Как звук распространяется в пространстве

IT News

Как звук распространяется в пространстве?

” rel=”nofollow”> Печать
E-mail

Дата Категория: Физика

Звук распространяется посредством звуковых волн. Эти волны проходят не только сквозь газы и жидкости, но и через твердые тела. Действие любых волн заключается главным образом в переносе энергии. В случае звука перенос принимает форму мельчайших перемещений на молекулярном уровне.

В газах и жидкостях звуковая волна сдвигает молекулы в направлении своего движения, то есть в направлении длины волны. В твердых телах звуковые колебания молекул могут происходить и в направлении перпендикулярном волне.

Звуковые волны распространяются из своих источников во всех направлениях, как это показано на рисунке справа, на котором изображен металлический колокол, периодически сталкивающийся со своим языком. Эти механические столкновения заставляют колокол вибрировать. Энергия вибраций сообщается молекулам окружающего воздуха, и они оттесняются от колокола. В результате в прилегающем к колоколу слое воздуха увеличивается давление, которое затем волнообразно распространяется во все стороны от источника.

Скорость звука не зависит от громкости или тона. Все звуки от радиоприемника в комнате, будь они громкими или тихими, высокого тона или низкого, достигают слушателя одновременно.

Скорость звука зависит от вида среды, в которой он распространяется, и от ее температуры. В газах звуковые волны распространяются медленно, потому что их разреженная молекулярная структура слабо препятствует сжатию. В жидкостях скорость звука увеличивается, а в твердых телах становится еще более высокой, как это показано на диаграмме внизу в метрах в секунду (м/с).

Путь волны

Звуковые волны распространяются в воздухе аналогично показанному на диаграммах справа. Волновые фронты движутся от источника на определенном расстоянии друг от друга, определяемом частотой колебаний колокола. Частота звуковой волны определяется путем подсчета числа волновых фронтов, прошедших через данную точку в единицу времени.

Фронт звуковой волны удаляется от вибрирующего колокола.

В равномерно прогретом воздухе звук распространяется с постоянной скоростью.

Второй фронт следует за первым на расстоянии, равном длине волны.

Сила звука максимальна вблизи источника.

Графическое изображение невидимой волны

Звуковое зондирование глубин

Пучок лучей гидролокатора, состоящий из звуковых волн, легко проходит через океанскую воду. Принцип действия гидролокатора основан на том факте, что звуковые волны отражаются от океанского дна; этот прибор обычно используется для определения особенностей подводного рельефа.

Упругие твердые тела

Звук распространяется в деревянной пластине. Молекулы большинства твердых тел связаны в упругую пространственную решетку, которая плохо сжимается и вместе с тем ускоряет прохождение звуковых волн.

Звуковые волны. Источники звука. Характеристики звука (Иванова М.Г.)

Этот видеоурок доступен по абонементу

У вас уже есть абонемент? Войти

Данный урок освещает тему «Звуковые волны». На этом уроке мы продолжим изучать акустику. Вначале повторим определение звуковых волн, затем рассмотрим их частотные диапазоны и познакомимся с понятием ультразвуковых и инфразвуковых волн. Мы также обсудим свойства, присущие звуковым волнам в различных средах, и узнаем, какие им присущи характеристики.

Звуковая волна

Звуковые волны – это механические колебания, которые, распространяясь и взаимодействуя с органом слуха, воспринимаются человеком (рис. 1).

Рис. 1. Звуковая волна

Раздел, который занимается в физике этими волнами, называется акустика. Профессия людей, которых в простонародье называют «слухачами», – акустики. Звуковая волна – это волна, распространяющаяся в упругой среде, это продольная волна, и, когда она распространяется в упругой среде, чередуются сжатие и разряжение. Передается она с течением времени на расстояние (рис. 2).

Рис. 2. Распространение звуковой волны

К звуковым волнам относятся такие колебания, которые осуществляются с частотой от 20 до 20 000 Гц. Для этих частот соответствуют длины волн 17 м (для 20 Гц) и 17 мм (для 20 000 Гц). Этот диапазон будет называться слышимым звуком. Эти длины волн приведены для воздуха, скорость распространения звука в котором равна .

Существуют еще такие диапазоны, которыми занимаются акустики, – инфразвуковые и ультразвуковые. Инфразвуковые – это те, которые имеют частоту меньше 20 Гц. А ультразвуковые – это те, которые имеют частоту больше 20 000 Гц (рис. 3).

Рис. 3. Диапазоны звуковых волн

Каждый образованный человек должен ориентироваться в диапазоне частот звуковых волн и знать, что если он пойдет на УЗИ, то картинка на экране компьютера будет строиться с частотой больше 20 000 Гц.

