เสียงมีบทบาทสำคัญในชีวิตของเรา หูเป็นอวัยวะรับความรู้สึกอย่างหนึ่ง ทำให้เราได้ยินสิ่งต่างๆ รอบตัวเรา เสียงมีความสำคัญต่อการแบ่งปันข้อมูล การสร้างสรรค์งานศิลปะ การโต้ตอบกับผู้คน การควบคุมตารางการทำงาน และแง่มุมอื่นๆ อีกมากมายในชีวิต
ให้เราเข้าใจ:
นำหนังยางมาพันรอบด้านยาวของกล่องดินสอ ใส่ดินสอสองแท่งระหว่างกล่องกับยางยืด ตอนนี้ดึงแถบยางที่อยู่ตรงกลาง คุณสังเกตอะไร
เมื่อดึงแถบที่ยืดแน่นออก มันจะสั่นและส่งเสียง เมื่อหยุดสั่น จะไม่มีเสียง การเคลื่อนที่ไปมาของวัตถุเรียกว่า การสั่นสะเทือน
ในมนุษย์ เสียงเกิดจากกล่องเสียงหรือกล่อง เสียง วางนิ้วของคุณบนคอและพบก้อนแข็งที่ดูเหมือนจะเคลื่อนไหวเมื่อคุณกลืน ส่วนนี้ของร่างกายเรียกว่ากล่องเสียง เส้นเสียงสองเส้นถูกยืดไปตามกล่องเสียงในลักษณะที่ทำให้ช่องแคบระหว่างทั้งสองช่องสำหรับทางเดินของอากาศ เมื่อปอดดันอากาศผ่านช่อง เส้นเสียงจะสั่นทำให้เกิดเสียง กล้ามเนื้อที่ติดกับสายเสียงอาจทำให้สายตึงหรือหลวมได้
ทำไมเสียงของผู้ชาย ผู้หญิง และเด็กถึงแตกต่างกัน?
เป็นเพราะเส้นเสียงในผู้ชายมีความยาวประมาณ 20 มม. ในผู้หญิงจะสั้นกว่าประมาณ 5 มม. เด็กมีสายเสียงที่สั้นมาก
เราได้ยินเสียงทางหู รูปร่างของส่วนนอกของหูเป็นเหมือนกรวย เมื่อเสียงเข้าสู่หูของเรา เสียงจะเดินทางลงไปตามลำคลองที่ปลายสุดซึ่งเป็นเยื่อบาง ๆ ที่ยืดแน่นซึ่งเรียกว่า แก้วหู การสั่นสะเทือนของเสียงทำให้แก้วหูสั่นสะเทือน แก้วหูส่งการสั่นสะเทือนไปยังหูชั้นในซึ่งส่งสัญญาณไปยังสมองและนั่นคือวิธีที่เราได้ยิน
เสียงต้องการตัวกลางในการแพร่กระจาย ไม่สามารถเดินทางในสุญญากาศได้ นี่คือเหตุผลที่นักบินอวกาศสองคนไม่ได้ยินเสียงกันและกันในอวกาศหรือบนดวงจันทร์ที่ไม่มีชั้นบรรยากาศ เสียงสามารถเดินทางได้ทั้งในของแข็ง ของเหลว และก๊าซ ความเร็วของมันมีค่ามากกว่าในของแข็ง ของเหลวน้อยกว่า และยังน้อยกว่าในก๊าซอีกด้วย ตัวอย่างเช่น ความเร็วของเสียงในเหล็กเกือบ 5,000 ม./วินาที ในน้ำเกือบ 1,500 ม./วินาที และในอากาศเกือบ 330 ม./วินาที สิ่งนี้หมายความว่าอย่างไร หมายความว่ายิ่งอนุภาคอยู่ใกล้เท่าไร เสียงก็จะเดินทางได้เร็วเท่านั้น
มาดูกันว่าเสียงเดินทางในตัวกลางอย่างไร
ลองนึกภาพคุณฟังเพลงผ่านลำโพง เสียงจากลำโพงมาถึงหูของคุณได้อย่างไร? เสียงเป็นรูปแบบหนึ่งของพลังงานซึ่งต้องการวัตถุเพื่อเดินทาง เสียงเดินทางเป็นคลื่นหรือการรบกวนของอนุภาคในอากาศ เมื่อเพลงกำลังเล่น ลำโพงจะสั่น เมื่อปิดเพลง ชั้นของอากาศจะหยุดนิ่ง แต่เมื่อเปิดลำโพง การสั่นสะเทือนจะรบกวนชั้นของอากาศเหล่านี้ อนุภาคไม่เดินทางจากวัตถุที่สั่นสะเทือนไปยังหู อนุภาคของตัวกลางที่สัมผัสกับวัตถุที่สั่นสะเทือนจะถูกแทนที่จากตำแหน่งสมดุลก่อน จากนั้นจะออกแรงกับอนุภาคที่อยู่ติดกัน อันเป็นผลมาจากการที่อนุภาคที่อยู่ติดกันถูกแทนที่จากตำแหน่งที่เหลือ หลังจากแทนที่อนุภาคที่อยู่ติดกันแล้ว อนุภาคแรกจะกลับมาที่ตำแหน่งเดิม กระบวนการนี้ดำเนินต่อไปในสื่อจนกว่าเสียงจะมาถึงหูของคุณ นี่คือสิ่งที่เกิดขึ้นระหว่างการแพร่กระจายของเสียงในตัวกลาง ดังนั้นเสียงจึงถูกมองเห็นเป็นคลื่น
