na alon. Kung pinag-uusapan natin ang haba ng isang sound wave, kung gayon para sa dalas ng 1000 vibrations bawat segundo ito ay magiging isang libo ng isang sentimetro.
Ang pinakamahina na tunog ay lumilikha ng pagbabagu-bago ng presyon ng pagkakasunud-sunod ng 0.001 μN / cm 2, ang kaukulang amplitude ng mga oscillations ng alon para sa dalas ng 1000 Hz ay 10 -9 cm, habang ang average na diameter ng mga molekula ng hangin ay 10 -8 cm, iyon ay, ang tainga ng tao ay isang lubhang sensitibong organ.
Ang konsepto ng intensity ng sound waves
Mula sa isang geometric na pananaw, ang isang sound wave ay isang panginginig ng boses ng isang tiyak na anyo, ngunit mula sa isang pisikal na punto ng view, ang pangunahing pag-aari ng mga sound wave ay ang kanilang kakayahang maglipat ng enerhiya. Ang pinakamahalagang halimbawa ng paglipat ng enerhiya ng alon ay ang araw, na ang mga sinag na electromagnetic wave ay nagbibigay ng enerhiya sa ating buong planeta.
Ang intensity ng sound wave sa physics ay tinukoy bilang ang dami ng enerhiya na dinadala ng wave sa pamamagitan ng unit surface, na patayo sa propagation ng wave, at bawat unit time. Sa madaling salita, ang intensity ng isang alon ay ang kapangyarihan nito na inilipat sa pamamagitan ng isang unit area.
Ang lakas ng mga sound wave ay karaniwang sinusukat sa mga decibel, na batay sa isang logarithmic scale, na maginhawa para sa praktikal na pagsusuri ng mga resulta.
Intensity ng iba't ibang tunog
Ang sumusunod na sukat ng decibel ay nagbibigay ng ideya ng kahulugan ng iba't ibang at ang mga sensasyong dulot nito:
- ang threshold ng hindi kasiya-siya at hindi komportable na mga sensasyon ay nagsisimula sa 120 decibels (dB);
- ang riveting hammer ay lumilikha ng ingay na 95 dB;
- mataas na bilis ng tren - 90 dB;
- kalye na may mabigat na trapiko - 70 dB;
- ang dami ng isang normal na pag-uusap sa pagitan ng mga tao - 65 dB;
- ang isang modernong kotse na gumagalaw sa katamtamang bilis ay gumagawa ng ingay na 50 dB;
- ang average na dami ng radyo - 40 dB;
- tahimik na pag-uusap - 20 dB;
- ingay ng mga dahon ng puno - 10 dB;
- ang minimum na threshold ng sensitivity ng tunog ng tao ay malapit sa 0 dB.
Ang sensitivity ng tainga ng tao ay nakasalalay sa dalas ng tunog at ang pinakamataas na halaga para sa mga sound wave na may dalas na 2000-3000 Hz. Para sa tunog sa saklaw ng dalas na ito, ang mas mababang threshold ng sensitivity ng tao ay 10 -5 dB. Ang mas mataas at mas mababang mga frequency kaysa sa tinukoy na agwat ay humahantong sa pagtaas sa mas mababang threshold ng sensitivity sa paraan na ang isang tao ay nakakarinig ng mga frequency na malapit sa 20 Hz at 20,000 Hz lamang sa kanilang intensity na ilang sampu ng dB.
Tulad ng para sa itaas na threshold ng intensity, pagkatapos kung saan ang tunog ay nagsisimulang magdulot ng abala para sa isang tao at kahit na sakit, dapat sabihin na halos hindi ito nakasalalay sa dalas at namamalagi sa saklaw ng 110-130 dB.
Mga geometric na katangian ng isang sound wave
Ang tunay na sound wave ay isang kumplikadong oscillatory packet ng mga longitudinal wave, na maaaring mabulok sa simpleng harmonic oscillations. Ang bawat naturang oscillation ay inilalarawan mula sa isang geometric na punto ng view ng mga sumusunod na katangian:
- Amplitude - ang maximum na paglihis ng bawat seksyon ng wave mula sa equilibrium. Ang halagang ito ay itinalagang A.
