Pomôžte rozvoju stránky a zdieľajte článok s priateľmi!
Vo westerne sa často objavuje indiánska postava, ktorá priložením ucha k zemi vie, ako ďaleko sú jeho protivníci. Počuje chvenie zeme spôsobené kopytami koní. Podobne vytvárame a vnímame zvuky vytváraním a prijímaním vibrácií molekúl vzduchu.
Keď počujete výraz „zvuk“ alebo „zvuková vlna“, určite chápete, o čo ide. V tomto článku sa dozviete, čo je to vlastne zvuk a ako vnímate svet okolo seba ušami.
Zvuk je vlna.Tieto zvukové vlny sa dostávajú do vášho ucha a umožňujú vám vnímať zvuky a zvuky systémom ucho-mozog. Spravidla existujú dva rozdiely: užitočný zvuk a rušivý zvuk. Užitočný zvuk zahŕňa hudbu alebo hlasy počas hovoru. Medzi rušivé zvuky patrí napríklad hluk na stavenisku alebo hluk z dopravy.
Vo fyzike je zvuk vibráciou. Táto vibrácia sa šíri ako mechanické vlnenie (tiež akustické vlnenie) v médiu. Takýmto médiom je napríklad vzduch. Pravdepodobne ste však počuli aj zvuky pod vodou alebo cez steny. Zvukové vlny vo vzduchu sú spôsobené kolísaním tlaku a hustoty.
Ryža. 1. Osoba vydáva zvukové vlny
Čo je zvuk (zvuková vlna)?
Niektoré udalosti, napríklad hovorenie slov, rozvibrujú vzduch. Toto budenie sa potom šíri vo forme vlnového pohybu. Okrem vzduchu môžu byť vzrušené aj iné elastické médiá, napríklad voda.
Zvuk je teda kmitavý pohyb častíc elastického média, ktorý sa šíri zo zdroja zvuku vo forme vĺn v rôznych médiách.
Možno uviesť aj inú definíciu:
Zvuk je mechanické vlnenie šíriace sa priestorom v dôsledku zmien tlaku a hustoty vzduchu.
Nevyhnutnou podmienkou šírenia zvukových vĺn je prítomnosť elastického média. Ak okolo zdroja zvuku nie je žiadne elastické médium, zvuk sa nebude šíriť. Napríklad mechanické vlny sa nemôžu šíriť vo vákuu.
Rýchlosť zvuku
Zvuková vlna, rovnako ako akékoľvek iné mechanické vlny, sa nešíri v priestore okamžite, ale určitou rýchlosťou. Rýchlosť šírenia zvuku v rôznych prostrediach má rôzne významy.
Rýchlosť zvuku do značnej miery závisí od média, jeho teploty a tlaku.V suchom vzduchu s teplotou 20 °C je rýchlosť zvuku 1236 km/h (343,2 m/s metrov za sekundu). Nasledujúca tabuľka poskytuje niektoré referenčné hodnoty pre rýchlosť zvuku v rôznych prostrediach.
| Streda | Rýchlosť v m/s |
| Vzduch | 343 |
| Para (pri 100°C) | 477 |
| Voda | 1484 |
| Voda (pri 0°C) | 1407 |
| Morská voda | 1500 |
V našom článku o rýchlosti zvuku sme vysvetlili, ako rýchlo sa zvuk šíri v rôznych látkach. Tu hrajú dôležitú úlohu vlastnosti pevných látok, kvapalín alebo plynov.
Vlastnosti a charakteristiky zvuku
Keďže zvuk je mechanické vlnenie, má aj vlastnosti vlny, ako je frekvencia a intenzita. No svoje vlastnosti mu dáva aj médium, ktorým sa prenáša.
Tu zvážime všeobecné vlastnosti zvuku vo vzduchu. Spravidla sa môžu prenášať na iné plyny a kvapaliny. Vlny vo vzduchu alebo iných plynoch sa nazývajú aj pozdĺžne vlny. Kmitajú v smere šírenia vĺn. Naopak, existujú priečne vlny, ktoré vznikajú napríklad v určitých pevných látkach. Ich vibrácie sú kolmé na smer šírenia.
Ako vzniká zvuk?
Zvuk vytvárajú zdroje zvuku. Zdroj zvuku je čokoľvek, čo rozvibruje vzduch. Takýmto zdrojom zvuku môže byť napríklad tamburína. Keď udriete do tamburíny, deformujete jej povrch. Má napätie a rýchlo sa vracia do pôvodnej polohy.
Vo všeobecnosti sú zdroje zvuku telesá, ktoré oscilujú s frekvenciami zvukového rozsahu. Takéto vibrácie vytvárajú napríklad ľudské hlasivky. Výsledkom je, že počujeme hlasy ľudí. Ak zvuk vychádza zo strunového hudobného nástroja, potom zdrojom zvuku je vibrujúca struna.
Častice vzduchu sa urýchľujú, čo vedie k zmene tlaku a hustoty. Keďže celý priestor okolo tamburíny je naplnený vzduchom, vedie to k pohybu (distribúcii) atómov vzduchu. Výsledná mechanická vlna dosiahne prijímač zvuku, ako je váš sluch. Táto mechanická vlna je zvuková vlna.
