Ses dalgalarının ses özellikleri. Okul Ansiklopedisi. Müzikte ses dalgaları
"Ses" kavramı, "dalga" kavramıyla yakından ilişkilidir. Kesinlikle herkese aşina olan bu kavramın, net bir tanım vermeye çalışırken birçok kişi için zorluklara neden olması ilginçtir. Bir yandan dalga, hareketle ilişkili bir şeydir, uzayda yayılan bir şeydir, örneğin suya atılan bir taştan daireler çizerek ayrılan dalgalar gibi. Öte yandan, suyun yüzeyinde duran bir dalın, yakına atılan bir taştan gelen dalgalar doğrultusunda neredeyse hiç hareket etmeyeceğini, temelde yalnızca su üzerinde sallanacağını biliyoruz. Bir dalganın yayılması sırasında uzayda ne taşınır? Uzayda bazı tedirginliklerin aktarıldığı ortaya çıktı. Suya atılan bir taş, su yüzeyinin durumunda bir değişiklik olan bir dalgalanmaya neden olur ve bu rahatsızlık, rezervuarın bir noktasından diğerine yüzey salınımları şeklinde iletilir. Böylece, dalga durum değişim uzayında hareket etme sürecidir.
Ses dalgası(ses titreşimleri), uzayda iletilen bir maddenin (örneğin hava) moleküllerinin mekanik titreşimleridir. Dağıtımın nasıl gerçekleştiğini hayal edelim. ses dalgaları boşlukta. Uzayda belirli bir noktada havanın hareketine ve titreşimine neden olan bazı pertürbasyonlar sonucunda (örneğin bir hoparlör konisinin veya bir gitar telinin salınımları sonucu) hava boşlukta olduğu için bu yerde bir basınç düşüşü meydana gelir. hareket sırasında sıkıştırılmış, sonuç olarak aşırı basınççevredeki hava katmanlarını itmek. Bu katmanlar sıkıştırılır ve bu da komşu hava katmanlarını etkileyen aşırı basınç oluşturur. Böylece, sanki bir zincir boyunca, uzaydaki ilk tedirginlik bir noktadan diğerine iletilir. Bu süreç, uzayda ses dalgası yayılma mekanizmasını açıklar. Havada bir rahatsızlık (titreşim) yaratan bir cisme denir. ses kaynağı.
Hepimiz için tanıdık konsept ses" yalnızca insan işitme cihazı tarafından algılanan bir dizi ses titreşimi anlamına gelir. Bir kişinin hangi titreşimleri algıladığı ve hangilerinin algılayamadığı hakkında daha sonra konuşacağız.
Ses titreşimleri ve genel olarak tüm titreşimler, fizikten bilindiği gibi, genlik (yoğunluk), frekans ve faz ile karakterize edilir. Ses titreşimleri ile ilgili olarak, yayılma hızı gibi bir özellikten bahsetmek çok önemlidir. Genel olarak konuşursak, salınımların yayılma hızı, salınımların yayıldığı ortama bağlıdır. Bu hız, ortamın esnekliği, yoğunluğu ve sıcaklığı gibi faktörlerden etkilenir. Örneğin, ortamın sıcaklığı ne kadar yüksek olursa, o kadar yüksek olur. ses hızı. Normal (normal sıcaklık ve basınç) koşullar altında, sesin havadaki hızı yaklaşık 330 m/s'dir. Bu nedenle, dinleyicinin ses titreşimlerini algılamaya başlama süresi, dinleyicinin ses kaynağından uzaklığına ve ayrıca ses dalgasının yayıldığı ortamın özelliklerine bağlıdır. Ses yayılma hızının, ses titreşimlerinin frekansından neredeyse bağımsız olduğuna dikkat etmek önemlidir. Bu, diğer şeylerin yanı sıra, sesin tam olarak kaynak tarafından üretildiği sırayla algılandığı anlamına gelir. Böyle olmasaydı ve bir frekansın sesi başka bir frekansın sesinden daha hızlı yayılırsa, o zaman örneğin müzik yerine keskin ve sarsıntılı bir ses duyardık.
Ses dalgaları var çeşitli fenomenler uzayda dalgaların yayılması ile ilişkilidir. Bunların en önemlilerini listeliyoruz.
Parazit yapmak- iki veya daha fazla ses dalgasının üst üste binmesi sonucu uzayda bazı noktalarda ses titreşimlerinin güçlendirilmesi ve diğer noktalarda titreşimlerin zayıflaması. Aynı anda iki kaynaktan farklı, ancak yeterince yakın frekanslarda sesler duyduğumuzda, her iki ses dalgasının tepesi bize gelir, sonra bir dalganın tepesi ve diğerinin çukuru. İki dalganın üst üste binmesi sonucunda, kulak tarafından vuruş olarak algılanan ses ya yoğunlaşır ya da zayıflar. Bu etkiye zaman müdahalesi denir. Tabii ki, gerçekte, müdahale mekanizması çok daha karmaşıktır, ancak özü değişmez. Vuruş oluşumunun etkisi, iki müzik tonunu uyum içinde akort ederken kullanılır (örneğin, bir gitar akort ederken): akort, vuruşlar artık hissedilmeyene kadar gerçekleştirilir.
