Ο ήχος είναι ηχητικά κύματα που προκαλούν δονήσεις μικροσκοπικών σωματιδίων αέρα, άλλων αερίων και υγρών και στερεών μέσων. Ο ήχος μπορεί να προκύψει μόνο όπου υπάρχει μια ουσία, ανεξάρτητα από την κατάσταση συσσωμάτωσης στην οποία βρίσκεται. Σε συνθήκες κενού, όπου δεν υπάρχει μέσο, ​​ο ήχος δεν διαδίδεται, γιατί δεν υπάρχουν σωματίδια που να λειτουργούν ως διαδότες. ηχητικά κύματα. Για παράδειγμα, στο διάστημα. Ο ήχος μπορεί να τροποποιηθεί, να αλλοιωθεί, να μετατραπεί σε άλλες μορφές ενέργειας. Έτσι, ο ήχος μετατρέπεται σε ραδιοκύματα ή ηλεκτρική ενέργεια, μπορεί να μεταδοθεί σε αποστάσεις και να εγγραφεί σε μέσα ενημέρωσης.

ηχητικό κύμα

Οι κινήσεις των αντικειμένων και των σωμάτων προκαλούν σχεδόν πάντα διακυμάνσεις στο περιβάλλον. Δεν έχει σημασία αν είναι νερό ή αέρας. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας αρχίζουν να δονούνται και τα σωματίδια του μέσου στο οποίο μεταδίδονται οι δονήσεις του σώματος. Προκύπτουν ηχητικά κύματα. Επιπλέον, οι κινήσεις πραγματοποιούνται σε κατευθύνσεις προς τα εμπρός και προς τα πίσω, αντικαθιστώντας προοδευτικά η μία την άλλη. Επομένως, το ηχητικό κύμα είναι διαμήκη. Δεν υπάρχει ποτέ καμία πλευρική κίνηση πάνω-κάτω σε αυτό.

Χαρακτηριστικά των ηχητικών κυμάτων

Όπως κάθε φυσικό φαινόμενο, έχουν τις δικές τους ποσότητες με τις οποίες μπορούν να περιγραφούν ιδιότητες. Τα κύρια χαρακτηριστικά ενός ηχητικού κύματος είναι η συχνότητα και το πλάτος του. Η πρώτη τιμή δείχνει πόσα κύματα σχηματίζονται ανά δευτερόλεπτο. Το δεύτερο καθορίζει την ένταση του κύματος. Ήχοι χαμηλής συχνότητας έχουν χαμηλή απόδοσησυχνότητες και αντίστροφα. Η συχνότητα του ήχου μετριέται σε Hertz και αν ξεπεράσει τα 20.000 Hz, τότε γίνεται υπερηχογράφημα. Υπάρχουν πολλά παραδείγματα ήχων χαμηλής και υψηλής συχνότητας στη φύση και στον κόσμο γύρω μας. Το κελάηδισμα ενός αηδονιού, το βουητό της βροντής, το βρυχηθμό ενός ποταμού βουνού και άλλα - όλα αυτά είναι διαφορετικά συχνότητες ήχου. Το πλάτος του κύματος εξαρτάται άμεσα από το πόσο δυνατός είναι ο ήχος. Η ένταση, με τη σειρά της, μειώνεται με την απόσταση από την πηγή ήχου. Κατά συνέπεια, όσο πιο μακριά είναι το κύμα από το επίκεντρο, τόσο μικρότερο είναι το πλάτος. Με άλλα λόγια, το πλάτος ενός ηχητικού κύματος μειώνεται με την απόσταση από την πηγή ήχου.

Ταχύτητα ήχου

Αυτός ο δείκτης ενός ηχητικού κύματος εξαρτάται άμεσα από τη φύση του μέσου στο οποίο διαδίδεται. Σημαντικός ρόλοςΕδώ παίζουν ρόλο τόσο η υγρασία όσο και η θερμοκρασία του αέρα. Σε μέσες καιρικές συνθήκες, η ταχύτητα του ήχου είναι περίπου 340 μέτρα ανά δευτερόλεπτο. Στη φυσική, υπάρχει κάτι όπως η υπερηχητική ταχύτητα, η οποία είναι πάντα μεγαλύτερη από την ταχύτητα του ήχου. Αυτή είναι η ταχύτητα με την οποία ταξιδεύουν τα ηχητικά κύματα όταν κινείται ένα αεροσκάφος. Το αεροπλάνο κινείται με υπερηχητική ταχύτητα και ξεπερνά ακόμη και τα ηχητικά κύματα που δημιουργεί. Λόγω της σταδιακής αύξησης της πίεσης πίσω από το αεροσκάφος, σχηματίζεται ένα ωστικό κύμα ήχου. Η μονάδα μέτρησης αυτής της ταχύτητας είναι ενδιαφέρουσα και λίγοι τη γνωρίζουν. Λέγεται Mach. 1 Μαχ ίση με την ταχύτηταήχος. Εάν ένα κύμα ταξιδεύει με ταχύτητα 2 Mach, τότε ταξιδεύει δύο φορές πιο γρήγορα από την ταχύτητα του ήχου.

Θόρυβοι

ΣΕ καθημερινή ζωήάνθρωποι είναι παρόντες συνεχείς θορύβους. Το επίπεδο θορύβου μετριέται σε ντεσιμπέλ. Η κίνηση των αυτοκινήτων, ο αέρας, το θρόισμα των φύλλων, το πλέξιμο των φωνών των ανθρώπων και άλλα ήχουςείναι οι καθημερινοί μας σύντροφοι. Αλλά σε τέτοιους θορύβους ακουστικός αναλυτήςένα άτομο έχει την ικανότητα να το συνηθίσει. Ωστόσο, υπάρχουν και φαινόμενα με τα οποία ακόμη και προσαρμοστικές ικανότητες ανθρώπινο αυτίδεν μπορεί να αντεπεξέλθει. Για παράδειγμα, ο θόρυβος που υπερβαίνει τα 120 dB μπορεί να προκαλέσει πόνο. Το πιο δυνατό ζώο είναι η μπλε φάλαινα. Όταν κάνει ήχους, μπορεί να ακουστεί πάνω από 800 χιλιόμετρα μακριά.

Ηχώ

Πώς εμφανίζεται η ηχώ; Όλα είναι πολύ απλά εδώ. Ένα ηχητικό κύμα έχει την ικανότητα να ανακλάται από διαφορετικές επιφάνειες: από νερό, από βράχο, από τοίχους σε ένα άδειο δωμάτιο. Αυτό το κύμα επιστρέφει σε εμάς, έτσι ακούμε δευτερεύοντα ήχο. Δεν είναι τόσο καθαρό όσο το αρχικό, καθώς μέρος της ενέργειας του ηχητικού κύματος διαχέεται όταν κινείται προς ένα εμπόδιο.

Echolocation

Η αντανάκλαση του ήχου χρησιμοποιείται για διάφορους πρακτικούς σκοπούς. Για παράδειγμα, ηχοεντοπισμός. Βασίζεται στο γεγονός ότι με τη βοήθεια υπερηχητικών κυμάτων είναι δυνατό να προσδιοριστεί η απόσταση από το αντικείμενο από το οποίο ανακλώνται αυτά τα κύματα. Οι υπολογισμοί γίνονται με τη μέτρηση του χρόνου που χρειάζεται για να ταξιδέψει ο υπέρηχος σε μια τοποθεσία και να επιστρέψει. Πολλά ζώα έχουν την ικανότητα ηχοεντοπισμού. Για παράδειγμα, οι νυχτερίδες και τα δελφίνια το χρησιμοποιούν για να αναζητήσουν τροφή. Το Echolocation βρήκε άλλη εφαρμογή στην ιατρική. Κατά την εξέταση με υπερηχογράφημα, σχηματίζεται εικόνα εσωτερικά όργαναπρόσωπο. Η βάση αυτής της μεθόδου είναι ότι ο υπέρηχος, εισερχόμενος σε ένα μέσο εκτός του αέρα, επιστρέφει πίσω, σχηματίζοντας έτσι μια εικόνα.

