Zvučni val (zvučne vibracije) je mehaničko titranje molekula tvari (primjerice zraka) koje se prenosi u prostoru.

Ali nije svako oscilirajuće tijelo izvor zvuka. Na primjer, uteg koji oscilira obješen na nit ili oprugu ne proizvodi zvuk. Metalno ravnalo također će prestati zvučati ako ga pomaknete prema gore u škripcu i time produžite slobodni kraj tako da njegova frekvencija vibracija postane manja od 20 Hz. Istraživanja su pokazala da je ljudsko uho sposobno percipirati kao zvuk mehaničke vibracije tijela koje se javljaju na frekvenciji od 20 Hz do 20 000 Hz. Stoga se vibracije čije su frekvencije u tom području nazivaju zvukom. Mehaničke vibracije vibracije čija frekvencija prelazi 20 000 Hz nazivaju se ultrazvučnim, a vibracije s frekvencijama manjim od 20 Hz nazivaju se infrazvucima. Treba napomenuti da su navedene granice raspona zvuka proizvoljne, jer ovise o dobi ljudi i individualne karakteristike njihov slušni aparat. Tipično, s godinama, gornja granica frekvencije percipiranih zvukova značajno se smanjuje - neki stariji ljudi mogu čuti zvukove čija frekvencija ne prelazi 6000 Hz. Djeca, naprotiv, mogu percipirati zvukove čija je frekvencija nešto viša od 20 000 Hz. Neke životinje čuju vibracije s frekvencijama većim od 20 000 Hz ili manjim od 20 Hz. Svijet je ispunjen najrazličitijim zvukovima: otkucajima satova i zujanjem motora, šuštanjem lišća i zavijanjem vjetra, pjevom ptica i glasovima ljudi. Ljudi su davno počeli nagađati o tome kako se zvukovi rađaju i što su. Uočili su, primjerice, da zvuk stvaraju tijela koja vibriraju u zraku. Još je starogrčki filozof i enciklopedist Aristotel na temelju opažanja ispravno objasnio prirodu zvuka, smatrajući da zvučno tijelo stvara naizmjenično sabijanje i razrjeđivanje zraka. Dakle, vibrirajuća struna ili sabija ili razrjeđuje zrak, a zahvaljujući elastičnosti zraka ti se naizmjenični učinci prenose dalje u svemir - od sloja do sloja nastaju elastični valovi. Kada dođu do našeg uha, utječu na bubnjiće i uzrokuju osjećaj zvuka. Čovjek sluhom percipira elastične valove s frekvencijom u rasponu od približno 16 Hz do 20 kHz (1 Hz - 1 titraj u sekundi). U skladu s tim, elastični valovi u bilo kojem mediju, čije su frekvencije unutar navedenih granica, nazivaju se zvučni valovi ili jednostavno zvuk. U zraku pri temperaturi od 0°C i normalnom tlaku zvuk se širi brzinom od 330 m/s, morska voda- oko 1500 m/s, u nekim metalima brzina zvuka doseže 7000 m/s. Elastični valovi frekvencije manje od 16 Hz nazivaju se infrazvuk, a valovi čija frekvencija prelazi 20 kHz ultrazvuk.

Izvor zvuka u plinovima i tekućinama mogu biti ne samo tijela koja titraju. Na primjer, metak i strijela zvižde u letu, vjetar zavija. A buka turbomlaznog zrakoplova sastoji se ne samo od buke radnih jedinica - ventilatora, kompresora, turbine, komore za izgaranje itd., nego i od buke mlazne struje, vrtloga, turbulentnih strujanja zraka koji nastaju strujanjem oko zrakoplova pri velikim brzinama. Čini se da tijelo koje brzo juri kroz zrak ili vodu prekida tok koji teče oko njega i povremeno stvara područja razrijeđenosti i kompresije u mediju. Kao rezultat toga nastaju zvučni valovi. Zvuk može putovati u obliku uzdužnih i poprečnih valova. U plinovitim i tekućim medijima nastaju samo uzdužni valovi kada se oscilatorno gibanje čestica događa samo u smjeru u kojem se val širi. U čvrste tvari Osim longitudinalnih valova, transverzalni valovi nastaju i kada čestice medija osciliraju u smjerovima okomitima na smjer širenja vala. Tamo, udarajući po žici okomito na njen smjer, tjeramo val da teče po žici. Ljudsko uho nije jednako osjetljivo na zvukove različitih frekvencija. Najosjetljiviji je na frekvencije od 1000 do 4000 Hz. Pri vrlo visokom intenzitetu, valovi se više ne percipiraju kao zvuk, uzrokujući osjećaj pritiskajuće boli u ušima. Intenzitet zvučnih valova pri kojem se to događa naziva se pragom boli. Koncepti tona i boje zvuka također su važni u proučavanju zvuka. Svaki stvarni zvuk, bio to ljudski glas ili sviranje glazbenog instrumenta, nije jednostavna harmonijska vibracija, već osebujna mješavina mnogih harmonijske vibracije s određenim skupom frekvencija. Onaj koji ima najnižu frekvenciju naziva se osnovni ton, a ostali se nazivaju prizvuci. Različiti broj prizvuka svojstvenih određenom zvuku daje mu posebnu boju - boju. Razlika između jednog i drugog tona određena je ne samo brojem, već i intenzitetom prizvuka koji prate zvuk osnovnog tona. Po timbru lako razlikujemo zvukove violine i klavira, gitare i flaute te prepoznajemo glasove poznatih ljudi.

