Gelombang bunyi ialah gelombang membujur mekanikal bagi frekuensi tertentu. Dalam artikel itu kita akan memahami apakah gelombang membujur dan melintang, mengapa tidak setiap gelombang mekanikal adalah bunyi. Ketahui kelajuan gelombang dan frekuensi bunyi berlaku. Mari ketahui sama ada bunyi adalah sama dalam persekitaran yang berbeza dan pelajari cara mencari kelajuannya menggunakan formula.
Gelombang muncul
Mari bayangkan permukaan air, contohnya kolam dalam cuaca tenang. Jika anda membaling batu, maka di permukaan air kita akan melihat bulatan yang menyimpang dari pusat. Dan apa yang akan berlaku jika kita tidak mengambil batu, tetapi bola dan membawanya ke dalam gerakan berayun? Bulatan akan sentiasa dihasilkan oleh getaran bola. Kita akan melihat lebih kurang sama seperti yang ditunjukkan dalam animasi komputer.
Jika kita menurunkan pelampung pada jarak tertentu dari bola, ia juga akan berayun. Apabila turun naik menyimpang dalam ruang mengikut masa, proses ini dipanggil gelombang.
Untuk mengkaji sifat bunyi (panjang gelombang, kelajuan gelombang, dll.), mainan Rainbow yang terkenal, atau Happy Rainbow, adalah sesuai.
Mari kita renggangkan spring, biarkan ia tenang dan goncangkannya ke atas dan ke bawah secara mendadak. Kita akan melihat bahawa gelombang muncul, yang mengalir di sepanjang musim bunga, dan kemudian kembali semula. Ini bermakna ia dicerminkan daripada halangan. Kami memerhatikan bagaimana gelombang merambat sepanjang musim bunga dari semasa ke semasa. Zarah-zarah spring bergerak ke atas dan ke bawah berbanding keseimbangannya, dan gelombang berjalan ke kiri dan ke kanan. Gelombang sedemikian dipanggil gelombang melintang. Di dalamnya, arah perambatannya berserenjang dengan arah ayunan zarah. Dalam kes kami, medium perambatan gelombang ialah spring.
Sekarang mari kita regangkan spring, biarkan ia tenang dan tarik ke depan dan ke belakang. Kita akan melihat bahawa gegelung spring dimampatkan di sepanjangnya. Gelombang berjalan ke arah yang sama. Di satu tempat mata air lebih termampat, di tempat lain ia lebih diregangkan. Gelombang sedemikian dipanggil longitudinal. Arah ayunan zarahnya bertepatan dengan arah perambatan.
Mari kita bayangkan medium yang padat, contohnya, badan yang tegar. Jika kita ubah bentuknya dengan ricih, gelombang akan timbul. Ia akan muncul disebabkan oleh daya kenyal yang bertindak hanya dalam pepejal. Daya ini memainkan peranan memulihkan dan menjana gelombang anjal.
Anda tidak boleh mengubah bentuk cecair melalui ricih. Gelombang melintang tidak boleh merambat dalam gas dan cecair. Perkara lain ialah membujur: ia merebak di semua persekitaran di mana daya kenyal bertindak. Dalam gelombang membujur, zarah mendekati satu sama lain, kemudian bergerak menjauh, dan medium itu sendiri dimampatkan dan jarang.
Ramai orang menyangka bahawa cecairtidak boleh mampat, tetapi ini tidak berlaku. Jika anda menekan plunger picagari dengan air, ia akan mengecut sedikit. Dalam gas, ubah bentuk tegangan-mampatan juga mungkin. Menekan pelocok picagari kosong memampatkan udara.
Kelajuan dan panjang gelombang
Mari kita kembali kepada animasi yang kita pertimbangkan pada permulaan artikel. Kami memilih titik sewenang-wenangnya pada salah satu bulatan yang menyimpang dari bola bersyarat dan mengikutinya. Titik bergerak menjauhi pusat. Kelajuan ia bergerak ialah kelajuan puncak gelombang. Kita boleh membuat kesimpulan: salah satu ciri gelombang ialah kelajuan gelombang.
Animasi menunjukkan bahawa puncak gelombang terletak pada jarak yang sama. Ini adalah panjang gelombang - satu lagi cirinya. Semakin kerap ombak, semakin pendek panjangnya.
Mengapa tidak setiap gelombang mekanikal adalah bunyi
Ambil pembaris aluminium.
Ia melenting, jadi ia bagus untuk pengalaman. Kami meletakkan pembaris di pinggir meja dan tekan dengan tangan kami supaya ia menonjol dengan kuat. Kami menekan tepinya dan melepaskannya dengan tajam - bahagian bebas akan mula bergetar, tetapi tidak akan ada bunyi. Jika anda memanjangkan pembaris sedikit sahaja, getaran tepi pendek akan menghasilkan bunyi.