Ηχητικά κύματα στη μουσική

Γιατί τα μουσικά όργανα παράγουν συγκεκριμένους ήχους; Κτύπα κιθάρας, πιάνο, χαμηλοί τόνοι ντραμς και τρομπέτες, η γοητευτική λεπτή φωνή ενός φλάουτου. Όλοι αυτοί και πολλοί άλλοι ήχοι προκύπτουν λόγω δονήσεων του αέρα ή, με άλλα λόγια, λόγω της εμφάνισης ηχητικών κυμάτων. Αλλά γιατί ήχος μουσικά όργανατόσο διαφορετικά; Αποδεικνύεται ότι αυτό εξαρτάται από πολλούς παράγοντες. Το πρώτο είναι το σχήμα του εργαλείου, το δεύτερο είναι το υλικό από το οποίο είναι κατασκευασμένο.

Ας το δούμε αυτό χρησιμοποιώντας ως παράδειγμα έγχορδα. Γίνονται πηγή ήχου όταν αγγίζονται οι χορδές. Ως αποτέλεσμα, αρχίζουν να παράγουν δονήσεις και να στέλνουν στο περιβάλλον διαφορετικούς ήχους. Ο χαμηλός ήχος οποιουδήποτε έγχορδου οργάνου οφείλεται στο μεγαλύτερο πάχος και μήκος της χορδής, καθώς και στην αδυναμία της τάσης της. Και αντίστροφα, όσο πιο σφιχτά τεντώνεται η χορδή, όσο πιο λεπτή και κοντή είναι, τόσο υψηλότερος είναι ο ήχος που προκύπτει ως αποτέλεσμα της αναπαραγωγής.

Δράση μικροφώνου

Βασίζεται στη μετατροπή της ενέργειας των ηχητικών κυμάτων σε ηλεκτρική ενέργεια. Σε αυτήν την περίπτωση, η τρέχουσα ισχύς και η φύση του ήχου εξαρτώνται άμεσα. Μέσα σε οποιοδήποτε μικρόφωνο υπάρχει μια λεπτή πλάκα από μέταλλο. Όταν εκτίθεται στον ήχο, αρχίζει να αποδίδει ταλαντευτικές κινήσεις. Η σπείρα στην οποία είναι συνδεδεμένη η πλάκα δονείται επίσης, με αποτέλεσμα ηλεκτρικό ρεύμα. Γιατί εμφανίζεται; Αυτό συμβαίνει γιατί το μικρόφωνο έχει και ενσωματωμένους μαγνήτες. Όταν η σπείρα ταλαντώνεται μεταξύ των πόλων της, δημιουργείται ηλεκτρικό ρεύμα, το οποίο πηγαίνει κατά μήκος της σπείρας και στη συνέχεια σε μια στήλη ήχου (μεγάφωνο) ή σε εξοπλισμό εγγραφής σε μέσο ενημέρωσης (κασέτα, δίσκος, υπολογιστής). Παρεμπιπτόντως, το μικρόφωνο στο τηλέφωνο έχει παρόμοια δομή. Πώς όμως λειτουργούν τα μικρόφωνα σε σταθερό και κινητό τηλέφωνο? Η αρχική φάση είναι η ίδια για αυτούς - ο ήχος της ανθρώπινης φωνής μεταδίδει τους κραδασμούς του στην πλάκα του μικροφώνου, τότε όλα ακολουθούν το σενάριο που περιγράφεται παραπάνω: μια σπείρα, η οποία, όταν κινείται, κλείνει δύο πόλους, δημιουργείται ένα ρεύμα. Τι ακολουθεί; Με ένα σταθερό τηλέφωνο, όλα είναι λίγο-πολύ ξεκάθαρα - όπως ακριβώς στο μικρόφωνο, ο ήχος, που μετατρέπεται σε ηλεκτρικό ρεύμα, περνάει μέσα από τα καλώδια. Τι γίνεται όμως με ένα κινητό ή, για παράδειγμα, ένα φορητό ραδιόφωνο; Σε αυτές τις περιπτώσεις, ο ήχος μετατρέπεται σε ενέργεια ραδιοκυμάτων και χτυπά τον δορυφόρο. Αυτό είναι όλο.

Φαινόμενο συντονισμού

Μερικές φορές δημιουργούνται συνθήκες όταν το πλάτος των ταλαντώσεων φυσικό σώμααυξάνεται απότομα. Αυτό συμβαίνει λόγω της σύγκλισης των τιμών της συχνότητας των εξαναγκασμένων ταλαντώσεων και της φυσικής συχνότητας των ταλαντώσεων του αντικειμένου (σώματος). Η αντήχηση μπορεί να είναι και ευεργετική και επιβλαβής. Για παράδειγμα, για να βγάλει ένα αυτοκίνητο από μια τρύπα, ξεκινά και σπρώχνεται μπρος-πίσω για να προκαλέσει συντονισμό και να δώσει στο αυτοκίνητο αδράνεια. Υπήρχαν όμως και περιπτώσεις αρνητικές συνέπειεςαντήχηση. Για παράδειγμα, στην Αγία Πετρούπολη, πριν από περίπου εκατό χρόνια, μια γέφυρα κατέρρευσε κάτω από στρατιώτες που παρέλασαν από κοινού.

Εμφανίζεται σε αέρια, υγρά και στερεά μέσα, τα οποία, όταν φτάνουν στα όργανα ακοής του ανθρώπου, γίνονται αντιληπτά από αυτόν ως ήχος. Η συχνότητα αυτών των κυμάτων κυμαίνεται από 20 έως 20.000 δονήσεις ανά δευτερόλεπτο. Ας παρουσιάσουμε τύπους για ένα ηχητικό κύμα και ας εξετάσουμε τις ιδιότητές του με περισσότερες λεπτομέρειες.

Γιατί εμφανίζεται ένα ηχητικό κύμα;

Πολλοί άνθρωποι αναρωτιούνται τι είναι το ηχητικό κύμα. Η φύση του ήχου έγκειται στην εμφάνιση διαταραχής σε ένα ελαστικό μέσο. Για παράδειγμα, όταν μια διαταραχή της πίεσης με τη μορφή συμπίεσης εμφανίζεται σε έναν ορισμένο όγκο αέρα, αυτή η περιοχή τείνει να εξαπλωθεί στο διάστημα. Αυτή η διαδικασία προκαλεί τη συμπίεση του αέρα σε περιοχές δίπλα στην πηγή, οι οποίες επίσης τείνουν να διαστέλλονται. Αυτή η διαδικασίακαλύπτει όλο και περισσότερο τον χώρο μέχρι να φτάσει σε κάποιον δέκτη, για παράδειγμα, στο ανθρώπινο αυτί.

Γενικά χαρακτηριστικά των ηχητικών κυμάτων

Ας εξετάσουμε τα ερωτήματα για το τι είναι ένα ηχητικό κύμα και πώς γίνεται αντιληπτό από το ανθρώπινο αυτί. Το ηχητικό κύμα είναι διαμήκης όταν εισέρχεται στο κόγχο του αυτιού, προκαλεί δονήσεις τύμπανο αυτιούμε συγκεκριμένη συχνότητα και πλάτος. Μπορείτε επίσης να φανταστείτε αυτές τις διακυμάνσεις ως περιοδικές αλλαγές στην πίεση σε έναν μικροόγκο αέρα δίπλα στη μεμβράνη. Πρώτα αυξάνεται σε σχέση με την κανονική ατμοσφαιρική πίεση και μετά μειώνεται, υπακούοντας στους μαθηματικούς νόμους της αρμονικής κίνησης. Το πλάτος των αλλαγών στη συμπίεση του αέρα, δηλαδή η διαφορά μεταξύ της μέγιστης ή ελάχιστης πίεσης που δημιουργείται από ένα ηχητικό κύμα με ατμοσφαιρική πίεση είναι ανάλογο με το πλάτος του ίδιου του ηχητικού κύματος.

Πολλά φυσικά πειράματα το έχουν δείξει μέγιστες πιέσεις, που το ανθρώπινο αυτί μπορεί να αντιληφθεί χωρίς να το βλάψει, είναι 2800 μN/cm 2 . Για σύγκριση, ας το πούμε αυτό ατμοσφαιρική πίεσηκοντά στην επιφάνεια της γης ισούται με 10 εκατομμύρια μN/cm 2. Λαμβάνοντας υπόψη την αναλογικότητα της πίεσης και του πλάτους των ταλαντώσεων, μπορούμε να πούμε ότι η τελευταία τιμή είναι ασήμαντη ακόμη και για τα ισχυρότερα κύματα. Αν μιλάμε για το μήκος του ηχητικού κύματος, τότε για συχνότητα 1000 δονήσεων ανά δευτερόλεπτο θα είναι ένα χιλιοστό του εκατοστού.