- Panahon. Ito ang oras na kinakailangan para sa isang simpleng alon upang makumpleto ang kumpletong oscillation nito. Pagkatapos ng panahong ito, ang bawat punto ng alon ay magsisimulang ulitin ang proseso ng oscillatory nito. Ang panahon ay karaniwang tinutukoy ng letrang T at sinusukat sa mga segundo sa SI system.
- Dalas. Ito ay isang pisikal na dami na nagpapakita kung gaano karaming mga oscillations ang ginagawa ng isang partikular na wave bawat segundo. Iyon ay, sa kahulugan nito, ito ay isang halaga na kabaligtaran sa panahon. Ito ay itinalaga f. Para sa dalas ng isang sound wave, ang formula para sa pagtukoy nito sa mga tuntunin ng isang panahon ay ang mga sumusunod: f = 1/T.
- Ang haba ng daluyong ay ang distansya na naglalakbay sa isang panahon ng oscillation. Sa geometriko, ang wavelength ay ang distansya sa pagitan ng dalawang pinakamalapit na maxima o dalawang pinakamalapit na minima sa isang sinusoidal curve. Ang haba ng oscillation ng sound wave ay ang distansya sa pagitan ng pinakamalapit na lugar ng air compression o ang pinakamalapit na lugar ng rarefaction nito sa espasyo kung saan gumagalaw ang wave. Ito ay karaniwang tinutukoy ng letrang Griyego na λ.
- Ang bilis ng pagpapalaganap ng isang sound wave ay ang distansya kung saan ang rehiyon ng compression o ang rehiyon ng rarefaction ng wave ay nagpapalaganap bawat yunit ng oras. Ang halagang ito ay tinutukoy ng titik v. Para sa bilis ng sound wave, ang formula ay: v = λ*f.
Ang geometry ng isang dalisay na alon ng tunog, iyon ay, isang alon ng patuloy na kadalisayan, ay sumusunod sa isang sinusoidal na batas. Sa pangkalahatang kaso, ang formula ng sound wave ay: y = A*sin(ωt), kung saan ang y ay ang halaga ng coordinate ng isang naibigay na punto ng wave, t ay oras, ω = 2*pi*f ay ang cyclic dalas ng oscillation.
aperiodic na tunog
Maraming mga mapagkukunan ng tunog ang maaaring ituring na pana-panahon, halimbawa, ang tunog mula sa mga instrumentong pangmusika tulad ng isang gitara, piano, plauta, ngunit mayroon ding isang malaking bilang ng mga tunog sa kalikasan na aperiodic, iyon ay, ang mga sound vibrations ay nagbabago ng kanilang dalas at hugis. sa kalawakan. Sa teknikal, ang ganitong uri ng tunog ay tinatawag na ingay. Ang mga matingkad na halimbawa ng aperiodic na tunog ay ang ingay sa lungsod, ang tunog ng dagat, mga tunog mula sa mga instrumentong percussion, halimbawa, mula sa drum, at iba pa.
Daluyan ng pagpapalaganap ng tunog
Hindi tulad ng electromagnetic radiation, na ang mga photon ay hindi nangangailangan ng anumang materyal na daluyan para sa kanilang pagpapalaganap, ang likas na katangian ng tunog ay tulad na ang isang tiyak na daluyan ay kinakailangan para sa pagpapalaganap nito, iyon ay, ayon sa mga batas ng pisika, ang mga sound wave ay hindi maaaring magpalaganap sa isang vacuum.
Ang tunog ay maaaring magpalaganap sa mga gas, likido at solid. Ang mga pangunahing katangian ng isang sound wave na nagpapalaganap sa isang medium ay ang mga sumusunod:
- ang alon ay kumakalat nang linear;
- kumakalat ito nang pantay-pantay sa lahat ng direksyon sa isang homogenous na daluyan, iyon ay, ang tunog ay nag-iiba mula sa pinagmulan, na bumubuo ng isang perpektong spherical na ibabaw.
- anuman ang amplitude at dalas ng tunog, ang mga alon nito ay kumakalat sa parehong bilis sa isang partikular na daluyan.
