Šírenie zvuku. Zvuk v rôznych prostrediach - Znalosti Hypermarket Prečo zvuk cestuje rýchlejšie k vode?

Vieme, že zvuk cestuje vzduchom. Preto to môžeme počuť. Vo vákuu nemôžu existovať žiadne zvuky. Ak sa ale zvuk prenáša vzduchom, nebude sa vďaka interakcii jeho častíc prenášať aj inými látkami? Bude.

Šírenie a rýchlosť zvuku v rôznych prostrediach

Zvuk sa prenáša nielen vzduchom. Asi každý vie, že ak si priložíte ucho k stene, vo vedľajšej miestnosti budete počuť rozhovory. V takom prípade je zvuk prenášaný stenou. Zvuky sa šíria ako vo vode, tak aj v iných prostrediach. Zvuk sa navyše šíri v rôznych prostrediach rôznymi spôsobmi. Rýchlosť zvuku sa líši v závislosti od látky.

Kuriózne je, že rýchlosť šírenia zvuku vo vode je takmer štyrikrát vyššia ako vo vzduchu. To znamená, že ryby počujú „rýchlejšie“ ako my. V kovoch a skle sa zvuk šíri ešte rýchlejšie. Je to tak preto, lebo zvuk predstavuje vibrácie prostredia a zvukové vlny rýchlejšie sa prenášajú v lepšie vodivých prostrediach.

Hustota a vodivosť vody je vyššia ako hustota vzduchu, ale menšia ako hustota kovu. Podľa toho sa zvuk prenáša rôznymi spôsobmi. Pri prechode z jedného média na druhé sa rýchlosť zvuku mení.

Dĺžka zvukovej vlny sa tiež mení pri prechode z jedného média na druhé. Iba jeho frekvencia zostáva rovnaká. Ale práve preto dokážeme rozoznať, kto presne hovorí, aj cez steny.

Pretože zvuk sú vibrácie, všetky zákony a vzorce pre vibrácie a vlny sú dobre použiteľné pre zvukové vibrácie. Pri výpočte rýchlosti zvuku vo vzduchu je potrebné vziať do úvahy, že táto rýchlosť závisí od teploty vzduchu. So zvyšovaním teploty sa zvyšuje rýchlosť šírenia zvuku. Za normálnych podmienok je rýchlosť zvuku vo vzduchu 340344 m / s.

Zvukové vlny

Zvukové vlny, ako je známe z fyziky, sa šíria v elastickom prostredí. Preto sú zvuky dobre prenášané zemou. Priložené ucho k zemi môžete už z diaľky počuť zvuk krokov, kopýt a podobne.

Ako dieťa sa určite každý bavil tým, že priložil ucho k zábradliu. Zvuk kolies vlakov sa prenáša po koľajniciach niekoľko kilometrov. Na vytvorenie opačného účinku absorpcie zvuku sa používajú mäkké a pórovité materiály.

Napríklad kvôli ochrane ktorejkoľvek miestnosti pred cudzími zvukmi alebo naopak, aby sa zabránilo tomu, že zvuky opustia miestnosť, je miestnosť spracovaná a odhlučnená. Steny, podlaha a strop sú čalúnené špeciálnymi materiálmi na báze penových polymérov. V takomto čalúnení všetky zvuky veľmi rýchlo vyblednú.

Táto lekcia sa venuje téme „Zvukové vlny“. V tejto lekcii budeme pokračovať v štúdiu akustiky. Najskôr zopakujeme definíciu zvukových vĺn, potom zvážime ich frekvenčné rozsahy a oboznámime sa s pojmom ultrazvukové a infrazvukové vlny. Budeme tiež diskutovať o vlastnostiach, ktoré sú vlastné zvukovým vlnám v rôznych prostrediach, a zistíme, aké majú vlastnosti. .

Zvukové vlny -sú to mechanické vibrácie, ktoré človek šíriaci sa a reagujúce s orgánom sluchu vníma (obr. 1).

Obrázok: 1. Zvuková vlna

Časť, ktorá sa zaoberá týmito vlnami vo fyzike, sa nazýva akustika. Profesia ľudí, ktorým sa v bežných ľuďoch hovorí „fámy“, je akustika. Zvuková vlna je vlna šíriaca sa v elastickom médiu, je to pozdĺžna vlna a keď sa šíri v elastickom médiu, striedajú sa kompresie a depresie. Vysiela sa v priebehu času na vzdialenosť (obr. 2).