Οι πιο αδύναμοι ήχοι δημιουργούν διακυμάνσεις πίεσης της τάξης των 0,001 μN/cm 2, το αντίστοιχο πλάτος των ταλαντώσεων κύματος για συχνότητα 1000 Hz είναι 10 -9 cm, ενώ η μέση διάμετρος των μορίων του αέρα είναι 10 -8 cm, δηλαδή το ανθρώπινο αυτί είναι ένα εξαιρετικά ευαίσθητο όργανο.

Έννοια της έντασης των ηχητικών κυμάτων

Από γεωμετρική άποψη, ένα ηχητικό κύμα αντιπροσωπεύει δονήσεις ενός συγκεκριμένου σχήματος, αλλά από φυσική άποψη, η κύρια ιδιότητα των ηχητικών κυμάτων είναι η ικανότητά τους να μεταφέρουν ενέργεια. Το πιο σημαντικό παράδειγμα μεταφοράς ενέργειας κυμάτων είναι ο ήλιος, του οποίου τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα που εκπέμπονται παρέχουν ενέργεια σε ολόκληρο τον πλανήτη μας.

Η ένταση ενός ηχητικού κύματος στη φυσική ορίζεται ως η ποσότητα ενέργειας που μεταφέρεται από το κύμα μέσω μιας μονάδας επιφάνειας που είναι κάθετη στη διάδοση του κύματος και ανά μονάδα χρόνου. Εν ολίγοις, η ένταση ενός κύματος είναι η ισχύς του που μεταφέρεται μέσω μιας μονάδας περιοχής.

Η ισχύς των ηχητικών κυμάτων συνήθως μετριέται σε ντεσιμπέλ, τα οποία βασίζονται σε μια λογαριθμική κλίμακα, κατάλληλη για πρακτική ανάλυση των αποτελεσμάτων.

Ένταση διαφορετικών ήχων

Η ακόλουθη κλίμακα σε ντεσιμπέλ δίνει μια ιδέα για την αξία του διαφορετικού και τις αισθήσεις που προκαλεί:

• το όριο των δυσάρεστων και δυσάρεστων αισθήσεων ξεκινά από τα 120 ντεσιμπέλ (dB).
• ένα καρφωτικό σφυρί δημιουργεί θόρυβο 95 dB.
• τρένο υψηλής ταχύτητας - 90 dB.
• δρόμος με μεγάλη κίνηση - 70 dB.
• η ένταση μιας κανονικής συνομιλίας μεταξύ ανθρώπων είναι 65 dB.
• ένα σύγχρονο αυτοκίνητο που κινείται με μέτριες ταχύτητες δημιουργεί επίπεδο θορύβου 50 dB.
• μέση ένταση ραδιοφώνου - 40 dB.
• ήσυχη συνομιλία - 20 dB.
• θόρυβος φυλλώματος δέντρου - 10 dB.
• Το ελάχιστο όριο ευαισθησίας του ανθρώπινου ήχου είναι κοντά στα 0 dB.

Η ευαισθησία του ανθρώπινου αυτιού εξαρτάται από τη συχνότητα του ήχου και είναι μέγιστη για ηχητικά κύματα με συχνότητα 2000-3000 Hz. Για ήχο σε αυτό το εύρος συχνοτήτων, το κατώτερο όριο ανθρώπινης ευαισθησίας είναι 10 -5 dB. Πιο ψηλά και περισσότερα χαμηλές συχνότητεςαπό το καθορισμένο διάστημα, οδηγούν σε αύξηση του κατώτερου ορίου ευαισθησίας με τέτοιο τρόπο ώστε ένα άτομο να ακούει συχνότητες κοντά στα 20 Hz και 20.000 Hz μόνο σε ένταση αρκετών δεκάδων dB.

Όσο για το ανώτερο όριο της έντασης, μετά το οποίο ο ήχος αρχίζει να προκαλεί ταλαιπωρία στους ανθρώπους και ακόμη οδυνηρές αισθήσεις, τότε θα πρέπει να ειπωθεί ότι είναι πρακτικά ανεξάρτητο από τη συχνότητα και βρίσκεται στην περιοχή 110-130 dB.

Γεωμετρικά χαρακτηριστικά ενός ηχητικού κύματος

Ένα πραγματικό ηχητικό κύμα είναι ένα πολύπλοκο ταλαντευόμενο πακέτο διαμήκων κυμάτων, το οποίο μπορεί να αποσυντεθεί σε απλές αρμονικές δονήσεις. Κάθε τέτοια ταλάντωση περιγράφεται από γεωμετρική άποψη από τα ακόλουθα χαρακτηριστικά:

1. Το πλάτος είναι η μέγιστη απόκλιση κάθε τμήματος του κύματος από την ισορροπία. Η ονομασία Α υιοθετείται για αυτήν την ποσότητα.
2. Περίοδος. Αυτός είναι ο χρόνος κατά τον οποίο ένα απλό κύμα ολοκληρώνει την πλήρη ταλάντωσή του. Μετά από αυτό το διάστημα, κάθε σημείο του κύματος αρχίζει να επαναλαμβάνει την ταλαντωτική του διαδικασία. Η περίοδος συνήθως συμβολίζεται με το γράμμα Τ και μετράται σε δευτερόλεπτα στο σύστημα SI.
3. Συχνότητα. Αυτό είναι ένα φυσικό μέγεθος που δείχνει πόσες ταλαντώσεις κάνει ένα δεδομένο κύμα ανά δευτερόλεπτο. Δηλαδή κατά την έννοια του είναι μια ποσότητα αντίστροφη της περιόδου. Ονομάζεται f. Για τη συχνότητα ενός ηχητικού κύματος, ο τύπος για τον προσδιορισμό της σε περίοδο είναι ο εξής: f = 1/T.
4. Το μήκος κύματος είναι η απόσταση που διανύει σε μια περίοδο ταλάντωσης. Γεωμετρικά, το μήκος κύματος είναι η απόσταση μεταξύ των δύο πλησιέστερων μέγιστων ή δύο πλησιέστερων ελάχιστων σε μια ημιτονοειδή καμπύλη. Το μήκος ταλάντωσης ενός ηχητικού κύματος είναι η απόσταση μεταξύ των πλησιέστερων περιοχών συμπίεσης αέρα ή των πλησιέστερων σημείων αραίωσής του στο χώρο όπου κινείται το κύμα. Συνήθως συμβολίζεται με το ελληνικό γράμμα λ.
5. Η ταχύτητα διάδοσης ενός ηχητικού κύματος είναι η απόσταση στην οποία διαδίδεται η περιοχή συμπίεσης ή η περιοχή αραίωσης του κύματος ανά μονάδα χρόνου. Αυτή η τιμή υποδηλώνεται με το γράμμα v. Για την ταχύτητα ενός ηχητικού κύματος, ο τύπος είναι: v = λ*f.

Η γεωμετρία ενός καθαρού ηχητικού κύματος, δηλαδή ενός κύματος σταθερής καθαρότητας, υπακούει στον ημιτονοειδές νόμο. Στη γενική περίπτωση, ο τύπος για ένα ηχητικό κύμα έχει τη μορφή: y = A*sin(ωt), όπου y είναι η τιμή συντεταγμένων ενός δεδομένου σημείου στο κύμα, t είναι ο χρόνος, ω = 2*pi*f είναι η κυκλική συχνότητα των ταλαντώσεων.

Απεριοδικός ήχος

Πολλές πηγές ήχου μπορούν να θεωρηθούν περιοδικές, για παράδειγμα, ο ήχος από μουσικά όργανα όπως κιθάρα, πιάνο, φλάουτο, αλλά υπάρχει επίσης μεγάλο αριθμόήχοι στη φύση που είναι απεριοδικοί, δηλαδή οι ηχητικές δονήσεις αλλάζουν τη συχνότητα και το σχήμα τους στο χώρο. Τεχνικά, αυτός ο τύπος ήχου ονομάζεται θόρυβος. Ζωντανά παραδείγματαο απεριοδικός ήχος είναι ο θόρυβος της πόλης, ο θόρυβος της θάλασσας, οι ήχοι από κρουστά, για παράδειγμα, από ένα τύμπανο και άλλα.

