انتشار الصوت. الصوت في بيئات مختلفة - هايبر ماركت المعرفة لماذا ينتقل الصوت أسرع إلى الماء؟

نحن نعلم أن الصوت ينتقل عبر الهواء. لهذا السبب يمكننا أن نسمع. لا يمكن أن توجد أصوات في الفراغ. ولكن إذا كان الصوت ينتقل عبر الهواء بسبب تفاعل جزيئاته ، أفلا ينتقل بواسطة مواد أخرى أيضًا؟ سوف يكون.

انتشار وسرعة الصوت في بيئات مختلفة

لا ينتقل الصوت فقط عن طريق الهواء. ربما يعلم الجميع أنه إذا وضعت أذنك على الحائط ، يمكنك سماع المحادثات في الغرفة المجاورة. في هذه الحالة ، ينتقل الصوت عبر الحائط. تنتشر الأصوات في الماء وفي البيئات الأخرى. علاوة على ذلك ، ينتشر الصوت في بيئات مختلفة بطرق مختلفة. تختلف سرعة الصوت حسب المادة.

من الغريب أن سرعة انتشار الصوت في الماء أعلى بأربع مرات تقريبًا من سرعة الهواء. وهذا يعني أن الأسماك تسمع "أسرع" مما نسمع. في المعادن والزجاج ، ينتقل الصوت بشكل أسرع. هذا لأن الصوت هو اهتزازات البيئة ، و موجات صوتية تنتقل بشكل أسرع في بيئات موصلة أفضل.

كثافة المياه وموصليةها أكبر من كثافة الهواء ، ولكنها أقل من كثافة المعدن. وفقًا لذلك ، ينتقل الصوت بطرق مختلفة. عند المرور من وسط إلى آخر ، تتغير سرعة الصوت.

يتغير طول الموجة الصوتية أيضًا عندما تنتقل من وسيط إلى آخر. فقط تردده يبقى كما هو. ولكن هذا هو بالضبط سبب قدرتنا على تمييز من يتحدث بالضبط حتى من خلال الجدران.

نظرًا لأن الصوت عبارة عن اهتزازات ، فإن جميع قوانين وصيغ الاهتزازات والموجات قابلة للتطبيق جيدًا على اهتزازات الصوت. عند حساب سرعة الصوت في الهواء يجب مراعاة أن هذه السرعة تعتمد على درجة حرارة الهواء. مع ارتفاع درجة الحرارة ، تزداد سرعة انتشار الصوت. في ظل الظروف العادية ، تكون سرعة الصوت في الهواء 340344 م / ث.

موجات صوتيه

تنتشر الموجات الصوتية ، كما هو معروف من الفيزياء ، في الوسائط المرنة. هذا هو السبب في أن الأصوات تنتقل بشكل جيد عن طريق الأرض. عند وضع أذنك على الأرض ، يمكنك سماع صوت الخطوات والحوافر وما إلى ذلك من بعيد.

كطفل ، ربما كان الجميع يستمتعون بوضع آذانهم على القضبان. ينتقل صوت عجلات القطار على طول القضبان لعدة كيلومترات. لإنشاء تأثير امتصاص الصوت المعاكس ، يتم استخدام مواد ناعمة ومسامية.

على سبيل المثال ، من أجل حماية أي غرفة من الأصوات الدخيلة ، أو على العكس من ذلك ، من أجل منع الأصوات من مغادرة الغرفة بالخارج ، تتم معالجة الغرفة وعازلة للصوت. تم تنجيد الجدران والأرضيات والسقف بمواد خاصة تعتمد على البوليمرات الرغوية. في مثل هذا التنجيد ، كل الأصوات تتلاشى بسرعة كبيرة.

يغطي هذا الدرس موضوع "الموجات الصوتية". في هذا الدرس ، سنواصل دراسة الصوتيات. أولاً ، سنكرر تعريف الموجات الصوتية ، ثم سننظر في نطاقات التردد الخاصة بها ونتعرف على مفهوم الموجات فوق الصوتية والموجات فوق الصوتية. سنناقش أيضًا الخصائص الكامنة في الموجات الصوتية في بيئات مختلفة ومعرفة خصائصها. .

موجات صوتيه -هذه اهتزازات ميكانيكية ، والتي تنتشر وتتفاعل مع جهاز السمع ، يدركها الشخص (الشكل 1).

الشكل: 1. موجة صوتية

القسم الذي يتعامل مع هذه الموجات في الفيزياء يسمى الصوتيات. مهنة الناس الذين يطلق عليهم "الشائعات" في عامة الناس هي الصوتيات. الموجة الصوتية هي موجة تنتشر في وسط مرن ، وهي موجة طولية ، وعندما تنتشر في وسط مرن ، يتناوب الضغط والاكتئاب. ينتقل بمرور الوقت عبر مسافة (الشكل 2).