Ультра- и инфразвук

Ультразвук – это механические волны, аналогичные звуковым, но имеющие частоту от 20 кГц до миллиарда герц.

Волны, имеющие частоту более миллиарда герц, называют гиперзвуком.

Ультразвук применяется для обнаружения дефектов в литых деталях. На исследуемую деталь направляют поток коротких ультразвуковых сигналов. В тех местах, где дефектов нет, сигналы проходят сквозь деталь, не регистрируясь приемником.

Если же в детали есть трещина, воздушная полость или другая неоднородность, то ультразвуковой сигнал отражается от нее и, возвращаясь, попадает в приемник. Такой метод называют ультразвуковой дефектоскопией.

Другими примерами применения ультразвука являются аппараты ультразвукового исследования, аппараты УЗИ, ультразвуковая терапия.

Читать еще: Как поговорить с умершим

Инфразвук – механические волны, аналогичные звуковым, но имеющие частоту менее 20 Гц. Они не воспринимаются человеческим ухом.

Естественными источниками инфразвуковых волн являются шторм, цунами, землетрясения, ураганы, извержения вулканов, гроза.

Инфразвук – тоже важные волны, которые используют для колебаний поверхности (например, чтобы разрушить какие-нибудь большие объекты). Мы запускаем инфразвук в почву – и почва дробится. Где такое используется? Например, на алмазных приисках, где берут руду, в которых есть алмазные компоненты, и дробят на мелкие частицы, чтобы найти эти алмазные вкрапления (рис. 4).

Рис. 4. Применение инфразвука

Скорость распространения звуковой волны

Скорость звука зависит от условий среды и температуры (рис. 5).

Рис. 5. Скорость распространения звуковой волны в различных средах

Обратите внимание: в воздухе скорость звука при равна , при скорость увеличивается на . Если вы исследователь, то вам могут пригодиться такие знания. Вы, может быть, даже придумаете какой-нибудь температурный датчик, который будет фиксировать расхождения температуры путем изменения скорости звука в среде. Мы уже знаем, что чем плотнее среда, чем более серьезное взаимодействие между частицами среды, тем быстрее распространяется волна. Мы в прошлом параграфе обсудили это на примере сухого и воздуха влажного воздуха. Для воды скорость распространения звука . Если создать звуковую волну (стучать по камертону), то скорость ее распространения в воде будет в 4 раза больше, чем в воздухе. По воде информация дойдет быстрее в 4 раза, чем по воздуху. А в стали и того быстрее: (рис. 6).

Рис. 6. Скорость распространения звуковой волны

Вы знаете из былин, что Илья Муромец пользовался (да и все богатыри и обычные русские люди и мальчики из РВС Гайдара), пользовались очень интересным способом обнаружения объекта, который приближается, но располагается еще далеко. Звук, который он издает при движении, еще не слышен. Илья Муромец, припав ухом к земле, может ее услышать. Почему? Потому что по твердой земле передается звук с большей скоростью, значит, быстрее дойдет до уха Ильи Муромца, и он сможет подготовиться к встрече неприятеля.

Музыкальные волны. Шум

Самые интересные звуковые волны – музыкальные звуки и шумы. Какие предметы могут создать звуковые волны? Если мы возьмем источник волны и упругую среду, если мы заставим источник звука колебаться гармонически, то у нас возникнет замечательная звуковая волна, которая будет называться музыкальным звуком. Этими источниками звуковых волн могут быть, например, струны гитары или рояля. Это может быть звуковая волна, которая создана в зазоре воздушном трубы (органа или трубы). Из уроков музыки вы знаете ноты: до, ре, ми, фа, соль, ля, си. В акустике они называются тонами (рис. 7).

Рис. 7. Музыкальные тоны

У всех предметов, которые могут издавать тоны, будут особенности. Чем они различаются? Они различаются длиной волны и частотой. Если эти звуковые волны создаются не гармонически звучащими телами или не связаны в общую какую-то оркестровую пьесу, то такое количество звуков будет называться шумом.

Шум – беспорядочные колебания различной физической природы, отличающиеся сложностью временной и спектральной структуры. Понятие шума есть бытовое и есть физическое, они очень схожи, и поэтому мы его вводим как отдельный важный объект рассмотрения.

Характеристики звуковых волн

Переходим к количественным оценкам звуковых волн. Какие у музыкальных звуковых волн характеристики? Эти характеристики распространяются исключительно на гармонические звуковые колебания. Итак, громкость звука. Чем определяется громкость звука? Рассмотрим распространение звуковой волны во времени или колебания источника звуковой волны (рис. 8).

