Šírenie zvuku vo vode. Zákony šírenia zvukových vĺn V ktorom médiu sa zvuková vlna šíri rýchlejšie

Prenos zvuku

Nemyslite si, že zvuk sa prenáša iba vzduchom. Môže prechádzať aj cez ďalšie látky - plynné, kvapalné, dokonca pevné. Vo vode sa zvuk šíri viac ako štyrikrát rýchlejšie ako vo vzduchu.

Ak máte pochybnosti o tom, že zvuk možno prenášať cez vodu, obráťte sa na pracovníkov, ktorí musia navštíviť podmorské stavby: potvrdia vám, že pod vodou sú zreteľne počuť pobrežné zvuky.

A od rybárov sa dozviete, že ryby sa rozptýlia pri najmenšom podozrivom hluku na brehu.

Vedci pred 200 rokmi presne zmerali, aký rýchly zvuk beží pod vodou. To sa stalo na jednom zo švajčiarskych jazier - na Ženeve. Dvaja fyzici nasadli do člnov a rozišli sa asi tri kilometre od seba. Z boku jedného člna pod vodou visel zvon, do ktorého bolo možné udrieť kladivom s dlhou rukoväťou. Táto rukoväť bola pripojená k zariadeniu na zapaľovanie strelného prachu v malej mínomete pripevnenom na prove člna: súčasne so zvukom zvončeka vzplanul strelný prach a ďaleko okolo bolo vidieť jasný záblesk. Fyzik, ktorý sedel na druhom člne, samozrejme videl tento záblesk a počúval zvuk zvona v potrubí spustenom pod vodou. Podľa oneskorenia zvuku v porovnaní s bleskom sa určilo, koľko sekúnd zvuk prešiel vodou z jedného člna na druhý. Zistilo sa, že takýmito experimentmi sa zistilo, že zvuk vo vode prechádza asi 1 440 m za sekundu.

Pevné elastické materiály, ako je liatina, drevo, kosti, prenášajú zvuk ešte lepšie a rýchlejšie. Priložte si ucho ku koncu dlhej drevenej tyče alebo guľatiny a požiadajte priateľa, aby udrel opačným koncom palicou, budete počuť dunivý zvuk nárazu prenášaného cez celú dĺžku tyče. Ak je okolie dostatočne tiché a vonkajšie zvuky neprekážajú, potom je dokonca možné počuť cez lištu tikot hodín pripevnených na opačnom konci. Zvuk sa tiež dobre prenáša cez železné koľajnice alebo trámy, cez liatinové rúry, cez pôdu. Priložením ucha k zemi môžete počuť dupot koníkov dlho predtým, ako sa dostane do vzduchu; a zvuky výstrelov z dela sú týmto spôsobom počuť z takých vzdialených zbraní, ktorých rev vzduchom vôbec nie je počuť. Pružné pevné materiály prenášajú zvuk tak dobre; mäkké tkanivá, voľné, nepružné materiály veľmi zle prenášajú zvuk cez seba - „pohlcujú“ ho. Preto zavesia na dvere husté závesy, ak chcú, aby sa zvuk nedostal do susednej miestnosti. Koberce, čalúnený nábytok a šaty pôsobia na zvuk rovnako.

Tento text je úvodným fragmentom. Z knihy Najnovšia kniha faktov. Zväzok 3 [Fyzika, chémia a technológie. Dejiny a archeológia. Miscellanea] autor Kondrashov Anatolij Pavlovič

Z knihy Fyzika na každom kroku autor Perelman Jakov Isidorovič

Rýchlosť zvuku Už ste niekedy videli z diaľky drevorubača rúbať drevo? Alebo ste možno sledovali, ako tesár pracuje v diaľke a klepá do klincov? Možno ste si všimli zároveň veľmi zvláštnu vec: úder nie je počuť, keď sekera narazí do stromu resp

Z knihy Pohyb. Zahrejte autor Kitaigorodsky Alexander Isaakovich

Sila zvuku Ako zvuk tlmí so vzdialenosťou? Fyzik vám povie, že zvuk tlmí „inverzne so druhou mocninou vzdialenosti“. To znamená nasledovné: aby bol zvuk zvončeka v trojitej vzdialenosti počuť tak hlasno ako v jednej vzdialenosti, musíte súčasne