• Frekvencija osciliranja zove se broj potpunih oscilacija u sekundi. Jedinica za mjerenje frekvencije je 1 herc (Hz). 1 herc odgovara jednom potpunom (u jednom ili drugom smjeru) titraju, koji se javlja u jednoj sekundi.
• Razdoblje je vrijeme (s) tijekom kojeg se dogodi jedna potpuna oscilacija. Što je frekvencija oscilacija veća, to im je period kraći, tj. f=1/T. Dakle, frekvencija oscilacija je to veća što im je period kraći i obrnuto. Ljudski glas stvara zvučne vibracije frekvencije od 80 do 12.000 Hz, a uho percipira zvučne vibracije u rasponu od 16-20.000 Hz.
• Amplituda vibracija je najveće odstupanje tijela koje oscilira od prvobitnog (mirnog) položaja. Što je veća amplituda oscilacije, to glasniji zvuk. Zvukovi ljudskog govora složene su zvučne vibracije, koje se sastoje od jednog ili drugog broja jednostavnih vibracija, različite frekvencije i amplitude. Svaki govorni zvuk ima svoju jedinstvenu kombinaciju vibracija različitih frekvencija i amplituda. Dakle, oblik titraja jednog govornog glasa zamjetno se razlikuje od oblika drugog, što pokazuju grafikoni titranja pri izgovoru glasova a, o i y.

Osoba karakterizira sve zvukove u skladu sa svojom percepcijom prema razini glasnoće i visini.

Prijeđimo na razmatranje zvučnih pojava.

Svijet zvukova oko nas je raznolik - glasovi ljudi i glazba, pjev ptica i zujanje pčela, grmljavina tijekom oluje i šum šume na vjetru, zvuk automobila, aviona i drugih objekata koji prolaze. .

Obratiti pažnju!

Izvori zvuka su tijela koja titraju.

Primjer:

Pričvrstimo elastično metalno ravnalo u škripac. Ako se njegov slobodni dio, čija je duljina odabrana na određeni način, dovede u oscilatorno gibanje, tada će ravnalo proizvesti zvuk (slika 1).

Dakle, oscilirajuće ravnalo je izvor zvuka.

Razmotrimo sliku zvučne žice, čiji su krajevi fiksirani (slika 2). Zamućeni obris ove žice i vidljivo zadebljanje u sredini pokazuju da žica vibrira.

Ako kraj papirnate trake približite zvučnoj žici, traka će odskočiti od udaraca žice. Dok žica vibrira, čuje se zvuk; zaustavi žicu i zvuk prestaje.

Na slici 3 prikazana je vilica za ugađanje - zakrivljena metalna šipka na nozi, koja je postavljena na kutiju rezonatora.

Ako mekim čekićem udarite po vilici (ili je držite lukom), vilica će se oglasiti (slika 4).

Prinesimo svjetlosnu kuglicu (staklenu kuglicu) obješenu na nit zvučnoj vilici za ugađanje - kuglica će se odbiti od vilice za ugađanje, ukazujući na vibracije njezinih grana (slika 5).

Da biste "snimili" oscilacije vilice s niskom (oko \(16\) Hz) prirodnom frekvencijom i velikom amplitudom oscilacija, možete zavrnuti tanku i usku metalnu traku s vrhom na kraju do kraja jedan od njegovih ogranaka. Vrh mora biti savijen prema dolje i lagano dodirivati ​​dimljenu staklenu ploču koja leži na stolu. Kada se ploča brzo kreće ispod oscilirajućih grana vilice za ugađanje, vrh ostavlja trag na ploči u obliku valovite linije (slika 6).

Valovita crta nacrtana na ploči s šiljkom vrlo je blizu sinusoide. Stoga možemo pretpostaviti da svaka grana zvučne vilice za ugađanje izvodi harmonijske oscilacije.

Razni eksperimenti pokazuju da svaki izvor zvuka nužno vibrira, čak i ako su te vibracije oku nevidljive. Na primjer, zvukovi glasova ljudi i mnogih životinja nastaju kao rezultat njihovih vibracija. glasnice, zvuk puhačkih instrumenata, zvuk sirene, zvižduk vjetra, šuštanje lišća i tutnjava grmljavine uzrokovani su kolebanjima zračnih masa.

Obratiti pažnju!

Nije svako titrajno tijelo izvor zvuka.

Na primjer, uteg koji oscilira obješen na nit ili oprugu ne proizvodi zvuk. Metalno ravnalo također će prestati zvučati ako se njegov slobodni kraj produži toliko da mu frekvencija vibracija postane manja od \(16\) Hz.

Ljudsko uho je sposobno percipirati kao zvuk mehaničke vibracije s frekvencijom u rasponu od \(16\) do \(20000\) Hz (obično se prenose zrakom).