Ang bilis ng sound waves sa iba't ibang media
Ang bilis ng pagpapalaganap ng tunog ay nakasalalay sa dalawang pangunahing salik: ang daluyan kung saan naglalakbay ang alon at ang temperatura. Sa pangkalahatan, nalalapat ang sumusunod na panuntunan: mas siksik ang daluyan, at mas mataas ang temperatura nito, mas mabilis na naglalakbay ang tunog dito.
Halimbawa, ang bilis ng pagpapalaganap ng sound wave sa hangin malapit sa ibabaw ng lupa sa temperatura na 20 ℃ at halumigmig na 50% ay 1235 km/h o 343 m/s. Sa tubig, sa isang naibigay na temperatura, ang tunog ay naglalakbay nang 4.5 beses na mas mabilis, iyon ay, mga 5735 km/h o 1600 m/s. Tulad ng para sa pag-asa ng bilis ng tunog sa temperatura sa hangin, tumataas ito ng 0.6 m / s na may pagtaas ng temperatura para sa bawat degree na Celsius.
Timbre at tono
Kung ang isang string o metal plate ay pinapayagang malayang mag-vibrate, ito ay magbubunga ng mga tunog ng iba't ibang mga frequency. Napakabihirang makahanap ng katawan na maglalabas ng tunog ng isang partikular na frequency, kadalasan ang tunog ng isang bagay ay may set ng mga frequency sa isang tiyak na pagitan.
Ang timbre ng isang tunog ay tinutukoy ng bilang ng mga harmonika na naroroon dito at ang kani-kanilang mga intensidad. Ang Timbre ay isang subjective na halaga, iyon ay, ito ay ang pang-unawa ng isang tunog na bagay ng isang tiyak na tao. Ang Timbre ay karaniwang nailalarawan sa pamamagitan ng mga sumusunod na pang-uri: mataas, makinang, matunog, melodiko, at iba pa.
Ang tono ay isang tunog na sensasyon na nagpapahintulot na ito ay maiuri bilang mataas o mababa. Ang halagang ito ay subjective din at hindi masusukat ng anumang instrumento. Ang tono ay nauugnay sa isang layunin na dami - ang dalas ng isang sound wave, ngunit walang malinaw na ugnayan sa pagitan nila. Halimbawa, para sa isang single-frequency na tunog ng pare-pareho ang intensity, tumataas ang tono habang tumataas ang frequency. Kung ang dalas ng tunog ay nananatiling pare-pareho, at ang intensity nito ay tumataas, kung gayon ang tono ay nagiging mas mababa.
Hugis ng mga pinagmumulan ng tunog
Alinsunod sa hugis ng katawan na nagsasagawa ng mga mekanikal na panginginig ng boses at sa gayon ay bumubuo ng mga alon, mayroong tatlong pangunahing uri:
- pinagmulan ng punto. Gumagawa ito ng mga sound wave na spherical ang hugis at mabilis na nabubulok na may distansya mula sa pinagmulan (humigit-kumulang 6 dB kung ang distansya mula sa pinagmulan ay nadoble).
- pinagmulan ng linya. Lumilikha ito ng mga cylindrical wave, ang intensity na bumababa nang mas mabagal kaysa mula sa isang point source (para sa bawat pagdodoble ng distansya mula sa pinagmulan, ang intensity ay bumababa ng 3 dB).
- Flat o two-dimensional na pinagmulan. Bumubuo lamang ito ng mga alon sa isang tiyak na direksyon. Ang isang halimbawa ng naturang pinagmulan ay isang piston na gumagalaw sa isang silindro.
Mga mapagkukunan ng elektronikong tunog
Upang lumikha ng isang sound wave, ang mga elektronikong mapagkukunan ay gumagamit ng isang espesyal na lamad (speaker), na nagsasagawa ng mga mekanikal na panginginig ng boses dahil sa hindi pangkaraniwang bagay ng electromagnetic induction. Kabilang sa mga naturang mapagkukunan ang sumusunod:
- mga manlalaro ng iba't ibang mga disc (CD, DVD at iba pa);
- mga cassette recorder;
- mga tatanggap ng radyo;
- Mga TV at ilang iba pa.