Z knihy NIKOLA TESLA. PREDNÁŠKY. ČLÁNKY. autor Tesla Nikola

Rýchlosť zvuku Nebojte sa hromu po blesku. Určite ste o tom už počuli. A prečo? Faktom je, že svetlo cestuje neporovnateľne rýchlejšie ako zvuk - takmer okamžite. Hrom a blesk sa vyskytujú v rovnakom okamihu, ale vidíme blesk dovnútra

Z knihy Pre mladých fyzikov [Experimenty a zábava] autor Perelman Jakov Isidorovič

Timbre zvuku Videli ste, ako je naladená gitara - struna je natiahnutá na ladiacich kolíkoch. Ak sú dĺžka šnúrky a stupeň napnutia zhodné, potom struna vydá pri dotyku veľmi špecifický tón; ak však počúvate zvuk struny dotykom na rôznych miestach -

Z knihy O čom hovorí svetlo autor Suvorov Sergej Georgievič

Zvuková energia Všetky častice vzduchu obklopujúce znejúce teleso sú v stave vibrácií. Ako sme zistili v kapitole V, hmotný bod oscilujúci podľa sínusového zákona má určitú a nemennú celkovú energiu. Keď oscilačný bod prejde polohou

Z knihy Ako porozumieť zložitým zákonom fyziky. 100 ľahkých a zábavných zážitkov pre deti a ich rodičov autor Dmitriev Alexander Stanislavovič

Útlm zvuku so vzdialenosťou Zo znejúceho nástroja sa zvuková vlna šíri samozrejme do všetkých smerov. Poďme mentálne nakresliť dve gule rôznych polomerov v blízkosti zdroja zvuku. Samozrejme, zvuková energia prechádzajúca prvou sférou bude prechádzať aj druhou sférickou

Z knihy Medzihviezdny: Veda v zákulisí autor Thorne Kip Stephen

Odraz zvuku V tejto časti budeme predpokladať, že vlnová dĺžka zvuku je dostatočne malá, a preto sa zvuk šíri lúčmi. Čo sa stane, keď taký zvukový lúč dopadne zo vzduchu na tvrdý povrch? Je zrejmé, že sa to odráža

Z autorovej knihy

ODHALENIE NEOČAKÁVANÝCH VLASTNOSTÍ ATMOSFÉRY - PODIVNÉ EXPERIMENTY - PRENOS ELEKTRICKEJ ENERGIE NA JEDNU BEZ VRÁTENIA - PRENOS CEZ ZEMU BEZ VŠETKÝCH DRÔTOV Realizácia, ktorú som si uvedomila, že som si uvedomila, že som si uvedomila, že som si uvedomila, že som si uvedomila,

Z autorovej knihy

PRENOS ELEKTRICKEJ ENERGIE BEZ ZAPOJENIA * Na konci roku 1898 ma systematický výskum, ktorý prebiehal mnoho rokov s cieľom zdokonaliť metódu prenosu elektrickej energie prírodným prostredím, viedol k pochopeniu troch dôležitých potrieb; Prvý z nich je

Z autorovej knihy

Z autorovej knihy

Prenos zvuku rádiom Rúrkový generátor, ktorého schéma je znázornená na obr. 24 generuje rádiové emisie s konštantnými parametrami. Urobme k tomu malý doplnok: pripojíme sa k obvodu dodávajúcemu napätie do siete vákuovej trubice pomocou indukcie

Z autorovej knihy

48 Prenos energie hmotou Na experiment potrebujeme: desať rubľov. Už sme sa stretli s rôznymi vlnami. Je tu ďalšia stará skúsenosť, ktorá vyzerá celkom vtipne a ukazuje, ako vlna prechádza objektom. Vezmite si drobné - napríklad mince

Z autorovej knihy

30. Komunikácia správ v minulosti Prehliadač Pravidlá Predtým, ako Christopher Nolan režíroval Interstellar a prepracoval scenár, jeho brat Jonah mi povedal o súbore pravidiel.