Μέσο διάδοσης ηχητικών κυμάτων

Σε αντίθεση με την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, της οποίας τα φωτόνια δεν χρειάζονται υλικό μέσο για τη διάδοσή τους, η φύση του ήχου είναι τέτοια που απαιτεί ένα συγκεκριμένο μέσο για τη διάδοσή του, δηλαδή, σύμφωνα με τους νόμους της φυσικής, τα ηχητικά κύματα δεν μπορούν να διαδοθούν στο κενό.

Ο ήχος μπορεί να ταξιδέψει σε αέρια, υγρά και στερεά. Τα κύρια χαρακτηριστικά ενός ηχητικού κύματος που διαδίδεται σε ένα μέσο είναι τα ακόλουθα:

• το κύμα διαδίδεται γραμμικά.
• διαδίδεται εξίσου προς όλες τις κατευθύνσεις σε ένα ομοιογενές μέσο, ​​δηλαδή ο ήχος αποκλίνει από την πηγή, σχηματίζοντας μια ιδανική σφαιρική επιφάνεια.
• Ανεξάρτητα από το πλάτος και τη συχνότητα του ήχου, τα κύματα του διαδίδονται με την ίδια ταχύτητα σε ένα δεδομένο μέσο.

Ταχύτητα ηχητικών κυμάτων σε διάφορα μέσα

Η ταχύτητα διάδοσης του ήχου εξαρτάται από δύο βασικούς παράγοντες: το μέσο στο οποίο ταξιδεύει το κύμα και τη θερμοκρασία. Σε γενικές γραμμές, ισχύει ο ακόλουθος κανόνας: όσο πιο πυκνό είναι το μέσο και όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία του, τόσο πιο γρήγορα κινείται ο ήχος σε αυτό.

Για παράδειγμα, η ταχύτητα διάδοσης ενός ηχητικού κύματος στον αέρα κοντά στην επιφάνεια της γης σε θερμοκρασία 20 ℃ και υγρασία 50% είναι 1235 km/h ή 343 m/s. Στο νερό σε μια δεδομένη θερμοκρασία, ο ήχος κινείται 4,5 φορές πιο γρήγορα, δηλαδή περίπου 5735 km/h ή 1600 m/s. Όσον αφορά την εξάρτηση της ταχύτητας του ήχου από τη θερμοκρασία του αέρα, αυτή αυξάνεται κατά 0,6 m/s με αύξηση της θερμοκρασίας για κάθε βαθμό Κελσίου.

Ηχοχρώματος και τόνος

Αν αφήσεις τη χορδή ή μεταλλική πλάκαδονείται ελεύθερα, θα παράγει ήχους διαφορετικών συχνοτήτων. Είναι πολύ σπάνιο να βρεθεί ένα σώμα που παράγει έναν ήχο μιας συγκεκριμένης συχνότητας συνήθως ο ήχος ενός αντικειμένου έχει ένα σύνολο συχνοτήτων σε ένα συγκεκριμένο διάστημα.

Η χροιά ενός ήχου καθορίζεται από τον αριθμό των αρμονικών που υπάρχουν σε αυτόν και τις αντίστοιχες εντάσεις τους. Το timbre είναι μια υποκειμενική αξία, είναι δηλαδή η αντίληψη ενός ηχητικού αντικειμένου από ένα συγκεκριμένο άτομο. Το timbre συνήθως χαρακτηρίζεται από τα ακόλουθα επίθετα: υψηλό, λαμπρό, ηχητικό, μελωδικό, και ούτω καθεξής.

Ο τόνος είναι μια αίσθηση ήχου που του επιτρέπει να ταξινομηθεί ως υψηλός ή χαμηλός. Αυτή η τιμή είναι επίσης υποκειμενική και δεν μπορεί να μετρηθεί με κανένα όργανο. Ο τόνος συνδέεται με μια αντικειμενική ποσότητα - τη συχνότητα του ηχητικού κύματος, αλλά δεν υπάρχει σαφής σύνδεση μεταξύ τους. Για παράδειγμα, για έναν ήχο μονής συχνότητας σταθερής έντασης, ο τόνος αυξάνεται καθώς αυξάνεται η συχνότητα. Εάν η συχνότητα του ήχου παραμένει σταθερή και η έντασή του αυξάνεται, τότε ο τόνος γίνεται χαμηλότερος.

Σχήμα πηγών ήχου

Σύμφωνα με το σχήμα του σώματος που εκτελεί μηχανικούς κραδασμούς και ως εκ τούτου δημιουργεί κύματα, υπάρχουν τρεις κύριοι τύποι:

1. Σημειακή πηγή. Παράγει σφαιρικά ηχητικά κύματα που διασπώνται γρήγορα με την απόσταση από την πηγή (περίπου 6 dB αν η απόσταση από την πηγή διπλασιαστεί).
2. Πηγή γραμμής. Δημιουργεί κυλινδρικά κύματα, η ένταση των οποίων μειώνεται πιο αργά από ότι από μια σημειακή πηγή (για κάθε αύξηση της απόστασης κατά το ήμισυ σε σχέση με την πηγή, η ένταση μειώνεται κατά 3 dB).
3. Επίπεδη ή δισδιάστατη πηγή. Παράγει κύματα μόνο προς μια συγκεκριμένη κατεύθυνση. Ένα παράδειγμα τέτοιας πηγής θα ήταν ένα έμβολο που κινείται σε έναν κύλινδρο.

Ηλεκτρονικές πηγές ήχου

Για τη δημιουργία ενός ηχητικού κύματος, οι ηλεκτρονικές πηγές χρησιμοποιούν μια ειδική μεμβράνη (ηχείο), η οποία εκτελεί μηχανικούς κραδασμούς λόγω του φαινομένου της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής. Τέτοιες πηγές περιλαμβάνουν τα ακόλουθα:

• συσκευές αναπαραγωγής διαφόρων δίσκων (CD, DVD και άλλοι).
• Κασετόφωνο?
• ραδιόφωνα?
• τηλεοράσεις και κάποιες άλλες.

2.2 Ηχητικά κύματα και οι ιδιότητές τους

Ο ήχος είναι μηχανικοί κραδασμοί που διαδίδονται σε ένα ελαστικό μέσο: αέρας, νερό, στερεά κ.λπ.

Η ικανότητα ενός ατόμου να αντιλαμβάνεται ελαστικούς κραδασμούς και να τους ακούει αντανακλάται στο όνομα της μελέτης του ήχου - ακουστικής.

Γενικά, το ανθρώπινο αυτί ακούει ήχο μόνο όταν μηχανικές δονήσεις με συχνότητα τουλάχιστον 16 Hz και όχι μεγαλύτερη από 20.000 Hz επιδρούν στο ακουστικό βαρηκοΐας του αυτιού. Οι κραδασμοί με χαμηλότερες ή υψηλότερες συχνότητες δεν ακούγονται στο ανθρώπινο αυτί.

Το γεγονός ότι ο αέρας είναι αγωγός του ήχου αποδείχθηκε από το πείραμα του Robert Boyle το 1660. Εάν ένα ηχητικό σώμα, για παράδειγμα ένα ηλεκτρικό κουδούνι, τοποθετηθεί κάτω από το κουδούνι μιας αντλίας αέρα, τότε καθώς ο αέρας αντλείται από κάτω από αυτό, ο ήχος θα γίνει πιο αδύναμος και τελικά θα σταματήσει.

Κατά τις ταλαντώσεις του, το σώμα συμπιέζει εναλλάξ το στρώμα αέρα που γειτνιάζει με την επιφάνειά του και, αντίθετα, δημιουργεί ένα κενό σε αυτό το στρώμα. Έτσι, η διάδοση του ήχου στον αέρα ξεκινά με διακυμάνσεις στην πυκνότητα του αέρα στην επιφάνεια του δονούμενου σώματος.

Η διαδικασία των δονήσεων που διαδίδονται στο χώρο με την πάροδο του χρόνου ονομάζεται κύμα. Μήκος κύματος είναι η απόσταση μεταξύ δύο πλησιέστερων σωματιδίων ενός μέσου που βρίσκονται στην ίδια κατάσταση.