Obrázok: 2. Šírenie zvukovej vlny

Medzi zvukové vlny patria vibrácie, ktoré sa vyskytujú s frekvenciou 20 až 20 000 Hz. Pre tieto frekvencie sú príslušné vlnové dĺžky 17 m (pre 20 Hz) a 17 mm (pre 20 000 Hz). Tento rozsah sa bude označovať ako počuteľný zvuk. Tieto vlnové dĺžky sú dané pre vzduch, v ktorom je rýchlosť šírenia zvuku.

Existujú aj také rozsahy, ktorým sa akustika venuje - infrazvukové a ultrazvukové. Infrazvuk sú tie, ktoré majú frekvenciu menšiu ako 20 Hz. A ultrazvukové sú tie, ktoré majú frekvenciu viac ako 20 000 Hz (obr. 3).

Obrázok: 3. Rozsahy zvukových vĺn

Každý vzdelaný človek by sa mal riadiť frekvenčným rozsahom zvukových vĺn a mal by vedieť, že ak pôjde na ultrazvuk, obraz na obrazovke počítača sa vytvorí s frekvenciou viac ako 20 000 Hz.

Ultrazvuk -sú to mechanické vlny podobné zvukovým vlnám, ale s frekvenciou od 20 kHz do miliardy hertzov.

Volajú sa vlny s frekvenciou viac ako miliarda hertzov hyperzvuk.

Ultrazvuk sa používa na detekciu chýb v odlievaných častiach. Prúd krátkych ultrazvukových signálov je smerovaný do časti, ktorá sa má skúmať. Na miestach, kde nie sú žiadne chyby, prechádzajú signály časťou bez toho, aby ich prijímač zaregistroval.

Ak je v časti prasklina, vzduchová dutina alebo iná nehomogenita, potom sa od nej odrazí ultrazvukový signál, ktorý sa vracia späť do prijímača. Táto metóda sa nazýva ultrazvuková detekcia chýb.

Ďalšími príkladmi ultrazvukových aplikácií sú ultrazvukové prístroje, ultrazvukové prístroje a ultrazvuková terapia.

Infrazvuk - mechanické vlny podobné zvuku, ale ktoré majú frekvenciu menej ako 20 Hz. Ľudské ucho ich nevníma.

Prirodzeným zdrojom infrazvukových vĺn sú búrky, tsunami, zemetrasenia, hurikány, sopečné erupcie a búrky.

Infrazvuk je tiež dôležitá vlna, ktorá sa používa na vibrovanie povrchu (napríklad na zničenie niektorých veľkých predmetov). Spustíme infrazvuk do pôdy - a pôda je rozdrvená. Kde sa to používa? Napríklad v diamantových baniach, kde sa odoberá ruda, v ktorej sú diamantové komponenty, a drvená na malé častice, aby sa našli tieto diamantové inklúzie (obr. 4).

Obrázok: 4. Aplikácia infrazvuku

Rýchlosť zvuku závisí od podmienok prostredia a teploty (obr. 5).

Obrázok: 5. Rýchlosť šírenia zvukovej vlny v rôznych médiách

Poznámka: vo vzduchu je rýchlosť zvuku pri, pri, rýchlosť sa zvyšuje o. Ak ste výskumníkom, potom vám môžu byť tieto vedomosti užitočné. Môžete dokonca prísť s nejakým teplotným snímačom, ktorý zaznamená teplotné rozdiely zmenou rýchlosti zvuku v prostredí. Už vieme, že čím je médium hustejšie, tým je interakcia medzi časticami média vážnejšia, vlna sa šíri rýchlejšie. Diskutovali sme o tom v poslednom odseku na príklade suchého a vlhkého vzduchu. Pre vodu rýchlosť šírenia zvuku. Ak vytvoríte zvukovú vlnu (klepnete na ladičku), potom bude rýchlosť jej šírenia vo vode 4-krát vyššia ako vo vzduchu. Informácie sa dostanú 4-krát rýchlejšie do vody ako do vzduchu. A ešte rýchlejšie v oceli: (obr. 6).

