Dźwięk odgrywa ważną rolę w naszym życiu. Ucho jako jeden z naszych narządów zmysłów daje nam możliwość słyszenia otaczającego nas świata. Dźwięk jest niezbędny do dzielenia się informacjami, tworzenia sztuki, interakcji z ludźmi, regulowania harmonogramów pracy i wielu innych niezliczonych aspektów życia.
Pozwól nam zrozumieć:
Weź gumkę recepturkę i umieść ją wokół dłuższego boku piórnika. Włóż dwa ołówki między pudełko a rozciągniętą gumę. Teraz zerwij gumkę gdzieś pośrodku. Co obserwujesz?
Kiedy mocno naciągnięta taśma jest szarpana, wibruje i wydaje dźwięk . Kiedy przestaje wibrować, nie wydaje dźwięku. Ruch tam iz powrotem lub tam iz powrotem obiektu nazywa się wibracją.
U ludzi dźwięk jest wytwarzany przez skrzynkę głosową lub krtań . Połóż palce na gardle i znajdź twardy guzek, który wydaje się poruszać podczas przełykania. Ta część ciała jest znana jako skrzynka głosowa. Dwie struny głosowe są rozciągnięte w poprzek krtani w taki sposób, że pozostawia między nimi wąską szczelinę umożliwiającą przepływ powietrza. Kiedy płuca przepychają powietrze przez szczelinę, struny głosowe wibrują, wytwarzając dźwięk. Mięśnie przyczepione do strun głosowych mogą sprawić, że struny będą napięte lub luźne.
Dlaczego głosy mężczyzn, kobiet i dzieci są różne?
To dlatego, że struny głosowe u mężczyzn mają około 20 mm długości. U kobiet są one o około 5 mm krótsze. Dzieci mają bardzo krótkie struny głosowe.
Słyszymy dźwięk przez nasze uszy. Kształt zewnętrznej części ucha przypomina lejek. Kiedy dźwięk dostaje się do naszych uszu, przemieszcza się kanałem, na końcu którego znajduje się cienka, mocno rozciągnięta membrana zwana błoną bębenkową. Wibracje dźwiękowe powodują wibracje błony bębenkowej. Bębenek wysyła wibracje do ucha wewnętrznego, które wysyła sygnał do mózgu i tak właśnie słyszymy.
Dźwięk potrzebuje medium do swojego rozchodzenia się. Nie może podróżować w próżni. To jest powód, dla którego dwóch astronautów nie słyszy się w kosmosie lub na Księżycu, gdzie nie ma atmosfery. Dźwięk może rozchodzić się w ciałach stałych, cieczach i gazach. Jego prędkość jest większa w ciałach stałych, mniejsza w cieczach, a jeszcze mniejsza w gazach. Na przykład prędkość dźwięku w żelazie wynosi prawie 5000 m/s, w wodzie prawie 1500 m/s, aw powietrzu prawie 330 m/s. Co to oznacza? Oznacza to, że im bliżej cząstki leżą, tym szybciej dźwięk może się przemieszczać.
Zobaczmy, jak dźwięk rozchodzi się w ośrodku.
Wyobraź sobie, że słuchasz muzyki przez głośnik. W jaki sposób dźwięk z głośnika dociera do Twojego ucha? Dźwięk jest formą energii, która potrzebuje materiału do przebycia. Dźwięk przemieszcza się jako fala lub zaburzenie cząstek powietrza. Podczas odtwarzania muzyki głośnik wibruje. Kiedy muzyka jest wyłączona, warstwy powietrza są nieruchome, ale gdy głośnik jest włączony, wibracje zakłócają te warstwy powietrza. Cząsteczki nie przemieszczają się z wibrującego obiektu do ucha. Cząstka ośrodka stykająca się z drgającym przedmiotem jest najpierw przemieszczana z położenia równowagi. Następnie wywiera siłę na sąsiednią cząstkę. W wyniku czego sąsiednia cząstka zostaje przesunięta ze swojego położenia spoczynkowego. Po przesunięciu sąsiedniej cząstki, pierwsza cząstka wraca do swojego pierwotnego położenia. Proces ten trwa w medium, dopóki dźwięk nie dotrze do ucha. Tak dzieje się podczas rozchodzenia się dźwięku w ośrodku, dlatego dźwięk można zobrazować jako falę.