Z autorovej knihy

Kapitola 30. Vysielanie správ do minulosti Informácie o tom, ako si moderní fyzici predstavujú cestovanie v čase v štyroch dimenziách časopriestoru bez hromadenia, nájdete v poslednej kapitole Čierne diery a časové záhyby [Thorn 2009], kapitoly,

Z autorovej knihy

Kapitola 30. Posielanie správ do minulosti Hromadne, ako aj v našej brane, sú pozície v časopriestore, v ktorých je možné prenášať správy a vôbec, čo je všeobecne možné, obmedzené zákonom, ktorý hovorí: nič sa nemôže pohybovať rýchlejšie ako svetlo. Preskúmať

Hydroakustika (z gréčtiny. hydor - voda, akusticoc - sluchová) - veda o javoch vyskytujúcich sa vo vodnom prostredí a spojených s šírením, emisiou a príjmom akustických vĺn. Zahŕňa vývoj a výrobu hydroakustických zariadení určených na použitie vo vodnom prostredí.

História vývoja

Hydroakustika - rýchlo sa rozvíjajúca veda, ktorá má nepochybne skvelú budúcnosť. Jej vzhľadu predchádzala dlhá cesta rozvoja teoretickej a aplikovanej akustiky. Prvé informácie o prejavení záujmu človeka o šírenie zvuku vo vode nájdeme v poznámkach slávneho vedca renesancie Leonarda da Vinciho:

Prvé merania vzdialenosti pomocou zvuku urobil ruský výskumník akademik Ya. D. Zakharov. 30. júna 1804 letel na vedecké účely v balóne a pri tomto lete použil na určenie letovej výšky odraz zvuku od povrchu Zeme. Zatiaľ čo bol v koši lopty, hlasno zakričal do rohu smerujúceho nadol. Po 10 sekundách prišla zreteľne počuteľná ozvena. Z toho Zakharov dospel k záveru, že výška balóna nad zemou bola približne 5 x 334 \u003d 1670 m. Táto metóda tvorila základňu pre rádio a sonar.

Spolu s vývojom teoretických otázok sa v Rusku uskutočnili praktické štúdie o javoch šírenia zvuku v mori. Admirál S.O. Makarov v rokoch 1881 - 1882 navrhol použiť na prenos informácií o prietoku pod vodou zariadenie nazývané fluktometer. To položilo základ pre vývoj nového odvetvia vedy a techniky - hydroakustickej telemetrie.

Schéma hydrofónnej stanice baltského závodu, model 1907: 1 - vodné čerpadlo; 2 - potrubie; 3 - regulátor tlaku; 4 - elektromagnetická hydraulická uzávierka (telegrafný ventil); 5 - telegrafný kľúč; 6 - hydraulický membránový radiátor; 7 - bok lode; 8 - nádrž na vodu; 9 - zapečatený mikrofón

V 90. rokoch 19. storočia. v Baltickej lodenici sa z iniciatívy kapitána 2. stupňa M.N. Beklemisheva začali práce na vývoji hydroakustických komunikačných zariadení. Prvé skúšky hydroakustického žiariča pre komunikáciu pod vodou sa uskutočnili na konci 19. storočia. v experimentálnom bazéne v prístave Galernaya v Petrohrade. Vibrácie, ktoré emitoval, boli dobre monitorované počas 7 verstov na Nevskom plávajúcom majáku. Ako výsledok výskumu v roku 1905. vytvoril prvé hydroakustické komunikačné zariadenie, v ktorom úlohu prenosového zariadenia hrala špeciálna podvodná siréna ovládaná telegrafickým kľúčom a ako prijímač signálu slúžil uhlíkový mikrofón pripevnený zvnútra k trupu lode. Signály boli zaznamenávané prístrojom Morse a uchom. Neskôr bola siréna nahradená žiaričom membránového typu. Účinnosť zariadenia nazývaného hydrofónna stanica sa výrazne zlepšila. Námorné skúšky novej stanice sa uskutočnili v marci 1908. na pobreží Čierneho mora, kde dosah spoľahlivého príjmu signálu presiahol 10 km.

Prvé sériové zvukové podvodné komunikačné stanice navrhnuté Baltickou lodenicou v rokoch 1909-1910. nainštalované na ponorkách "Kapor", „Gudgeon“, "Sterlet", « Makrela„A“ Ostriež„. Pri inštalácii staníc na ponorkách sa z dôvodu zníženia rušenia prijímač nachádzal v špeciálnej kapotáži, vlečenej vzadu na lane. K podobnému rozhodnutiu dospeli Briti až počas prvej svetovej vojny. Potom sa na túto myšlienku zabudlo a až na konci 50. rokov sa v rôznych krajinách opäť využívala pri vytváraní staníc sonarových lodí proti rušeniu.