Obrázok: 6. Rýchlosť šírenia zvukovej vlny

Z eposov, ktoré Iľja Muromec použil (a všetci hrdinovia a obyčajní ruskí ľudia a chlapci z Gaidarovej RVS), ste vedeli veľmi zaujímavú metódu detekcie objektu, ktorý sa blíži, ale je stále ďaleko. Zvuk, ktorý vydáva počas jazdy, ešte nie je počuť. Iľja Muromets, naklonený uchom k zemi, to počuje. Prečo? Pretože zvuk sa prenáša vyššou rýchlosťou na pevnú zem, čo znamená, že sa rýchlo dostane k uchu Iľju Murometa a bude sa môcť pripraviť na stretnutie s nepriateľom.

Najzaujímavejšie zvukové vlny sú hudobné zvuky a zvuky. Aké objekty môžu vytvárať zvukové vlny? Ak vezmeme zdroj vĺn a elastické médium, ak zdroj zvuku harmonicky vibrujeme, vznikne nám nádherná zvuková vlna, ktorá sa bude volať hudobný zvuk. Týmito zdrojmi zvukových vĺn môžu byť napríklad struny gitary alebo klavíra. Môže to byť zvuková vlna, ktorá sa vytvára v medzere vzduchovej rúry (orgánu alebo píšťaly). Z hudobných hodín poznáte poznámky: do, re, mi, fa, sol, la, si. V akustike sa nazývajú tóny (obr. 7).

Obrázok: 7. Hudobné tóny

Všetky objekty, ktoré môžu vydávať tóny, budú mať funkcie. Čím sa líšia? Líšia sa vlnovou dĺžkou a frekvenciou. Ak tieto zvukové vlny vytvárajú neharmonické znejúce telesá alebo nie sú spojené do spoločného orchestrálneho diela, potom sa taký počet zvukov bude nazývať šum.

Hluk - náhodné vibrácie rôznej fyzikálnej povahy, charakterizované zložitosťou časovej a spektrálnej štruktúry. Pojem hluk je každodenný a existuje fyzikálny, sú si veľmi podobné, a preto ho predstavujeme ako samostatný dôležitý objekt úvahy.

Obraciame sa na kvantitatívne odhady zvukových vĺn. Aké sú charakteristiky hudobných zvukových vĺn? Tieto vlastnosti sa vzťahujú výlučne na harmonické zvukové vibrácie. Takže hlasitosť zvuku... Čo určuje hlasitosť zvuku? Zvážte šírenie zvukovej vlny v čase alebo osciláciu zdroja zvukových vĺn (obr. 8).

Obrázok: 8. Hlasitosť zvuku

Zároveň, ak sme do systému nepridali príliš veľa zvuku (napríklad jemne stlačte kláves klavíra), bude znieť tichý zvuk. Ak hlasno zdvihneme ruku a tento zvuk zavoláme stlačením kľúča, dostaneme hlasný zvuk. Od čoho to závisí? Tichý zvuk má nižšiu amplitúdu vibrácií ako hlasný zvuk.

Ďalšou dôležitou charakteristikou hudobného zvuku a ďalších je výška... Od čoho závisí výška tónu zvuku? Výška tónu závisí od frekvencie. Zdroj môžeme nechať oscilovať často, alebo ho môžeme oscilovať nie veľmi rýchlo (to znamená, že urobíme menej oscilácií za jednotku času). Zvážte časový posun vysokého a nízkeho zvuku s rovnakou amplitúdou (obr. 9).

Obrázok: 9. Výška zvuku

Možno vyvodiť zaujímavý záver. Ak človek spieva do basy, potom má zdroj zvuku (tento hlasivky) osciluje niekoľkokrát pomalšie ako človek, ktorý spieva soprán. V druhom prípade hlasivky vibrujú častejšie, preto častejšie spôsobujú ložiská kompresie a vákua pri šírení vlny.

Existuje ešte jedna zaujímavá charakteristika zvukových vĺn, ktorú fyzici neštudujú. to zafarbenie... Poznáte a ľahko rozlíšite jednu a tú istú hudbu, ktorá sa hrá na balalajke alebo na violončele. Aký je rozdiel medzi týmito zvukmi alebo týmto vystúpením? Na začiatku experimentu sme požiadali ľudí, ktorí extrahujú zvuky, aby ich vytvorili približne s rovnakou amplitúdou, aby bola rovnaká hlasitosť zvuku. Je to ako v prípade orchestra: ak nepotrebujete zvoliť nástroj, všetci hrajú zhruba rovnako, s rovnakou silou. Tón balalajky a violončela je teda iný. Ak by sme pomocou diagramov nakreslili zvuk, ktorý sa extrahuje z jedného nástroja, z druhého, boli by rovnaké. Ale tieto nástroje môžete ľahko rozlíšiť podľa zvuku.