الشكل: 2. انتشار الموجة الصوتية

تشمل الموجات الصوتية تلك الاهتزازات التي تحدث بتردد من 20 إلى 20000 هرتز. بالنسبة لهذه الترددات ، فإن الأطوال الموجية المقابلة لها هي 17 م (20 هرتز) و 17 مم (20000 هرتز). سيشار إلى هذا النطاق على أنه صوت مسموع. يتم إعطاء هذه الأطوال الموجية للهواء ، حيث تكون سرعة انتشار الصوت.

هناك أيضًا نطاقات تتعامل معها الصوتيات - فوق الصوتية وفوق الصوتية. الأشعة تحت الصوتية هي تلك التي يقل ترددها عن 20 هرتز. والموجات فوق الصوتية هي تلك التي يزيد ترددها عن 20000 هرتز (الشكل 3).

الشكل: 3. نطاقات الموجات الصوتية

يجب أن يتم إرشاد كل شخص متعلم في نطاق تردد الموجات الصوتية وأن يعلم أنه إذا ذهب إلى الموجات فوق الصوتية ، فسيتم إنشاء الصورة على شاشة الكمبيوتر بتردد يزيد عن 20000 هرتز.

الموجات فوق الصوتية -هذه موجات ميكانيكية ، تشبه الموجات الصوتية ، ولكن بتردد من 20 كيلو هرتز إلى مليار هرتز.

يتم استدعاء الموجات التي يزيد ترددها عن مليار هرتز فرط الصوت.

تستخدم الموجات فوق الصوتية للكشف عن العيوب في أجزاء المصبوب. يتم توجيه تيار من الإشارات فوق الصوتية القصيرة إلى الجزء المراد فحصه. في الأماكن التي لا توجد بها عيوب ، تمر الإشارات عبر الجزء دون أن يتم تسجيلها بواسطة جهاز الاستقبال.

إذا كان هناك صدع أو تجويف هوائي أو عدم تجانس آخر في الجزء ، فعندئذ تنعكس إشارة الموجات فوق الصوتية منه وتدخل إلى جهاز الاستقبال. هذه الطريقة تسمى كشف الخلل بالموجات فوق الصوتية.

ومن الأمثلة الأخرى لتطبيقات الموجات فوق الصوتية آلات الموجات فوق الصوتية ، وأجهزة الموجات فوق الصوتية ، والعلاج بالموجات فوق الصوتية.

الأشعة تحت الصوتية - موجات ميكانيكية شبيهة بالصوت ولكن ترددها أقل من 20 هرتز. لا تدركها الأذن البشرية.

المصادر الطبيعية للموجات فوق الصوتية هي العواصف ، وأمواج تسونامي ، والزلازل ، والأعاصير ، والانفجارات البركانية ، والعواصف الرعدية.

تعتبر الأشعة تحت الصوتية أيضًا موجات مهمة تستخدم في اهتزاز السطح (على سبيل المثال ، لتدمير بعض الأجسام الكبيرة). نطلق الموجات فوق الصوتية في التربة - ويتم سحق التربة. أين يستخدم هذا؟ على سبيل المثال ، في مناجم الماس ، حيث يتم أخذ الخام حيث توجد مكونات الماس ، ويتم سحقه إلى جزيئات صغيرة للعثور على شوائب الماس هذه (الشكل 4).

الشكل: 4. تطبيق الأشعة تحت الصوتية

سرعة الصوت تعتمد على الظروف البيئية ودرجة الحرارة (الشكل 5).

الشكل: 5. سرعة انتشار الموجة الصوتية في الوسائط المختلفة

ملحوظة: في الهواء ، سرعة الصوت تزداد بسرعة بمقدار. إذا كنت باحثًا ، فقد تكون هذه المعرفة مفيدة لك. قد تبتكر نوعًا من مستشعر درجة الحرارة الذي سيسجل الاختلافات في درجات الحرارة عن طريق تغيير سرعة الصوت في البيئة. نحن نعلم بالفعل أنه كلما كان الوسط أكثر كثافة ، كلما زادت خطورة التفاعل بين جزيئات الوسط ، زادت سرعة انتشار الموجة. ناقشنا هذا في الفقرة الأخيرة باستخدام مثال الهواء الجاف والهواء الرطب. بالنسبة للمياه ، سرعة انتشار الصوت. إذا قمت بإنشاء موجة صوتية (طرق على شوكة رنانة) ، فإن سرعة انتشارها في الماء ستكون 4 أضعاف سرعة الهواء. سوف تصل المعلومات عن طريق الماء أسرع 4 مرات من الهواء. وحتى أسرع في الفولاذ: (الشكل 6).