Bir ses dalgası, başka bir ortamla arayüze düştüğünde, arayüzden yansıtılabilir, başka bir ortama geçebilir, hareket yönünü değiştirebilir - arayüzden kırılabilir (bu fenomen denir refraksiyon), absorbe edin veya yukarıdaki eylemlerden birkaçını aynı anda gerçekleştirin. Absorpsiyon ve yansıma derecesi, ara yüzeydeki ortamın özelliklerine bağlıdır.
Bir ses dalgasının yayılma sürecindeki enerjisi ortam tarafından emilir. Bu etki denir ses dalgalarının soğurulması . Absorpsiyon etkisinin varlığı, ortamdaki ısı transferi ve moleküller arası etkileşim süreçlerinden kaynaklanmaktadır. Ses enerjisinin soğurma derecesinin hem ortamın özelliklerine (sıcaklık, basınç, yoğunluk) hem de ses titreşimlerinin frekansına bağlı olduğuna dikkat etmek önemlidir: ses titreşimlerinin frekansı ne kadar yüksekse, ses dalgası o kadar fazla saçılır yolunda geçirir.
fenomenden bahsetmek de önemlidir. Kapalı bir hacimde dalga hareketi özü, ses dalgalarının bazı kapalı alanların duvarlarından yansımasıdır. Ses titreşimlerinin yansımaları, sesin nihai algısını büyük ölçüde etkileyebilir - rengini, doygunluğunu, derinliğini değiştirin. Böylece kapalı bir odada bulunan bir kaynaktan gelen ve tekrar tekrar odanın duvarlarına vuran ve yansıyan ses, dinleyici tarafından belirli bir uğultu eşliğinde bir ses olarak algılanır. Böyle bir sese denir yankılanma(lat. “reverbero” - “atıyorum”). Yankı efekti, sese özgü özellikler ve tını rengi vermek için ses işlemede çok yaygın olarak kullanılır.
Bilimde ses dalgalarının diğer bir önemli özelliği, engellerin etrafından dolanma yeteneğidir. kırınım. Zarfın derecesi, ses dalgasının uzunluğu (frekansı) ile önündeki engelin veya deliğin boyutu arasındaki orana bağlıdır. Engelin boyutu dalga boyundan çok daha büyükse, ses dalgası ondan yansır. Engelin boyutları dalga boyu ile karşılaştırılabilirse veya ondan daha küçük çıkarsa, ses dalgası kırılır.
Dalga hareketiyle ilişkilendirilen ve göz ardı edilemeyecek bir diğer etki de, rezonans. Aşağıdaki gibidir. Uzayda yayılan salınan bir cisim tarafından yaratılan ses dalgası, titreşim enerjisini başka bir cisme aktarabilir ( rezonatör), bu enerjiyi emerek salınım yapmaya başlar ve aslında kendisi bir ses kaynağı haline gelir. Böylece orijinal ses dalgası yükseltilir ve ses daha yüksek hale gelir. Rezonansın ortaya çıkması durumunda, ses dalgasının enerjisinin, sesin süresini buna göre etkileyen rezonatörü "sallamak" için harcandığına dikkat edilmelidir.
Doppler etkisi- Listemizin sonuncusu olan bir diğer ilginç etki de ses dalgalarının uzayda yayılmasıyla ilgilidir. Bunun etkisi, dalganın kaynağına göre dinleyicinin hızındaki değişime göre dalga boyunun değişmesidir. Dinleyici (kayıt sensörü) dalga kaynağına ne kadar hızlı yaklaşırsa, kaydettiği dalga boyu o kadar kısa olur ve bunun tersi de geçerlidir.
Bunlar ve diğer fenomenler dikkate alınır ve akustik, ses işleme ve radar gibi birçok alanda yaygın olarak kullanılır.
Ses (ses dalgası ) – insan ve hayvan işitme organı tarafından algılanan elastik bir dalgadır. Başka bir deyişle, ses, ortamın parçacıklarının birbirleriyle etkileşiminden kaynaklanan, elastik bir ortamdaki yoğunluk (veya basınç) dalgalanmalarının yayılmasıdır.
Atmosfer (hava) elastik ortamlardan biridir. Sesin havada yayılması, ideal gazlarda akustik dalgaların genel yayılma yasalarına uyar ve ayrıca havanın yoğunluğu, basıncı, sıcaklığı ve nemindeki değişkenlikten kaynaklanan özelliklere sahiptir. Sesin hızı, ortamın özelliklerine göre belirlenir ve elastik bir dalganın hızı için formüllerden hesaplanır.
Yapay ve doğal var kaynaklar ses. Yapay yayıcılar şunları içerir:
Katı cisimlerin titreşimleri (müzik enstrümanlarının telleri ve güverteleri, hoparlör difüzörleri, telefon membranları, piezoelektrik plakalar);
Sınırlı bir hacimde hava titreşimleri (organ boruları, düdükler);
Beat (piyano tuşları, zil);
Elektrik akımı (elektroakustik dönüştürücüler).