Ďalším príkladom dôležitosti zafarbenia. Predstavte si dvoch spevákov, ktorí absolvujú rovnakú hudobnú školu s rovnakými učiteľmi. Rovnako dobre sa učili aj u päťky. Z jedného dôvodu sa jeden stáva vynikajúcim umelcom, zatiaľ čo druhý nie je spokojný so svojou kariérou celý život. To je v skutočnosti určené výlučne ich nástrojom, ktorý spôsobuje iba hlasové vibrácie v prostredí, to znamená, že ich hlasy sa líšia v timbre.

Bibliografia

Sokolovič Yu.A., Bogdanova G.S. Fyzika: príručka s príkladmi riešenia problémov. - prerozdelenie 2. vydania. - X.: Vesta: vydavateľstvo Ranok, 2005. - 464 s.
Peryshkin A.V., Gutnik E.M., Fyzika. 9. ročník: učebnica pre všeobecné vzdelávanie. inštitúcie / A.V. Peryshkin, E.M. Gutnik. - 14. vydanie, stereotyp. - M.: Bustard, 2009. - 300 s.

Internetový portál „eduspb.com“ ()
Internetový portál „msk.edu.ua“ ()
Internetový portál „class-fizika.narod.ru“ ()

Domáca úloha

Ako sa šíri zvuk? Aký môže byť zdroj zvuku?
Môže sa zvuk šíriť vo vesmíre?
Vníma každú vlnu, ktorá sa dostane do orgánu sluchu človeka?

Na veľké vzdialenosti sa zvuková energia šíri iba pozdĺž jemných lúčov, ktoré sa nedotýkajú dna oceánu pozdĺž celej cesty. V tomto prípade je limitom rozsahu šírenia zvuku stanoveným médiom jeho absorpcia v morskej vode. Hlavný absorpčný mechanizmus je spojený s relaxačnými procesmi sprevádzajúcimi porušenie akustickou vlnou termodynamickej rovnováhy medzi iónmi a molekulami solí rozpustených vo vode. Je potrebné poznamenať, že hlavná rola v absorpcii v širokom rozmedzí zvukových frekvencií patrí k síranu horečnatému soli MgSO4, hoci v percentuálnom vyjadrení je jeho obsah v morskej vode veľmi malý - takmer 10-krát menší ako napríklad kamenná soľ NaCl, ktorá napriek tomu nehrá nijakú významnú úlohu pri absorpcia zvuku.

Všeobecne povedané, absorpcia v morskej vode je tým vyššia, čím vyššia je frekvencia zvuku. Pri frekvenciách od 3 do najmenej 100 kHz, kde dominuje vyššie uvedený mechanizmus, je absorpcia úmerná frekvencii s výkonom približne 3/2. Pri nižších frekvenciách sa aktivuje nový absorpčný mechanizmus (pravdepodobne spojený s prítomnosťou solí bóru vo vode), ktorý je zvlášť zreteľný v rozmedzí stoviek hertzov; tu je úroveň absorpcie anomálne vysoká a so znižujúcou sa frekvenciou klesá oveľa pomalšie.

Pre jasnejšie predstavenie kvantitatívnych charakteristík absorpcie v morskej vode si všimneme, že vďaka tomuto efektu je zvuk s frekvenciou 100 Hz zoslabený 10-krát na dráhe 10 tisíc km a s frekvenciou 10 kHz - na vzdialenosť iba 10 km (obr. 2). Pre komunikáciu pod vodou na veľké vzdialenosti, na detekciu podvodných prekážok na veľké vzdialenosti a pod. Je teda možné použiť iba nízkofrekvenčné zvukové vlny.

Obrázok 2 - Vzdialenosti, pri ktorých sú zvuky rôznych frekvencií tlmené faktorom 10 pri šírení v morskej vode.