Impulzom pre rozvoj hydroakustiky bola prvá svetová vojna. Počas vojny utrpeli krajiny dohody veľké straty obchodníka a námorníctva v dôsledku akcií nemeckých ponoriek. Vyvstala potreba nájsť prostriedky na ich riešenie. Čoskoro sa našli. Ponornú ponorku je možné počuť podľa hluku generovaného vrtuľami a ovládacími mechanizmami. Zariadenie, ktoré detegovalo hlučné objekty a určovalo ich polohu, sa nazývalo zameriavač zvukového smeru. Francúzsky fyzik P. Langevin v roku 1915 navrhol použiť pre prvú stanicu zameranú na zvuk citlivý prijímač vyrobený zo soli Rochelle.

Základy hydroakustiky

Vlastnosti šírenia akustických vĺn vo vode

Komponenty udalosti výskytu ozveny.

Začiatok komplexného a zásadného výskumu šírenia akustických vĺn vo vode bol položený počas druhej svetovej vojny, ktorá bola diktovaná potrebou riešenia praktických problémov námorných lodí a predovšetkým ponoriek. Experimentálne a teoretické práce pokračovali aj v povojnových rokoch a boli zhrnuté do množstva monografií. Na základe týchto prác boli identifikované a spresnené niektoré znaky šírenia akustických vĺn vo vode: absorpcia, útlm, odraz a lom.

Absorpciu energie akustickej vlny v morskej vode spôsobujú dva procesy: vnútorné trenie média a disociácia solí v ňom rozpustených. Prvý proces premieňa energiu akustickej vlny na teplo a druhý premenou na chemickú energiu odstraňuje molekuly z rovnovážneho stavu a tieto sa rozpadajú na ióny. Tento typ absorpcie prudko rastie so zvyšovaním frekvencie akustických vibrácií. Prítomnosť suspendovaných častíc, mikroorganizmov a teplotných anomálií vo vode tiež vedie k zoslabeniu akustickej vlny vo vode. Spravidla sú tieto straty malé a sú zahrnuté do celkovej absorpcie, ale niekedy, napríklad v prípade rozptylu z stopy lode, môžu byť tieto straty až 90%. Prítomnosť teplotných anomálií vedie k tomu, že akustická vlna vstupuje do akustických tieňových zón, kde môže prechádzať viacerými odrazmi.

Prítomnosť rozhraní voda - vzduch a voda - dno vedie k odrazu akustickej vlny od nich, a ak sa v prvom prípade akustická vlna odrazí úplne, potom v druhom prípade koeficient odrazu závisí od materiálu dna: zle odráža bahnité dno, dobre - piesčité a kamenisté ... V malých hĺbkach vzniká v dôsledku viacnásobných odrazov akustickej vlny medzi dnom a povrchom podvodný zvukový kanál, v ktorom sa akustická vlna môže šíriť na veľké vzdialenosti. Zmena rýchlosti zvuku v rôznych hĺbkach vedie k zakriveniu zvukových „lúčov“ - lomu.

Lom zvuku (ohýbanie dráhy zvukového lúča)

Lom svetla vo vode: a - v lete; b - v zime; vľavo - zmena rýchlosti s hĺbkou.

Rýchlosť šírenia zvuku sa mení s hĺbkou a zmeny závisia od času v roku a dňa, hĺbky nádrže a mnohých ďalších dôvodov. Zvukové lúče vychádzajúce zo zdroja v určitom uhle k horizontu sú ohnuté a smer ohybu závisí od rozloženia rýchlostí zvuku v médiu: v lete, keď sú horné vrstvy teplejšie ako spodné, lúče sa ohýbajú smerom dole a väčšinou sa odrážajú od dna, čím strácajú značnú časť svojej energie ; v zime, keď si spodné vrstvy vody udržiavajú svoju teplotu, zatiaľ čo horné vrstvy sa ochladzujú, lúče sa ohýbajú nahor a opakovane sa odrážajú od vodnej hladiny, pričom sa stráca oveľa menej energie. Preto je v zime rozsah šírenia zvuku väčší ako v lete. Vertikálne rozloženie rýchlosti zvuku (VDS) a gradient rýchlosti majú rozhodujúci vplyv na šírenie zvuku v morskom prostredí. Rozloženie rýchlosti zvuku v rôznych oblastiach svetového oceánu je odlišné a časom sa mení. Existuje niekoľko typických prípadov HRVD:

Rozptyl a absorpcia zvuku strednými nehomogenitami.

