Plik energia Dźwięku lub akustyczny to taki, który przenosi fale dźwiękowe, gdy rozchodzą się w ośrodku, którym może być gaz, taki jak powietrze, ciecz lub ciało stałe. Ludzie i wiele zwierząt wykorzystuje energię akustyczną do interakcji ze środowiskiem.
W tym celu mają wyspecjalizowane organy, na przykład struny głosowe, zdolne do wytwarzania wibracji. Wibracje te są przenoszone w powietrzu, aby dotrzeć do innych wyspecjalizowanych organów odpowiedzialnych za ich interpretację..
Drgania powodują kolejne kompresje i rozszerzania się powietrza lub ośrodka otaczającego źródło, które rozchodzą się z określoną prędkością. To nie cząstki przemieszczają się, ale są ograniczone do oscylacji względem ich pozycji równowagi. Przekazywane są zakłócenia.
Jak dobrze wiadomo, obiekty, które się poruszają, mają energię. Zatem fale przemieszczające się w ośrodku niosą ze sobą również energię związaną z ruchem cząstek (energia kinetyczna), a także energię, którą to medium samo posiada, zwaną energią potencjalną..
Indeks artykułów
Jak wiadomo, obiekty, które się poruszają, mają energię. Podobnie fale przemieszczające się w ośrodku niosą ze sobą energię związaną z ruchem cząstek (energia kinetyczna), a także energię odkształcenia ośrodka lub energię potencjalną.
Zakładając bardzo małą część ośrodka, którą może być powietrze, każda cząstka ma prędkość lub, ma energię kinetyczną K. podane przez:
K = ½ mudwa
Cząstka ma również energię potencjalną LUB która zależy od zmiany głośności, jakiej doświadcza, bycia Vo początkowa objętość, V ostateczna objętość i p ciśnienie zależne od położenia i czasu:
Znak ujemny wskazuje na wzrost energii potencjalnej, ponieważ rozchodząca się fala działa na element objętości dV po ściśnięciu, dzięki dodatniemu ciśnieniu akustycznemu.
Masa elementu płynu pod względem gęstości początkowej ρlub i początkową objętość Vlub to jest:
mlub= ρlubVlub
A jak zachowuje się masę (zasada zachowania masy):
ρV = ρlubVlub = stała
Dlatego całkowita energia jest następująca:
Całkę można rozwiązać, stosując zasadę zachowania masy
mlub = mfa
Pochodna stałej wynosi 0, więc (ρV) ” = 0. Dlatego:
dV = (-V / ρ) dρ
Izaak Newton ustalił, że:
(dp / dρ) = cdwa
Gdzie do reprezentuje prędkość dźwięku w danym płynie. Podstawiając powyższe do całki, uzyskuje się energię potencjalną ośrodka:
pdp=%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%5Cleft&space;(%5Cfrac%7BV%7D%7B%5Crho&space;c%5E%7B2%7D%7D&space;%5Cright&space;)p%5E%7B2%7D)
Takp jużv są odpowiednio amplitudami fali ciśnienia i prędkością, średnia energia ε fali dźwiękowej wynosi:
Dźwięk można scharakteryzować za pomocą wielkości zwanej intensywność.
Intensywność dźwięku definiuje się jako energię, która przechodzi w ciągu jednej sekundy przez jednostkę powierzchni prostopadłą do kierunku propagacji dźwięku.
Ponieważ energia na jednostkę czasu to potęga P., intensywność dźwięku ja można wyrazić jako:
Każdy rodzaj fali dźwiękowej ma charakterystyczną częstotliwość i niesie określoną energię. Wszystko to determinuje jego zachowanie akustyczne. Ponieważ dźwięk jest tak ważny dla życia ludzkiego, typy dźwięków podzielono na trzy duże grupy, zgodnie z zakresem częstotliwości słyszalnych dla człowieka:
- Infradźwięki, których częstotliwość jest mniejsza niż 20 Hz.
- Słyszalne widmo o częstotliwościach w zakresie od 20 Hz do 20000 Hz.
- Ultradźwięki o częstotliwościach większych niż 20000 Hz.
Wysokość dźwięku, to znaczy czy jest wysoki, niski czy średni, zależy od częstotliwości. Niższe częstotliwości są interpretowane jako dźwięki basowe, w przybliżeniu między 20 a 400 Hz.
Częstotliwości od 400 do 1600 Hz są uważane za półtony, podczas gdy wysokie mieszczą się w zakresie od 1600 do 20 000 Hz. Wysokie dźwięki są lekkie i przeszywające, podczas gdy bas jest głębszy i dudniący..
Dźwięki, które słyszysz każdego dnia, to złożone nakładki dźwięków o różnych częstotliwościach w bliskiej odległości..
Dźwięk ma inne cechy niż częstotliwość, co może służyć jako kryterium jego klasyfikacji. Przykładami są barwa, czas trwania i intensywność.