Mehaničke vibracije čija je frekvencija u rasponu od \(16\) do \(20000\) Hz nazivaju se zvukom.

Navedene granice raspona zvuka su proizvoljne, jer ovise o dobi ljudi i individualnim karakteristikama njihovog slušnog aparata. Obično se s godinama gornja granica frekvencije percipiranih zvukova značajno smanjuje - neki stariji ljudi mogu čuti zvukove s frekvencijama koje ne prelaze \(6000\) Hz. Djeca, naprotiv, mogu percipirati zvukove čija je frekvencija nešto viša od \(20 000\) Hz.

Mehaničke vibracije čija frekvencija prelazi \(20 000\) Hz zovu se ultrazvučne, a vibracije s frekvencijama manjim od \(16\) Hz nazivaju se infrazvučnim.

Ultrazvuk i infrazvuk su u prirodi jednako rašireni kao i zvučni valovi. Emitiraju ih i koriste za svoje “pregovore” dupini, šišmiši i neka druga živa bića.

Oscilacije– to su kretanja ili procesi koje karakterizira određena ponovljivost u vremenu.

Period oscilacije T– vremenski interval tijekom kojeg se dogodi jedna potpuna oscilacija.

Frekvencija osciliranja– broj potpunih oscilacija u jedinici vremena. U SI sustavu izražava se u hercima (Hz).

Period i frekvencija oscilacija povezani su relacijom

Harmonijske vibracije- to su oscilacije kod kojih se oscilirajuća veličina mijenja po sinusnom ili kosinusnom zakonu. Pomak je dan sa

Amplituda (a), period (b) i faza oscilacija(S) dva tijela koja osciliraju

Mehanički valovi

U valovima nazivaju se periodični poremećaji koji se šire u prostoru tijekom vremena. Valovi se dijele na uzdužni i poprečni.

Elastični valovi u zraku koji uzrokuju slušne osjete kod ljudi nazivaju se zvučni valovi ili jednostavno zvuk. Frekvencijski raspon zvuka je od 20 Hz do 20 kHz. Valovi s frekvencijom manjom od 20 Hz nazivaju se infrazvuk, a oni s frekvencijom većom od 20 kHz ultrazvukom. Prisutnost neke vrste elastičnog medija za prijenos zvuka je obavezna.

Glasnoća zvuka određena je intenzitetom zvučnog vala, odnosno energijom koju val prenese u jedinici vremena.

Tlak zvuka ovisi o amplitudi kolebanja tlaka u zvučnom valu.

Visina zvuka (tona) određena je frekvencijom titranja. Raspon niskog muškog glasa (bas) je otprilike 80 do 400 Hz. Raspon visokog ženskog glasa (sopran) je od 250 do 1050 Hz.

U tehnologiji i svijetu oko nas često imamo posla periodički(ili gotovo periodično) procesi koji se ponavljaju u redovitim intervalima. Takvi se procesi nazivaju oscilatorni.

Oscilacije su jedan od najčešćih procesa u prirodi i tehnici. Krila kukaca i ptica u letu, visoke zgrade i visokonaponske žice pod utjecajem vjetra, njihalo navijenog sata i automobil na oprugama tijekom vožnje, vodostaj rijeke tijekom cijele godine i temperatura ljudsko tijelo tijekom bolesti, zvuk su kolebanja gustoće i tlaka zraka, radiovalovi - periodične promjene jakosti električnog i magnetskog polja, vidljiva svjetlost također su elektromagnetske vibracije, samo s malo drugačijim valnim duljinama i frekvencijama, potresi su vibracije tla, puls su periodične kontrakcije ljudskog srčanog mišića itd.

Oscilacije mogu biti mehaničke, elektromagnetske, kemijske, termodinamičke i razne druge. Unatoč takvoj raznolikosti, svi imaju mnogo toga zajedničkog.

Oscilacijski fenomeni različite fizikalne prirode podliježu općim zakonima. Na primjer, fluktuacije struje u strujni krug i fluktuacije matematičko njihalo može se opisati istim jednadžbama. Općenitost vibracijskih obrazaca omogućuje nam da razmotrimo oscilatorni procesi različite prirode s jedne točke gledišta. Znak oscilatorno gibanje je njegov periodičnost.

Mehaničke vibracije –Ovajpokreti koji se ponavljaju točno ili približno u pravilnim razmacima.

Primjeri jednostavnih oscilatornih sustava su teret na opruzi (opružno njihalo) ili kuglica na niti (matematičko njihalo).

Tijekom mehaničkih vibracija kinetička i potencijalna energija se periodički mijenjaju.

Na maksimalno odstupanje tijelo iz ravnotežnog položaja, njegova brzina, i stoga kinetička energija ide na nulu. U ovom položaju potencijalna energija oscilirajuće tijelo dostiže maksimalnu vrijednost. Za teret na opruzi potencijalna energija je energija elastične deformacije opruge. Za matematičko njihalo, to je energija u Zemljinom gravitacijskom polju.