Apakah yang ditunjukkan oleh pengalaman ini? Ia menunjukkan bahawa bunyi hanya berlaku apabila jasad bergerak cukup pantas apabila kelajuan gelombang dalam medium adalah tinggi. Mari kita perkenalkan satu lagi ciri gelombang - frekuensi. Nilai ini menunjukkan berapa banyak getaran sesaat yang dibuat oleh badan. Apabila kita mencipta gelombang di udara, bunyi berlaku dalam keadaan tertentu - apabila cukupfrekuensi tinggi.
Adalah penting untuk memahami bahawa bunyi bukanlah gelombang, walaupun ia berkaitan dengan gelombang mekanikal. Bunyi ialah sensasi yang berlaku apabila gelombang bunyi (akustik) memasuki telinga.
Mari kita kembali kepada pembaris. Apabila bahagian yang lebih besar dipanjangkan, pembaris berayun dan tidak mengeluarkan bunyi. Adakah ini mencipta gelombang? Sudah tentu, tetapi ia adalah gelombang mekanikal, bukan gelombang bunyi. Sekarang kita boleh menentukan gelombang bunyi. Ini adalah gelombang longitudinal mekanikal, frekuensinya berada dalam julat dari 20 Hz hingga 20 ribu Hz. Jika frekuensi kurang daripada 20 Hz atau lebih daripada 20 kHz, maka kita tidak akan mendengarnya, walaupun getaran akan berlaku.
Sumber bunyi
Sebarang jasad berayun boleh menjadi sumber gelombang akustik, ia hanya memerlukan medium kenyal, contohnya, udara. Bukan sahaja jasad pepejal boleh bergetar, tetapi juga cecair dan gas. Udara sebagai campuran beberapa gas bukan sahaja boleh menjadi medium perambatan - ia sendiri mampu menghasilkan gelombang akustik. Getarannyalah yang mendasari bunyi alat tiup. Seruling atau sangkakala tidak bergetar. Ia adalah udara yang jarang dan dimampatkan, memberikan kelajuan tertentu kepada gelombang, akibatnya kita mendengar bunyi.
Menyebarkan bunyi dalam persekitaran yang berbeza
Kami mendapati bahawa bahan yang berbeza berbunyi: cecair, pepejal, gas. Begitu juga dengan keupayaan untuk mengalirkan gelombang akustik. Bunyi merambat dalam mana-mana medium elastik (cecair, pepejal, gas), kecuali vakum. Di ruang kosong, katakan di bulan, kita tidak akan mendengar bunyi badan bergetar.
Kebanyakan bunyi yang dirasakan oleh manusia adalah dari udara. Ikan, obor-obor mendengar gelombang akustik mencapah melalui air. Kita ni kalau terjun dalam air pun akan dengar bunyi bot motor yang lalu lalang. Selain itu, panjang gelombang dan kelajuan gelombang akan lebih tinggi daripada di udara. Ini bermakna bunyi motor akan menjadi yang pertama didengari oleh seseorang yang menyelam di bawah air. Nelayan itu, yang duduk di dalam botnya di tempat yang sama, akan mendengar bunyi itu kemudian.
Dalam pepejal, bunyi bergerak lebih baik, dan kelajuan gelombang lebih tinggi. Jika anda meletakkan objek keras, terutamanya logam, ke telinga anda dan mengetuknya, anda akan mendengar dengan baik. Contoh lain ialah suara anda sendiri. Apabila kita mula-mula mendengar ucapan kita, sebelum ini dirakam pada perakam suara atau daripada video, suara itu kelihatan asing. Kenapa ini terjadi? Kerana dalam hidup kita tidak mendengar banyak getaran bunyi dari mulut kita seperti getaran ombak yang melalui tulang tengkorak kita. Bunyi yang dipantulkan daripada halangan ini agak berubah.
Kelajuan bunyi
Kelajuan gelombang bunyi, jika kita menganggap bunyi yang sama, akan berbeza dalam persekitaran yang berbeza. Semakin padat medium, semakin cepat bunyi itu sampai ke telinga kita. Kereta api boleh pergi jauh dari kami sehingga bunyi roda tidak akan kedengaran lagi. Walau bagaimanapun, jika anda meletakkan telinga anda pada rel, kami dapat mendengar dengan jelas bunyinya.
Ini menunjukkan bahawa gelombang bunyi bergerak lebih cepat dalam pepejal berbanding udara. Rajah menunjukkan kelajuan bunyi dalam persekitaran yang berbeza.
Persamaan gelombang
Kelajuan, kekerapan dan panjang gelombang adalah saling berkaitan. Bagi badan yang bergetar pada frekuensi tinggi, gelombangnya lebih pendek. Bunyi frekuensi rendah boleh didengari pada jarak yang lebih jauh kerana ia mempunyai panjang gelombang yang lebih panjang. Terdapat dua persamaan gelombang. Mereka menggambarkan saling kebergantungan ciri gelombang antara satu sama lain. Mengetahui mana-mana dua kuantiti daripada persamaan, anda boleh mengira yang ketiga:
с=ν × λ, di mana c ialah kelajuan, ν ialah kekerapan, λ ialah panjang gelombang.
Persamaan gelombang akustik kedua:
s=λ / T, di mana T ialah tempoh, iaitu masa badan membuat satu ayunan.