Ważne jest również rozróżnienie między pożądanymi dźwiękami a niepożądanymi dźwiękami lub hałasem. Ponieważ zawsze dąży się do wyeliminowania hałasu, klasyfikuje się go według intensywności i okresu w:
- Ciągły hałas.
- Wahający się hałas.
- Impulsywny hałas.
Lub według kolorów, powiązanych z ich częstotliwością:
- Szum różowy (podobny do „shhhhhh”).
- Biały szum (podobny do „psssssss”).
- Szum brązowy (autorstwa Roberta Browna, odkrywcy ruchów Browna, to szum, który bardzo sprzyja niskim częstotliwościom).
Wykorzystanie energii akustycznej zależy od rodzaju używanej fali dźwiękowej. W zakresie fal słyszalnych uniwersalnym zastosowaniem dźwięku jest umożliwienie bliskiej komunikacji nie tylko między ludźmi, gdyż zwierzęta komunikują się również poprzez emitowanie dźwięków.
Dźwięki są wszechstronne. Każdy różni się w zależności od źródła, które je emituje. W ten sposób różnorodność dźwięków w przyrodzie jest nieskończona: każdy głos ludzki jest inny, podobnie jak dźwięki charakterystyczne, których używają gatunki zwierząt do komunikowania się ze sobą..
Wiele zwierząt wykorzystuje energię dźwięku do lokalizowania się w przestrzeni, a także do chwytania zdobyczy. Emitują sygnały akustyczne i mają narządy receptorowe, które analizują odbite sygnały. W ten sposób uzyskują informacje o odległościach.
Ludziom brakuje narządów niezbędnych do wykorzystania w ten sposób energii dźwiękowej. Jednak stworzyli urządzenia do orientacji, takie jak sonar, oparte na tych samych zasadach, aby ułatwić nawigację..
Z drugiej strony ultradźwięki to fale dźwiękowe, których zastosowania są dobrze znane. W medycynie służą do uzyskania obrazów wnętrza ludzkiego ciała. Są również częścią leczenia niektórych schorzeń, takich jak lumbago i zapalenie ścięgien.
- W przypadku ultradźwięków o wysokiej energii kamienie lub kamienie, które tworzą się w nerkach i woreczku żółciowym w wyniku wytrącania się soli mineralnych w tych narządach, mogą zostać zniszczone..
- W geofizyce ultradźwięki są wykorzystywane jako metody poszukiwawcze. Jego zasady są podobne do metod sejsmicznych. Mogą być używane w różnych zastosowaniach, od określania kształtu oceanu, przez relief, po obliczanie modułów sprężystości.
- W technologii żywności służą do eliminacji mikroorganizmów odpornych na wysokie temperatury, a także do poprawy niektórych tekstur i właściwości żywności.
Energia akustyczna ma zalety, które w dużej mierze wynikają z jej ograniczonego zasięgu. Na przykład jest niedrogi w produkcji i nie generuje odpadów chemicznych ani innych, ponieważ szybko rozprasza się w medium.
Jeśli chodzi o źródła energii akustycznej, jest ich wiele. Każdy przedmiot zdolny do wibracji może stać się źródłem dźwięku.
W zastosowaniach medycznych, takich jak obrazowanie ultradźwiękowe, ma tę zaletę, że nie wykorzystuje promieniowania jonizującego, takiego jak promieniowanie rentgenowskie lub tomografia. Faktem jest, że promieniowanie jonizujące może powodować uszkodzenie komórek.
Jego stosowanie nie wymaga stosowania środków ochronnych, które są potrzebne przy stosowaniu promieniowania jonizującego. Sprzęt też jest tańszy.
Podobnie energia ultradźwiękowa jest nieinwazyjną metodą eliminacji ww. Nerek i kamieni żółciowych, co pozwala uniknąć zabiegów chirurgicznych..
W zasadzie nie generuje zanieczyszczeń ani w powietrzu, ani w wodach. Wiadomo jednak, że w morzach występuje zanieczyszczenie hałasem spowodowane działalnością człowieka, taką jak intensywne rybołówstwo, poszukiwania geofizyczne i transport..
Trudno jest pomyśleć o wadach, jakie może mieć zjawisko tak naturalne, jak dźwięk.
Jednym z nielicznych jest to, że głośne dźwięki mogą uszkodzić strukturę błony bębenkowej, powodując, że ludzie stale narażeni na utratę czucia w miarę upływu czasu..
Bardzo hałaśliwe otoczenie powoduje stres i dyskomfort u ludzi. Inną wadą jest być może fakt, że energia akustyczna nie jest wykorzystywana do przemieszczania obiektów, co bardzo utrudnia wykorzystanie wibracji do oddziaływania na ciała stałe..