Tunog (sound wave ) – ay isang elastic wave na nakikita ng organ ng pandinig ng tao at hayop. Sa ibang salita, Ang tunog ay ang pagpapalaganap ng mga pagbabago sa density (o presyon) sa isang nababanat na daluyan, na nagmumula sa pakikipag-ugnayan ng mga particle ng daluyan sa bawat isa.
Ang kapaligiran (hangin) ay isa sa nababanat na media. Ang pagpapalaganap ng tunog sa hangin ay sumusunod sa mga pangkalahatang batas ng pagpapalaganap ng mga acoustic wave sa mga ideal na gas, at mayroon ding mga tampok dahil sa pagkakaiba-iba ng density, presyon, temperatura at halumigmig ng hangin. Ang bilis ng tunog ay tinutukoy ng mga katangian ng daluyan at kinakalkula mula sa mga formula para sa bilis ng isang nababanat na alon.
Mayroong artipisyal at natural pinagmumulan tunog. Kasama sa mga artipisyal na emitter ang:
Vibrations ng solid body (mga string at deck ng mga instrumentong pangmusika, loudspeaker diffuser, lamad ng telepono, piezoelectric plate);
Mga panginginig ng hangin sa isang limitadong dami (mga tubo ng organ, mga whistles);
Talunin (piano keys, bell);
Agos ng kuryente (electroacoustic transducers).
Kabilang sa mga likas na mapagkukunan ang:
Pagsabog, pagbagsak;
Ang daloy ng hangin sa paligid ng mga hadlang (hangin na umiihip sa sulok ng isang gusali, ang tuktok ng alon ng dagat).
Mayroon ding artipisyal at natural mga receiver tunog:
Electroacoustic transducers (mikropono sa hangin, hydrophone sa tubig, geophone sa crust ng lupa) at iba pang mga aparato;
Hearing apparatus ng tao at hayop.
Sa panahon ng pagpapalaganap ng mga sound wave, ang mga phenomena na katangian ng mga alon ng anumang kalikasan ay posible:
Pagninilay mula sa isang balakid
Repraksyon sa hangganan ng dalawang media,
panghihimasok (dagdag),
Diffraction (pag-iwas sa balakid),
Dispersion (depende sa bilis ng tunog sa isang sangkap sa dalas ng tunog);
Absorption (pagbaba ng enerhiya at intensity ng tunog sa medium dahil sa hindi maibabalik na conversion ng sound energy sa init).
Layunin na mga katangian ng tunog
dalas ng tunog
Ang dalas ng tunog na naririnig ng isang tao ay nasa saklaw mula sa 16 Hz dati 16 - 20 kHz . Mga nababanat na alon na may dalas sa ibaba naririnig na saklaw tinawag infrasound (kabilang ang concussion), s mas mataas dalas – ultrasound , at ang pinakamataas na dalas ng nababanat na alon ay hypersonic .
Ang buong saklaw ng dalas ng tunog ay maaaring nahahati sa tatlong bahagi (Talahanayan 1.).
ingay ay may tuloy-tuloy na spectrum ng mga frequency (o wavelength) sa rehiyon ng mababang frequency na tunog (Tables 1, 2). Ang tuluy-tuloy na spectrum ay nangangahulugan na ang mga frequency ay maaaring magkaroon ng anumang halaga mula sa ibinigay na agwat.
Musikal , o tonal , mga tunog may line spectrum ng mga frequency sa rehiyon ng mid-frequency at bahagyang high-frequency na tunog. Ang natitirang bahagi ng high-frequency na tunog ay inookupahan ng isang sipol. Ang line spectrum ay nangangahulugan na ang mga musical frequency ay may mahigpit lamang na tinukoy (discrete) na mga halaga mula sa tinukoy na agwat.
Bilang karagdagan, ang pagitan ng mga musical frequency ay nahahati sa mga octaves. Oktaba ay ang frequency interval na nakapaloob sa pagitan ng dalawang boundary value, na ang itaas ay dalawang beses ang mas mababa(Talahanayan 3)