Kada tijelo u svom kretanju prolazi kroz ravnotežni položaj, brzina mu je maksimalna. Tijelo prekoračuje ravnotežni položaj prema zakonu tromosti. U ovom trenutku jest maksimalnu kinetičku i minimalnu potencijalnu energiju. Do povećanja kinetičke energije dolazi zbog smanjenja potencijalne energije.

Daljnjim kretanjem potencijalna energija počinje rasti zbog smanjenja kinetičke energije itd.

Dakle, tijekom harmonijskih oscilacija dolazi do periodične transformacije kinetičke energije u potencijalnu energiju i obrnuto.

Ako u oscilatornom sustavu nema trenja, tada ukupna mehanička energija tijekom mehaničkih vibracija ostaje nepromijenjena.

Za opružno opterećenje:

U položaju najvećeg otklona ukupna energija njihala jednaka je potencijalnoj energiji deformirane opruge:

Pri prolasku kroz ravnotežni položaj ukupna energija jednaka je kinetičkoj energiji tereta:

Za male oscilacije matematičkog njihala:

U položaju najvećeg otklona ukupna energija njihala jednaka je potencijalnoj energiji tijela podignutog na visinu h:

Pri prolasku kroz ravnotežni položaj ukupna energija jednaka je kinetičkoj energiji tijela:

Ovdje h m– najveća visina njihala u gravitacijskom polju Zemlje, x m i υ m = ω 0 x m– maksimalne vrijednosti otklona njihala od ravnotežnog položaja i njegove brzine.

Harmonijske oscilacije i njihove karakteristike. Jednadžba harmonijske vibracije.

Najjednostavniji tip oscilatornog procesa je jednostavan harmonijske vibracije, koji su opisani jednadžbom

x = x m cos(ω t + φ 0).

Ovdje x– pomicanje tijela iz ravnotežnog položaja,
x m– amplituda oscilacija, odnosno najveći pomak od ravnotežnog položaja,
ω – ciklička ili kružna frekvencija oklijevanje,
t- vrijeme.

Karakteristike oscilatornog gibanja.

Pomak x – odstupanje oscilirajuće točke od njezina ravnotežnog položaja. Mjerna jedinica je 1 metar.

Amplituda oscilacija A – najveće odstupanje oscilirajuće točke od njezina ravnotežnog položaja. Mjerna jedinica je 1 metar.

Period oscilacijeT– naziva se minimalni vremenski interval tijekom kojeg se dogodi jedan potpuni titraj. Mjerna jedinica je 1 sekunda.

gdje je t vrijeme oscilacija, N je broj oscilacija dovršenih tijekom tog vremena.

Iz grafikona harmonijskih oscilacija možete odrediti period i amplitudu oscilacija:

Frekvencija osciliranja ν – fizikalna veličina jednaka broju oscilacija u jedinici vremena.

Frekvencija je recipročna vrijednost perioda titranja:

Frekvencija oscilacija ν pokazuje koliko se titraja dogodi u 1 s. Jedinica za frekvenciju je herc(Hz).

Ciklička frekvencija ω– broj oscilacija u 2π sekundi.

Frekvencija titranja ν povezana je s ciklička frekvencija ω i period oscilacije T omjeri:

Faza harmonijski proces - veličina pod predznakom sinusa ili kosinusa u jednadžbi harmonijskih oscilacija φ = ω t+ φ 0 . Na t= 0 φ = φ 0 , dakle φ 0 nazvao početna faza.

Harmonijski graf predstavlja sinusni ili kosinusni val.

U sva tri slučaja za plave krivulje φ 0 = 0:

samo veća amplituda(x" m > x m);

crvena krivulja se razlikuje od plave samo značenje razdoblje(T" = T / 2);

crvena krivulja se razlikuje od plave samo značenje početna faza(radostan).

Kada tijelo oscilira duž pravca (osi VOL) vektor brzine uvijek je usmjeren duž te ravne linije. Brzina gibanja tijela određena je izrazom

U matematici, postupak za pronalaženje granice omjera Δh/Δt na Δ t→ 0 naziva se izračunavanje derivacije funkcije x(t) s vremenom t i označava se kao x"(t).Brzina je jednaka izvodu funkcije x( t) s vremenom t.

Za harmonijski zakon gibanja x = x m cos(ω t+ φ 0) izračun derivacije dovodi do sljedećeg rezultata:

υ x =x"(t)= ω x m grijeh (ω t + φ 0)

Ubrzanje se određuje na sličan način a x tijela tijekom harmonijskih vibracija. Ubrzanje a jednaka je derivaciji funkcije υ( t) s vremenom t, odnosno drugu derivaciju funkcije x(t). Izračuni daju:

i x =υ x "(t) =x""(t)= -ω 2 x m cos(ω t+ φ 0)=-ω 2 x

Znak minus u ovom izrazu znači da ubrzanje a(t) uvijek ima suprotan predznak od predznaka pomaka x(t), pa je prema drugom Newtonovom zakonu sila koja uzrokuje harmonijske oscilacije tijela uvijek usmjerena prema ravnotežnom položaju ( x = 0).

Na slici su prikazani grafikoni koordinata, brzine i ubrzanja tijela koje izvodi harmonijske oscilacije.

