Звукът и акустиката, Krugosvet енциклопедия

ЗВУК И АКУСТИКА

Звук и акустика. Звук - колебание, т.е. периодично механично смущение в еластична среда - газообразно, течно и твърдо вещество. Такова смущение, което представлява някои физическа промяна в средата (например, промяна на плътност или налягане, преместване на частиците), тя се простира под формата на звукови вълни. Област на физика, въпросът за поява, разпространение, приемане и обработка на звукови вълни, наречена акустика. Звукът може да се чува, ако честотата е извън чувствителността на човешкото ухо, или тя е разпределена в среда, като твърдо вещество, което може да има пряк контакт с ухо, или неговата енергия се разсейва бързо в средата. По този начин, за нас обикновените възприемане на звука процес - само едната страна на акустиката.

Soundwave

Да разгледаме дълга тръба запълнена с въздух. На левия край поставена в него прикрепени към стените на буталото (Фиг. 1). Ако буталото да се движи рязко надясно и да се спре, въздухът в непосредствена близост, за момент ще бъдат компресирани (фиг. 1а). Сгъстеният въздух се разширява, натискане на въздуха в непосредствена близост към него отдясно и региона на компресия, първоначално възникнали в близост до буталото се движи през тръбата при постоянна скорост (Фиг. 1Ь). Тази вълна налягане е звукова вълна в газа.

звукова вълна на газа характеризира с прекомерно налягане плътност, преместване и частиците скорост. Тези отклонения от стойностите на равновесните винаги са малки, за да звучи вълни. Така че, прекомерен натиск, свързан с вълната е много по-малко от статичното налягане на газа. В противен случай, ние трябва да се справим с още един феномен - ударна вълна. В акустична вълна, съответстваща на нормалното реч, свръхналягането е само около една милионна от атмосферното налягане.

Важен е фактът, че веществото не е увлечен от звуковата вълна. Wave представлява само преминават през временното нарушаване на канала за въздух, който се връща в равновесно състояние на въздуха.

Wave движение, разбира се, не е уникална за звука: под формата на светлинни вълни се разпространяват и радиосигнали, като всяка познати вълни на повърхността на водата. Всички видове вълни описани математически чрез т.нар вълна уравнение.

Хармонични вълни.

Вълна в тръбата на фиг. 1 се нарича звуков импулс. Много важен вид вълна е развълнуван, когато буталото се колебае напред-назад като тегло виси на пролетта. Тези вибрации се наричат ​​просто хармонична или синусоидална и развълнуван в този случай на вълната - хармоничен.

В просто движение хармоничен осцилатор се повтаря периодично. Интервалът от време между две еднакви условия, наречени движение трептене период, а броят на пълни цикъла в секунда, - честота на трептене. Ние означават период Т. чрез честота - чрез F; след това може да пише е = 1 / T. Например, ако честотата е 50 цикъла в секунда (50 Hz), периодът е 1/50 секунди.

Математически прости хармонични трептения са описани от проста функция. Работен обем за прости хармонични вибрации за всеки един момент от време, т може да се запише като

Когато г - изместване на буталото от равновесното положение, и D - постоянен фактор, който е равен на максималната стойност на г се нарича отклонението и амплитуда.

Да приемем, че буталото варира в съответствие с формулата на хармонични трептения. След това, когато тя се движи от дясно има, както и преди, компресия, и когато се движат наляво, налягането и плътността ще намалее в сравнение с равновесните им стойности. Не е компресия и газ всмукване. В този случай, правото ще бъдат разпределени, както е показано на фиг. 2, на вълната на променлив компресия и разширяване. По всяко време, кривата на разпределение на налягането по протежение на тръбата ще бъде под формата на синусоида, синусоида, а това е правилният ход на скоростта на звука V в. Разстоянието по тръбата между същите етапи на вълните (например, между съседни максимуми) се нарича дължина на вълната. Тя обикновено се означава с гръцката буква л (ламбда). Дължина на вълната L е разстоянието, изминато от вълна от време Т. Следователно л = телевизия. или V = L е.

Надлъжни и напречни вълни.

Ако частиците вибрират паралелно на посоката на разпространение на вълната, вълната се нарича надлъжно. Ако те се люлее, перпендикулярно на посоката на разпространение, вълната се нарича напречно. Звуковите вълни в газове и течности - надлъжни. В твърдите тела съществуват два вида вълни. Напречен вълна в твърда е възможно поради своята твърдост (устойчивост на промените форма).

Най-значимата разлика между двата вида вълни е, че напречната вълна има свойството на поляризация (трептения се появят в определена равнина) и надлъжните - не. В някои явления, като отражение и предаване на звук от кристалите много зависи от посоката на преместване на частиците, както и в случай на светлинни вълни.

Скоростта на звукови вълни.

Скоростта на звука - това е характерно за средата, в която се разпространява вълната. Тя се определя от два фактора: еластичността и плътността на материала. Еластични свойства на твърди вещества зависи от вида на деформация. По този начин, еластични свойства на металния прът са неравномерно усукване, огъване и натиск. И съответните вълнови трептения се разпространяват с различна скорост.

Наречен еластична среда, в която щам, дали усукване, пресоване или огъване е пропорционална на силата причинява деформация. Такива материали се подчиняват на закона на Хук:

Напрежение = С ¥ относителна деформация,

където С - модул на еластичност, която зависи от материала и вида на деформация.

скоростта на звука V The за даден вид еластична деформация се изчислява по формулата