الشكل: 6. سرعة انتشار الموجة الصوتية

أنت تعلم من الملاحم التي استخدمها إيليا موروميتس (وجميع الأبطال والروس العاديين والفتيان من RVS في Gaidar) ، استخدموا طريقة شيقة للغاية لاكتشاف كائن يقترب ، لكنه لا يزال بعيدًا. الصوت الذي تصدره أثناء القيادة لم يُسمع بعد. إيليا موروميتس ، يميل أذنه على الأرض ، يمكنه سماعه. لماذا ا؟ لأن الصوت ينتقل بسرعة أعلى على أرض صلبة ، مما يعني أنه سيصل بسرعة إلى أذن إيليا موروميتس ، وسيكون قادرًا على الاستعداد لمواجهة العدو.

أكثر الموجات الصوتية إثارة هي الأصوات الموسيقية والضوضاء. ما الأشياء التي يمكن أن تخلق موجات صوتية؟ إذا أخذنا مصدر موجة ووسيطًا مرنًا ، إذا جعلنا مصدر الصوت يهتز بانسجام ، فسنحصل على موجة صوتية رائعة ، والتي ستسمى صوتًا موسيقيًا. يمكن أن تكون مصادر الموجات الصوتية هذه ، على سبيل المثال ، أوتار الغيتار أو البيانو. يمكن أن تكون هذه موجة صوتية يتم إنشاؤها في فجوة أنبوب هواء (عضو أو أنبوب). من دروس الموسيقى ، تعرف الملاحظات: do، re، mi، fa، sol، la، si. في الصوتيات ، يطلق عليهم النغمات (الشكل 7).

الشكل: 7. النغمات الموسيقية

جميع الكائنات التي يمكن أن تصدر نغمات لها ميزات. كيف يختلفون؟ تختلف في الطول الموجي والتردد. إذا تم إنشاء هذه الموجات الصوتية بواسطة أجسام صوتية غير متناغمة أو لم يتم توصيلها بقطعة أوركسترالية مشتركة ، فسيتم تسمية هذا العدد من الأصوات بالضوضاء.

الضوضاء - اهتزازات عشوائية ذات طبيعة فيزيائية مختلفة ، تتميز بتعقيد الهيكل الزمني والطيفي. مفهوم الضوضاء هو مفهوم يومي وهناك مادي ، وهما متشابهان للغاية ، وبالتالي نقدمه كموضوع مهم منفصل في الاعتبار.

ننتقل إلى التقديرات الكمية للموجات الصوتية. ما هي خصائص الموجات الصوتية الموسيقية؟ تنطبق هذه الخصائص حصريًا على اهتزازات الصوت التوافقي. وبالتالي، حجم الصوت... ما الذي يحدد حجم الصوت؟ ضع في اعتبارك انتشار الموجة الصوتية في الوقت المناسب أو اهتزاز مصدر الموجة الصوتية (الشكل 8).

الشكل: 8. حجم الصوت

في الوقت نفسه ، إذا لم نضف الكثير من الصوت إلى النظام (على سبيل المثال ، النقر على مفتاح البيانو بهدوء) ، فسيكون هناك صوت هادئ. إذا رفعنا أيدينا بصوت عالٍ ، فإننا نسمي هذا الصوت عن طريق الضغط على المفتاح ، ونحصل على صوت مرتفع. على ماذا تعتمد؟ الصوت الهادئ له نطاق اهتزاز أقل من الصوت العالي.

السمة المهمة التالية للصوت الموسيقي وأي أخرى هي ارتفاع... على ماذا تعتمد درجة الصوت؟ الملعب يعتمد على التردد. يمكننا جعل المصدر يتأرجح بشكل متكرر ، أو يمكننا جعله يتأرجح ليس بسرعة كبيرة (أي جعل التذبذبات أقل لكل وحدة زمنية). ضع في اعتبارك مسحًا زمنيًا للصوت العالي والمنخفض من نفس السعة (الشكل 9).

الشكل: 9. الملعب السليم

يمكن استخلاص نتيجة مثيرة للاهتمام. إذا غنى شخص بصوت الجهير ، فهذا يعني أن لديه مصدر صوت (هذا الحبال الصوتية) يتأرجح أبطأ عدة مرات من الشخص الذي يغني سوبرانو. في الحالة الثانية ، تهتز الحبال الصوتية في كثير من الأحيان ، وبالتالي فإنها تسبب في كثير من الأحيان بؤر للضغط والفراغ في انتشار الموجة.