Grafovi koordinata x(t), brzine υ(t) i ubrzanja a(t) tijela koje izvodi harmonijske oscilacije.

Opružno njihalo.

Opružno njihaloje teret neke mase m pričvršćen na oprugu krutosti k, čiji je drugi kraj nepomično fiksiran.

Prirodna frekvencijaω 0 slobodnih oscilacija opterećenja na opruzi nalazi se po formuli:

Razdoblje T harmonijske vibracije opterećenja opruge jednaka je

To znači da period titranja opružnog njihala ovisi o masi tereta i krutosti opruge.

Fizikalna svojstva oscilatornog sustava odrediti samo vlastitu frekvenciju oscilacija ω 0 i period T . Parametri procesa osciliranja kao što su amplituda x m I početna fazaφ 0 određene su načinom na koji je sustav izbačen iz ravnoteže u početnom trenutku vremena.

Matematičko njihalo.

Matematičko njihalonaziva malo tijelo obješeno o tanku nerastezljivu nit, čija je masa zanemariva u odnosu na masu tijela.

U ravnotežnom položaju, kada njihalo visi okomito, sila teže je uravnotežena silom napetosti niti N. Kada njihalo odstupi od ravnotežnog položaja za određeni kut φ, javlja se tangencijalna komponenta sile teže. F τ = – mg grijeh φ. Znak minus u ovoj formuli znači da je tangencijalna komponenta usmjerena u smjeru suprotnom od otklona njihala.

Matematičko njihalo.φ – kutno odstupanje njihala od ravnotežnog položaja,

x= lφ – pomak njihala duž luka

Vlastita frekvencija malih oscilacija matematičkog njihala izražava se formulom:

Period titranja matematičkog njihala:

To znači da period titranja matematičkog njihala ovisi o duljini niti i akceleraciji slobodan pad područje gdje je visak postavljen.

Slobodne i prisilne vibracije.

Mehaničke vibracije, kao i oscilatorni procesi bilo koje druge fizičke prirode, mogu biti besplatno I prisiljeni.

Slobodne vibracije –To su oscilacije koje nastaju u sustavu pod utjecajem unutarnjih sila, nakon što je sustav pomaknut iz stabilnog ravnotežnog položaja.

Oscilacije utega na opruzi ili titraji njihala su slobodne oscilacije.

U stvarnim uvjetima svaki oscilatorni sustav je pod utjecajem sila trenja (otpora). Štoviše, dio mehanička energija pretvara u unutarnju energiju toplinsko kretanje atomi i molekule, a vibracije postaju blijedeći.

Blijeđenje nazivaju oscilacije čija amplituda opada s vremenom.

Da oscilacije ne blijede, potrebno je sustavu osigurati dodatnu energiju, tj. djelovati na oscilatorni sustav periodičnom silom (npr. zaljuljati ljuljačku).

Oscilacije koje se javljaju pod utjecajem vanjske povremeno promjenjive sile nazivaju seprisiljeni.

Vanjska sila vrši pozitivan rad i osigurava protok energije oscilatornom sustavu. Ne dopušta izumiranje vibracija, unatoč djelovanju sila trenja.

Periodična vanjska sila može se mijenjati tijekom vremena prema različitim zakonima. Posebno je zanimljiv slučaj kada vanjska sila, koja se mijenja po harmonijskom zakonu s frekvencijom ω, djeluje na oscilatorni sustav koji je sposoban izvoditi vlastite oscilacije na određenoj frekvenciji ω 0.

Ako se slobodne oscilacije javljaju na frekvenciji ω 0, koja je određena parametrima sustava, tada postojane prisilne oscilacije uvijek se javljaju pri frekvencija ω vanjska sila .

Pojava naglog povećanja amplitude prisilnih oscilacija kada se frekvencija vlastitih oscilacija podudara s frekvencijom vanjske pogonske sile naziva serezonancija.

Ovisnost amplitude x m prisilne oscilacije od frekvencije ω pogonske sile naziva se rezonantna karakteristika ili krivulja rezonancije.

Krivulje rezonancije na različitim razinama prigušenja:

1 – oscilatorni sustav bez trenja; kod rezonancije amplituda x m prisilnih oscilacija neograničeno raste;

2, 3, 4 – krivulje realne rezonancije za oscilatorne sustave s različitim trenjem.

U nedostatku trenja, amplituda prisilnih oscilacija tijekom rezonancije trebala bi se neograničeno povećavati. U stvarnim uvjetima amplituda stacionarnih prisilnih oscilacija određena je uvjetom: rad vanjske sile tijekom perioda titranja mora biti jednak gubitku mehaničke energije tijekom istog vremena zbog trenja. Što je trenje manje, to je veća amplituda prisilnih oscilacija tijekom rezonancije.

Fenomen rezonancije može uzrokovati uništenje mostova, zgrada i drugih građevina ako se vlastite frekvencije njihovih oscilacija poklapaju s frekvencijom povremeno djelujuća sila, koji je nastao, na primjer, zbog rotacije neuravnoteženog motora.

Zvuk- To su elastični longitudinalni valovi frekvencije od 20 Hz do 20 000 Hz koji kod ljudi izazivaju slušne osjete.

