Sauti ina jukumu muhimu katika maisha yetu. Sikio kuwa moja ya viungo vya hisi hutupatia uwezo wa kusikia ulimwengu unaotuzunguka. Sauti ni muhimu kushiriki habari, kuunda sanaa, kuingiliana na watu, kudhibiti ratiba za kazi na nyanja zingine nyingi za maisha.
Hebu tuelewe:
Chukua bendi ya mpira na kuiweka karibu na upande mrefu wa sanduku la penseli. Ingiza penseli mbili kati ya sanduku na mpira ulionyoshwa. Sasa piga bendi ya mpira mahali fulani katikati. Unaona nini?
Wakati mkanda ulionyooshwa sana unapokatwa, hutetemeka na kutoa sauti . Inapoacha kutetemeka, haitoi sauti. Mwendo wa kwenda na kurudi, au wa kurudi na kurudi wa kitu, unaitwa mtetemo.
Kwa wanadamu, sauti hutolewa na sanduku la sauti au larynx . Weka vidole vyako kwenye koo na upate uvimbe mgumu ambao unaonekana kusonga wakati unameza. Sehemu hii ya mwili inajulikana kama kisanduku cha sauti. Kamba mbili za sauti zimetandazwa kwenye kisanduku cha sauti kwa njia ambayo inaacha mwanya mwembamba kati yao ili kupitisha hewa. Mapafu yanapolazimisha hewa kupitia mwanya huo, nyuzi za sauti hutetemeka na kutoa sauti. Misuli iliyounganishwa na nyuzi za sauti inaweza kufanya kamba kuwa ngumu au huru.
Kwa nini sauti za wanaume, wanawake, na watoto ni tofauti?
Ni kwa sababu kamba za sauti kwa wanaume zina urefu wa karibu 20 mm. Katika wanawake, hizi ni karibu 5 mm mfupi. Watoto wana kamba fupi za sauti.
Tunasikia sauti kupitia masikio yetu. Umbo la sehemu ya nje ya sikio ni kama funnel. Sauti inapoingia masikioni mwetu, husafiri chini ya mfereji ambao mwisho wake ni utando mwembamba ulionyoshwa sana unaoitwa eardrum. Mitetemo ya sauti hufanya kiwambo cha sikio kitetemeke. Eardrum hutuma mitetemo kwenye sikio la ndani ambayo hutuma ishara kwenye ubongo na ndivyo tunavyosikia.
Sauti inahitaji njia kwa uenezi wake. Haiwezi kusafiri katika utupu. Hii ndiyo sababu wanaanga wawili hawawezi kusikiana wakiwa angani au mwezini ambako hakuna angahewa. Sauti inaweza kusafiri katika yabisi, kimiminika na gesi. Kasi yake ni zaidi katika kigumu, kidogo katika vimiminiko, na bado kidogo katika gesi. Kwa mfano, kasi ya sauti katika chuma ni karibu 5000 m/s, katika maji ni karibu 1500 m/s na hewani ni karibu 330 m/s. Hii inamaanisha nini? Inamaanisha kuwa kadiri chembe zinavyokuwa karibu ndivyo sauti inavyoweza kusafiri kwa kasi.
Wacha tuone jinsi sauti inavyosafiri kwa wastani.
Fikiria unasikiliza muziki kupitia spika. Je, sauti kutoka kwa spika inafikaje sikioni mwako? Sauti ni aina ya nishati inayohitaji nyenzo kusafiri. Sauti husafiri kama wimbi au usumbufu wa chembe za hewa. Wakati muziki unachezwa, spika inatetemeka. Muziki ukizimwa, tabaka za hewa husimama, lakini kipaza sauti kikiwashwa, mtetemo husumbua tabaka hizi za hewa. Chembe hizo hazisafiri kutoka kwa kitu kinachotetemeka hadi sikio. Chembe ya kati inayogusana na kitu kinachotetemeka kwanza huhamishwa kutoka kwenye nafasi yake ya msawazo. Kisha hutoa nguvu kwenye chembe iliyo karibu. Kama matokeo ambayo chembe iliyo karibu huhamishwa kutoka kwa nafasi yake ya kupumzika. Baada ya kuhamisha chembe iliyo karibu, chembe ya kwanza inarudi kwenye nafasi yake ya asili. Utaratibu huu unaendelea katikati hadi sauti kufikia sikio lako. Hiki ndicho kinachotokea wakati wa uenezaji wa sauti katika wastani, kwa hivyo sauti inaweza kuonekana kama wimbi.