Doğal kaynaklar şunları içerir:
Patlama, çökme;
Engellerin etrafındaki hava akışı (bir binanın köşesinden esen rüzgar, bir deniz dalgasının tepesi).
Ayrıca yapay ve doğal alıcılar ses:
Elektroakustik dönüştürücüler (havada mikrofon, suda hidrofon, yerkabuğunda jeofon) ve diğer cihazlar;
İnsan ve hayvanların işitme cihazları.
Ses dalgalarının yayılması sırasında, herhangi bir doğadaki dalgalara özgü fenomenler mümkündür:
Bir engelden yansıma
İki ortamın sınırında kırılma,
girişim (ekleme),
Kırınım (engelden kaçınma),
Dispersiyon (bir maddedeki ses hızının ses frekansına bağlı olması);
Absorpsiyon (ses enerjisinin geri dönüşümsüz olarak ısıya dönüşmesi nedeniyle ortamdaki sesin enerjisinin ve yoğunluğunun azalması).
Objektif ses özellikleri
ses frekansı
Bir kişinin duyabileceği sesin frekansı, 16Hz önce 16 - 20kHz . Frekanslı elastik dalgalar altında işitilebilir aralık isminde ses ötesi (beyin sarsıntısı dahil), s daha yüksek sıklık – ultrason ve en yüksek frekanslı elastik dalgalar hipersonik .
Sesin tüm frekans aralığı üç bölüme ayrılabilir (Tablo 1.).
Gürültü düşük frekanslı ses bölgesinde sürekli bir frekans spektrumuna (veya dalga boylarına) sahiptir (Tablo 1, 2). Sürekli bir spektrum, frekansların verilen aralıktan herhangi bir değere sahip olabileceği anlamına gelir.
müzikal , veya ton , sesler orta frekans ve kısmen yüksek frekanslı ses bölgesinde bir hat frekans spektrumuna sahiptir. Yüksek frekanslı sesin geri kalanı bir düdük tarafından işgal edilir. Çizgi spektrumu, müzikal frekansların yalnızca belirtilen aralıktan kesin olarak tanımlanmış (ayrık) değerlere sahip olduğu anlamına gelir.
Ek olarak, müzik frekanslarının aralığı oktavlara bölünmüştür. Oktav üst değeri alt değerinin iki katı olan iki sınır değeri arasına alınmış frekans aralığıdır.(Tablo 3)
Bu ders "Ses dalgaları" konusunu kapsar. Bu derste akustik çalışmaya devam edeceğiz. Önce ses dalgalarının tanımını tekrarlıyoruz, ardından frekans aralıklarını ele alıyoruz ve ultrasonik ve infrasonik dalgalar kavramını öğreniyoruz. Ayrıca çeşitli ortamlarda ses dalgalarının özelliklerini tartışacağız ve hangi özelliklere sahip olduklarını öğreneceğiz. .
Ses dalgaları - bunlar, bir kişi tarafından algılanan, yayılan ve işitme organıyla etkileşime giren mekanik titreşimlerdir (Şekil 1).
Pirinç. 1. Ses dalgası
Fizikte bu dalgalarla ilgilenen bölüme akustik denir. Halk arasında "duyucu" olarak adlandırılan kişilerin mesleği akustiktir. Bir ses dalgası, elastik bir ortamda yayılan bir dalgadır, boyuna bir dalgadır ve elastik bir ortamda yayıldığında, sıkıştırma ve seyrelme birbirini izler. Bir mesafeden zamanla iletilir (Şekil 2).
Pirinç. 2. Bir ses dalgasının yayılması
Ses dalgaları, 20 ila 20.000 Hz frekansta gerçekleştirilen bu tür titreşimleri içerir. Bu frekanslar 17 m (20 Hz için) ve 17 mm (20.000 Hz için) dalga boylarına karşılık gelir. Bu aralığa işitilebilir ses adı verilir. Bu dalga boyları, ses yayılma hızına eşit olan hava için verilmiştir.
Akustikçilerin uğraştığı aralıklar da vardır - infrasonik ve ultrasonik. İnfrasonik, frekansı 20 Hz'den az olanlardır. Ultrasonik olanlar ise frekansı 20.000 Hz'den fazla olanlardır (Şekil 3).
Pirinç. 3. Ses dalgası aralıkları
Her Eğitimli kişi ses dalgalarının frekans aralığında gezinmeli ve ultrason taramasına giderse bilgisayar ekranındaki görüntünün 20.000 Hz'den daha yüksek bir frekansla oluşturulacağını bilmelidir.
ultrason - Bunlar, ses dalgalarına benzer mekanik dalgalardır, ancak frekansı 20 kHz ila bir milyar hertz arasındadır.
Frekansı bir milyar hertz'den fazla olan dalgalara denir. hipersonik.
Ultrason, döküm parçalardaki kusurları tespit etmek için kullanılır. Test edilen parçaya kısa bir ultrasonik sinyal akışı yönlendirilir. Arıza olmayan yerlerde sinyaller alıcı tarafından kaydedilmeden parçadan geçer.