Šírenie zvuku v podvodnom zvuku. kanál: a - zmena rýchlosti zvuku s hĺbkou; b - dráha lúčov vo zvukovom kanáli.

Na šírenie vysokofrekvenčných zvukov, keď sú vlnové dĺžky veľmi malé, majú vplyv malé nepravidelnosti, ktoré sa zvyčajne vyskytujú v prírodných nádržiach: plynové bubliny, mikroorganizmy atď. Tieto nepravidelnosti pôsobia dvoma spôsobmi: absorbujú a rozptyľujú energiu zvukových vĺn. Výsledkom je, že so zvyšovaním frekvencie zvukových vibrácií klesá rozsah ich šírenia. Tento účinok 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 nehomogenity a splývajúce, dávajú sprísnenie zvukového impulzu, pokračujúce aj po jeho skončení. Limity rozsahu šírenia podvodných zvukov sú obmedzené aj vnútorným hlukom mora, ktorý má dvojaký pôvod: časť hluku vzniká nárazom vĺn na vodnú hladinu, morským príbojom, hlukom valiacich sa okruhliakov atď.; druhá časť je spojená s morskou faunou (zvuky produkované vodnými organizmami: ryby a iné morské živočíchy). Biohydroakustika sa zaoberá týmto veľmi vážnym aspektom.

Vzdialenosť šírenia zvukových vĺn

Vzdialenosť šírenia zvukových vĺn je komplexná funkcia frekvencie žiarenia, ktorá jedinečne súvisí s vlnovou dĺžkou akustického signálu. Ako viete, vysokofrekvenčné akustické signály sa rýchlo utlmia v dôsledku silnej absorpcie vodným médiom. Nízkofrekvenčné signály sú naopak schopné šíriť sa na veľké vzdialenosti vo vodnom prostredí. Akustický signál s frekvenciou 50 Hz sa teda môže šíriť v oceáne na vzdialenosti tisíc kilometrov, zatiaľ čo signál s frekvenciou 100 kHz, typický pre sonary s bočným skenovaním, má dosah šírenia iba 1 - 2 km. Približné prevádzkové rozsahy moderných sonarov s rôznymi frekvenciami akustického signálu (vlnovými dĺžkami) sú uvedené v tabuľke:

Oblasti použitia.

Hydroakustika má široké praktické využitie, pretože ešte nebol vytvorený efektívny systém na prenos elektromagnetických vĺn pod vodu v akejkoľvek významnej vzdialenosti, a preto je zvuk jediným možným prostriedkom komunikácie pod vodou. Na tieto účely používajú zvukové frekvencie od 300 do 10 000 Hz a ultrazvuky od 10 000 Hz a vyššie. Elektrodynamické a piezoelektrické žiariče a hydrofóny sa používajú ako žiariče a prijímače v zvukovej oblasti a piezoelektrické a magnetostrikčné v oblasti ultrazvuku.

Najvýznamnejšie aplikácie hydroakustiky:

  • Riešiť vojenské problémy;
  • Námorná navigácia;
  • Komunikácia pod vodou;
  • Prieskum rýb;
  • Oceánologický výskum;
  • Oblasti činnosti pre rozvoj bohatstva na dne Svetového oceánu;
  • Používanie akustiky v bazéne (doma alebo v synchronizovanom plaveckom výcvikovom stredisku)
  • Výcvik morských živočíchov.

Poznámky

Literatúra a zdroje informácií

LITERATÚRA:

  • V.V. Shuleikin Fyzika mora... - Moskva: „Veda“, 1968 .. - 1090 s.
  • I.A. Rumunský Základy hydroakustiky... - Moskva: „Stavba lodí“, 1979 - 105 s.
  • Yu.A. Koryakin Hydroakustické systémy... - Petrohrad: „Veda o Petrohrade a námorná moc Ruska“, 2002 .. - 416 s.

Zaujímavosti: kam zvuk cestuje rýchlejšie?

Počas búrky je najskôr viditeľný blesk a až po chvíli sa ozve hrmenie. Toto oneskorenie vzniká v dôsledku skutočnosti, že rýchlosť zvuku vo vzduchu je oveľa menšia ako rýchlosť svetla prichádzajúceho z blesku. Je zaujímavé si spomenúť, v ktorom prostredí sa zvuk šíri najrýchlejšie a kde sa vôbec nešíri?