Wakati kitu cha vibrating kikisonga mbele, inasukuma na kukandamiza hewa mbele yake na kuunda eneo la shinikizo la juu. Eneo hili linaitwa compression (C). Mfinyazo huu huanza kuondoka kutoka kwa kitu kinachotetemeka. Wakati kitu kinachotetemeka kinarudi nyuma, huunda eneo la shinikizo la chini linaloitwa rarefaction (R) . Kadiri kitu kinavyosogea na kurudi kwa kasi, msururu wa mbano na mienendo isiyo ya kawaida huundwa angani. Hizi hufanya wimbi la sauti ambalo hueneza kupitia kati. Ukandamizaji ni kanda ya shinikizo la juu na rarefaction ni eneo la shinikizo la chini. Shinikizo linahusiana na idadi ya chembe za kati katika kiasi fulani. Mwendo mmoja kamili wa kwenda na kurudi huunda mgandamizo mmoja na urejesho mmoja nadra ambao kwa pamoja huunda wimbi moja. Wimbi hili ambalo chembe za kati hutetemeka kuhusu nafasi zao za wastani katika mwelekeo wa uenezi wa sauti huitwa wimbi la longitudinal.
Baadhi ya maneno yanayohusiana na wimbi:
1) Amplitude: Uhamisho wa juu zaidi wa chembe ya kati kwa kila upande wa nafasi yake ya wastani inaitwa amplitude ya wimbi. Inaonyeshwa kwa herufi a na kitengo chake cha SI ni mita.
2) Kipindi cha muda: Muda unaochukuliwa na chembe ya kati hadi mtetemo kamili unaitwa muda wa wimbi. Inaonyeshwa na herufi T na kitengo chake cha SI ni cha pili.
3) Mzunguko: Idadi ya mitetemo inayofanywa na chembe ya kati katika sekunde moja inaitwa mzunguko wa wimbi. Inaonyeshwa na herufi f na kitengo chake cha SI ni cha pili -1 au hertz(Hz).
Katika Muda T, idadi ya mawimbi = 1, kwa hiyo katika namba 1 ya pili ya mawimbi au mzunguko ni
\(f = \frac{1}{T}\)
4) Urefu wa mawimbi : Umbali unaosafirishwa na wimbi katika kipindi cha wakati mmoja cha mtetemo wa chembe ya kati huitwa urefu wake wa mawimbi na huonyeshwa kwa ishara λ. Kitengo chake cha SI ni mita. Katika wimbi la longitudinal, umbali kati ya compression mbili mfululizo au nadra mbili mfululizo ni sawa na urefu wa wimbi moja.
Sauti za masafa chini ya takriban mitetemo 20 kwa sekunde(20 Hz) haziwezi kutambuliwa na sikio la mwanadamu. Sauti kama hizo huitwa zisizosikika. Kwa upande wa juu, sauti za masafa ya juu zaidi ya takriban mitetemo 20,000 kwa sekunde (kHz 20) pia hazisikiki kwa sikio la mwanadamu. Kwa hivyo, kwa sikio la mwanadamu, anuwai ya masafa ya kusikika ni takriban kutoka 20 hadi 20,000 Hz. Baadhi ya wanyama kama mbwa wanaweza kusikia sauti za masafa ya juu zaidi ya 20,000 Hz.
Wacha tutengeneze simu zetu za kamba.
Nyenzo Inahitajika: Kikombe 2 cha Karatasi, kipande cha kamba karibu na futi 2, msumari kutengeneza shimo kwenye vikombe vya karatasi.
1. Tumia msumari kutengeneza shimo ndogo chini ya kila kikombe cha karatasi
2. Vuta kamba kupitia kikombe na funga fundo. Tumia kipande kirefu cha uzi kusaidia sauti kusafiri mbali zaidi
3. Mtu mmoja anaweza kushikilia simu hadi sikioni na mwingine anaweza kuzungumza kwenye kikombe kingine. Weka kamba vizuri au mawimbi ya sauti hayatasafiri ipasavyo.
Inafanyaje kazi?
Mawimbi ya sauti huundwa wakati sauti zinapofanya mitetemo angani. Katika shughuli hii, sauti yako hutetemeka hewa ndani ya kikombe, ambayo huhamishiwa chini ya kikombe. Chini ya kikombe hupitisha mawimbi ya sauti kwa kamba, na kadhalika kwa kikombe kingine.
