Zvuk igra važnu ulogu u našim životima. Uho kao jedan od naših osjetilnih organa daje nam mogućnost da čujemo svijet oko sebe. Zvuk je ključan za dijeljenje informacija, stvaranje umjetnosti, interakciju s ljudima, reguliranje rasporeda rada i mnoge druge bezbrojne aspekte života.
Da razumijemo:
Uzmite gumicu i stavite je oko duže strane kutije za olovke. Umetnite dvije olovke između kutije i rastegnute gume. Sada počupajte gumicu negdje na sredini. Što opažate?
Kad se čvrsto nategnuta traka trga, ona vibrira i proizvodi zvuk . Kada prestane vibrirati, ne proizvodi zvuk. Kretanje predmeta naprijed-natrag ili naprijed-natrag naziva se vibracija.
Kod ljudi zvuk proizvodi glasovna kutija ili grkljan . Stavite prste na grlo i pronađite tvrdu kvrgu koja kao da se pomiče kad gutate. Ovaj dio tijela poznat je kao glasovna kutija. Dvije glasnice rastegnute su preko govorne kutije na takav način da između njih ostavlja uzak prorez za prolaz zraka. Kada pluća tjeraju zrak kroz prorez, glasnice vibriraju, proizvodeći zvuk. Mišići pričvršćeni na glasnice mogu ih zategnuti ili olabaviti.
Zašto se glasovi muškaraca, žena i djece razlikuju?
To je zato što su glasnice kod muškaraca dugačke oko 20 mm. Kod žena su oko 5 mm kraći. Djeca imaju vrlo kratke glasnice.
Zvuk čujemo kroz uši. Oblik vanjskog dijela uha je poput lijevka. Kada zvuk uđe u naše uho, putuje niz kanal na čijem se kraju nalazi tanka čvrsto rastegnuta membrana koja se naziva bubnjić. Zvučne vibracije uzrokuju vibriranje bubnjića. Bubnjić šalje vibracije u unutarnje uho koje šalje signal mozgu i tako čujemo.
Zvuku je potreban medij za njegovo širenje. Ne može putovati u vakuumu. To je razlog zašto se dva astronauta ne čuju u svemiru ili na Mjesecu gdje nema atmosfere. Zvuk se može širiti u čvrstim tvarima, tekućinama i plinovima. Njegova brzina je veća u čvrstom stanju, manja u tekućinama, a još manja u plinovima. Na primjer, brzina zvuka u željezu je gotovo 5000 m/s, u vodi je gotovo 1500 m/s, au zraku je gotovo 330 m/s. Što ovo implicira? To implicira da što su čestice bliže, zvuk može putovati brže.
Pogledajmo kako zvuk putuje u mediju.
Zamislite da slušate glazbu preko zvučnika. Kako zvuk iz zvučnika dopire do vašeg uha? Zvuk je oblik energije koji treba materijal da putuje. Zvuk putuje kao val ili uznemirenje čestica zraka. Kada svira glazba, zvučnik vibrira. Kad je glazba isključena, slojevi zraka miruju, ali kad je zvučnik uključen, vibracije ometaju te slojeve zraka. Čestice ne putuju od objekta koji vibrira do uha. Čestica medija u dodiru s vibrirajućim objektom prvo se pomakne iz ravnotežnog položaja. Zatim djeluje silom na susjednu česticu. Uslijed čega se susjedna čestica pomiče iz položaja mirovanja. Nakon pomicanja susjedne čestice, prva se čestica vraća u prvobitni položaj. Ovaj proces se nastavlja u mediju sve dok zvuk ne dopre do vašeg uha. To je ono što se događa tijekom širenja zvuka u mediju, stoga se zvuk može vizualizirati kao val.
Kada se vibrirajući objekt kreće prema naprijed, on gura i komprimira zrak ispred sebe stvarajući područje visokog tlaka. Ovo područje se naziva kompresija (C). Ova kompresija se počinje udaljavati od vibrirajućeg objekta. Kada se vibrirajući objekt kreće unatrag, stvara područje niskog tlaka koje se naziva razrijeđenost (R) . Kako se objekt brzo kreće naprijed-nazad, u zraku se stvara niz kompresija i razrjeđenja. Oni stvaraju zvučni val koji se širi kroz medij. Kompresija je područje visokog tlaka, a razrijeđenost područje niskog tlaka. Tlak je povezan s brojem čestica medija u određenom volumenu. Jedno potpuno kretanje naprijed-natrag tvori jedno sabijanje i jedno razrijeđenje koji zajedno čine jedan val. Ovaj val u kojem čestice medija titraju oko svojih srednjih položaja u smjeru širenja zvuka naziva se longitudinalni val.
Neki pojmovi vezani uz val:
1) Amplituda: Maksimalni pomak čestice medija s obje strane srednjeg položaja naziva se amplituda vala. Označava se slovom a, a njegova SI jedinica je metar.
2) Vremenski period: Vrijeme koje je čestici medija potrebno da završi vibraciju naziva se vremenskim periodom vala. Označava se slovom T, a njegova SI jedinica je druga.
3) Frekvencija: Broj titraja koje napravi čestica medija u jednoj sekundi naziva se frekvencija vala. Označava se slovom f, a njegova SI jedinica je sekunda -1 ili herc (Hz).
U vremenu T, broj valova = 1, dakle u 1 sekundi broj valova ili frekvencija je
\(f = \frac{1}{T}\)
4) Valna duljina: Udaljenost koju val prijeđe u jednom vremenskom razdoblju titranja čestice medija naziva se njegovom valnom duljinom i označava se simbolom λ. Njegova SI jedinica je metar. U longitudinalnom valu udaljenost između dva uzastopna sabijanja ili dva uzastopna razrjeđivanja jednaka je jednoj valnoj duljini.
Ljudsko uho ne može detektirati zvukove frekvencije manje od oko 20 vibracija u sekundi (20 Hz). Takvi se zvukovi nazivaju nečujnim. S druge strane, zvukovi frekvencija viših od oko 20 000 vibracija u sekundi (20 kHz) također nisu čujni ljudskom uhu. Dakle, za ljudsko uho, raspon čujnih frekvencija je otprilike od 20 do 20 000 Hz. Neke životinje poput pasa mogu čuti zvukove frekvencija viših od 20 000 Hz.
Kreirajmo vlastiti telefon s žicama.
Potreban materijal: 2 papirnate čaše, komad konca oko 2 stope, čavao za rupu u papirnatim čašama
1. Koristite čavlić da napravite malu rupu na dnu svake papirnate čaše
2. Provucite konac kroz šalicu i zavežite čvor. Upotrijebite dugi komad žice kako biste zvuku donijeli dalje
3. Jedna osoba može držati telefon uz uho, a druga osoba može govoriti u drugu šalicu. Držite žicu zategnutom ili zvučni valovi neće pravilno putovati.
Kako radi?
Zvučni valovi nastaju kada zvukovi stvaraju vibracije u zraku. U ovoj aktivnosti vaš glas vibrira zrak unutar šalice, koji se zatim prenosi na dno šalice. Dno čaše prenosi zvučne valove na žicu, i tako dalje na drugu čašu.