Parçada bir çatlak, hava boşluğu veya başka bir homojensizlik varsa, ultrasonik sinyal ondan yansıtılır ve geri dönerek alıcıya girer. Böyle bir yöntem denir ultrasonik kusur tespiti.
Ultrason kullanımının diğer örnekleri, cihazlardır. ultrason, ultrasonik cihazlar, ultrasonik terapi.
ses ötesi - ses dalgalarına benzer, ancak frekansı 20 Hz'den az olan mekanik dalgalar. İnsan kulağı tarafından algılanmazlar.
İnfrasonik dalgaların doğal kaynakları fırtınalar, tsunamiler, depremler, kasırgalar, volkanik patlamalar, gök gürültülü fırtınalardır.
Infrasound ayrıca yüzeyi titretmek için kullanılan önemli dalgalardır (örneğin, bazı büyük nesneler). İnfrasonu toprağa fırlatıyoruz - ve toprak eziliyor. Bu nerede kullanılır? Örneğin, elmas bileşenleri içeren cevheri aldıkları ve bu elmas kalıntılarını bulmak için küçük parçacıklara ayırdıkları elmas madenlerinde (Şekil 4).
Pirinç. 4. Infrasound uygulaması
Sesin hızı çevre koşullarına ve sıcaklığa bağlıdır (Şekil 5).
Pirinç. 5. Çeşitli ortamlarda ses dalgası yayılma hızı
Lütfen dikkat: havada, ses hızı eşittir, hız artar. Eğer bir araştırmacıysanız, bu tür bilgiler sizin için yararlı olabilir. Ortamdaki sesin hızını değiştirerek sıcaklık farklılıklarını algılayacak bir tür sıcaklık sensörü bile bulabilirsiniz. Ortam ne kadar yoğunsa, ortamın parçacıkları arasındaki etkileşim o kadar ciddi, dalganın o kadar hızlı yayıldığını zaten biliyoruz. Bunu son paragrafta kuru hava ve nemli hava örneğini kullanarak tartıştık. Su için, ses yayılma hızı. Bir ses dalgası yaratırsanız (diyapazona vurun), sudaki yayılma hızı havadakinden 4 kat daha fazla olacaktır. Su ile bilgi hava yoluyla olduğundan 4 kat daha hızlı ulaşacaktır. Ve çelikte daha da hızlı: 
(Şek. 6).
Pirinç. 6. Bir ses dalgasının yayılma hızı
Ilya Muromets'in kullandığı destanlardan biliyorsunuz (ve tüm kahramanlar ve sıradan Rus halkı ve Gaidar'ın Devrimci Askeri Konseyi'nden çocuklar), çok kullandı ilginç yol yaklaşan ama hala uzakta olan bir nesnenin algılanması. Hareket ederken çıkardığı ses henüz duyulmuyor. Kulağı yerde olan Ilya Muromets onu duyabiliyor. Neden? Çünkü ses katı zeminde daha yüksek hızda iletilir, bu da Ilya Muromets'in kulağına daha hızlı ulaşacağı ve düşmanla karşılaşmaya hazırlanabileceği anlamına gelir.
En ilginç ses dalgaları müzikal sesler ve gürültülerdir. Hangi nesneler ses dalgaları oluşturabilir? Bir dalga kaynağı ve elastik bir ortam alırsak, ses kaynağının harmonik olarak titreşmesini sağlarsak, o zaman müzikal ses olarak adlandırılacak harika bir ses dalgamız olur. Bu ses dalgası kaynakları, örneğin bir gitarın veya piyanonun telleri olabilir. Bu, hava borusunun (organ veya boru) boşluğunda oluşan bir ses dalgası olabilir. Müzik derslerinden notaları bilirsiniz: do, re, mi, fa, salt, la, si. Akustikte bunlara ton denir (Şek. 7).
Pirinç. 7. Müzik tonları
Ses çıkarabilen tüm öğeler özelliklere sahip olacaktır. Nasıl farklılık gösterirler? Dalga boyu ve frekans bakımından farklılık gösterirler. Bu ses dalgaları, uyumlu bir şekilde ses çıkaran cisimler tarafından oluşturulmazsa veya ortak bir orkestra parçasına bağlanmazsa, bu kadar çok sayıda sese gürültü denir.
Gürültü- zamansal ve spektral yapının karmaşıklığı ile karakterize edilen çeşitli fiziksel yapıdaki rastgele dalgalanmalar. Gürültü kavramı günlük ve fizikseldir, çok benzerler ve bu nedenle onu ayrı bir önemli değerlendirme nesnesi olarak sunuyoruz.
Konusuna geçelim nicel tahminler ses dalgaları. Müzikal ses dalgalarının özellikleri nelerdir? Bu özellikler özellikle harmonik ses titreşimleri için geçerlidir. Bu yüzden, ses seviyesi. Bir sesin yüksekliğini ne belirler? Bir ses dalgasının zaman içinde yayılmasını veya bir ses dalgası kaynağının salınımlarını düşünün (Şekil 8).
