Звуковые волны. Скорость звука. Громкость звука. Высота тона. Эхо
Упругие волны в диапазоне с частотами от 16 Гц до 20 кГц называют звуком.
При распространении звуковой волны в пространстве распространяются сжатия и разрежения среды. Любое тело, колеблющееся со звуковой частотой, создаёт в окружающей среде звуковую волну.
Звуковые волны, подобно всем другим волнам, распространяются с конечной скоростью.
Скорость звука в воздухе при 00С равна 331 м/с. Она примерно равна средней скорости теплового движения молекул.
Скорость звука зависит от температуры среды и от её агрегатного состояния.
В воде скорость звука больше, чем в воздухе. При температуре 80С скорость звука в воде равна 1435м/с.
В твёрдых телах скорость звука ещё больше, чем в жидкостях.
Громкост ь звука определяется амплитудой колебаний. У громких звуков амплитуда больше, у тихих – меньше.
Звуковые колебания, происходящие по гармоническому закону, воспринимаются человеком как определённый музыкальный тон.
Колебания высокой частоты воспринимаются как звуки высокого тона, колебания низкой частоты – как звуки низкого тона.
Эхо – это отраженная звуковая волна.
Звуковые волны. Скорость звука. Громкость, высота звука.
Волновой процесс — процесс переноса энергии без переноса вещества.
Механическая волна — возмущение, распространяющееся в упругой среде.
Наличие упругой среды — необходимое условие распространения механических волн.
Перенос энергии и импульса в среде происходит в результате взаимодействия между соседними частицами среды.
Волны бывают продольные и поперечные.
Продольная механическая волна — волна, в которой движение частиц среды происходит в направлении распространения волны. Поперечная механическая волна — волна, в которой частицы среды перемещаются перпендикулярно направлению распространения волны.
|
|
Продольные волны могут распространяться в любой среде. Поперечные волны в газах и жидкостях не возникают, так как в них
отсутствуют фиксированные положения частиц.
Периодическое внешнее воздействие вызывает периодические волны.
Гармоническая волна — волна, порождаемая гармоническими колебаниями частиц среды.
Длина волны — расстояние, на которое распространяется волна за период колебаний ее источника:
[v — скорость распространения волны].
Скорость механической волны — скорость распространения возмущения в среде. Поляризация — упорядоченность направлений колебаний частиц в среде.
Плоскость поляризации — плоскость, в которой колеблются частицы среды в волне. Линейно-поляризованная механическая волна — волна, частицы которой колеблются вдоль определенного направления (линии).
Поляризатор — устройство, выделяющее волну определенной поляризации.
Стоячая волна — волна, образующаяся в результате наложения двух гармонических волн, распространяющихся навстречу друг другу и имеющих одинаковый период, амплитуду и поляризацию.
Пучности стоячей волны — положение точек, имеющих максимальную амплитуду колебаний.
Узлы стоячей волны — неперемещающиеся точки волны, амплитуда колебаний которых равна нулю.
На длине l струны, закрепленной на концах, укладывается целое число п полуволн поперечных стоячих волн:
|
|
Такие волны называются модами колебаний.
Мода колебаний для произвольного целого числа n > 1 называется n-й гармоникой или n-м обертоном. Мода колебаний для n = 1 называется первой гармоникой или основной модой колебаний. Звуковые волны — упругие волны в среде, вызывающие у человека слуховые ощущения.
Частота колебаний, соответствующих звуковых волнам, лежит в пределах от 16 Гц до 20 кГц.
Скорость распространения звуковых волн определяется скоростью передачи взаимодействия между частицами. Скорость звука в твердом теле vп, как правило, больше скорости звука в жидкости vж, которая, в свою очередь, превышает скорость звука в газе vг.
Звуковые сигналы классифицируют по высоте, тембру и громкости. Высота звука определяется частотой источника звуковых колебаний. Чем больше частота колебаний, тем выше звук; колебаниям малых частот соответствуют низкие звуки. Тембр звука определяется формой звуковых колебаний. Различие формы колебаний, имеющих одинаковый период, связано с разными относительными амплитудами основной моды и обертоном. Громкость звука характеризуется уровнем интенсивности звука. Интенсивность звука — энергия звуковых волн, падающая на площадь 1 м2 за 1 с.
Единица интенсивности звука — ватт на квадратный метр (Вт/м2). Уровень интенсивности
где I — интенсивность звука, I0 = 10-12 Вт/м2 — интенсивность, соответствующая порогу слышимости.
Порог слышимости характеризуется минимальной интенсивностью звука, которая может фиксироваться человеческим ухом.
Единица уровня интенсивности — децибел (дБ) 