V oblasti počuteľných zvukov pre frekvenčný rozsah 20 - 2 000 Hz dosahuje rozsah šírenia zvukov strednej intenzity pod vodou 15 - 20 km a v oblasti ultrazvuku - 3 - 5 km.

Ak vychádzame z hodnôt zvukového útlmu pozorovaných v laboratórnych podmienkach v malom množstve vody, potom by sa dalo očakávať oveľa dlhšie rozpätie. Avšak v prírodných podmienkach ovplyvňuje okrem tlmenia v dôsledku vlastností samotnej vody (tzv. Viskózne tlmenie) aj jeho rozptyl a absorpcia rôznymi nehomogenitami média.

Lom svetla alebo ohýbanie dráhy zvukového lúča je spôsobené nehomogenitou vlastností vody, hlavne pozdĺž zvislej, z troch hlavných dôvodov: zmeny hydrostatického tlaku s hĺbkou, zmeny slanosti a zmeny teploty v dôsledku nerovnakého ohrevu vodnej hmoty slnečnými lúčmi. V dôsledku kombinovaného pôsobenia týchto dôvodov sa rýchlosť šírenia zvuku, ktorá je asi 1450 m / s pre sladkú vodu a asi 1500 m / s pre morskú vodu, mení s hĺbkou a zákon zmeny závisí od ročného obdobia, dennej doby, hĺbky nádrže a množstva ďalších dôvodov. ... Zvukové lúče vychádzajúce zo zdroja v určitom uhle k horizontu sú ohnuté a smer ohybu závisí od rozloženia rýchlosti zvuku v médiu. V lete, keď sú horné vrstvy teplejšie ako spodné, lúče sa ohýbajú smerom nadol a zväčša sa odrážajú od dna, pričom strácajú značnú časť svojej energie. Naopak, v zime, keď si spodné vrstvy vody udržujú svoju teplotu, zatiaľ čo horné vrstvy sa ochladzujú, lúče sa ohýbajú smerom hore a podstupujú viacnásobné odrazy od vodnej hladiny, v ktorej sa stráca oveľa menej energie. Preto je v zime dosah šírenia zvuku väčší ako v lete. Následkom lomu tzv. mŕtve zóny, teda oblasti umiestnené v blízkosti zdroja, v ktorých nie je počuteľnosť.

Prítomnosť lomu však môže viesť k zvýšeniu rozsahu šírenia zvuku - fenoménu šírenia zvuku s veľmi veľkým dosahom pod vodou. V určitej hĺbke pod hladinou vody sa nachádza vrstva, v ktorej sa zvuk šíri najmenšou rýchlosťou; nad touto hĺbkou sa rýchlosť zvuku zvyšuje v dôsledku zvýšenia teploty a pod ňou v dôsledku zvýšenia hydrostatického tlaku s hĺbkou. Táto vrstva je akýmsi podvodným zvukovým kanálom. Lúč odchýlený od osi kanála nahor alebo nadol v dôsledku lomu svetla má vždy tendenciu sa doň dostať späť. Ak do tejto vrstvy umiestnime zdroj a prijímač zvuku, potom možno na vzdialenosti stotisíc kilometrov zaznamenať aj zvuky strednej intenzity (napríklad výbuchy malých nábojov s hmotnosťou 1–2 kg). Významné zvýšenie rozsahu šírenia zvuku v prítomnosti podvodného zvukového kanála je možné pozorovať, keď zdroj a prijímač zvuku nie sú umiestnené nevyhnutne v blízkosti osi kanála, ale napríklad v blízkosti povrchu. V tomto prípade lúče lomiace sa nadol vstupujú do hlbokomorských vrstiev, kde sa odchyľujú smerom hore a opäť vystupujú na povrch vo vzdialenosti niekoľkých desiatok kilometrov od zdroja. Ďalej sa opakuje vzorec šírenia lúčov a vo výsledku vzniká postupnosť tzv. sekundárne osvetlené zóny, ktoré sú zvyčajne sledovateľné na vzdialenosť niekoľkých stoviek km.