Pirinç. 8. Ses seviyesi
Aynı zamanda, sisteme çok fazla ses eklemediysek (örneğin, piyano tuşuna hafifçe vurun), o zaman sessiz bir ses olacaktır. Elimizi yukarı kaldırarak yüksek sesle tuşa basarak bu sesi çağırırsak, yüksek bir ses alırız. Bu neye bağlıdır? Sessiz seslerin daha az titreşimi vardır. yüksek ses.
Sonraki önemli özellik müzikal ses ve diğer yükseklik. Bir sesin perdesini ne belirler? Perde frekansa bağlıdır. Kaynağın sık salınım yapmasını sağlayabiliriz veya çok hızlı salınım yapmamasını sağlayabiliriz (yani birim zamanda daha az salınım yapmasını sağlayabiliriz). Aynı genlikteki yüksek ve alçak sesin zaman taramasını düşünün (Şekil 9).
Pirinç. 9. Saha
İlginç bir sonuç çıkarılabilir. Bir kişi basta şarkı söylüyorsa, o zaman bir ses kaynağı vardır (bu ses telleri) soprano söyleyen bir kişiden birkaç kat daha yavaş salınım yapar. İkinci durumda, ses telleri daha sık titreşir, bu nedenle dalganın yayılmasında daha sık sıkıştırma ve seyrelme odaklarına neden olurlar.
Bir tane daha var ilginç özellik fizikçilerin incelemediği ses dalgaları. Bu tını. Balalayka veya çello ile çalınan aynı müzik parçasını bilir ve kolayca ayırt edersiniz. Bu sesler veya bu performans arasındaki fark nedir? Deneyin başında, sesleri üreten insanlardan, sesin hacminin aynı olması için sesleri yaklaşık olarak aynı genlikte yapmalarını istedik. Orkestra durumunda olduğu gibi: Bir enstrümanı ayırmaya gerek yoksa, herkes yaklaşık olarak aynı şekilde, aynı güçle çalıyor. Yani balalayka ve çellonun tınısı farklıdır. Bir enstrümandan, diğerinden çıkarılan sesi diyagramlar kullanarak çizseydik, o zaman aynı olurdu. Ancak bu enstrümanları seslerinden kolayca ayırt edebilirsiniz.
Tınının önemine bir başka örnek. Aynı müzik okulundan aynı öğretmenlerle mezun olan iki şarkıcı düşünün. Beşlerle eşit derecede iyi çalıştılar. Nedense biri olağanüstü bir oyuncu olurken, diğeri hayatı boyunca kariyerinden memnun değil. Aslında bu, yalnızca ortamdaki ses titreşimlerine neden olan enstrümanları tarafından belirlenir, yani sesleri tını bakımından farklılık gösterir.
Kaynakça
- Sokolovich Yu.A., Bogdanova G.S. Fizik: problem çözme örnekleri içeren bir referans kitabı. - 2. baskı yeniden dağıtımı. - X .: Vesta: "Ranok" yayınevi, 2005. - 464 s.
- Peryshkin A.V., Gutnik E.M., Fizik. 9. sınıf: genel eğitim için ders kitabı. kurumlar / A.V. Peryshkin, E.M. Gutnik. - 14. baskı, basmakalıp. - M.: Bustard, 2009. - 300 s.
- İnternet portalı "eduspb.com" ()
- İnternet portalı "msk.edu.ua" ()
- İnternet portalı "class-fizika.narod.ru" ()
Ev ödevi
- Ses nasıl yayılır? Sesin kaynağı ne olabilir?
- Ses uzayda seyahat edebilir mi?
- İnsan kulağına ulaşan her dalga onun tarafından algılanır mı?
Kuşların cıvıltısı, yağmur ve rüzgarın sesi, gök gürültüsü, müzik - duyduğumuz her şeyi ses olarak kabul ederiz.
Bilimsel olarak ses fiziksel fenomen temsil eden katı, sıvı ve gaz bir ortamda yayılan mekanik titreşimler. İşitsel duyumları uyandırırlar.
Ses dalgası nasıl oluşur?
resme tıklayın
Tüm sesler elastik dalgalar şeklinde yayılır. Ve vücut deforme olduğunda ortaya çıkan elastik kuvvetlerin etkisi altında dalgalar ortaya çıkar. Bu kuvvetler vücudu orijinal durumuna döndürme eğilimindedir. Örneğin, durağan durumdaki uzatılmış bir tel ses çıkarmaz. Ancak, esneklik kuvvetinin etkisi altında orijinal konumunu alma eğiliminde olacağından, onu bir kenara bırakmak yeterlidir. Titreşerek bir ses kaynağı haline gelir.
Salınım yapan herhangi bir cisim bir ses kaynağı olabilir, örneğin bir tarafına sabitlenmiş ince bir çelik levha, bir üflemeli çalgıdaki hava, insan ses telleri, bir zil vb.
Bir titreşim meydana geldiğinde havada ne olur?