Ένα φυσικό μέγεθος ίσο με τον λόγο του μήκους κύματος προς την περίοδο ταλάντωσης των σωματιδίων του ονομάζεται ταχύτητα κύματος.

Οι δονήσεις των σωματιδίων του μέσου στο οποίο διαδίδεται το κύμα εξαναγκάζονται. Επομένως, η περίοδός τους είναι ίση με την περίοδο ταλάντωσης του διεγέρτη κύματος. Ωστόσο, η ταχύτητα διάδοσης των κυμάτων σε διαφορετικά μέσα είναι διαφορετική.

Οι ήχοι είναι διαφορετικοί. Μπορούμε εύκολα να διακρίνουμε το σφύριγμα και το ρυθμό ενός τυμπάνου, μια ανδρική φωνή (μπάσο) από μια γυναικεία φωνή (σοπράνο).

Μερικοί ήχοι λέγονται ότι είναι χαμηλοί, άλλοι λέμε υψηλός. Το αυτί μπορεί εύκολα να τα ξεχωρίσει. Ο ήχος που παράγεται από ένα τύμπανο μπάσου είναι ήχος χαμηλής έντασης, ενώ η σφυρίχτρα είναι ήχος υψηλής συχνότητας.

Απλές μετρήσεις (σάρωση ταλάντωσης) δείχνουν ότι οι ήχοι χαμηλών τόνων είναι δονήσεις χαμηλής συχνότητας σε ένα ηχητικό κύμα. Ένας ήχος υψηλής έντασης αντιστοιχεί σε υψηλή συχνότητα δόνησης. Η συχνότητα της δόνησης σε ένα ηχητικό κύμα καθορίζει τον τόνο του ήχου.

Υπάρχουν ειδικές πηγές ήχου που εκπέμπουν μία μόνο συχνότητα, τον λεγόμενο καθαρό τόνο. Πρόκειται για πιρούνια συντονισμού διαφόρων μεγεθών - απλές συσκευές που είναι καμπύλες μεταλλικές ράβδοι στα πόδια. Πως μεγαλύτερα μεγέθηπιρούνι συντονισμού, τόσο χαμηλότερος είναι ο ήχος που βγάζει όταν χτυπηθεί.

Εάν πάρετε πολλά πιρούνια συντονισμού διαφορετικά μεγέθη, τότε δεν θα είναι δύσκολο να τα τακτοποιήσετε με το αυτί κατά σειρά αύξησης του τόνου. Έτσι, θα βρίσκονται σε μέγεθος: το μεγαλύτερο πιρούνι συντονισμού παράγει χαμηλό ήχο και το μικρότερο παράγει τον υψηλότερο ήχο.

Οι ήχοι ακόμη και του ίδιου τόνου μπορούν να έχουν διαφορετική ένταση. Η ένταση ενός ήχου σχετίζεται με τη δονητική ενέργεια στην πηγή και στο κύμα. Η ενέργεια των ταλαντώσεων καθορίζεται από το πλάτος των ταλαντώσεων. Η ένταση επομένως εξαρτάται από το πλάτος των κραδασμών.

Το γεγονός ότι η διάδοση των ηχητικών κυμάτων δεν συμβαίνει αμέσως μπορεί να φανεί από απλές παρατηρήσεις. Εάν σε απόσταση υπάρχει καταιγίδα, ένας πυροβολισμός, μια έκρηξη, ένα σφύριγμα ατμομηχανής, ένα χτύπημα τσεκουριού κ.λπ., τότε στην αρχή όλα αυτά τα φαινόμενα είναι ορατά και μόνο τότε, μετά από λίγο, ακούγεται ένας ήχος.

Όπως κάθε κύμα, ένα ηχητικό κύμα χαρακτηρίζεται από την ταχύτητα διάδοσης των δονήσεων σε αυτό.

Η ταχύτητα του ήχου ποικίλλει σε διαφορετικά περιβάλλοντα. Για παράδειγμα, στο υδρογόνο, η ταχύτητα διάδοσης ηχητικών κυμάτων οποιουδήποτε μήκους είναι 1284 m/s, στο καουτσούκ - 1800 m/s και στο σίδηρο - 5850 m/s.

Τώρα η ακουστική, ως τομέας της φυσικής, θεωρείται περισσότερο ευρύ φάσμαελαστικοί κραδασμοί - από το χαμηλότερο στο υψηλότερο, μέχρι 1012 - 1013 Hz. Τα ηχητικά κύματα με συχνότητες κάτω των 16 Hz που δεν ακούγονται στον άνθρωπο ονομάζονται υπέρηχοι, τα ηχητικά κύματα με συχνότητες από 20.000 Hz έως 109 Hz ονομάζονται υπέρηχοι και οι δονήσεις με συχνότητες μεγαλύτερες από 109 Hz ονομάζονται υπερήχοι.

Αυτοί οι μη ακουσμένοι ήχοι έχουν βρει πολλές χρήσεις.

Οι υπέρηχοι και οι υπέρηχοι έχουν πολύ σημαντικό ρόλοκαι στον ζωντανό κόσμο. Για παράδειγμα, τα ψάρια και άλλα θαλάσσια ζώα ανιχνεύουν με ευαισθησία τα υπερηχητικά κύματα που δημιουργούνται από τα κύματα καταιγίδας. Έτσι, αντιλαμβάνονται εκ των προτέρων την προσέγγιση μιας καταιγίδας ή κυκλώνα και κολυμπούν σε ένα ασφαλέστερο μέρος. Ο υπέρηχος είναι ένα συστατικό των ήχων του δάσους, της θάλασσας και της ατμόσφαιρας.

Όταν τα ψάρια κινούνται, δημιουργούνται ελαστικές υποηχητικές δονήσεις που διαδίδονται στο νερό. Οι καρχαρίες αντιλαμβάνονται καλά αυτές τις δονήσεις από πολλά χιλιόμετρα μακριά και κολυμπούν προς το θήραμά τους.

Οι υπέρηχοι μπορούν να παραχθούν και να γίνουν αντιληπτοί από ζώα όπως σκύλοι, γάτες, δελφίνια, μυρμήγκια, νυχτερίδες κ.λπ. Οι νυχτερίδες παράγουν σύντομους, υψηλούς ήχους κατά τη διάρκεια της πτήσης. Κατά την πτήση τους, καθοδηγούνται από τις αντανακλάσεις αυτών των ήχων από αντικείμενα που συναντώνται στη διαδρομή. μπορούν ακόμη και να πιάσουν έντομα, καθοδηγούμενοι μόνο από την ηχώ της μικρής τους λείας. Οι γάτες και οι σκύλοι μπορεί να ακούσουν πολύ δυνατούς ήχους σφυρίσματος (υπερήχους).

Η ηχώ είναι ένα κύμα που ανακλάται από ένα εμπόδιο και λαμβάνεται από έναν παρατηρητή. Η ηχώ του ήχου γίνεται αντιληπτή από το αυτί χωριστά από το πρωτεύον σήμα. Η μέθοδος προσδιορισμού των αποστάσεων προς διάφορα είδηκαι να ανακαλύψουν τις τοποθεσίες τους. Ας υποθέσουμε ότι κάποια πηγή ήχου εκπέμπει ένα ηχητικό σήμα και η στιγμή της εκπομπής της καταγράφεται. Ο ήχος συνάντησε κάποιο εμπόδιο, αντανακλήθηκε από αυτό, επέστρεψε και ελήφθη από τον ηχητικό δέκτη. Εάν μετρήθηκε το χρονικό διάστημα μεταξύ των στιγμών εκπομπής και λήψης, τότε είναι εύκολο να βρεθεί η απόσταση από το εμπόδιο. Κατά τη διάρκεια του μετρούμενου χρόνου t, ο ήχος έχει διανύσει μια απόσταση 2s, όπου s είναι η απόσταση από το εμπόδιο και 2s είναι η απόσταση από την πηγή ήχου στο εμπόδιο και από το εμπόδιο στον δέκτη ήχου.