Na šírenie vysokofrekvenčných zvukov, najmä ultrazvuku, keď sú vlnové dĺžky veľmi malé, vplývajú malé nehomogenity, ktoré sa zvyčajne vyskytujú v prírodných rezervoároch: mikroorganizmy, plynové bubliny atď. Tieto nepravidelnosti fungujú dvoma spôsobmi: absorbujú a rozptyľujú energiu zvukových vĺn. Výsledkom je, že so zvyšovaním frekvencie zvukových vibrácií klesá rozsah ich šírenia. Tento efekt je zvlášť výrazný v povrchovej vrstve vody, kde je najviac nehomogenit. Rozptyl zvuku nepravidelnosťami, ako aj nepravidelnosťami na povrchu vody a dna, spôsobuje jav podvodného dozvuku, ktorý sprevádza vysielanie zvukového impulzu: zvukové vlny odrážajúce sa od súboru nehomogenit a spájajúce sa vytvárajú sprísnenie zvukového impulzu, ktorý pokračuje aj po jeho skončení, podobne ako dozvuk pozorovaný v uzavretých miestnostiach. Dozvuk pod vodou je pomerne významnou prekážkou pre množstvo praktických aplikácií hydroakustiky, najmä pre sonary.

Limity rozsahu šírenia podvodných zvukov sú obmedzené aj tzv. vlastné zvuky mora, ktoré majú dvojaký pôvod. Časť hluku vzniká nárazom vĺn na vodnú hladinu, morským príbojom, hlukom valiacich sa okruhliakov atď. Ďalšia časť je spojená s morskou faunou; to zahŕňa zvuky produkované rybami a inými morskými živočíchmi.

Ak zvuková vlna na svojej ceste nestretne prekážky, šíri sa rovnomerne do všetkých smerov. Ale nie každá prekážka sa pre ňu stáva prekážkou.

Keď sa zvuk stretne s prekážkou v jej dráhe, môže sa okolo nej ohýbať, odrážať, lámať alebo absorbovať.

Difrakcia zvuku

Môžeme sa porozprávať s človekom, ktorý stojí za rohom budovy, za stromom alebo za plotom, hoci ho nevidíme. Počujeme to, pretože zvuk je schopný sa ohýbať okolo týchto objektov a prenikať do oblasti za nimi.

Schopnosť vlny ohýbať sa okolo prekážky sa nazýva difrakcia .

Difrakcia je možná, ak vlnová dĺžka zvuku presahuje veľkosť prekážky. Nízkofrekvenčné zvukové vlny sú dosť dlhé. Napríklad pri frekvencii 100 Hz je to 3,37 m. Pri znižovaní frekvencie sa dĺžka ešte zväčšuje. Zvuková vlna sa preto ľahko ohýba okolo objektov, ktoré sú jej porovnateľné. Stromy v parku nám vôbec nebránia počuť zvuk, pretože priemery ich kmeňov sú oveľa menšie ako dĺžka zvukovej vlny.

V dôsledku difrakcie zvukové vlny prenikajú štrbinami a otvormi v prekážke a šíria sa za nimi.

Umiestňujeme plochú obrazovku s otvorom v dráhe zvukovej vlny.

V prípade, keď je vlnová dĺžka zvuku ƛ oveľa väčší ako priemer otvoru D , alebo sú tieto hodnoty približne rovnaké, potom za dierou zvuk dosiahne všetky body oblasti, ktorá je za obrazovkou (oblasť zvukového tieňa). Predná strana odchádzajúcej vlny sa bude javiť ako pologuľa.

Ak ƛ iba o niečo menší ako priemer štrbiny, potom sa hlavná časť vlny šíri priamo a malá časť sa mierne rozbieha do strán. A v prípade, keď ƛ oveľa menej D , celá vlna pôjde smerom dopredu.

Odraz zvuku

Ak zvuková vlna zasiahne rozhranie medzi dvoma médiami, sú možné rôzne varianty jej ďalšieho šírenia. Zvuk sa môže odrážať od rozhrania, môže prechádzať na iné médium bez zmeny smeru alebo sa môže lámať, to znamená, že ide o zmenu jeho smeru.

Predpokladajme, že v ceste zvukovej vlny je prekážka, ktorej veľkosť je oveľa väčšia ako vlnová dĺžka, napríklad priehľadná skala. Ako sa bude zvuk správať? Pretože túto prekážku nemôže obísť, odrazí sa od neho. Za prekážkou je oblasť akustického tieňa .

Zvuk odrazený od prekážky sa volá ozvena .