Herhangi bir gaz gibi, havanın da esnekliği vardır. Sıkıştırmaya karşı direnç gösterir ve basınç düştüğünde hemen genleşmeye başlar. Üzerindeki herhangi bir baskıyı eşit olarak aktarır. farklı taraflar.
Havayı bir piston yardımıyla keskin bir şekilde sıkıştırırsanız, buradaki basınç hemen artacaktır. Hemen komşu hava katmanlarına aktarılacaktır. Büzülecekler ve içlerindeki basınç artacak ve önceki katmanda azalacak. Böylece zincir boyunca, değişen artan ve Indirgenmiş basınç aktarılır.
Dönüşümlü olarak yanlara sapan sondaj teli, havayı önce bir yönde, sonra ters yönde sıkıştırır. İpin saptığı yönde basınç, atmosfer basıncından bir miktar daha yüksek olur. Karşı tarafta, oradaki hava seyreltildiği için basınç aynı miktarda azalır. Sıkıştırma ve seyrekleştirme, hava titreşimlerine neden olarak farklı yönlerde değişecek ve yayılacaktır. Bu titreşimler denir ses dalgası . Ve atmosferik basınç ile havanın sıkıştırılması veya seyreltilmesi tabakasındaki basınç arasındaki farka denir. akustik, veya ses basıncı.
resme tıklayın
Ses dalgası sadece havada değil, sıvı ve katı ortamlarda da yayılır. Örneğin, su mükemmel bir ses iletkenidir. Suyun altında bir kayanın çarpma sesini duyuyoruz. Bir yüzey gemisinin pervanelerinin gürültüsü, denizaltının akustiğini alır. Bilekliklerinizi tahta bir tahtanın bir ucuna takarsanız mekanik saatler, sonra kulağımızı tahtanın diğer ucuna dayayarak tik taklarını duyacağız.
Boşlukta sesler farklı mı olacak? 17. yüzyılda yaşamış İngiliz fizikçi, kimyager ve ilahiyatçı Robert Boyle, havanın dışarı pompalandığı cam bir kaba bir saat yerleştirdi. Saatin tik taklarını duymadı. Bu, ses dalgalarının havasız uzayda yayılmadığı anlamına geliyordu.
Ses Dalgası Özellikleri
Ses titreşimlerinin şekli ses kaynağına bağlıdır. En basit biçim tek tiptir veya harmonik titreşimler. Sinüzoid olarak gösterilebilirler. Bu tür salınımlar, salınımların yayılma genliği, dalga boyu ve frekansı ile karakterize edilir.
Genlik
Genlik genel durumda, vücudun denge konumundan maksimum sapmasına denir.
Bir ses dalgası birbirini izleyen yüksek ve alçak basınç, o zaman genellikle basınç dalgalanmalarının yayılma süreci olarak kabul edilir. bu yüzden hakkında konuşuyorlar hava basıncı genliği bir dalgada.
Sesin yüksekliği genliğe bağlıdır. Ne kadar büyük olursa, ses o kadar yüksek olur.
İnsan konuşmasının her sesi, yalnızca kendisine özgü bir titreşim biçimine sahiptir. Böylece, "a" sesinin titreşim biçimi, "b" sesinin titreşim biçiminden farklıdır.
Dalga frekansı ve periyodu
Saniyedeki titreşim sayısına denir dalga frekansı .
f = 1/T
Nerede T dalgalanma dönemidir. Bu, tam bir salınımın gerçekleşmesi için geçen süredir.
Periyot ne kadar uzun olursa, frekans o kadar düşük olur ve bunun tersi de geçerlidir.
frekans birimi uluslararası sistem SI ölçümleri - hertz (Hz). 1 Hz, saniyede bir salınımdır.
1 Hz = 1 sn -1 .
Örneğin, 10 Hz'lik bir frekans, 1 saniyede 10 salınım anlamına gelir.
1000 Hz = 1 kHz
Perde, titreşim frekansına bağlıdır. Frekans ne kadar yüksek olursa, sesin tonu da o kadar yüksek olur.
İnsan kulağı tüm ses dalgalarını algılayamaz, sadece 16 ila 20.000 Hz frekansına sahip olanları algılayabilir. Ses dalgaları olarak kabul edilen bu dalgalardır. Frekansı 16 Hz'in altında olan dalgalar infrasonik, 20.000 Hz'in üzerindeki dalgalar ise ultrasonik olarak adlandırılır.
Bir kişi infrasonik veya ultrasonik dalgaları algılamaz. Ancak hayvanlar ve kuşlar ultrasonu duyabilir. Örneğin sıradan bir kelebek, frekansı 8.000 ila 160.000 Hz arasında olan sesleri ayırt eder. Yunusların algıladığı aralık daha da geniştir, 40 ila 200 bin Hz arasında değişir.
dalga boyu
dalga boyu aynı fazda olan bir harmonik dalganın en yakın iki noktası arasındaki mesafeyi, örneğin iki tepe arasındaki mesafeyi adlandırın. olarak belirlenmiş ƛ .
Bir periyoda eşit bir sürede, bir dalga uzunluğuna eşit bir mesafe kat eder.
