Ljud spelar en viktig roll i våra liv. Att örat är ett av våra sinnesorgan ger oss förmågan att höra världen omkring oss. Ljud är avgörande för att dela information, skapa konst, interagera med människor, reglera arbetsscheman och många andra otaliga aspekter av livet.
Låt oss förstå:
Ta ett gummiband och sätt det runt den längre sidan av pennlådan. Sätt in två pennor mellan lådan och det sträckta gummit. Plocka nu gummibandet någonstans i mitten. Vad observerar du?
När ett hårt sträckt band plockas, vibrerar det och producerar ljud . När den slutar vibrera producerar den inget ljud. Fram och tillbaka, eller fram och tillbaka rörelse av ett föremål, kallas vibration.
Hos människor produceras ljudet av röstlådan eller struphuvudet . Sätt fingrarna på halsen och hitta en hård bula som verkar röra sig när du sväljer. Denna del av kroppen är känd som röstlådan. Två stämband sträcks över röstlådan på ett sådant sätt att det lämnar en smal slits mellan dem för passage av luft. När lungorna tvingar luft genom springan vibrerar stämbanden och producerar ljud. Muskler som är fästa vid stämbanden kan göra att banden blir spända eller lösa.
Varför är mäns, kvinnors och barns röster olika?
Det beror på att stämbanden hos män är cirka 20 mm långa. Hos kvinnor är dessa cirka 5 mm kortare. Barn har väldigt korta stämband.
Vi hör ljud genom våra öron. Formen på den yttre delen av örat är som en tratt. När ljud kommer in i våra öron, färdas det nerför en kanal i slutet av vilken är en tunn tätt sträckt hinna som kallas trumhinnan. Ljudvibrationer får trumhinnan att vibrera. Trumhinnan skickar vibrationer till innerörat som skickar signalen till hjärnan och det är så vi hör.
Ljud behöver ett medium för dess spridning. Den kan inte resa i ett vakuum. Detta är anledningen till att två astronauter inte kan höra varandra i rymden eller på månen där det inte finns någon atmosfär. Ljud kan färdas i fasta ämnen, vätskor och gaser. Dess hastighet är mer i fasta ämnen, mindre i vätskor och ännu mindre i gaser. Till exempel är ljudhastigheten i järn nästan 5000 m/s, i vatten är den nästan 1500 m/s och i luft är den nästan 330 m/s. Vad innebär detta? Det innebär att ju närmare partiklarna ligger desto snabbare kan ljudet färdas.
Låt oss se hur ljud färdas i ett medium.
Föreställ dig att du lyssnar på musik genom en högtalare. Hur når ljudet från högtalaren ditt öra? Ett ljud är en form av energi som behöver material för att resa. Ljud färdas som en våg eller störning av luftpartiklar. När musiken spelas vibrerar högtalaren. När musiken är avstängd står luftlager stilla, men när högtalaren är på stör vibrationer dessa luftlager. Partiklarna färdas inte från det vibrerande föremålet till örat. En partikel av mediet i kontakt med det vibrerande föremålet förskjuts först från dess jämviktsläge. Den utövar sedan en kraft på den intilliggande partikeln. Som ett resultat av vilket den intilliggande partikeln förskjuts från sin viloposition. Efter att ha förskjutit den intilliggande partikeln kommer den första partikeln tillbaka till sin ursprungliga position. Denna process fortsätter i mediet tills ljudet når ditt öra. Detta är vad som händer under fortplantningen av ljud i ett medium, därför kan ljud visualiseras som en våg.
När ett vibrerande föremål rör sig framåt trycker det och komprimerar luften framför det och skapar ett område med högt tryck. Denna region kallas kompression (C). Denna kompression börjar röra sig bort från det vibrerande föremålet. När det vibrerande föremålet rör sig bakåt skapar det ett område med lågt tryck som kallas sällsynthet (R) . När föremålet rör sig snabbt fram och tillbaka skapas en serie av kompressioner och sällsynthet i luften. Dessa gör ljudvågen som fortplantar sig genom mediet. Kompression är området med högt tryck och sällsynthet är området med lågt tryck. Trycket är relaterat till antalet partiklar i ett medium i en given volym. En fullständig fram och tillbaka rörelse bildar en kompression och en sällsynthet som tillsammans utgör en våg. Denna våg i vilken mediets partiklar vibrerar kring sina medelpositioner i ljudets utbredningsriktning kallas en longitudinell våg.
Några termer relaterade till våg:
1) Amplitud: Den maximala förskjutningen av partikeln i ett medium på vardera sidan av dess medelposition kallas amplituden för en våg. Den betecknas med bokstaven a och dess SI-enhet är meter.
2) Tidsperiod: Den tid det tar för en partikel av mediet att fullborda vibrationen kallas vågens tidsperiod. Den betecknas med bokstaven T och dess SI-enhet är andra.
3) Frekvens: Antalet vibrationer som görs av en partikel av mediet på en sekund kallas vågens frekvens. Den betecknas med bokstaven f och dess SI-enhet är sekund -1 eller hertz(Hz).
I tid T är antalet vågor = 1, därför är antalet vågor eller frekvens på 1 sekund
\(f = \frac{1}{T}\)
4) Våglängd: Avståndet som vågen tillryggalagt under en tidsperiod av vibration av mediumpartikeln kallas dess våglängd och betecknas med symbolen λ. Dess SI-enhet är meter. I en longitudinell våg är avståndet mellan två på varandra följande kompressioner eller två på varandra följande särskiljningar lika med en våglängd.
Ljud av frekvenser mindre än cirka 20 vibrationer per sekund (20 Hz) kan inte upptäckas av det mänskliga örat. Sådana ljud kallas ohörbara. På den högre sidan är ljud med frekvenser högre än cirka 20 000 vibrationer per sekund (20 kHz) inte heller hörbara för det mänskliga örat. Således, för det mänskliga örat, är området för hörbara frekvenser ungefär från 20 till 20 000 Hz. Vissa djur som hundar kan höra ljud med frekvenser högre än 20 000 Hz.
Låt oss skapa vår egen strängtelefon.
Material som krävs: 2 pappersmuggar, en bit snöre runt 2 fot, spik för att göra ett hål i pappersmuggarna
1. Använd en spik för att göra ett litet hål i botten av varje pappersmugg
2. Dra snöret genom koppen och knyt en knut. Använd en lång bit snöre för att hjälpa ljudet att resa längre
3. En person kan hålla telefonen mot örat och den andra personen kan prata i den andra koppen. Håll strängen spänd annars kommer ljudvågorna inte att färdas korrekt.
Hur fungerar det?
Ljudvågor skapas när ljud gör vibrationer i luften. I denna aktivitet vibrerar din röst luften inuti koppen, som sedan överförs till botten av koppen. Bägarens botten skickar ljudvågorna till strängen och så vidare till den andra koppen.