Povaha odrazu zvukovej vlny môže byť odlišná. Závisí to od tvaru odrazovej plochy.

Odraz sa nazýva zmena smeru zvukovej vlny na rozhraní medzi dvoma rôznymi médiami. Keď sa odrazí, vlna sa vráti do prostredia, z ktorého prišla.

Ak je povrch rovný, zvuk sa od neho odráža rovnako ako lúč svetla v zrkadle.

Zvukové lúče odrazené od konkávneho povrchu sú zaostrené v jednom bode.

Konvexný povrch rozptyľuje zvuk.

Difúzny efekt vytvárajú konvexné stĺpy, veľké lišty, lustre atď.

Zvuk neprechádza z jedného média na druhé, ale odráža sa od neho, ak sa hustota média výrazne líši. Takže zvuk, ktorý sa objaví vo vode, neprechádza do vzduchu. Odrazom od rozhrania zostáva vo vode. Osoba stojaca na brehu rieky tento zvuk nebude počuť. Je to spôsobené veľkým rozdielom vo vlnovom odpore vody a vzduchu. V akustike sa vlnový odpor rovná súčinu hustoty média a rýchlosti zvuku v ňom. Pretože vlnový odpor plynov je oveľa menší ako vlnový odpor kvapalín a pevných látok, potom klesá na hranici vzduchu a vody, odráža sa teda zvuková vlna.

Ryby vo vode nepočujú zvuk, ktorý sa objavuje nad hladinou vody, ale zreteľne rozlišujú zvuk, ktorého zdrojom je telo vibrujúce vo vode.

Lom zvuku

Zmena smeru šírenia zvuku sa nazýva lom ... Tento jav nastáva, keď zvuk prechádza z jedného média na druhé, a rýchlosť jeho šírenia v týchto prostrediach je odlišná.

Pomer sínusu uhla dopadu k sínusu uhla odrazu sa rovná pomeru rýchlostí šírenia zvuku v médiu.

kde i - uhol dopadu,

r - uhol odrazu,

v 1 Je rýchlosť šírenia zvuku v prvom médiu,

v 2 - rýchlosť šírenia zvuku v druhom médiu,

n Je index lomu.

Lom svetla sa nazýva lom .

Ak zvuková vlna neklesá kolmo k povrchu, ale pod iným uhlom ako 90 °, potom sa lomená vlna bude odchyľovať od smeru dopadajúcej vlny.

Lom zvuku je možné pozorovať nielen na rozhraní medzi médiami. Zvukové vlny môžu meniť svoj smer v heterogénnom prostredí - atmosfére, oceáne.

V atmosfére je lom spôsobený zmenami teploty vzduchu, rýchlosťou a smerom pohybu vzdušných hmôt. A v oceáne sa objavuje kvôli heterogenite vlastností vody - odlišnému hydrostatickému tlaku v rôznych hĺbkach, rôznym teplotám a rôznej slanosti.

Absorpcia zvuku

Keď sa zvuková vlna stretne s povrchom, časť jej energie sa absorbuje. A koľko energie môže médium absorbovať, je možné určiť pomocou znalosti koeficientu absorpcie zvuku. Tento koeficient ukazuje, akú časť energie zvukových vibrácií absorbuje 1 m 2 prekážky. Má hodnotu od 0 do 1.

Jednotka merania absorpcie zvuku sa nazýva sabin ... Názov dostal podľa mena amerického fyzika Wallace Clement Sabin, zakladateľ architektonickej akustiky. 1 sabin je energia absorbovaná 1 m 2 povrchu, ktorého absorpčný koeficient je 1. To znamená, že takýto povrch musí absorbovať absolútne všetku energiu zvukovej vlny.

Dozvuk

Wallace Sabin

V architektúre sa široko využíva vlastnosť materiálov absorbovať zvuk. Počas výskumu akustiky prednáškovej siene, ktorá je súčasťou novopostaveného Foggovho múzea, dospel Wallace Clement Sabin k záveru, že existuje vzťah medzi veľkosťou sály, akustickými podmienkami, typom a oblasťou materiálov pohlcujúcich zvuk. doba dozvuku .

Reverb sa nazýva proces odrazu zvukovej vlny od prekážok a jej postupné tlmenie po vypnutí zdroja zvuku. V uzavretom priestore sa môže zvuk odrážať viackrát od stien a predmetov. Vďaka tomu sa generujú rôzne ozveny, z ktorých každá znie akoby izolovane. Tento efekt sa nazýva reverb efekt .