Izvor zvuka- razna oscilirajuća tijela, na primjer čvrsto nategnuta struna ili tanka čelična ploča stegnuta s jedne strane.

Kako nastaju oscilatorna gibanja? Dovoljno je povući i otpustiti žicu glazbenog instrumenta ili čeličnu ploču stegnutu na jednom kraju u škripcu, i one će proizvesti zvuk. Vibracije struna ili metalna ploča prenosi u okolni zrak. Kada ploča skrene, na primjer udesno, ona zbije (komprimira) slojeve zraka koji ju graniče s desne strane; u tom će slučaju sloj zraka uz ploču s lijeve strane postati tanji. Kada je ploča skrenuta ulijevo, ona komprimira slojeve zraka s lijeve strane i razrjeđuje slojeve zraka koji su uz nju s desne strane, itd. Kompresija i razrijeđenost zračnih slojeva uz ploču prenijet će se na susjedne slojeve. Ovaj proces će se periodički ponavljati, postupno slabeći, sve dok oscilacije potpuno ne prestanu.

Dakle, titraji žice ili ploče pobuđuju vibracije u okolnom zraku i šireći se dopiru do ljudskog uha, izazivajući titranje bubnjića, izazivajući iritaciju slušnog živca, što doživljavamo kao zvuk.

Brzina širenja zvučnih valova V različite sredine nije isto. Ovisi o elastičnosti medija u kojem se šire. Zvuk se najsporije širi u plinovima. U zraku je brzina širenja zvučnih vibracija prosječno 330 m/s, ali može varirati ovisno o njegovoj vlažnosti, tlaku i temperaturi. Zvuk ne putuje u bezzračnom prostoru. Zvuk se brže širi u tekućinama. U krutim tvarima to je još brže. U čeličnoj tračnici, na primjer, zvuk putuje brzinom od » 5000 m/s.

Na širenje zvuk u atomima i molekulama vibrira uz smjer širenja vala, što znači zvuka - uzdužni val.

ZVUČNE KARAKTERISTIKE

1. Volumen. Glasnoća ovisi o amplitudi vibracija u zvučnom valu. Volumen zvuk je određen amplituda valovi.

Jedinica za jačinu zvuka je 1 bel (u čast Alexandera Grahama Bella, izumitelja telefona). Jačina zvuka je 1 B ako je njegova snaga 10 puta veća od praga čujnosti.

U praksi se glasnoća mjeri u decibelima (dB).

1 dB = 0,1 B. 10 dB – šapat; 20–30 dB – standard buke u stambenim prostorijama;
50 dB – razgovor srednje glasnoće;
70 dB – buka pisaćeg stroja;
80 dB – buka upaljenog motora kamiona;
120 dB – buka traktora u vožnji na udaljenosti od 1 m
130 dB – prag boli.

Zvuk jači od 180 dB može čak uzrokovati pucanje bubnjića.

2. Visina visine. Visina zvuk je određen frekvencija valova, odnosno frekvencija titranja izvora zvuka.

• bas – 80–350 Hz,
• bariton – 110–149 Hz,
• tenor – 130–520 Hz,
• visoki tonovi – 260–1000 Hz,
• sopran – 260–1050 Hz,
• koloraturni sopran – do 1400 Hz.

Ljudsko uho je sposobno percipirati elastične valove frekvencije od približno od 16 Hz do 20 kHz. Kako čujemo?

Ljudski slušni analizator - uho- sastoji se od četiri dijela:

Vanjsko uho

Vanjsko uho uključuje ušnu školjku, ušni kanal i bubnjić koji prekriva unutarnji kraj ušnog kanala. Slušni kanal ima nepravilno zakrivljen oblik. Kod odrasle osobe duljina mu je oko 2,5 cm, a promjer oko 8 mm. Površina ušnog kanala prekrivena je dlačicama i sadrži žlijezde koje izlučuju ušni vosak, neophodan za održavanje vlage u koži. Slušni kanal također osigurava stalnu temperaturu i vlažnost bubnjiću.

Srednje uho

Srednje uho je zrakom ispunjena šupljina iza bubnjića. Ova šupljina povezuje se s nazofarinksom kroz Eustahijevu tubu, uski hrskavični kanal koji je obično zatvoren. Pokreti gutanja otvaraju Eustahijevu cijev, što omogućuje ulazak zraka u šupljinu i izjednačavanje pritiska s obje strane bubnjića za optimalnu mobilnost. U šupljini srednjeg uha nalaze se tri minijaturne slušne koščice: malleus, incus i stapes. Jedan kraj malleusa povezan je s bubnjićem, drugi kraj s inkusom, koji je pak povezan sa stremenom, a stremen s pužnicom unutarnjeg uha. Bubnjić neprestano vibrira pod utjecajem zvukova koje uho uhvati, a slušne koščice prenose njegove vibracije u unutarnje uho.

