Pomozte vývoji webu a sdílení článku s přáteli!
Ve westernech se často objevuje indiánská postava, která přiložením ucha k zemi pozná, jak daleko jsou jeho protivníci. Slyší chvění země způsobené koňskými kopyty. Podobně vytváříme a vnímáme zvuky vytvářením a přijímáním vibrací molekul vzduchu.
Když uslyšíte výraz "zvuk" nebo "zvuková vlna" , jistě chápete, o co jde. V tomto článku se dozvíte, co to vlastně zvuk je a jak vnímáte svět kolem sebe ušima.
Zvuk je vlna.Tyto zvukové vlny se dostanou do vašeho ucha a umožní vám vnímat zvuky a zvuky systémem ucho-mozek. Zpravidla existují dva rozdíly: užitečný zvuk a interferenční zvuk. Užitečný zvuk zahrnuje hudbu nebo hlasy během hovoru. Mezi rušivé zvuky patří například hluk na stavbě nebo hluk z dopravy.
Ve fyzice je zvuk vibracemi. Tato vibrace se šíří jako mechanické vlnění (také akustické) v médiu. Takovým médiem je například vzduch. Pravděpodobně jste ale také slyšeli zvuky pod vodou nebo skrz zdi. Zvukové vlny ve vzduchu jsou způsobeny kolísáním tlaku a hustoty.
Rýže. 1. Osoba vydává zvukové vlny
Co je to zvuk (zvuková vlna)?
Některé události, jako je mluvení slov, rozvibrují vzduch. Toto buzení se pak šíří ve formě vlnění. Kromě vzduchu mohou být excitována i jiná elastická média, např. voda.
Zvuk je tedy kmitavý pohyb částic pružného prostředí, který se ze zdroje zvuku šíří ve formě vln v různých médiích.
Je možné uvést jinou definici:
Zvuk je mechanické vlnění šířící se prostorem v důsledku změn tlaku a hustoty vzduchu.
Nezbytnou podmínkou pro šíření zvukových vln je přítomnost elastického média. Pokud kolem zdroje zvuku není elastické médium, zvuk se nebude šířit. Například mechanické vlny se nemohou šířit ve vakuu.
Rychlost zvuku
Zvuková vlna, stejně jako jakékoli jiné mechanické vlny, se nešíří prostorem okamžitě, ale určitou rychlostí. Rychlost šíření zvuku v různých prostředích má různé významy.
Rychlost zvuku do značné míry závisí na médiu, jeho teplotě a tlaku.V suchém vzduchu o teplotě 20 °C je rychlost zvuku 1236 km/h (343,2 m/s metrů za sekundu). Následující tabulka uvádí některé referenční hodnoty pro rychlost zvuku v různých prostředích.
| středa | Rychlost v m/s |
| Vzduch | 343 |
| V páře (při 100°C) | 477 |
| Voda | 1484 |
| Voda (o 0°C) | 1407 |
| Mořská voda | 1500 |
V našem článku o rychlosti zvuku jsme vysvětlili, jak rychle se zvuk šíří v různých látkách. Zde hrají důležitou roli vlastnosti pevných látek, kapalin nebo plynů.
Vlastnosti a charakteristiky zvuku
Protože zvuk je mechanické vlnění, má také vlastnosti vlny, jako je frekvence a intenzita. Médium, kterým se přenáší, mu však také dává své vlastní vlastnosti.
Zde budeme uvažovat o obecných vlastnostech zvuku ve vzduchu. Zpravidla se mohou přenášet na jiné plyny a kapaliny. Vlny ve vzduchu nebo jiných plynech se také nazývají podélné vlny. Kmitají ve směru šíření vlny. Naopak existují příčné vlny, které vznikají např. u určitých pevných látek. Jejich vibrace jsou kolmé na směr šíření.
Jak vzniká zvuk?
Zvuk je vytvářen zdroji zvuku. Zdroj zvuku je cokoli, co rozvibruje vzduch. Takovým zdrojem zvuku může být například tamburína. Když udeříte do tamburíny, deformujete její povrch. Má napětí a rychle se vrací do původní polohy.
Zdroje zvuku jsou obecně tělesa, která oscilují s frekvencemi zvukového rozsahu. Takové vibrace vytvářejí například lidské hlasivky. V důsledku toho slyšíme hlasy lidí. Pokud zvuk vychází ze strunného hudebního nástroje, pak je zdrojem zvuku vibrující struna.
Částice vzduchu jsou urychlovány, což vede ke změně tlaku a hustoty. Jelikož je celý prostor kolem tamburíny zaplněn vzduchem, dochází tím k pohybu (distribuci) atomů vzduchu. Výsledná mechanická vlna dosáhne přijímače zvuku, jako je váš sluch. Tato mechanická vlna je zvuková vlna.