Najdôležitejšou charakteristikou miestnosti je doba dozvuku ktoré Sabin zadal a vypočítal.

kde V. - objem miestnosti,

A všeobecná absorpcia zvuku -.

kde a i Je koeficient absorpcie zvuku materiálu,

S i - plocha každého povrchu.

Ak je doba dozvuku dlhá, zdá sa, že zvuky „brázdia“ po hale. Prekrývajú sa, prehlušujú hlavný zdroj zvuku a sála sa rozrastá. Steny s krátkym časom dozvuku rýchlo absorbujú zvuky a stávajú sa tupými. Každá izba preto musí mať vlastný presný výpočet.

Podľa jeho výpočtov umiestnil Sabin materiály pohlcujúce zvuk tak, aby sa znížil „efekt ozveny“. A Boston Symphony Hall, pre ktorú bol akustickým konzultantom, sa stále považuje za jednu z najlepších hál na svete.

Zvuk sa šíri prostredníctvom zvukových vĺn. Tieto vlny prechádzajú nielen plynmi a kvapalinami, ale aj pevnými látkami. Pôsobenie akýchkoľvek vĺn je hlavne v prenose energie. V prípade zvuku má transport formu minútových posunov na molekulárnej úrovni.

V plynoch a kvapalinách posúva zvuková vlna molekuly v smere svojho pohybu, to znamená v smere vlnovej dĺžky. V tuhých látkach môžu zvukové vibrácie molekúl prebiehať aj v smere kolmom na vlnu.

Zvukové vlny sa šíria zo svojich zdrojov do všetkých strán, ako je to znázornené na obrázku vpravo, na ktorom je kovový zvon pravidelne zrážaný s jazykom. Tieto mechanické zrážky spôsobujú, že zvon vibruje. Energia vibrácií sa prenáša na molekuly okolitého vzduchu a tie sa tlačia späť zo zvončeka. Vďaka tomu sa zvyšuje tlak vo vzduchovej vrstve susediacej so zvonom, ktorý sa potom šíri vo vlnách všetkými smermi od zdroja.

Rýchlosť zvuku nezávisí od hlasitosti alebo tónu. Všetky zvuky z rádia v miestnosti, či už hlasné alebo tiché, vysoké alebo nízke, sa dostávajú k poslucháčovi súčasne.

Rýchlosť zvuku závisí od typu média, v ktorom sa šíri, a od jeho teploty. V plynoch sa zvukové vlny šíria pomaly, pretože ich zriedená molekulárna štruktúra slabo inhibuje kompresiu. V kvapalinách sa rýchlosť zvuku zvyšuje a v pevných látkach sa stáva ešte rýchlejšou, ako je znázornené na obrázku nižšie, v metroch za sekundu (m / s).

Vlnová cesta

Zvukové vlny prechádzajú vzduchom rovnakým spôsobom, aký je znázornený na schémach vpravo. Vlnové fronty sa pohybujú od zdroja v určitej vzdialenosti od seba, určenej frekvenciou vibrácií zvončeka. Frekvencia zvukovej vlny sa určuje spočítaním počtu čelných vĺn, ktoré prešli daným bodom za jednotku času.

Predná strana zvukovej vlny sa vzďaľuje od vibrujúceho zvončeka.

V rovnomerne zahriatom vzduchu sa zvuk šíri konštantnou rýchlosťou.

Druhá predná strana nasleduje za prvým vo vzdialenosti rovnajúcej sa vlnovej dĺžke.

Sila zvuku je najväčšia v blízkosti zdroja.

Grafické znázornenie neviditeľnej vlny

Zvuk znejúci z hlbín

Lúč sonaru zvukových vĺn ľahko prechádza cez oceánsku vodu. Sonar je založený na skutočnosti, že zvukové vlny sa odrážajú od dna oceánu; toto zariadenie sa zvyčajne používa na stanovenie vlastností podvodného reliéfu.

Pružné tuhé látky

Zvuk sa šíri v drevenej doske. Molekuly väčšiny pevných látok sú viazané do elastickej priestorovej mriežky, ktorá je zle stlačená a zároveň urýchľuje prechod zvukových vĺn.