Fenomena pembelauan adalah ciri mutlak mana-mana gelombang, contohnya, gelombang elektromagnet atau gelombang pada permukaan air. Artikel ini membincangkan tentang pembelauan bunyi. Ciri-ciri fenomena ini dipertimbangkan, contoh manifestasinya dalam kehidupan seharian dan kegunaan manusia diberikan.
Gelombang bunyi
Sebelum mempertimbangkan pembelauan bunyi, ada baiknya menyebut beberapa perkataan tentang apa itu gelombang bunyi. Ia adalah proses fizikal pemindahan tenaga dalam mana-mana medium bahan tanpa bahan bergerak. Gelombang ialah getaran harmonik zarah jirim yang merambat dalam medium. Contohnya, dalam udara, getaran ini membawa kepada kemunculan kawasan tekanan tinggi dan rendah, manakala dalam badan pepejal, ini sudah menjadi kawasan tegasan mampatan dan tegangan.
Gelombang bunyi merambat dalam medium pada kelajuan tertentu, yang bergantung pada sifat medium (suhu, ketumpatan dan lain-lain). Pada 20 oC di udara, bunyi bergerak pada kira-kira 340 m/s. Memandangkan seseorang mendengar frekuensi dari 20 Hz hingga 20 kHz, adalah mungkin untuk menentukanmenghadkan panjang gelombang yang sepadan. Untuk melakukan ini, anda boleh menggunakan formula:
v=fλ.
Di mana f ialah kekerapan ayunan, λ ialah panjang gelombangnya, dan v ialah kelajuan pergerakan. Menggantikan nombor di atas, ternyata seseorang itu mendengar gelombang dengan panjang gelombang dari 1.7 sentimeter hingga 17 meter.
Konsep pembelauan gelombang
Belauan bunyi ialah fenomena di mana muka gelombang membengkok apabila ia menghadapi halangan legap di sepanjang laluannya.
Contoh pembelauan harian yang menarik ialah seperti berikut: dua orang berada di bilik yang berbeza di sebuah apartmen dan tidak berjumpa antara satu sama lain. Apabila salah seorang daripada mereka menjerit sesuatu kepada yang lain, yang kedua mendengar bunyi, seolah-olah sumbernya berada di ambang pintu yang menghubungkan bilik.
Terdapat dua jenis pembelauan bunyi:
- Membengkok di sekeliling halangan yang dimensinya lebih kecil daripada panjang gelombang. Memandangkan seseorang mendengar gelombang bunyi dengan panjang gelombang yang agak besar (sehingga 17 meter), pembelauan jenis ini sering ditemui dalam kehidupan seharian.
- Tukar bahagian hadapan ombak semasa ia melalui lubang sempit. Semua orang tahu bahawa jika anda membiarkan pintu terbuka sedikit, maka sebarang bunyi dari luar, menembusi celah sempit pintu yang terbuka sedikit, memenuhi seluruh bilik.
Perbezaan antara pembelauan cahaya dan bunyi
Memandangkan kita bercakap tentang fenomena yang sama, yang tidak bergantung pada sifat gelombang, formula pembelauan bunyi adalah sama persis dengan cahaya. Sebagai contoh, apabila melalui celah di pintu, seseorang boleh menulis syarat untuk minimum yang serupa dengan syarat untuk pembelauanFraunhofer pada jurang yang sempit, iaitu:
sin(θ)=mλ/d, dengan m=±1, 2, 3, …
Di sini d ialah lebar celah pintu. Formula ini menentukan kawasan dalam bilik yang tidak akan didengari bunyi dari luar.
Perbezaan antara pembelauan bunyi dan cahaya adalah kuantitatif semata-mata. Hakikatnya ialah panjang gelombang cahaya adalah beberapa ratus nanometer (400-700 nm), iaitu 100,000 kali kurang daripada panjang gelombang bunyi terkecil. Fenomena pembelauan sangat nyata jika dimensi gelombang dan halangan adalah dekat. Atas sebab ini, dalam contoh yang diterangkan di atas, dua orang, berada di bilik yang berbeza, tidak melihat satu sama lain, tetapi mendengar.
Belauan gelombang pendek dan panjang
Dalam perenggan sebelumnya, formula untuk pembelauan bunyi dengan celah diberikan, dengan syarat bahagian hadapan gelombang adalah rata. Daripada formula itu dapat dilihat bahawa pada nilai malar d, sudut θ akan menjadi lebih kecil, lebih pendek gelombang λ akan jatuh pada slot. Dalam erti kata lain, gelombang pendek difraksi lebih teruk daripada gelombang panjang. Berikut ialah beberapa contoh kehidupan sebenar untuk menyokong kesimpulan ini.
- Apabila seseorang berjalan di jalan bandar dan datang ke tempat pemuzik bermain, dia mula-mula mendengar frekuensi rendah (bass). Apabila dia mendekati pemuzik, dia mula mendengar frekuensi yang lebih tinggi.
- Gulungan guruh, yang berlaku tidak jauh dari pemerhati, nampaknya agak tinggi (tidak boleh dikelirukan dengan keamatan) daripada gulungan yang sama beberapa puluh kilometer jauhnya.
Penjelasan untuk kesan yang dinyatakan dalam contoh ini ialah keupayaan yang lebih besar bagi frekuensi rendah bunyi untuk difraksi dan kurang keupayaannya untuk diserap berbanding dengan frekuensi tinggi.
Lokasi ultrasonik
Ia adalah kaedah analisis atau orientasi di kawasan tersebut. Dalam kedua-dua kes, ideanya adalah untuk memancarkan gelombang ultrasonik (λ<1, 7 cm) dari sumber, kemudian memantulkannya daripada objek yang dikaji dan menganalisis gelombang yang dipantulkan oleh penerima. Kaedah ini digunakan oleh manusia untuk menganalisis struktur bahan pepejal yang rosak, untuk mengkaji topografi kedalaman laut, dan di beberapa kawasan lain. Menggunakan lokasi ultrasonik, kelawar dan ikan lumba-lumba menavigasi di angkasa lepas.
Belauan bunyi dan lokasi ultrasonik ialah dua fenomena yang berkaitan. Semakin pendek panjang gelombang, semakin teruk ia difraksi. Selain itu, resolusi isyarat pantulan yang diterima bergantung secara langsung pada panjang gelombang. Fenomena pembelauan tidak membenarkan seseorang untuk membezakan antara dua objek, jarak antara yang kurang daripada panjang gelombang yang difraksi. Atas sebab ini, ia adalah ultrasonik dan bukannya lokasi sonik atau infrasonik yang digunakan.