Kiedy wibrujący obiekt porusza się do przodu, popycha i spręża powietrze przed sobą, tworząc obszar wysokiego ciśnienia. Ten region nazywa się kompresją (C). Ta kompresja zaczyna oddalać się od wibrującego obiektu. Kiedy wibrujący obiekt porusza się do tyłu, tworzy obszar niskiego ciśnienia zwany rozrzedzeniem (R) . Gdy obiekt porusza się szybko tam iz powrotem, w powietrzu powstaje seria zagęszczeń i rozrzedzeń. Tworzą one falę dźwiękową, która rozchodzi się w ośrodku. Kompresja to obszar wysokiego ciśnienia, a rozrzedzenie to obszar niskiego ciśnienia. Ciśnienie jest związane z liczbą cząstek ośrodka w danej objętości. Jeden pełny ruch tam iz powrotem tworzy jedną kompresję i jedno rozrzedzenie, które razem tworzą jedną falę. Ta fala, w której cząstki ośrodka wibrują wokół swoich średnich położeń w kierunku rozchodzenia się dźwięku, nazywana jest falą podłużną.
Niektóre terminy związane z falą:
1) Amplituda: Maksymalne przemieszczenie cząstki ośrodka po obu stronach jej średniego położenia nazywane jest amplitudą fali. Jest oznaczony literą a, a jego jednostką w układzie SI jest metr.
2) Okres czasu: Czas potrzebny cząstce ośrodka do pełnego wibrowania nazywany jest okresem fali. Jest oznaczony literą T, a jego jednostką SI jest sekunda.
3) Częstotliwość: Liczba drgań wykonanych przez cząstkę ośrodka w ciągu jednej sekundy nazywana jest częstotliwością fali. Jest oznaczony literą f, a jego jednostką w układzie SI jest sekunda -1 lub herc(Hz).
W czasie T liczba fal = 1, a zatem w ciągu 1 sekundy liczba fal lub częstotliwość wynosi
\(f = \frac{1}{T}\)
4) Długość fali: Odległość przebyta przez falę w jednym okresie drgań cząstki ośrodka nazywana jest jej długością fali i oznaczana jest symbolem λ. Jego jednostką SI jest metr. W fali podłużnej odległość między dwoma kolejnymi uciśnięciami lub dwoma kolejnymi rozrzedzeniami jest równa jednej długości fali.
Dźwięki o częstotliwości mniejszej niż około 20 drgań na sekundę (20 Hz) nie są wykrywane przez ludzkie ucho. Takie dźwięki nazywane są niesłyszalnymi. Z wyższej strony dźwięki o częstotliwościach wyższych niż około 20 000 drgań na sekundę (20 kHz) również nie są słyszalne dla ludzkiego ucha. Tak więc dla ludzkiego ucha zakres słyszalnych częstotliwości wynosi w przybliżeniu od 20 do 20 000 Hz. Niektóre zwierzęta, takie jak psy, słyszą dźwięki o częstotliwości wyższej niż 20 000 Hz.
Stwórzmy własny telefon strunowy.
Wymagane materiały: 2 papierowe kubki, kawałek sznurka o długości około 2 stóp, gwóźdź do zrobienia dziury w papierowych kubkach
1. Użyj gwoździa, aby zrobić mały otwór w dnie każdego papierowego kubka
2. Przeciągnij sznurek przez miseczkę i zawiąż supeł. Użyj długiego kawałka sznurka, aby dźwięk mógł dotrzeć dalej
3. Jedna osoba może trzymać telefon przy uchu, a druga osoba może mówić do drugiego kubka. Trzymaj sznurek napięty, inaczej fale dźwiękowe nie będą się prawidłowo przemieszczać.
Jak to działa?
Fale dźwiękowe powstają, gdy dźwięki powodują wibracje w powietrzu. W tym ćwiczeniu Twój głos wibruje powietrze wewnątrz kubka, które jest następnie przenoszone na dno kubka. Dno kubka przekazuje fale dźwiękowe do struny i tak dalej do drugiego kubka.