هناك خاصية أخرى مثيرة للاهتمام للموجات الصوتية لا يدرسها علماء الفيزياء. عليه طابع الصوت... أنت تعرف وتميز بسهولة نفس القطعة الموسيقية ، والتي يتم عزفها على البالاليكا أو التشيلو. ما الفرق بين هذه الأصوات وبين هذا الأداء؟ في بداية التجربة ، طلبنا من الأشخاص الذين يستخرجون الأصوات لجعلها بنفس السعة تقريبًا ، بحيث يكون حجم الصوت متماثلًا. يشبه الأمر حالة الأوركسترا: إذا لم تكن بحاجة إلى اختيار آلة موسيقية ، فكل شخص يلعب بنفس القوة بنفس القوة. لذا فإن جرس بالاليكا والتشيلو مختلف. إذا أردنا رسم الصوت المستخرج من آلة ، من أخرى ، باستخدام الرسوم البيانية ، فسيكونان متماثلين. ولكن يمكنك بسهولة التمييز بين هذه الآلات من خلال صوتها.

مثال آخر على أهمية الجرس. تخيل مغنيين يتخرجان من نفس كلية الموسيقى مع نفس المعلمين. لقد درسوا بشكل جيد على قدم المساواة في سن الخامسة. لسبب ما ، يصبح المرء مؤديًا بارزًا ، بينما الآخر غير راضٍ عن حياته المهنية طوال حياته. في الواقع ، يتم تحديد ذلك حصريًا من خلال أداتهم ، والتي تسبب اهتزازات صوتية فقط في البيئة ، أي أصواتهم تختلف في الجرس.

فهرس

1. سوكولوفيتش يو إيه ، بوجدانوفا جي إس. الفيزياء: كتيب بأمثلة لحل المشكلات. - إعادة توزيع الطبعة الثانية. - العاشر: فيستا: دار نشر رانوك ، 2005. - 464 ص.
2. Peryshkin A.V. ، Gutnik E.M. ، الفيزياء. الصف التاسع: كتاب مدرسي للتعليم العام. المؤسسات / A.V. بيريشكين ، إي. جوتنيك. - الطبعة 14 ، الصورة النمطية. - م: بوستارد ، 2009. - 300 ص.

1. بوابة الإنترنت "eduspb.com" ()
2. بوابة الإنترنت "msk.edu.ua" ()
3. بوابة الإنترنت "class-fizika.narod.ru" ()

واجب منزلي

1. كيف ينتشر الصوت؟ ماذا يمكن أن يكون مصدر الصوت؟
2. هل يمكن للصوت أن ينتشر في الفضاء؟
3. هل كل موجة تصل إلى عضو السمع البشري تدركها؟

على مسافات طويلة ، تنتشر الطاقة الصوتية فقط على طول الحزم اللطيفة التي لا تلمس قاع المحيط على طول الطريق. في هذه الحالة ، فإن القيد الذي يفرضه الوسيط على مدى انتشار الصوت هو امتصاصه في مياه البحر. ترتبط آلية الامتصاص الرئيسية بعمليات الاسترخاء المصاحبة للانتهاك بموجة صوتية للتوازن الديناميكي الحراري بين الأيونات وجزيئات الأملاح الذائبة في الماء. تجدر الإشارة إلى أن الدور الرئيسي في الامتصاص في نطاق واسع من الترددات الصوتية ينتمي إلى ملح كبريتات المغنيسيوم MgSO4 ، على الرغم من أن محتواه في مياه البحر من حيث النسبة المئوية صغير جدًا - ما يقرب من 10 مرات أقل من ، على سبيل المثال ، ملح الصخور كلوريد الصوديوم ، والذي لا يلعب مع ذلك أي دور مهم في امتصاص الصوت.

بشكل عام ، يكون الامتصاص في مياه البحر أكبر ، وكلما زاد تردد الصوت. عند الترددات من 3-5 إلى 100 كيلو هرتز على الأقل ، حيث تهيمن الآلية المذكورة أعلاه ، يكون الامتصاص متناسبًا مع التردد إلى الطاقة التي تبلغ حوالي 3/2. عند الترددات المنخفضة ، يتم تنشيط آلية امتصاص جديدة (ربما تكون مرتبطة بوجود أملاح البورون في الماء) ، والتي تصبح ملحوظة بشكل خاص في نطاق مئات الهيرتز ؛ هنا يكون مستوى الامتصاص مرتفعًا بشكل غير طبيعي وينخفض \u200b\u200bبشكل أبطأ بكثير مع تناقص التردد.

من أجل تخيل الخصائص الكمية للامتصاص في مياه البحر بشكل أوضح ، نلاحظ أنه بسبب هذا التأثير ، يتم تخفيف الصوت بتردد 100 هرتز 10 مرات على مسار 10 آلاف كيلومتر ، وبتردد 10 كيلو هرتز - على مسافة 10 كيلومترات فقط (الشكل. 2). وبالتالي ، يمكن استخدام الموجات الصوتية منخفضة التردد فقط للاتصالات بعيدة المدى تحت الماء ، للكشف طويل المدى عن العوائق تحت الماء ، إلخ

الشكل 2 - المسافات التي يتم فيها إضعاف الأصوات ذات الترددات المختلفة بمعامل 10 عند الانتشار في مياه البحر.