Ako sa šíri zvuk?
Zvuk sa šíri, ako už bolo spomenuté v príklade tamburíny, prostredníctvom zmien tlaku a hustoty. Pri náraze sa vzduch v jednom bode stlačí. To zvyšuje tlak v tejto oblasti. Hustota sa v tomto bode zvyšuje, ale okolo neho klesá.
Keďže tu nie sú steny, ktoré by držali stlačený vzduch pohromade, stlačené častice sa opäť navzájom odpudzujú. Pri tom sa zrážajú so susednými atómami vzduchu, ktoré nahradili atómy stlačeného vzduchu, a tak sa s nimi opäť zrážajú na inom mieste. Táto zmena tlaku vzduchu sa nazýva vlna.Potom sa prenesie do prijímača.
Ryža. 2. Šírenie zvukovej vlny po stimulácii vidlicovou ladičkou. Vzduch je stlačený a riedený, čo zase vedie k pohybu vĺn do prijímača.
Frekvencia.
Ako každá vlna, aj zvukové vlny majú frekvenciu. Pomocou neho rozdelíte zvukové spektrum do rôznych kategórií.
- Infrazvuk. Ide o nízkofrekvenčný zvuk, ktorý už ľudské ucho nevníma.<16 Гц (Герц)
- Počuteľný zvuk. Toto je zvuk, ktorý môže človek vnímať. Rozsah 16 Hz až 20 kHz (kHz).
- Ultrazvuk. Ide o vysokofrekvenčný zvuk, ktorý ľudské ucho nevníma. Rozsah 20 kHz až 1,6 GHz (GHz).
- Hypersonické. Ide o zvukové vlny, ktoré sa môžu šíriť len obmedzene.>1 GHz .
Tabuľka 2 nižšie ukazuje príklady horných hraníc frekvencií mechanických vibrácií vnímaných orgánmi a zmyslami niektorých živých organizmov.
| Živé organizmy | Horný frekvenčný limit, kHz |
| Čajky | 8 |
| Muž vo veku 20 rokov | 20 |
| Muž vo veku 50 rokov | 12 |
| Deti | 22 |
| Psy | 60 |
| Mačky | 100 |
| Motýle | 160 |
| Delfíny | 200 |
Intenzita a úroveň zvuku.
V hovorovej reči znamená hladina zvuku aj hlasitosť.Vzťahuje sa na silu zvuku na určitom mieste. Fyzikálne sa meria ako akustický tlak. Počnúc od zdroja sa hladina zvuku zvyčajne logaritmicky znižuje. Jednotka decibel (dB) sa používa na označenie v matematických vzorcoch.
Experimenty ukazujú, že čím väčšia je amplitúda vibrácií vetiev ladičky, tým je zvuk hlasnejší. Postupne zvuk slabne, pretože sú tlmené voľné vibrácie vetvičiek ladičky.
Intenzita zvuku popisuje silu zvuku prechádzajúceho cez zvuk priepustný povrch. Vypočítate to tak, že zmeriate, koľko zvuku sa šíri cez najmenšie časti tohto povrchu a integrujete ho cez celý povrch.
Rôzne typy zvuku
Ako ste sa dozvedeli na úplnom začiatku, zvuk sa delí na užitočný a rušivý (neužitočný). Toto rozdelenie je možné spresniť dodatočným zavedením tónu, zvonenia, hluku a výbuchu (úderu) ako kategórií.
Tón je sínusoida.e) sínusový signál. Ak udriete napríklad na ladičku, získate jeden harmonický tón. Označuje, či je zvuk vysoký, ako husle, alebo nízky, ako basový bubon. Fyzikálna veličina charakterizujúca výšku tónu je frekvencia kmitania zvukovej vlny. Vysoký zvuk zodpovedá vyššej frekvencii vibrácií. Všimnite si, že vzťah medzi výškou tónu a frekvenciou zvukovej vlny prvýkrát stanovil G. Galileo.
Ryža. 3. Jednotónový sínusový signál
Zvonenie vytvára periodický, ale nie sínusový signál. Keď hráte pesničku na gitare, vydávate tento zvuk.
Ryža. 4. Periodický signál zvonenia, napríklad pri hre na gitare
Šum je neperiodický a nesínusový signál. Hluk napríklad vytvárajú autá a vozidlá. Hluk vzniká v dôsledku akumulácie vibrácií rôznych frekvencií.Zdrojmi hluku môžu byť priemyselné podniky, domáce spotrebiče, rôzne stroje. Hluk nepriaznivo ovplyvňuje zdravie ľudí a zvierat. Dlhodobé vystavenie hluku vedie k narušeniu centrálneho nervového systému, spôsobuje závraty, ovplyvňuje činnosť srdca.
Ryža. 5. Signálna charakteristika hluku. Nie je ani periodické, ani sínusové.
V dôsledku nárazu sa objaví silné maximum amplitúdy, ktoré potom rýchlo mizne. Ak strieľate ohňostroj do vzduchu alebo strieľate zo samopalu, budete počuť takýto zvuk.
Ryža. 6. Signálna krivka výbuchu (nárazu). Na začiatku má veľkú amplitúdu a rýchlo sa rozpadá.