Рис. 8. Громкость звука

При этом, если мы добавили в систему не очень много звука (стукнули тихонечко по клавише фортепиано, например), то будет тихий звук. Если мы громко, высоко поднимая руку, вызовем этот звук, стукнув по клавише, получим громкий звук. От чего это зависит? У тихого звука амплитуда колебаний меньше, чем у громкого звука .

Следующая важная характеристика музыкального звука и любого другого – высота. От чего зависит высота звука? Высота зависит от частоты. Мы можем заставить источник колебаться часто, а можем заставить его колебаться не очень быстро (то есть совершать за единицу времени меньшее количество колебаний). Рассмотрим развертку по времени высокого и низкого звука одной амплитуды (рис. 9).

Рис. 9. Высота звука

Можно сделать интересный вывод. Если человек поет басом, то у него источник звука (это голосовые связки) колеблется в несколько раз медленнее, чем у человека, который поет сопрано. Во втором случае голосовые связки колеблются чаще, поэтому чаще вызывают очаги сжатия и разряжения в распространении волны.

Есть еще одна интересная характеристика звуковых волн, которую физики не изучают. Это тембр. Вы знаете и легко различаете одну и ту же музыкальную пьесу, которую исполняют на балалайке или на виолончели. Чем отличаются эти звучания или это исполнение? Мы попросили в начале эксперимента людей, которые извлекают звуки, делать их примерно одинаковой амплитуды, чтобы была одинакова громкость звука. Это как в случае оркестра: если не требуется выделения какого-то инструмента, все играют примерно одинаково, в одинаковую силу. Так вот тембр балалайки и виолончели отличается. Если бы мы нарисовали звук, который извлекают из одного инструмента, из другого, с помощью диаграмм, то они были бы одинаковыми. Но вы легко отличаете эти инструменты по звуку.

Читать еще: Как привлечь рефералов

Еще один пример важности тембра. Представьте себе двух певцов, которые заканчивают один и тот же музыкальный вуз у одинаковых педагогов. Они учились одинаково хорошо на пятерки. Почему-то один становится выдающимся исполнителем, а другой всю жизнь недоволен своей карьерой. На самом деле это определяется исключительно их инструментом, который вызывает как раз голосовые колебания в среде, т. е. у них отличаются голоса по тембру.

Соколович Ю.А., Богданова Г.С. Физика: справочник с примерами решения задач. – 2-е издание передел. – X.: Веста: издательство «Ранок», 2005. – 464 с.
Перышкин А.В., Гутник Е.М., Физика. 9 кл.: учебник для общеобразоват. учреждений/А.В. Перышкин, Е.М. Гутник. – 14-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2009. – 300 с.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

Интернет-портал «eduspb.com» (Источник)
Интернет-портал «msk.edu.ua» (Источник)
Интернет-портал «class-fizika.narod.ru» (Источник)

Как распространяется звук? Что может служить источником звука?
Может ли звук распространяться в космосе?
Всякая ли волна, достигшая органа слуха человека, воспринимается им?

Если вы нашли ошибку или неработающую ссылку, пожалуйста, сообщите нам – сделайте свой вклад в развитие проекта.

Какие дома самые шумныеНовостиАлтайские новостиНовости Барнаула

Шум соседей и шум от оборудования

Следует различать шум, производимый поведением соседей в многоквартирном доме и шум, производимый оборудованием, которое может находиться как в самом жилом доме (шум лифта, шум кондиционеров, систем вентиляции, холодильного оборудования магазинов, расположенных в цоколе и 1 этаже дома), так и вне его (шум оборудования, расположенного в близлежащих жилых домах, зданиях и сооружениях).

О некоторых аспектах решения проблемы шумного поведения соседей, методах борьбы с ними, ответственности за шум в ночное время и проч. см. публикацию «Шумят соседи. Что делать? Закон о тишине. Судебная практика»

Побочные эффекты звукоизоляции квартиры

К побочным эффектам от проведения комплекса работ по снижению шума в многоквартирном доме можно отнести следующие.

Теплоизоляция. Поскольку все материалы, используемые для поглощения или рассеивания шума, имеют пористую основу, в которой находится воздух, являющийся плохим проводником холода, то установка шумоизоляции стен позволит изолировать не только звук, но и холод, проникающий в комнату от стен и потолка.
Акустический эффект. Если грамотно звукоизолировать всю площадь комнаты, то можно добиться хорошего акустического эффекта. В помещении станет возможным установка качественной акустической системы, прослушивание которой в не изолированном помещении не создаст должного эффекта, так как часть звуковых частот будет поглощена поверхностями, а часть смешается с посторонними шумами.
Испарения и попадание частиц материалов в воздух. Это негативный эффект, который может возникнуть при некачественно проделанных работах или при использовании некачественных материалов.