في منطقة الأصوات المسموعة لمدى التردد من 20 إلى 2000 هرتز ، يصل مدى انتشار الأصوات متوسطة الشدة تحت الماء إلى 15-20 كم ، وفي منطقة الموجات فوق الصوتية - 3-5 كم.

إذا انطلقنا من قيم توهين الصوت الملحوظ في الظروف المختبرية في أحجام صغيرة من الماء ، عندها يتوقع المرء نطاقات أطول بكثير. ومع ذلك ، في الظروف الطبيعية ، بالإضافة إلى التخميد بسبب خصائص الماء نفسه (ما يسمى بالتخميد اللزج) ، يؤثر أيضًا نثره وامتصاصه من خلال عدم تجانس الوسط.

يحدث انكسار الصوت ، أو انحناء مسار الحزمة الصوتية ، بسبب عدم تجانس خواص الماء ، خاصة على طول الخط الرأسي ، ويرجع ذلك إلى ثلاثة أسباب رئيسية: التغيرات في الضغط الهيدروستاتيكي مع العمق ، والتغيرات في الملوحة والتغيرات في درجة الحرارة بسبب التسخين غير المتكافئ لكتلة الماء بواسطة أشعة الشمس نتيجة للعمل المشترك لهذه الأسباب ، فإن سرعة انتشار الصوت ، والتي تبلغ حوالي 1450 م / ث للمياه العذبة وحوالي 1500 م / ث لمياه البحر ، تتغير مع العمق ، ويعتمد قانون التغيير على الموسم والوقت من اليوم وعمق الخزان وعدد من الأسباب الأخرى. ... تنحني الحزم الصوتية المنبعثة من المصدر بزاوية معينة إلى الأفق ، ويعتمد اتجاه المنعطف على توزيع سرعة الصوت في الوسط. في الصيف ، عندما تكون الطبقات العليا أكثر دفئًا من الطبقات السفلية ، تنحني الأشعة للأسفل وتنعكس في الغالب من القاع ، بينما تفقد جزءًا كبيرًا من طاقتها. على العكس من ذلك ، في فصل الشتاء ، عندما تحافظ الطبقات السفلية من الماء على درجة حرارتها ، بينما يتم تبريد الطبقات العليا ، تنحني الأشعة لأعلى وتخضع لانعكاسات متعددة من سطح الماء ، حيث تفقد طاقة أقل بكثير. لذلك ، في الشتاء ، يكون نطاق انتشار الصوت أكبر منه في الصيف. نتيجة الانكسار يسمى. المناطق الميتة ، أي المناطق القريبة من المصدر والتي لا يوجد فيها صوت.

ومع ذلك ، فإن وجود الانكسار يمكن أن يؤدي إلى زيادة في نطاق انتشار الصوت - ظاهرة الانتشار الصوتي بعيد المدى تحت الماء. على عمق ما تحت سطح الماء توجد طبقة ينتشر فيها الصوت بأقل سرعة ؛ وفوق هذا العمق تزداد سرعة الصوت بسبب ارتفاع درجة الحرارة وتحتها نتيجة زيادة الضغط الهيدروستاتيكي مع العمق. هذه الطبقة هي نوع من قنوات الصوت تحت الماء. يميل الشعاع الذي ينحرف عن محور القناة لأعلى أو لأسفل ، بسبب الانكسار ، إلى العودة إليه دائمًا. إذا وضعنا مصدرًا ومستقبلًا للصوت في هذه الطبقة ، فيمكن تسجيل حتى الأصوات ذات الشدة المتوسطة (على سبيل المثال ، انفجارات الشحنات الصغيرة من 1-2 كجم) على مسافات تصل إلى مئات وآلاف الكيلومترات. يمكن ملاحظة زيادة كبيرة في نطاق انتشار الصوت في وجود قناة صوتية تحت الماء عندما لا يكون مصدر الصوت والمستقبل بالقرب من محور القناة بالضرورة ، ولكن بالقرب من السطح ، على سبيل المثال. في هذه الحالة ، تدخل الأشعة ، التي تنكسر لأسفل ، طبقات المياه العميقة ، حيث تنحرف لأعلى وتخرج مرة أخرى إلى السطح على مسافة عدة عشرات من الكيلومترات من المصدر. علاوة على ذلك ، يتكرر نمط انتشار الأشعة ، ونتيجة لذلك ، يتم تكرار تسلسل ما يسمى. مناطق مضيئة ثانوية ، والتي عادة ما يمكن تتبعها لمسافات تصل إلى عدة مئات من الكيلومترات.