Dalga yayılma hızı
v = ƛ /T
Çünkü T = 1/f
O v = f
ses hızı
17. yüzyılın ilk yarısında sesin hızını deneyler yardımıyla belirleme girişimleri yapıldı. İngiliz filozof Francis Bacon, The New Organon adlı çalışmasında, ışık ve ses hızlarındaki farka dayanarak bu sorunu çözmek için kendi yolunu önerdi.
Işık hızının ses hızından çok daha yüksek olduğu bilinmektedir. Bu nedenle, bir fırtına sırasında önce bir şimşek çakması görürüz ve ancak o zaman gök gürültüsünü duyarız. Işık ve ses kaynağı ile gözlemci arasındaki mesafenin yanı sıra ışık ve sesin parlaması arasındaki süre bilinerek sesin hızı hesaplanabilir.
Bacon'ın fikri Fransız bilim adamı Marin Marsenne tarafından kullanıldı. Tüfeği ateşleyen adamdan biraz uzakta bir gözlemci, ışığın parlamasından atış sesine kadar geçen süreyi kaydetti. Daha sonra ses hızını elde etmek için mesafe zamana bölündü. Deneyin sonuçlarına göre, hız 448 m/s'ye eşitti. Kaba bir tahmindi.
İÇİNDE erken XIX yüzyılda Paris Bilimler Akademisi'nden bir grup bilim adamı bu deneyimi tekrarladı. Hesaplarına göre ışık hızı 350-390 m/s idi. Ancak bu rakam da doğru değildi.
Teorik olarak, Newton ışık hızını hesaplamaya çalıştı. Hesaplarını, gazın davranışını açıklayan Boyle-Mariotte yasasına dayandırdı. izotermal süreç (sabit sıcaklıkta). Ve bu, gazın hacmi çok yavaş değiştiğinde, vermek için zamana sahip olduğunda olur. çevre içindeki ısı.
Newton ayrıca sıkıştırma ve seyreltme alanları arasında sıcaklığın hızla düştüğünü varsaydı. Ancak bu koşullar bir ses dalgasında yoktur. Hava ısıyı iyi iletmez ve sıkıştırma ve seyreltme katmanları arasındaki mesafe büyüktür. Sıkıştırma katmanından gelen ısının seyreltme katmanına geçmek için zamanı yoktur. Ve aralarında sıcaklık farkı vardır. Bu nedenle, Newton'un hesaplamalarının yanlış olduğu ortaya çıktı. 280 m/s rakamını verdiler.
Fransız bilim adamı Laplace, Newton'un hatasının bir ses dalgasının havada yayılması olduğunu açıklayabildi. adyabatik değişen sıcaklıklarda koşullar. Laplace'ın hesaplamalarına göre sesin 0 o C sıcaklıkta havadaki hızı 331,5 m/s'dir. Ayrıca, artan sıcaklıkla artar. Ve sıcaklık 20 ° C'ye yükseldiğinde, zaten 344 m / s'ye eşit olacaktır.
Ses dalgaları farklı ortamlarda farklı hızlarda yayılır.
Gazlar ve sıvılar için ses hızı aşağıdaki formülle hesaplanır:
Nerede İle -ses hızı,
β - ortamın adyabatik sıkıştırılabilirliği,
ρ - yoğunluk.
Formülden de görülebileceği gibi, hız, ortamın yoğunluğuna ve sıkıştırılabilirliğine bağlıdır. Havada, sıvıdan daha azdır. Örneğin, 20 ° C sıcaklıktaki suda 1484 m / s'ye eşittir. Ayrıca, suyun tuzluluğu ne kadar yüksek olursa, ses içinde o kadar hızlı yayılır.
Sesin sudaki hızı ilk kez 1827'de ölçüldü. Bu deney, Maren Marsenne tarafından ışık hızının ölçülmesini biraz anımsatıyordu. Bir teknenin yanından suya bir çan indirildi. İlk tekneden 13 km'den fazla bir mesafede ikincisi oldu. Birinci teknede zile basıldı ve aynı anda barut ateşe verildi. İkinci teknede, flaşın zamanı ve ardından zilden sesin geliş zamanı kaydedildi. Mesafeyi zamana bölerek ses dalgasının sudaki hızını elde ederiz.
Ses, katı bir ortamda en yüksek hıza sahiptir. Örneğin çelikte 5000 m/s'nin üzerine çıkar.
YAĞMA
Tıp fiziği
Kuyu
dönem
Ders #4
"Tıbbi akustik"
Tarafından düzenlendi:
Babenko N.I.
2010
1. Akustik ve türleri. Tıbbi akustik, bölümleri ve görevleri.
Kelimenin tam anlamıyla "akustik", işitme çalışması olarak çevrilir. Modern tanım"akustik" terimi aşağıdaki gibidir:
Akustik, mekanik dalgaların çeşitli ortamlarda alınması, özellikleri ve yayılması ve bu dalgaların fiziksel ve biyolojik nesnelerle etkileşimi bilimidir.