Dzieje się tak, ponieważ dźwięk zawsze wymaga istnienia medium, aby mógł się rozchodzić, a zatem jest łatwo tłumiony. Oznacza to, że energia dźwiękowa jest absorbowana w ośrodku szybciej niż inne rodzaje fal, na przykład elektromagnetyczne.
Z tego powodu energia fal dźwiękowych w powietrzu ma stosunkowo krótki zasięg. W miarę rozchodzenia się dźwięk jest pochłaniany przez konstrukcje i przedmioty, a jego energia stopniowo rozprasza się w ciepło..
Oczywiście wiąże się to z zachowaniem energii: energia nie ulega zniszczeniu, ale zmienia formę. Drgania cząsteczek w powietrzu przekształcają się nie tylko w zmiany ciśnienia, które powodują powstawanie dźwięku. Wibracje również powodują wzrost temperatury.
Kiedy fale dźwiękowe uderzają w materiał, na przykład ścianę z cegły, część energii zostaje odbita. Inna część jest rozpraszana w cieple dzięki wibracjom molekularnym zarówno powietrza, jak i materiału; i ostatecznie pozostała frakcja przechodzi przez materiał.
W ten sposób fale dźwiękowe mogą być odbijane w taki sam sposób, jak światło. Odbicie dźwięku jest znane jako „echo”. Im bardziej sztywna i jednolita powierzchnia, tym większa zdolność odbijania..
W rzeczywistości istnieją powierzchnie, które mogą wytwarzać wiele odbić zwanych pogłosy. Zwykle ma to miejsce w małych przestrzeniach i można tego uniknąć, umieszczając materiał izolacyjny, tak aby w ten sposób emitowane i odbijane fale nie nachodziły na siebie, co utrudnia ich słyszenie..
Podczas całej swojej propagacji fala akustyczna będzie doświadczać tych wszystkich kolejnych strat, aż w końcu energia zostanie całkowicie pochłonięta w ośrodku. Co oznacza, że został przekształcony w energię cieplną.
Istnieje wielkość pozwalająca określić ilościowo zdolność materiału do pochłaniania dźwięku. Nazywa się to współczynnikiem absorpcji. Jest oznaczony jako α i jest stosunkiem między pochłonięta energia Iabs i energia incydentu Iinc, wszystkie odnoszą się do danego materiału. Wyraża się to matematycznie w ten sposób:
α = Eabs/Iinc
Maksymalna wartość α to 1 (całkowicie pochłania dźwięk), a minimalna to 0 (przepuszcza cały dźwięk).
Dźwięk może być w wielu przypadkach niekorzystny, gdy preferowana jest cisza. Na przykład samochody są wyposażone w tłumiki, które tłumią hałas silnika. Do innych urządzeń, takich jak pompy wodne i elektrownie.
Energia dźwiękowa jest wszędzie. Oto prosty przykład ilustrujący właściwości dźwięku i jego energię z ilościowego punktu widzenia.
Szpilka o masie 0,1 g spada z wysokości 1 m. Zakładając, że 0,05% jego energii jest zamieniane na impuls dźwiękowy o czasie trwania 0,1 s, oszacuj maksymalną odległość, z której można usłyszeć upadek szpilki. Przyjmij jako minimalną słyszalną intensywność dźwięku 10-8 W / mdwa.
Podane powyżej równanie zostanie użyte do określenia natężenia dźwięku:
Dobre pytanie brzmi, skąd w tym przypadku pochodzi energia dźwiękowa, czyli ta, której natężenie wykrywa ludzkie ucho.
Odpowiedź tkwi w grawitacyjnej energii potencjalnej. Właśnie dlatego, że szpilka spada z pewnej wysokości, na której miał energię potencjalną, gdy spada, przekształca tę energię w energię kinetyczną.
A gdy uderzy w ziemię, energia jest przenoszona do cząsteczek powietrza, które otaczają miejsce upadku, co powoduje powstanie dźwięku..
Grawitacyjna energia potencjalna LUB to jest:
U = mgh
Gdzie m to masa sworznia, sol jest przyspieszeniem ziemskim i godz to wysokość, z której spadł. Zastępując te wartości liczbowe, ale nie przed dokonaniem odpowiednich konwersji w międzynarodowym układzie jednostek, otrzymujemy:
U = 0,1 x 10-3 x 9,8 x 1 J = 0,00098 J
Oświadczenie mówi, że z tej energii tylko 0,05% jest przekształcane, aby wywołać impuls dźwiękowy, czyli brzęczenie kołka, gdy uderza on w podłogę. Dlatego energia dźwięku wynosi:
Idźwięk= 4,9 x 10-7 jot
Z równania intensywności rozwiązujemy promień R a wartości energii dźwięku E są zastępowanedźwięk a czas trwania impulsu: 0,1 s zgodnie z oświadczeniem.
Dlatego maksymalna odległość, z której będzie słyszalny upadek szpilki, wynosi 6,24 m we wszystkich kierunkach..
Jeszcze bez komentarzy