يتأثر انتشار الأصوات عالية التردد ، ولا سيما الموجات فوق الصوتية ، عندما تكون الأطوال الموجية صغيرة جدًا ، بعدم التجانس الصغير الذي يوجد عادة في المسطحات المائية الطبيعية: الكائنات الحية الدقيقة ، فقاعات الغاز ، إلخ. تعمل هذه المخالفات بطريقتين: تمتص وتبدد طاقة الموجات الصوتية. نتيجة لذلك ، مع زيادة وتيرة اهتزازات الصوت ، يتناقص نطاق انتشارها. يظهر هذا التأثير بشكل خاص في الطبقة السطحية من الماء ، حيث يوجد معظم عدم التجانس. يتسبب تشتت الصوت بالمخالفات ، وكذلك عدم انتظام سطح الماء والقاع ، في ظاهرة الصدى تحت الماء الذي يصاحب إرسال نبضة صوتية: الموجات الصوتية ، المنعكسة من مجموعة من عدم التجانس والاندماج ، تعطي إحكامًا لنبض الصوت الذي يستمر بعد نهايته ، مثل الصدى الملحوظ في الغرف المغلقة. يعد الصدى تحت الماء عائقًا كبيرًا إلى حد ما أمام عدد من التطبيقات العملية للصوتيات المائية ، ولا سيما السونار.

حدود نطاق انتشار الأصوات تحت الماء محدودة أيضًا بما يسمى. أصوات البحر الخاصة ، والتي لها أصل مزدوج. ينشأ جزء من الضوضاء من تأثير الأمواج على سطح الماء ، من الأمواج البحرية ، من ضجيج الحصى المتداول ، إلخ. جزء آخر مرتبط بالحيوانات البحرية. وهذا يشمل الأصوات التي تنتجها الأسماك والحيوانات البحرية الأخرى.

إذا لم تواجه الموجة الصوتية عقبات في طريقها ، فإنها تنتشر بالتساوي في جميع الاتجاهات. لكن لا تصبح كل عقبة عقبة أمامها.

بعد أن واجه عقبة في طريقه ، يمكن أن ينحني الصوت حوله أو ينعكس أو ينكسر أو يمتص.

حيود الصوت

يمكننا التحدث إلى شخص يقف بالقرب من زاوية مبنى أو خلف شجرة أو خلف سياج ، رغم أننا لا نراه. نسمعها لأن الصوت قادر على الانحناء حول هذه الأشياء والتغلغل في المنطقة خلفها.

تسمى قدرة الموجة على الانحناء حول عقبة الانحراف .

يكون الانعراج ممكنًا عندما يتجاوز الطول الموجي للصوت حجم العائق. الموجات الصوتية منخفضة التردد طويلة جدًا. على سبيل المثال ، عند تردد 100 هرتز ، يكون 3.37 مترًا ، ومع انخفاض التردد ، يصبح الطول أكبر. لذلك فإن الموجة الصوتية تنحني بسهولة حول الأشياء التي تتناسب معها. لا تمنعنا الأشجار في الحديقة من سماع الأصوات على الإطلاق ، لأن أقطار جذوعها أصغر بكثير من الطول الموجي للصوت.

بسبب الانعراج ، تخترق الموجات الصوتية فتحات وثغرات في عائق وتنتشر خلفها.

نضع شاشة مسطحة بها فتحة في مسار الموجة الصوتية.

في حالة الطول الموجي للصوت ƛ أكبر بكثير من قطر التجويف د ، أو أن هذه القيم متساوية تقريبًا ، ثم يصل الصوت خلف الفتحة إلى جميع نقاط المنطقة الموجودة خلف الشاشة (منطقة ظل الصوت). ستظهر مقدمة الموجة الخارجة على شكل نصف كرة.

إذا ƛ أصغر بقليل من قطر الشق ، ثم ينتشر الجزء الرئيسي من الموجة مباشرة ، ويتباعد جزء صغير قليلاً إلى الجانبين. وفي حالة متى ƛ اقل بكثير د ، فإن الموجة بأكملها ستسير في الاتجاه الأمامي.

انعكاس الصوت

إذا اصطدمت موجة صوتية بالواجهة بين وسيطين ، فمن الممكن وجود متغيرات مختلفة لانتشارها الإضافي. يمكن أن ينعكس الصوت من الواجهة ، ويمكن أن ينتقل إلى وسيط آخر دون تغيير الاتجاه ، أو يمكن أن ينكسر ، أي الانتقال عن طريق تغيير اتجاهه.

افترض أن هناك عائقًا في مسار الموجة الصوتية ، حجمه أكبر بكثير من الطول الموجي ، على سبيل المثال ، صخرة شديدة. كيف سيتصرف الصوت؟ نظرًا لأنه لا يستطيع الالتفاف على هذه العقبة ، فسوف ينعكس عليه. وراء العقبة منطقة الظل الصوتية .

يسمى الصوت المنعكس من عائق صدى صوت .