Unutarnje uho

Unutarnje uho sadrži nekoliko struktura, ali samo je pužnica, koja je dobila ime zbog svog spiralnog oblika, povezana sa sluhom. Pužnica je podijeljena na tri kanala ispunjena limfnom tekućinom. Tekućina u srednjem kanalu ima drugačiji sastav od tekućine u druga dva kanala. Organ koji je izravno odgovoran za sluh (Cortijev organ) nalazi se u srednjem kanalu. Cortijev organ sadrži oko 30 000 stanica s dlačicama koje detektiraju vibracije tekućine u kanalu uzrokovane pomicanjem stremena i stvaraju električne impulse koji se prenose duž slušnog živca do slušnog korteksa. Svaka stanica s dlačicama reagira na određenu frekvenciju zvuka, s visokim frekvencijama podešenim na stanice u donjem dijelu pužnice i stanicama podešenim na niske frekvencije koje se nalaze u gornjem dijelu pužnice. Ako stanice dlake iz bilo kojeg razloga umru, osoba prestaje opažati zvukove odgovarajućih frekvencija.

Slušni putevi

Slušni putovi su skup živčanih vlakana koja provode živčane impulse od pužnice do slušnih centara moždane kore, što rezultira slušnim osjetom. Centri za sluh nalaze se u temporalnim režnjevima mozga. Vrijeme potrebno da slušni signal putuje od vanjskog uha do slušnih centara u mozgu je oko 10 milisekundi.

Zvučna percepcija

Uho sekvencijalno pretvara zvukove u mehaničke vibracije bubnjića i slušnih koščica, zatim u vibracije tekućine u pužnici i na kraju u električne impulse koji se putovima središnjeg slušnog sustava prenose do sljepoočnih režnjeva mozga za prepoznavanje i obrada.
Mozak i intermedijarni čvorovi slušnih putova izvlače ne samo informacije o visini i glasnoći zvuka, već i druge karakteristike zvuka, na primjer, vremenski interval između trenutaka kada desno i lijevo uho hvata zvuk - ovo je osnova sposobnosti osobe da odredi smjer u kojem zvuk dolazi. U ovom slučaju mozak procjenjuje informacije primljene iz svakog uha zasebno i kombinira sve primljene informacije u jedan osjet.

Naš mozak pohranjuje "obrasce" zvukova oko nas - poznate glasove, glazbu, opasne zvukove itd. To pomaže mozgu, prilikom obrade informacija o zvuku, da brzo razlikuje poznate zvukove od nepoznatih. Kada dođe do gubitka sluha, mozak počinje primati iskrivljene informacije(zvukovi postaju tiši), što dovodi do pogrešaka u interpretaciji zvukova. S druge strane, moždani problemi uzrokovani starenjem, ozljedama glave ili neurološkim bolestima i poremećajima mogu biti popraćeni simptomima sličnim onima kod gubitka sluha, poput nepažnje, povlačenja iz okoline i neprikladnih reakcija. Da bismo pravilno čuli i razumjeli zvukove, potreban je usklađen rad slušnog analizatora i mozga. Dakle, bez pretjerivanja možemo reći da čovjek ne čuje ušima, već mozgom!

Životinje percipiraju valove drugih frekvencija kao zvuk.

Ultrazvuk - longitudinalni valovi s frekvencijom većom od 20 000 Hz.

Primjena ultrazvuka.

Koristeći sonare instalirane na brodovima, mjere dubinu mora, otkrivaju jata riba, nadolazeći santu leda ili podmornicu.

Ultrazvuk se koristi u industriji za otkrivanje nedostataka u proizvodima.

U medicini se ultrazvuk koristi za varenje kostiju, otkrivanje tumora i dijagnosticiranje bolesti.

Biološki učinak ultrazvuka omogućuje njegovu upotrebu za sterilizaciju mlijeka, ljekovitih tvari i medicinskih instrumenata.

Šišmiši i dupini imaju savršene ultrazvučne lokatore.

Test iz fizike Mehaničke vibracije i valovi Zvuk za učenike 9. razreda s odgovorima. Test uključuje 2 opcije, svaka s 12 zadataka.

1 opcija

1. Uz slobodne oscilacije kuglica na žici iz krajnjeg lijevog položaja u krajnje desno prijeđe za 0,1 s. Odredi period titranja kuglice.

1) 0,1 s
2) 0,2 s
3) 0,3 s
4) 0,4 s

2. Na slici je prikazana ovisnost koordinata središta kuglice obješene na oprugu o vremenu. Frekvencija osciliranja je

1) 0,25 Hz
2) 0,5 Hz
3) 2 Hz
4) 4 Hz

3. Koliko će potpunih oscilacija učiniti? materijalna točka za 10 s ako je frekvencija titranja 220 Hz?

1) 22
2) 88
3) 440
4) 2200

4. U kojim smjerovima nastaju oscilacije u longitudinalnom valu?

1) U svim smjerovima

5. Udaljenost između najbližih vrhova valova u moru je 6 m. Koliki je period valova koji udaraju o trup brodice ako im je brzina 3 m/s?

1) 0,5 s
2) 2 s
3) 12 s
4) 32 s

6. Čovjek je čuo grmljavinu 10 sekundi nakon munje. Odredite brzinu zvuka u zraku ako je munja udarila na udaljenosti 3,3 km od promatrača.