Akustik aşağıdaki bölümlerden oluşur:
· genel akustik, en çok çalışır Genel Konular sesin üretimi ve yayılması ile ilgili, ses ölçüm yöntemleri.
· mimari akustik, farklı odalarda iyi işitilebilirlik ve konuşma elde etmek veya odaları istenmeyen seslerden korumak açısından ses olaylarını inceler.
· teknik akustik,çalışmalar pratik kullanım teknolojinin çeşitli alanlarında ses.
· biyolojik akustik, canlı organizmalar tarafından ses üretimi ve kullanımını inceler ( yarasalar, balık, yunuslar).
· tıbbi akustik, işitme ve konuşmanın fiziğini ve biyofiziğini, insanın ses algısının koşullarını ve özelliklerini, hastalıkların teşhisi ve tedavisi için sesin kullanımını inceler.
Akustiğin tıptaki uygulamaları şunları içerir: pratik kullanım işitilebilir ses ve ultrasonun özellikleri:
Tıbbi akustiğin ana görevleri şunlardır:
kalbin çalışması sırasında meydana gelen ses olaylarının incelenmesi;
ses ve ultrason kullanarak hastalıkların teşhisi için yöntemlerin geliştirilmesi;
· sağlam tedavi yöntemlerinin geliştirilmesi;
gelişim hijyen standartları ve endüstride, tıpta ve ülke ekonomisinde sesin güvenli kullanımı için normlar.
Fiziksel bir fenomen olarak woo.
Ses dalgalarının çeşitleri ve özellikleri.
Ses, elastik bir malzeme ortamında esas olarak uzunlamasına dalgalar şeklinde yayılan mekanik titreşimlerdir.
Boşlukta ses yayılmaz, çünkü ses iletimi bir maddi ortam ve maddi ortamın parçacıkları arasında mekanik temas gerektirir.
Ses, ortamda ses dalgaları halinde yayılır. Ses dalgaları, ortamda bulunan koşullu parçacıklar yardımıyla iletilen mekanik titreşimlerdir. Çevrenin koşullu parçacıkları altında mikro hacimlerini anlar.
Bir akustik dalganın ana fiziksel özellikleri:
1. Sıklık.
Sıklık ses dalgası, birim zamandaki tam titreşimlerin sayısına eşit bir niceliktir. sembolü ile gösterilir v (nu) ve hertz cinsinden ölçülür. 1 Hz \u003d 1 sayım / sn \u003d [ s -1 ].
Ses titreşimlerinin ölçeği aşağıdaki frekans aralıklarına bölünmüştür:
ses ötesi (0 ila 16 Hz);
işitilebilir ses (16 ila 16.000 Hz);
Ultrason (16.000 Hz üzerinde).
Bir ses dalgasının frekansı ile yakından ilgili olan, ses dalgasının periyodu olan karşılıklıdır. Dönem ses dalgası, ortamın parçacıklarının bir tam salınımının süresidir. belirtilen T ve saniye [s] cinsinden ölçülür.
Ses dalgasını taşıyan ortamın parçacıklarının salınım yönüne göre ses dalgaları şu şekilde ayrılır:
· boyuna;
enine
Boyuna dalgalar için, ortamdaki parçacıkların salınım yönü, bir ses dalgası ortamındaki yayılma yönü ile çakışır (Şekil 1).
Enine dalgalar için, ortamın parçacıklarının titreşim yönleri, ses dalgasının yayılma yönüne diktir (Şekil 2).
 |
|||
Pirinç. 1 Şek. 2
Boyuna dalgalar gazlarda, sıvılarda ve katılar. Enine - yalnızca katılarda.
3. Titreşimlerin şekli.
Titreşimlerin şekline göre ses dalgaları şu şekilde ayrılır:
· basit dalgalar;
karmaşık dalgalar
Basit bir dalganın grafiği bir sinüs dalgasıdır.
Karmaşık bir dalga grafiği, sinüzoidal olmayan herhangi bir periyodik eğridir. .
4. Dalga boyu.
dalga boyu - büyüklük, bir ses dalgasının bir periyoda eşit bir zamanda yayıldığı mesafeye eşittir. λ (lambda) olarak belirtilir ve metre (m), santimetre (cm), milimetre (mm), mikrometre (µm) cinsinden ölçülür.
Dalga boyu, sesin yayıldığı ortama bağlıdır.
5. Bir ses dalgasının hızı.
ses dalgası hızı sabit bir ses kaynağına sahip bir ortamdaki ses yayılma hızıdır. Aşağıdaki formülle hesaplanan v sembolü ile gösterilir:
Bir ses dalgasının hızı ortamın türüne ve sıcaklığa bağlıdır. Katı elastik cisimlerde en yüksek ses hızı, sıvılarda daha az ve gazlarda en küçüğü.
hava, normal atmosfer basıncı, sıcaklık - 20 derece, v = 342 m/s;
su, sıcaklık 15-20 derece, v = 1500 m/s;
metaller, v = 5000-10000 m/s.
Havadaki sesin hızı, sıcaklıktaki 10 derecelik artışla yaklaşık 0,6 m/s artar.