يمكن أن تكون طبيعة انعكاس الموجة الصوتية مختلفة. يعتمد ذلك على شكل السطح العاكس.

انعكاس يسمى التغيير في اتجاه الموجة الصوتية عند الواجهة بين وسيطين مختلفين. عندما تنعكس الموجة ، تعود إلى البيئة التي أتت منها.

إذا كان السطح مسطحًا ، يرتد الصوت عنه تمامًا مثل شعاع الضوء المنعكس في المرآة.

الحزم الصوتية المنعكسة من سطح مقعر مركزة في نقطة واحدة.

يشتت الصوت على السطح المحدب.

تعطي الأعمدة المحدبة والقوالب الكبيرة والثريات وما إلى ذلك تأثيرًا منتشرًا.

لا ينتقل الصوت من وسيط إلى آخر ، بل ينعكس منه إذا كانت كثافات الوسائط تختلف بشكل كبير. لذا ، فإن الصوت الذي يظهر في الماء لا ينتقل إلى الهواء. يعكس من الواجهة ، فإنه يبقى في الماء. لن يسمع أي شخص يقف على ضفة النهر هذا الصوت. هذا بسبب الاختلاف الكبير في مقاومة الأمواج للماء والهواء. في علم الصوتيات ، مقاومة الموجة تساوي ناتج كثافة الوسط وسرعة الصوت فيه. نظرًا لأن مقاومة موجة الغازات أقل بكثير من مقاومة الموجة للسوائل والمواد الصلبة ، ثم السقوط على حدود الهواء والماء ، تنعكس الموجة الصوتية.

لا تسمع الأسماك في الماء الصوت الذي يظهر فوق سطح الماء ، لكنها تميز الصوت بوضوح ، ومصدره جسم يهتز في الماء.

انكسار الصوت

يسمى تغيير اتجاه انتشار الصوت الانكسار ... تحدث هذه الظاهرة عندما ينتقل الصوت من بيئة إلى أخرى ، وتكون سرعة انتشاره في هذه البيئات مختلفة.

نسبة جيب زاوية السقوط إلى جيب زاوية الانعكاس تساوي نسبة سرعة انتشار الصوت في الوسائط.

أين أنا - زاوية السقوط،

ص - زاوية الانعكاس ،

الخامس 1 هي سرعة انتشار الصوت في الوسيط الأول ،

الخامس 2 - سرعة انتشار الصوت في الوسط الثاني ،

ن هو معامل الانكسار.

يسمى انكسار الصوت الانكسار .

إذا لم تسقط الموجة الصوتية بشكل عمودي على السطح ، ولكن بزاوية غير 90 درجة ، فإن الموجة المنكسرة ستنحرف عن اتجاه الموجة الساقطة.

يمكن ملاحظة انكسار الصوت ليس فقط في الواجهة بين الوسائط. يمكن للموجات الصوتية أن تغير اتجاهها في بيئة غير متجانسة - الغلاف الجوي والمحيط.

في الغلاف الجوي ، يحدث الانكسار بسبب التغيرات في درجة حرارة الهواء وسرعة واتجاه حركة الكتل الهوائية. وفي المحيط ، يظهر ذلك بسبب عدم تجانس خواص الماء - اختلاف الضغط الهيدروستاتيكي في أعماق مختلفة ، ودرجات حرارة مختلفة وملوحة مختلفة.

امتصاص الصوت

عندما تلتقي الموجة الصوتية بسطح ما ، يتم امتصاص جزء من طاقتها. ويمكن تحديد مقدار الطاقة التي يمكن للوسيط امتصاصها من خلال معرفة معامل امتصاص الصوت. يوضح هذا المعامل أي جزء من طاقة الاهتزازات الصوتية يمتص بمقدار 1 م 2 من العائق. لها قيمة بين 0 و 1.

تسمى وحدة قياس امتصاص الصوت سابين ... حصلت على اسمها من اسم الفيزيائي الأمريكي والاس كليمنت سابين ، مؤسس الصوتيات المعمارية. 1 سابين هي الطاقة التي يمتصها 1 م 2 من السطح ، ومعامل امتصاصها هو 1. أي أن مثل هذا السطح يجب أن يمتص تمامًا كل طاقة الموجة الصوتية.

صدى

والاس سابين

تستخدم خاصية المواد لامتصاص الصوت على نطاق واسع في الهندسة المعمارية. أثناء البحث في صوتيات قاعة المحاضرات ، توصل والاس كليمنت سابين ، وهو جزء من متحف فوج الذي تم بناؤه حديثًا ، إلى استنتاج مفاده أن هناك علاقة بين حجم القاعة والظروف الصوتية ونوع ومساحة المواد الممتصة للصوت ، و وقت صدى .