Experimenty a teoretické výpočty rýchlosti zvuku vo vzduchu sa uskutočňovali od 17. storočia, ale až o dve storočia neskôr francúzsky vedec Pierre-Simon de Laplace vyvodil konečný vzorec na jeho stanovenie. Rýchlosť zvuku závisí od teploty: s nárastom teploty vzduchu sa zvyšuje a s poklesom klesá. Pri 0 ° je rýchlosť zvuku 331 m / s (1192 km / h), pri + 20 ° je to už 343 m / s (1235 km / h).

Rýchlosť zvuku v kvapalinách je všeobecne vyššia ako rýchlosť zvuku vo vzduchu. Pokusy o určenie rýchlosti sa prvýkrát uskutočnili na Ženevskom jazere v roku 1826. Dvaja fyzici nastúpili na člny a prešli 14 km. Na jednom člne bol zapálený strelný prach a súčasne zasiahol zvon, spustený do vody. Zvuk zvona pomocou špeciálneho klaksónu, tiež spusteného do vody, zachytil ďalší čln. Rýchlosť zvuku vo vode sa určovala z časového intervalu medzi zábleskom svetla a príchodom zvukového signálu. Pri teplote + 8 ° sa ukázalo, že je to približne 1440 m / s. Ľudia pracujúci v podvodných štruktúrach potvrdzujú, že pod vodou sú zreteľne počuť zvuky pobrežia a rybári vedia, že ryby odplávajú pri najmenšom podozrivom hluku na pobreží.

Rýchlosť zvuku v pevných látkach je vyššia ako v kvapalinách a plynoch. Napríklad, ak priložíte ucho k zábradliu, potom po náraze na druhý koniec zábradlia bude človek počuť dva zvuky. Jeden z nich "príde" k uchu na koľajnici, druhý - vzduchom. Zem má dobrú zvukovú vodivosť. Preto v dávnych dobách, počas obliehania, boli do múrov pevnosti umiestňovaní „poslucháči“, ktorí podľa zvuku prenášaného zemou dokázali určiť, či nepriateľ kopal do hradieb alebo nie, jazda sa rútila alebo nie. Mimochodom, vďaka tomu sú ľudia, ktorí stratili sluch, niekedy schopní tancovať na hudbu, ktorá sa k ich sluchovým nervom nedostáva vzduchom a vonkajším uchom, ale podlahou a kosťami.

Rýchlosť zvuku je rýchlosť šírenia elastických vĺn v médiu, a to tak v pozdĺžnom smere (v plynoch, kvapalinách alebo v tuhých látkach), ako aj v priečnom smere (v pevných látkach), ktorá je určená pružnosťou a hustotou média. Rýchlosť zvuku v pevných látkach je vyššia ako v kvapalinách. V tekutinách vrátane vody cestuje zvuk viac ako 4-krát rýchlejšie ako vo vzduchu. Rýchlosť zvuku v plynoch závisí od teploty média, v monokryštáloch - od smeru šírenia vĺn.

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

Po stretnutí s prekážkou v jej ceste sa môže zvuk 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 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 rôzna. 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.

Konvexné stĺpy, veľké lišty, lustre atď. Pôsobia rozptýlene.

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 rýchlosťou zvuku v ňom. Pretože vlnový odpor plynov je oveľa menší ako vlnový odpor kvapalín a pevných látok, zvuková vlna sa odráža, keď narazí na hranicu vzduchu a vody.

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 prostredia do druhého, a jeho rýchlosť 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 nehomogenite 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 medzi 0 a 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 plochou materiálov pohlcujúcich zvuk a 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 mnohokrát odrážať 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 jeho 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 dostanú 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, ako je to znázornené na obrázkoch 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. Princíp sonaru je založený na skutočnosti, že zvukové vlny sa odrážajú od oceánskeho dna; tento prístroj sa zvyčajne používa na stanovenie vlastností podvodného reliéfu.

Pružné tuhé látky

Zvuk sa šíri v drevenej doske. Molekuly väčšiny pevných látok sú naviazané na elastickú priestorovú mriežku, ktorá je zle stlačená a zároveň urýchľuje prechod zvukových vĺn.