Χρησιμοποιώντας αυτόν τον τύπο μπορείτε να βρείτε την απόσταση από τον ανακλαστήρα σήματος. Αλλά πρέπει επίσης να γνωρίζετε πού βρίσκεται, σε ποια κατεύθυνση από την πηγή το σήμα το συναντούσε. Εν τω μεταξύ, ο ήχος ταξιδεύει προς όλες τις κατευθύνσεις και το ανακλώμενο σήμα μπορεί να προέρχεται από διαφορετικές πλευρές. Για να αποφύγουν αυτή τη δυσκολία, χρησιμοποιούν όχι συνηθισμένο ήχο, αλλά υπέρηχο.

Το κύριο χαρακτηριστικό των υπερηχητικών κυμάτων είναι ότι μπορούν να κατευθυνθούν, διαδίδοντας σε μια συγκεκριμένη κατεύθυνση από την πηγή. Χάρη σε αυτό, με την αντανάκλαση του υπερήχου, μπορείτε όχι μόνο να βρείτε την απόσταση, αλλά και να μάθετε πού βρίσκεται το αντικείμενο που τους αντανακλά. Με αυτόν τον τρόπο μπορείτε, για παράδειγμα, να μετρήσετε το βάθος της θάλασσας κάτω από ένα πλοίο.

Οι εντοπιστές ήχου επιτρέπουν την ανίχνευση και την τοποθεσία διάφορες ζημιέςσε προϊόντα, για παράδειγμα, κενά, ρωγμές, ξένα εγκλείσματα κ.λπ. Στην ιατρική, ο υπέρηχος χρησιμοποιείται για την ανίχνευση διάφορες ανωμαλίεςστο σώμα του ασθενούς - όγκοι, παραμορφώσεις στο σχήμα των οργάνων ή των τμημάτων τους κ.λπ. Όσο μικρότερο είναι το μήκος κύματος των υπερήχων, τόσο μικρότερα μεγέθηανιχνεύσιμες λεπτομέρειες. Ο υπέρηχος χρησιμοποιείται επίσης για τη θεραπεία ορισμένων ασθενειών.

Ωκεάνια ακουστική

Το δεύτερο, ελάχιστα γνωστό σε μη ειδικούς, είδος κίνησης θαλασσινό νερόείναι εσωτερικά κύματα. Αν και ανακαλύφθηκαν στον ωκεανό πριν από πολύ καιρό, στο γύρισμα του 19ου και του 20ου αιώνα. (Η αποστολή του Nansen στο Fram και το έργο του Ekman, ο οποίος εξήγησε τις παρατηρήσεις των πλοηγών)...

Ωκεάνια ακουστική

Τώρα για τα επιφανειακά κύματα, για τα ίδια τα κύματα της θάλασσας. Ίσως δεν υπάρχει άλλο φαινόμενο στη θάλασσα που να είναι τόσο ευρέως γνωστό. Από αρχαίους ναυτικούς και φιλοσόφους μέχρι σύγχρονους καλλιτέχνες και ποιητές, από έναν γέρο παππού...

Τα κύματα De Broglie και η φυσική τους ερμηνεία

Ας υπολογίσουμε την ομαδική ταχύτητα διάδοσης των κυμάτων de Broglie, όπως σε όλες τις περιπτώσεις, η ταχύτητα φάσης και ομάδας, η ταχύτητα φάσης θα είναι (6) Δεδομένου ότι η ταχύτητα φάσης των κυμάτων de Broglie είναι μεγαλύτερη από την ταχύτητα του φωτός στο κενό. ..

Έρευνα Ηχητικών Κυμάτων

Είναι γνωστό ότι ο ήχος διαδίδεται στο χώρο μόνο με την παρουσία κάποιου ελαστικού μέσου. Το μέσο είναι απαραίτητο για τη μετάδοση κραδασμών από την πηγή ήχου στον δέκτη, για παράδειγμα στο ανθρώπινο αυτί. Με άλλα λόγια...

Η μελέτη των μηχανικών κυμάτων ξεκινά με το σχηματισμό γενικές ιδέεςγια την κυματική κίνηση. Η κατάσταση της ταλαντωτικής κίνησης μεταδίδεται από το ένα ταλαντούμενο σώμα στο άλλο εάν υπάρχει σύνδεση μεταξύ τους...

Εφαρμογή ηλεκτρομαγνητικά κύματα

Ένα κύμα είναι μια ταλάντωση που διαδίδεται στο χώρο με την πάροδο του χρόνου. Το πιο σημαντικό χαρακτηριστικό ενός κύματος είναι η ταχύτητά του. Τα κύματα οποιασδήποτε φύσης δεν διαδίδονται στο διάστημα αμέσως. Η ταχύτητά τους είναι πεπερασμένη...

Ανάπτυξη οπτικών

Το επόμενο βήμα στην ανάπτυξη της κυματικής θεωρίας του φωτός έγινε από τον Huygens. Ουσιαστικά δημιούργησε την κυματική θεωρία του φωτός και στη βάση της εξήγησε όλα τα γνωστά φαινόμενα εκείνη την εποχή. Η ιδέα της κυματικής φύσης του φωτός εκφράστηκε για πρώτη φορά από τον Marty το 1648 και το 1665...

Τα κύματα που περιγράφηκαν προηγουμένως προκαλούνται από ελαστικές δυνάμεις, αλλά υπάρχουν επίσης κύματα των οποίων ο σχηματισμός προκαλείται από τη βαρύτητα. Τα κύματα που διαδίδονται στην επιφάνεια ενός υγρού δεν είναι ούτε διαμήκη...

Φυσικά Βασικάήχος

Ο ήχος είναι αντικείμενο ακουστικών αισθήσεων, επομένως αξιολογείται και από ένα άτομο υποκειμενικά. Κατά την αντίληψη των τόνων, ένα άτομο τους διακρίνει κατά τον τόνο. Το ύψος είναι ένα υποκειμενικό χαρακτηριστικό, που καθορίζεται κυρίως από τη συχνότητα του θεμελιώδους τόνου...

Χαρακτηριστικά της κίνησης του σώματος

2.1 Κινηματική της ταλαντωτικής κίνησης Ερωτήσεις δοκιμής 1. Οι ταλαντώσεις είναι διαδικασίες που έχουν κάποια επαναληψιμότητα στο χρόνο. Οι αρμονικές ταλαντώσεις είναι ταλαντώσεις που συμβαίνουν σύμφωνα με το νόμο του ημιτόνου και του συνημιτονοειδούς...

Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα και οι ιδιότητές τους

Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα είναι η διάδοση των ηλεκτρομαγνητικών πεδίων στο χώρο και στο χρόνο. Όπως σημειώθηκε παραπάνω, η ύπαρξη ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων είχε προβλεφθεί θεωρητικά από τον μεγάλο Άγγλο φυσικό J...

Ο ήχος είναι ελαστικά κύματα σε ένα μέσο (συχνά αέρας) που είναι αόρατα αλλά αντιληπτά από το ανθρώπινο αυτί (το κύμα επηρεάζει τύμπανο αυτιούαυτί). Ένα ηχητικό κύμα είναι ένα διαμήκη κύμα συμπίεσης και αραίωσης.

Αν δημιουργήσουμε κενό, θα μπορούμε να διακρίνουμε τους ήχους; Ο Robert Boyle τοποθέτησε ένα ρολόι σε ένα γυάλινο βάζο το 1660. Αφού έβγαλε τον αέρα, δεν άκουσε κανέναν ήχο. Η εμπειρία το αποδεικνύει χρειάζεται ένα μέσο για τη διάδοση του ήχου.

Ο ήχος μπορεί επίσης να μεταδοθεί μέσω υγρών και στερεών μέσων. Οι κρούσεις από πέτρες ακούγονται καθαρά κάτω από το νερό. Τοποθετήστε το ρολόι στη μία άκρη της ξύλινης σανίδας. Τοποθετώντας το αυτί σας στο άλλο άκρο, μπορείτε να ακούσετε καθαρά το χτύπημα του ρολογιού.

Το ηχητικό κύμα ταξιδεύει μέσα από το ξύλο

Η πηγή του ήχου είναι απαραίτητα τα ταλαντευόμενα σώματα. Για παράδειγμα, μια χορδή σε μια κιθάρα δεν ακούγεται στην κανονική της κατάσταση, αλλά μόλις την κάνουμε να δονείται, εμφανίζεται ένα ηχητικό κύμα.