صدى تسمى عملية انعكاس الموجة الصوتية من العوائق وتوهينها التدريجي بعد إيقاف تشغيل مصدر الصوت. في مكان مغلق ، يمكن أن ينعكس الصوت عدة مرات من الجدران والأشياء. نتيجة لذلك ، يتم إنشاء أصداء مختلفة ، كل منها يبدو وكأنه منعزل. هذا التأثير يسمى تأثير الصدى .

أهم ما يميز الغرفة هو وقت صدى الذي دخله سابين وحسابه.

أين الخامس - حجم الغرفة ،

و - امتصاص الصوت العام.

أين أنا هو معامل امتصاص الصوت للمادة ،

S أنا - مساحة كل سطح.

إذا كان وقت الصدى طويلاً ، يبدو أن الأصوات "تجول" في القاعة. يتداخلان مع بعضهما البعض ، ويغرقان مصدر الصوت الرئيسي ، وتصبح القاعة مزدهرة. مع وقت ارتداد قصير ، تمتص الجدران الأصوات بسرعة وتصبح باهتة. لذلك ، يجب أن يكون لكل غرفة حسابها الدقيق.

من خلال حساباته ، وضع سابين المواد الممتصة للصوت بطريقة تقلل "تأثير الصدى". ولا تزال قاعة بوسطن السيمفونية ، التي كان يعمل فيها مستشارًا صوتيًا ، من أفضل القاعات في العالم.

ينتشر الصوت من خلال الموجات الصوتية. لا تمر هذه الموجات عبر الغازات والسوائل فحسب ، بل تمر أيضًا عبر المواد الصلبة. إن عمل أي موجات هو بشكل أساسي في نقل الطاقة. في حالة الصوت ، يأخذ النقل شكل إزاحات دقيقة على المستوى الجزيئي.

في الغازات والسوائل ، تحرك الموجة الصوتية الجزيئات في اتجاه حركتها ، أي في اتجاه الطول الموجي. في المواد الصلبة ، يمكن أن تحدث الاهتزازات الصوتية للجزيئات أيضًا في الاتجاه العمودي للموجة.

تنتقل الموجات الصوتية من منابعها في جميع الاتجاهات ، كما هو موضح في الشكل على اليمين ، حيث يظهر جرس معدني يصطدم بشكل دوري بلسانه. هذه الاصطدامات الميكانيكية تجعل الجرس يهتز. يتم توصيل طاقة الاهتزاز إلى جزيئات الهواء المحيط ، ويتم دفعها للخلف من الجرس. نتيجة لذلك ، يزداد الضغط في الطبقة الهوائية المجاورة للجرس ، والذي ينتشر بعد ذلك في موجات في جميع الاتجاهات من المصدر.

سرعة الصوت مستقلة عن مستوى الصوت أو النغمة. جميع أصوات الراديو في الغرفة ، سواء كانت عالية أو هادئة ، عالية أو منخفضة ، تصل إلى المستمع في نفس الوقت.

تعتمد سرعة الصوت على نوع الوسط الذي ينتشر فيه وعلى درجة حرارته. في الغازات ، تنتشر الموجات الصوتية ببطء لأن بنيتها الجزيئية المتخلخلة تمنع الضغط بشكل ضعيف. في السوائل ، تزداد سرعة الصوت ، وفي المواد الصلبة تصبح أسرع ، كما هو موضح في الرسم البياني أدناه بالأمتار في الثانية (م / ث).

مسار الموجة

تنتقل الموجات الصوتية عبر الهواء كما هو موضح في الرسوم البيانية على اليمين. تتحرك جبهات الموجة من المصدر على مسافة معينة من بعضها البعض ، يحددها تردد اهتزازات الجرس. يتم تحديد تردد الموجة الصوتية عن طريق حساب عدد مقدمات الموجة التي مرت عبر نقطة معينة لكل وحدة زمنية.

تتحرك مقدمة الموجة الصوتية بعيدًا عن الجرس المهتز.

في الهواء المسخن بشكل موحد ، ينتشر الصوت بسرعة ثابتة.

الجبهة الثانية تتبع الأولى على مسافة مساوية لطول الموجة.

الصوت أقوى بالقرب من المصدر.

تمثيل رسومي لموجة غير مرئية

سبر الصوت من الأعماق

يمر شعاع السونار من الموجات الصوتية بسهولة عبر مياه المحيط. تعتمد تقنية السونار على حقيقة أن الموجات الصوتية ترتد عن قاع المحيط ؛ عادة ما يستخدم هذا الجهاز لتحديد ميزات الإغاثة تحت الماء.

المواد الصلبة المرنة

ينتشر الصوت في لوح خشبي. ترتبط جزيئات معظم المواد الصلبة في شبكة مكانية مرنة ، وهي ضعيفة الانضغاط وفي نفس الوقت تسرع مرور الموجات الصوتية.