Jak se šíří zvuk?
Zvuk se šíří, jak již bylo zmíněno v příkladu tamburíny, prostřednictvím změn tlaku a hustoty. Při nárazu se vzduch v jednom bodě stlačí. To zvyšuje tlak v této oblasti. Hustota se v tomto bodě zvyšuje, ale kolem něj klesá.
Ale protože zde nejsou žádné stěny držící stlačený vzduch pohromadě, stlačené částice se opět vzájemně odpuzují. Při tom se srazí se sousedními atomy vzduchu, které zaujaly místo atomů stlačeného vzduchu, a tak se s nimi znovu srazí na jiném místě. Tato změna tlaku vzduchu se nazývá vlna.Poté se přenese do přijímače.
Rýže. 2. Šíření zvukové vlny po stimulaci vidlicovou ladičkou. Vzduch je stlačen a zředěn, což zase vede k pohybu vln k přijímači.
Frekvence.
Jako každá vlna, i zvukové vlny mají frekvenci. S ním rozdělíte zvukové spektrum do různých kategorií.
- Infrazvuk. Jedná se o nízkofrekvenční zvuk, který již lidské ucho nevnímá.<16 Гц (Герц)
- Slyšitelný zvuk. To je zvuk, který může člověk vnímat. Rozsah 16 Hz až 20 kHz (kHz).
- Ultrazvuk. Jedná se o vysokofrekvenční zvuk, který lidské ucho nevnímá. Rozsah 20 kHz až 1,6 GHz (GHz).
- Hypersonické. Jde o zvukové vlny, které se mohou šířit jen omezeně.>1 GHz .
Tabulka 2 níže ukazuje příklady horních limitů frekvencí mechanických vibrací vnímaných orgány a smysly některých živých organismů.
| Živé organismy | Horní frekvenční limit, kHz |
| Racek | 8 |
| Muž ve věku 20 let | 20 |
| Muž ve věku 50 let | 12 |
| Děti | 22 |
| Psi | 60 |
| Kočky | 100 |
| Motýli | 160 |
| Delfíni | 200 |
Intenzita a úroveň zvuku.
V hovorové řeči znamená hladina zvuku také hlasitost.Vztahuje se k síle zvuku v určitém místě. Fyzikálně se měří jako akustický tlak. Počínaje zdrojem se hladina zvuku obvykle logaritmicky snižuje. Jednotka decibel (dB) se používá pro označení v matematických vzorcích.
Experimenty ukazují, že čím větší je amplituda vibrací větví ladičky, tím hlasitější je zvuk. Postupně zvuk slábne, jak se tlumí volné vibrace větví ladičky.
Intenzita zvuku popisuje sílu zvuku procházejícího zvukopropustným povrchem. Vypočítáte to tak, že změříte, kolik zvuku se šíří přes nejmenší části tohoto povrchu, a integrujete jej po celém povrchu.
Různé typy zvuků
Jak jste se dozvěděli na úplném začátku, zvuk se dělí na užitečný a rušivý (neužitečný). Toto rozdělení lze upřesnit dodatečným zavedením kategorií tón, vyzvánění, hluk a výbuch (úder).
Tón je sinusovka.e. sinusový signál. Pokud udeříte například na ladičku, získáte jeden harmonický tón. Udává, zda je zvuk vysoký, jako housle, nebo nízký, jako basový buben. Fyzikální veličinou charakterizující výšku tónu je kmitání zvukové vlny. Vysoký zvuk odpovídá vyšší frekvenci vibrací. Všimněte si, že vztah mezi výškou a frekvencí zvukové vlny poprvé stanovil G. Galileo.
Rýže. 3. Jednotónový sinusový signál
Zvonění vytváří periodický, ale nesinusový signál. Když hrajete písničku na kytaru, vydáváte tento zvuk.
Rýže. 4. Periodický signál vyzvánění, například při hře na kytaru
Šum je neperiodický a nesinusový signál. Hluk vytvářejí například automobily a vozidla. Hluk vzniká v důsledku akumulace vibrací různých frekvencí.Zdroje hluku mohou být průmyslové podniky, domácí spotřebiče, různé stroje. Hluk nepříznivě ovlivňuje zdraví lidí a zvířat. Dlouhodobé vystavení hluku vede k narušení centrálního nervového systému, způsobuje závratě, ovlivňuje činnost srdce.
Rýže. 5. Signální charakteristika šumu. Není ani periodický, ani sinusový.
V důsledku nárazu se objeví silné amplitudové maximum, které pak rychle odezní. Pokud střílíte ohňostroj do vzduchu nebo střílíte ze samopalu, uslyšíte takový zvuk.
Rýže. 6. Signální křivka výbuchu (nárazu). Na začátku má velkou amplitudu a rychle se rozpadá.