Ωστόσο, η εμπειρία δείχνει ότι δεν είναι κάθε ταλαντούμενο σώμα πηγή ήχου. Για παράδειγμα, ένα βάρος που αιωρείται σε ένα νήμα δεν κάνει ήχο. Το γεγονός είναι ότι το ανθρώπινο αυτί δεν αντιλαμβάνεται όλα τα κύματα, αλλά μόνο αυτά που δημιουργούν σώματα που ταλαντώνονται με συχνότητα από 16 Hz έως 20.000 Hz. Τέτοια κύματα ονομάζονται ήχος. Ονομάζονται ταλαντώσεις με συχνότητα μικρότερη από 16 Hz υπέρηχοι. Ονομάζονται ταλαντώσεις με συχνότητα μεγαλύτερη από 20.000 Hz υπέρηχος.

Ταχύτητα ήχου

Τα ηχητικά κύματα δεν διαδίδονται αμέσως, αλλά με μια ορισμένη πεπερασμένη ταχύτητα (παρόμοια με την ταχύτητα της ομοιόμορφης κίνησης).

Γι' αυτό κατά τη διάρκεια μιας καταιγίδας βλέπουμε πρώτα αστραπές, δηλαδή φως (η ταχύτητα του φωτός είναι πολύ μεγαλύτερη από την ταχύτητα του ήχου) και μετά ακούγεται ήχος.

Η ταχύτητα του ήχου εξαρτάται από το μέσο: στα στερεά και τα υγρά η ταχύτητα του ήχου είναι πολύ μεγαλύτερη από ό,τι στον αέρα. Αυτές είναι σταθερές που μετρώνται σε πίνακα. Καθώς η θερμοκρασία του μέσου αυξάνεται, η ταχύτητα του ήχου αυξάνεται και καθώς μειώνεται, μειώνεται.

Οι ήχοι είναι διαφορετικοί. Για τον χαρακτηρισμό του ήχου, εισάγονται ειδικές ποσότητες: ένταση, ύψος και χροιά ήχου.

Η ένταση του ήχου εξαρτάται από το πλάτος των κραδασμών: όσο μεγαλύτερο είναι το πλάτος των δονήσεων, τόσο πιο δυνατός είναι ο ήχος. Επιπλέον, η αντίληψη της έντασης του ήχου από το αυτί μας εξαρτάται από τη συχνότητα των δονήσεων στο ηχητικό κύμα. Τα κύματα υψηλότερης συχνότητας γίνονται αντιληπτά ως πιο δυνατά.

Η συχνότητα του ηχητικού κύματος καθορίζει το ύψος του τόνου. Όσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητα δόνησης μιας πηγής ήχου, τόσο υψηλότερος είναι ο ήχος που παράγει. Οι ανθρώπινες φωνές χωρίζονται σε διάφορα εύρη στο ύψος.

Οι ήχοι από διαφορετικές πηγές είναι ένας συνδυασμός αρμονικών δονήσεων διαφορετικών συχνοτήτων. Η συνιστώσα της μεγαλύτερης περιόδου (χαμηλότερη συχνότητα) ονομάζεται θεμελιώδης τόνος. Τα υπόλοιπα συστατικά του ήχου είναι απόχρωση. Το σύνολο αυτών των στοιχείων δημιουργεί το χρώμα και τη χροιά του ήχου. Το σύνολο των αποχρώσεων στις φωνές διαφορετικούς ανθρώπουςαν και ελαφρώς διαφορετικό, αυτό καθορίζει τη χροιά μιας συγκεκριμένης φωνής.

Ηχώ. Μια ηχώ σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της αντανάκλασης του ήχου από διάφορα εμπόδια - βουνά, δάση, τοίχους, μεγάλα κτίρια κ.λπ. Η ηχώ εμφανίζεται μόνο όταν ο ανακλώμενος ήχος γίνεται αντιληπτός χωριστά από τον αρχικά προφερόμενο ήχο. Εάν υπάρχουν πολλές ανακλαστικές επιφάνειες και βρίσκονται σε διαφορετικές αποστάσεις από ένα άτομο, τότε τα ανακλώμενα ηχητικά κύματα θα φτάσουν σε αυτόν σε διαφορετικές χρονικές στιγμές. Σε αυτή την περίπτωση, η ηχώ θα είναι πολλαπλή. Το εμπόδιο πρέπει να απέχει 11 μέτρα από το άτομο για να ακουστεί η ηχώ.

Αντανάκλαση του ήχου.Ο ήχος αντανακλάται από λείες επιφάνειες. Επομένως, όταν χρησιμοποιείτε μια κόρνα, τα ηχητικά κύματα δεν διασκορπίζονται προς όλες τις κατευθύνσεις, αλλά σχηματίζουν μια στενά κατευθυνόμενη δέσμη, λόγω της οποίας αυξάνεται η ισχύς του ήχου και εξαπλώνεται σε μεγαλύτερη απόσταση.

Ορισμένα ζώα (για παράδειγμα, νυχτερίδα, δελφίνι) εκπέμπουν υπερηχητικές δονήσεις και στη συνέχεια αντιλαμβάνονται το ανακλώμενο κύμα από τα εμπόδια. Έτσι καθορίζουν τη θέση και την απόσταση από τα γύρω αντικείμενα.

Echolocation. Αυτός είναι ένας τρόπος προσδιορισμού της θέσης των σωμάτων με υπερηχητικά σήματα που ανακλώνται από αυτά. Χρησιμοποιείται ευρέως στη ναυτιλία. Εγκατεστημένο σε πλοία σόναρ- συσκευές για την αναγνώριση υποβρύχιων αντικειμένων και τον προσδιορισμό του βάθους και της τοπογραφίας του πυθμένα. Ένας πομπός ήχου και ένας δέκτης τοποθετούνται στο κάτω μέρος του δοχείου. Ο πομπός δίνει σύντομα σήματα. Αναλύοντας τον χρόνο καθυστέρησης και την κατεύθυνση των σημάτων που επιστρέφουν, ο υπολογιστής καθορίζει τη θέση και το μέγεθος του αντικειμένου που αντανακλά τον ήχο.

Το υπερηχογράφημα χρησιμοποιείται για την ανίχνευση και τον προσδιορισμό διαφόρων βλαβών σε μέρη του μηχανήματος (κενά, ρωγμές κ.λπ.). Η συσκευή που χρησιμοποιείται για το σκοπό αυτό ονομάζεται υπερηχητικό ανιχνευτή ελαττωμάτων. Στο υπό μελέτη τμήμα αποστέλλεται ροή σύντομων υπερηχητικών σημάτων, τα οποία αντανακλώνται από τις ανομοιογένειες που βρίσκονται στο εσωτερικό του και, επιστρέφοντας, εισέρχονται στον δέκτη. Σε εκείνα τα σημεία όπου δεν υπάρχουν ελαττώματα, τα σήματα περνούν μέσα από το τμήμα χωρίς σημαντική ανάκλαση και δεν καταγράφονται από τον δέκτη.

Το υπερηχογράφημα χρησιμοποιείται ευρέως στην ιατρική για τη διάγνωση και τη θεραπεία ορισμένων ασθενειών. Διαφορετικός ακτινογραφίεςτα κύματα του δεν έχουν αποτέλεσμα επιβλαβής επιρροήσε ύφασμα. Διαγνωστικός υπερηχογραφικές εξετάσεις(υπέρηχος)επιτρέπουν χωρίς χειρουργική επέμβασηαναγνωρίζω παθολογικές αλλαγέςόργανα και ιστούς. Μια ειδική συσκευή κατευθύνει υπερηχητικά κύματα με συχνότητα 0,5 έως 15 MHz σε ένα συγκεκριμένο σημείο του σώματος, ανακλώνται από το υπό μελέτη όργανο και ο υπολογιστής εμφανίζει την εικόνα του στην οθόνη.

Ο υπέρηχος χαρακτηρίζεται από χαμηλή απορρόφηση σε διάφορα μέσα, με αποτέλεσμα τα υποηχητικά κύματα στον αέρα, το νερό και τον φλοιό της γης να μπορούν να διαδοθούν σε πολύ μεγάλες αποστάσεις. Αυτό το φαινόμενο βρίσκει πρακτική εφαρμογήστο τον καθορισμό τοποθεσιώνισχυρές εκρήξεις ή τη θέση του όπλου βολής. Η διάδοση του υπέρηχου σε μεγάλες αποστάσεις στη θάλασσα το καθιστά εφικτό προβλέψεις φυσική καταστροφή - τσουνάμι. Οι μέδουσες, τα καρκινοειδή κ.λπ. είναι ικανά να αντιλαμβάνονται τους υπέρηχους και να αισθάνονται την προσέγγισή τους πολύ πριν από την έναρξη μιας καταιγίδας.