При выборе производителя или поставщика также не лишним будет поинтересоваться о продукции и репутации компании, ознакомиться с отзывами потребителей, а в случае покупки потребовать сертификат, удостоверяющий качество продукции.

Шустрые и шумные соседи

Люди с кожным вектором любят находиться в движении. Соревновательны и амбициозны. Их врожденное желание — добывать и сохранять. Такие люди стремятся подняться по карьерной лестнице. Желают быть успешнее других и заработать больше денег. Они уделяют много времени работе. Поэтому их не бывает слышно. Зато слышно их детей. Ведь в течение дня они могут беспрепятственно бегать, прыгать, громко включать колонки, играя в компьютерные игры.

Впрочем, если ваши соседи молодые обладатели кожного вектора, гостей не избежать. Это будут такие же энергичные и веселые ребята — приятели по спортивному клубу или сокурсники. Уж они-то спокойно за столом сидеть не будут.

Меняя обстановку в квартире, они на какое-то время удовлетворяют свое желание новизны, если нет иных возможностей.

Для достижения взаимопонимания с соседом важно разговаривать с ним через его системы ценностей. К примеру, объясняя соседу, обладающему анальным вектором, свое положение, можно упомянуть о детях, которые не могут уснуть из-за шума

О бабушках и дедушках, которым нужна тишина. При этом важно говорить правду.

Дело в том, что у человека с анальным вектором речь и мышление отличается прямотой. Такой человек не приемлет увиливаний, сам предпочитает говорить правду и этого же ждет от других. Он обладает отличной памятью. Запоминает как хорошее, так и плохое. Узнав, что ему сказали неправду, он либо перестанет доверять соседу, либо затаит обиду. А обидевшись, способен напакостничать в отместку.

А вот человек с кожным вектором, обладает совсем другими ценностями. С ним можно договориться, учитывая его стремление добывать, умение экономить и способность ограничивать себя ради достижения результата. Исходя из этого строить разговор с ним следует по принципу «пользы-выгоды» или «свободы и ограничения». К примеру, напомнить о законе или прийти к соглашению о времени, когда он перестает шуметь. И сделать так, чтобы это было удобно и вам, и ему.

Читать еще: Как узнать оценки ребёнка

Порядок работ по звукоизоляции

При производстве работ по ограничению или избавлению от шума в многоквартирном доме, для получения максимального эффекта, желательно профессионально выполнить замеры и расчеты. Для такой работы лучше всего привлечь специалистов из акустической лаборатории, которые смогут установить месторасположение, природу и интенсивность источника постороннего шума.

Также специалисты выполнят расчеты, которые покажут, на сколько децибел следует сделать снижение шума в комнате, чтобы добиться максимального комфорта. При необходимости, составят проект, который позволит выполнить необходимый фронт работ, не тратя средства на лишние или неэффективные меры.

При проведении работ в многоквартирном доме по защите квартиры от шумных соседей сверху, следует помнить, что существует ограничение как на виды работ, так и на перечень конструкций, с которыми можно работать.

Если человек, желающий сделать шумоизоляцию потолка или стен, нарушит требования нормативно-правовых документов или правила Жилищного Кодекса, то за подобные работы можно понести штрафные санкции.

Если, имея на руках проект или расчеты с эскизами, владелец квартиры или дома решит привлечь к работам профессиональных мастеров или подрядчика, то ему останется только дождаться окончания работ и оценить полученный результат.

В том случае, когда он решит сделать работы самостоятельно, то помимо наличия необходимого опыта и навыков ему придется также выполнить все работы последовательно, в противном случае все усилия и затраченные средства могут быть потрачены впустую.

В большинстве случаев, в многоквартирных домах стены и потолок имеют стыки, которые следует зашпатлевать, а поверхности тщательно выровнять. Все рабочие поверхности перед началом работ должны быть высушены, все работы можно проводить только при положительной температуре, желательно не ниже 25 градусов Цельсия.

Перед установкой панелей или направляющих реек следует покрыть стены специальной паропроницаемой пленкой, которая обеспечит циркуляцию воздуха и не допустит попадание влаги в конструкцию.

Наличие такой пленки в сборной конструкции (при использовании направляющих реек и гипсокартона) является необходимой, так как без нее внутрь может проникнуть конденсат, который впоследствии спровоцирует появление грибка.

При проведении монтажных работ следует пользоваться инструкциями и рекомендациями производителя материалов. На всех этапах работ помещение должно проветриваться, чтобы обеспечить плавное высыхание установленных конструкций и материалов, не допуская их усушки и деформации.