เมื่อวัตถุที่สั่นสะเทือนเคลื่อนที่ไปข้างหน้า มันจะผลักและบีบอัดอากาศที่อยู่ด้านหน้าวัตถุนั้น ทำให้เกิดบริเวณที่มีความกดอากาศสูง ภูมิภาคนี้เรียกว่า การบีบอัด (C) การบีบอัดนี้เริ่มเคลื่อนออกจากวัตถุที่สั่น เมื่อวัตถุที่สั่นสะเทือนเคลื่อนที่ไปข้างหลัง จะสร้างบริเวณที่มีความดันต่ำที่เรียกว่า การทำให้บริสุทธิ์ (R) เมื่อวัตถุเคลื่อนที่ไปมาอย่างรวดเร็ว ชุดของการบีบอัดและการแยกส่วนจะถูกสร้างขึ้นในอากาศ เหล่านี้ทำให้คลื่นเสียงที่แพร่กระจายผ่านตัวกลาง การบีบอัดเป็นบริเวณที่มีความกดอากาศสูงและการทำให้บริสุทธิ์เป็นบริเวณที่มีความกดอากาศต่ำ ความดันเกี่ยวข้องกับจำนวนอนุภาคของตัวกลางในปริมาตรที่กำหนด การเคลื่อนไหวที่สมบูรณ์ไปและกลับก่อให้เกิดการบีบอัดหนึ่งครั้งและการทำให้บริสุทธิ์หนึ่งครั้งซึ่งรวมกันเป็นคลื่นเดียว คลื่นนี้ซึ่งอนุภาคของตัวกลางสั่นรอบตำแหน่งเฉลี่ยในทิศทางการแพร่กระจายของเสียงเรียกว่า คลื่นตามยาว
คำบางคำที่เกี่ยวข้องกับคลื่น:
1) แอมพลิจูด: การกระจัดสูงสุดของอนุภาคของตัวกลางที่ด้านใดด้านหนึ่งของตำแหน่งเฉลี่ย เรียกว่า แอมพลิจูดของคลื่น มันเขียนแทนด้วยตัวอักษร a และหน่วย SI ของมันคือเมตร
2) ช่วงเวลา: เวลาที่อนุภาคของตัวกลางใช้ในการสั่นจนสมบูรณ์เรียกว่า ช่วงเวลาของคลื่น มันเขียนแทนด้วยตัวอักษร T และหน่วย SI เป็นหน่วยที่สอง
3) ความถี่: จำนวนการสั่นสะเทือนที่เกิดจากอนุภาคของตัวกลางในหนึ่งวินาทีเรียกว่าความถี่ของคลื่น มันเขียนแทนด้วยตัวอักษร f และหน่วย SI ของมันคือวินาที -1 หรือเฮิรตซ์ (Hz)
ในเวลา T จำนวนคลื่น = 1 ดังนั้นใน 1 วินาที จำนวนคลื่นหรือความถี่คือ
\(f = \frac{1}{T}\)
4) ความยาวคลื่น: ระยะทางที่คลื่นเดินทางในช่วงเวลาหนึ่งของการสั่นสะเทือนของอนุภาคของตัวกลางเรียกว่าความยาวคลื่นและแสดงด้วยสัญลักษณ์ λ หน่วย SI ของมันคือเมตร ในคลื่นตามยาว ระยะห่างระหว่างการบีบอัดสองครั้งติดต่อกันหรือการทำให้บริสุทธิ์สองครั้งติดต่อกันจะเท่ากับหนึ่งความยาวคลื่น
หูมนุษย์ไม่สามารถตรวจจับเสียงที่มีความถี่น้อยกว่าประมาณ 20 ครั้งต่อวินาที (20 Hz) ได้ เสียงดังกล่าวเรียกว่าไม่ได้ยิน ในด้านที่สูงกว่า เสียงที่มีความถี่สูงกว่าประมาณ 20,000 การสั่นสะเทือนต่อวินาที (20 kHz) จะไม่ได้ยินจากหูมนุษย์เช่นกัน ดังนั้น สำหรับหูของมนุษย์ ช่วงของความถี่ที่ได้ยินจะอยู่ที่ประมาณ 20 ถึง 20,000 Hz สัตว์บางชนิด เช่น สุนัขสามารถได้ยินเสียงที่มีความถี่สูงกว่า 20,000 Hz
ให้เราสร้างโทรศัพท์สายของเราเอง
วัสดุที่ต้องการ: ถ้วยกระดาษ 2 ใบ, เชือกยาวประมาณ 2 ฟุต, ตะปูสำหรับเจาะรูในถ้วยกระดาษ
1. ใช้ตะปูเจาะรูเล็ก ๆ ที่ด้านล่างของถ้วยกระดาษแต่ละใบ
2. ดึงเชือกผ่านถ้วยแล้วมัดเป็นปม ใช้เชือกเส้นยาวเพื่อช่วยให้เสียงเดินทางได้ไกลขึ้น
3. คนหนึ่งสามารถยกโทรศัพท์ขึ้นแนบหูและอีกคนหนึ่งสามารถพูดคุยในถ้วยอีกใบได้ รัดสายให้แน่น มิฉะนั้นคลื่นเสียงจะเดินทางไม่ถูกต้อง
มันทำงานอย่างไร?
คลื่นเสียงถูกสร้างขึ้นเมื่อเสียงทำให้เกิดการสั่นสะเทือนในอากาศ ในกิจกรรมนี้ เสียงของคุณจะสั่นสะเทือนอากาศภายในถ้วย จากนั้นจะถ่ายโอนไปยังด้านล่างของถ้วย ก้นถ้วยจะส่งผ่านคลื่นเสียงไปยังสายและส่งต่อไปยังถ้วยอีกใบ