ΥΑΓΜΑ

Ιατρική φυσική

Παιδιατρικής Σχολής

Λοιπόν

Ακαδημαϊκό εξάμηνο

Διάλεξη Νο. 4

"Ιατρική ακουστική"

Συντάχθηκε από:

Babenko N.I.

2010
1. Η ακουστική και τα είδη της. Η ιατρική ακουστική, τα τμήματα και τα καθήκοντά της.

Κυριολεκτικά, η "ακουστική" μεταφράζεται ως η μελέτη της ακοής. Σύγχρονος ορισμόςο όρος «ακουστική» έχει ως εξής:

Η ακουστική είναι η επιστήμη της παραγωγής, των ιδιοτήτων και της διάδοσης μηχανικών κυμάτων σε διάφορα μέσα και της αλληλεπίδρασης αυτών των κυμάτων με φυσικά και βιολογικά αντικείμενα.

Η ακουστική αποτελείται από τις ακόλουθες ενότητες:

· γενική ακουστική,μελετά περισσότερο γενικές ερωτήσειςπου σχετίζονται με τη λήψη και τη διάδοση του ήχου, μεθόδους μέτρησης ήχου.

· αρχιτεκτονική ακουστική, μελετά ηχητικά φαινόμενα από την άποψη της απόκτησης καλής ακουστότητας και ομιλίας σε διαφορετικά δωμάτια ή για την προστασία των δωματίων από ανεπιθύμητους ήχους.

· τεχνική ακουστική,μελετά την πρακτική εφαρμογή του ήχου σε διάφορους τομείς της τεχνολογίας.

· βιολογική ακουστική,μελετά την παραγωγή και χρήση ήχου από ζωντανούς οργανισμούς (νυχτερίδες, ψάρια, δελφίνια).

· ιατρική ακουστική, μελετά τη φυσική και βιοφυσική της ακοής και της ομιλίας, τις συνθήκες και τα χαρακτηριστικά της ανθρώπινης αντίληψης του ήχου, τη χρήση του ήχου για τη διάγνωση ασθενειών και τη θεραπεία τους.

Οι εφαρμογές της ακουστικής στην ιατρική περιλαμβάνουν την πρακτική χρήση των ιδιοτήτων του ακουστικού ήχου και των υπερήχων:

Οι κύριοι στόχοι της ιατρικής ακουστικής είναι:

· μελέτη ηχητικών φαινομένων που προκύπτουν κατά την εργασία της καρδιάς.

· Ανάπτυξη μεθόδων για τη διάγνωση ασθενειών με χρήση ήχου και υπερήχων.

· Ανάπτυξη μεθόδων υγιούς θεραπείας.

· ανάπτυξη πρότυπα υγιεινήςκαι νόρμες ασφαλής χρήσηήχος στη βιομηχανία, την ιατρική και την εθνική οικονομία.

Το Vuk ως φυσικό φαινόμενο.

Είδη ηχητικών κυμάτων και τα χαρακτηριστικά τους.

Ο ήχος είναι μηχανικοί κραδασμοί που διαδίδονται σε ένα ελαστικό υλικό υλικό κυρίως με τη μορφή διαμήκων κυμάτων.

Στο κενό, ο ήχος δεν διαδίδεται, αφού η μετάδοση του ήχου απαιτεί ένα υλικό μέσο και μηχανική επαφή μεταξύ των σωματιδίων του υλικού μέσου.

Σε ένα μέσο, ​​ο ήχος ταξιδεύει με τη μορφή ηχητικών κυμάτων. Τα ηχητικά κύματα είναι μηχανικές δονήσεις που μεταδίδονται σε ένα μέσο χρησιμοποιώντας τα υπό όρους σωματίδια του. Τα συμβατικά σωματίδια ενός μέσου σημαίνουν τους μικροόγκους του.

Βασικά φυσικά χαρακτηριστικά ενός ακουστικού κύματος:

1. Συχνότητα.

ΣυχνότηταΈνα ηχητικό κύμα είναι μια ποσότητα ίση με τον αριθμό των πλήρων ταλαντώσεων ανά μονάδα χρόνου. Υποδεικνύεται από το σύμβολο v (nu) και μετριέται σε hertz. 1 Hz = 1 μέτρηση/δευτ. = [ s -1 ].

Η κλίμακα ηχητικών κραδασμών χωρίζεται στα ακόλουθα διαστήματα συχνοτήτων:

· υπέρηχοι (από 0 έως 16 Hz).

· ακουστικός ήχος (από 16 έως 16.000 Hz).

· υπερηχογράφημα (πάνω από 16.000 Hz).

Η συχνότητα ενός ηχητικού κύματος σχετίζεται στενά με την αντίστροφη ποσότητα του - την περίοδο του ηχητικού κύματος. ΠερίοδοςΈνα ηχητικό κύμα είναι ο χρόνος μιας πλήρους δόνησης των σωματιδίων του μέσου. Ορίστηκε Τκαι μετριέται σε δευτερόλεπτα [s].

Σύμφωνα με την κατεύθυνση της δόνησης των σωματιδίων του μέσου που μεταφέρει το ηχητικό κύμα, τα ηχητικά κύματα χωρίζονται σε:

· διαμήκης;

· εγκάρσια.

Για τα διαμήκη κύματα, η διεύθυνση δόνησης των σωματιδίων του μέσου συμπίπτει με την κατεύθυνση διάδοσης του ηχητικού κύματος στο μέσο (Εικ. 1).

Για τα εγκάρσια κύματα, οι κατευθύνσεις δόνησης των σωματιδίων του μέσου είναι κάθετες προς την κατεύθυνση διάδοσης του ηχητικού κύματος (Εικ. 2).

Ρύζι. 1 Εικ. 2

Τα διαμήκη κύματα διαδίδονται σε αέρια, υγρά και στερεά. Εγκάρσια - μόνο σε στερεά.

3. Μορφή κραδασμών.

Σύμφωνα με το σχήμα των δονήσεων, τα ηχητικά κύματα χωρίζονται σε:

· απλά κύματα.

σύνθετα κύματα.

Η γραφική παράσταση ενός απλού κύματος είναι ένα ημιτονοειδές κύμα.

Η γραφική παράσταση ενός μιγαδικού κύματος είναι οποιαδήποτε περιοδική μη ημιτονοειδής καμπύλη .

4. Μήκος κύματος.

Το μήκος κύματος είναι η ποσότηταίση με την απόσταση στην οποία διανύει ένα ηχητικό κύμα σε χρόνο ίσο με μία περίοδο. Ονομάζεται λ (λάμδα) και μετριέται σε μέτρα (m), εκατοστά (cm), χιλιοστά (mm), μικρόμετρα (μm).

Το μήκος κύματος εξαρτάται από το μέσο στο οποίο ταξιδεύει ο ήχος.

5. Ταχύτητα ηχητικού κύματος.

Ταχύτητα ηχητικών κυμάτωνείναι η ταχύτητα διάδοσης του ήχου σε ένα μέσο με ακίνητη πηγή ήχου. Συμβολίζεται με το σύμβολο v, που υπολογίζεται με τον τύπο:

Η ταχύτητα του ηχητικού κύματος εξαρτάται από τον τύπο του μέσου και τη θερμοκρασία. Η υψηλότερη ταχύτητα ήχου στα στερεά ελαστικά σώματα, λιγότερο στα υγρά, και το μικρότερο στα αέρια.

αέρας, κανονική ατμοσφαιρική πίεση, θερμοκρασία - 20 μοίρες, v = 342 m/s;

νερό, θερμοκρασία 15-20 μοίρες, v = 1500 m/s;

μέταλλα, v = 5000-10000 m/s.

Η ταχύτητα του ήχου στον αέρα αυξάνεται κατά περίπου 0,6 m/s με αύξηση της θερμοκρασίας κατά 10 βαθμούς.