1) 0,33 m/s
2) 33 m/s
3) 330 m/s
4) 33 km/s

7. U kojem se mediju zvučni valovi šire najmanjom brzinom?

1) U čvrstim tvarima
2) U tekućinama
3) U plinovima
4) Svugdje isto

8. Kako se nazivaju mehaničke vibracije čija je frekvencija manja od 20 Hz?

1) Zvuk
2) Ultrazvučni
3) Infrazvučni

9. Odredite duljinu zvučnog vala u zraku ako je frekvencija izvora zvuka 200 Hz. Brzina zvuka u zraku je 340 m/s.

1) 1,7 m
2) 0,59 m
3) 540 m
4) 68 000 m

10. Kako će se promijeniti duljina zvučnog vala kada se frekvencija titranja njegovog izvora smanji za faktor 2?

1) Povećat će se 2 puta
2) Smanjit će se 2 puta
3) Neće se promijeniti
4) Smanjit će se 4 puta

11. Gornja granica frekvencije vibracije koju percipira ljudsko uho je 22 kHz za djecu i 10 kHz za starije osobe. U zraku je brzina zvuka 340 m/s. Zvuk s valnom duljinom od 20 mm

1) samo će dijete čuti
2) samo će starija osoba čuti
3) čuti će i dijete i starija osoba
4) ni dijete ni starija osoba neće čuti

12. Odjek izazvan hicem iz oružja stigao je do strijelca 2 s nakon hica. Odredite udaljenost do prepreke od koje je došlo do refleksije ako je brzina zvuka u zraku 340 m/s.

1) 170 m
2) 340 m
3) 680 m
4) 1360 m

opcija 2

1. Uz slobodne oscilacije kuglica na žici od krajnjeg lijevog položaja do ravnotežnog položaja prijeđe za 0,2 s. Koliki je period titranja kuglice?

1) 0,2 s
2) 0,4 s
3) 0,6 s
4) 0,8 s

2. Na slici je prikazana ovisnost koordinata središta kuglice obješene na oprugu o vremenu. Amplituda oscilacija jednaka je

1) 10 cm
2) 20 cm
3) -10 cm
2) -20 cm

3. Prilikom mjerenja pulsa osobe zabilježeno je 150 pulsacija krvi u 2 minute. Odredite učestalost kontrakcije srčanog mišića.

1) 0,8 Hz
2) 1 Hz
3) 1,25 Hz
4) 75 Hz

4. U kojim smjerovima titraju transverzalni valovi?

1) U svim smjerovima
2) Uzduž smjera širenja vala
3) Okomito na smjer širenja vala
4) I u smjeru širenja vala i okomito na širenje vala

5. Val frekvencije 4 Hz putuje duž vrpce brzinom 6 m/s. Valna duljina je

1) 0,75 m
2) 1,5 m
3) 24 m
4) nema dovoljno podataka za rješavanje

6. Kako će se promijeniti valna duljina kada se frekvencija titranja njezina izvora smanji za faktor 2?

1) Povećat će se 2 puta
2) Smanjit će se 2 puta
3) Neće se promijeniti
4) Smanjit će se 4 puta

7. U kojem mediju ne putuju zvučni valovi?

1) U čvrstim tvarima
2) U tekućinama
3) U plinovima
4) U vakuumu

8. Kako se nazivaju mehaničke vibracije čija frekvencija prelazi 20 000 Hz?

1) Zvuk
2) Ultrazvučni
3) Infrazvučni
4) Niti jedan odgovor nije točan

9. Vilica za ugađanje emitira zvučni val duljine 0,5 m. Brzina zvuka je 340 m/s. Kolika je frekvencija vibracije vilice za ugađanje?

1) 17 Hz
2) 680 Hz
3) 170 Hz
4) 3400 Hz

10. Ljudsko uho može percipirati zvukove s frekvencijama u rasponu od 20 Hz do 20 000 Hz. Koji raspon valnih duljina odgovara rasponu čujnosti zvučnih vibracija? Uzmimo da je brzina zvuka u zraku 340 m/s.

1) Od 20 m do 20.000 m
2) Od 6800 m do 6.800.000 m
3) Od 0,06 m do 58,8 m
4) Od 0,017 m do 17 m

11. Koje promjene čovjek primjećuje u zvuku kada se poveća amplituda vibracija u zvučnom valu?

1) Podignite visinu
2) Spuštanje visine tona
3) Povećajte glasnoću
4) Smanjenje glasnoće

12. Na kojoj je udaljenosti od broda santa leda ako je ultrazvučni signal koji šalje sonar primljen natrag nakon 4 s? Brzina ultrazvuka u vodi uzima se jednakom 1500 m/s.

1) 375 m
2) 750 s
3) 3000 m
4) 6000 m

Odgovori na test iz fizike Mehaničke vibracije i valovi Zvuk
1 opcija
1-2
2-1
3-4
4-2
5-2
6-3
7-3
8-3
9-1
10-1
11-1
12-2
opcija 2
1-4
2-1
3-3
4-3
5-2
6-1
7-4
8-2
9-2
10-4
11-3
12-3