„Zvuk ticha“, „zvuk a vidění“ a hudební kopce živé zvukem hudby-Ano, zvuk je všude kolem nás v písních a našem každodenním životě.
ale co přesně je zvuk, a konkrétněji, co je zvuková energie? Existuje zvuk, když ho nikdo neslyší? (OK, začínáme trochu filozofovat, ale můžete vidět, jak to vede k tolika dalším otázkám.)
téměř každý z nás si užívá určitých zvuků, které se vyskytují v širokém spektru, ať už je to Beatles zpívající o Kos nebo šílenství ASMR z tichých zvuků. Mezitím někteří pracovníci potřebují ochranu před zvukovou energií a nosí ochranu uší – od pilotů vrtulníků až po pracovníky ropné plošiny používající těžké stroje.
podívejme se na definice zvukové energie a na to, jak naše chápání zvukových zdrojů pomáhá formovat náš svět.
jaká je definice zvukové energie?
než definujeme zvukovou energii, musíme pochopit dva hlavní typy energie ve vesmíru:
- potenciální energie nebo energie, která je uložena někde
- kinetická energie, energie pohybu
tyto energie lze rozdělit na jiné formy energie. Přesto zůstává potenciální a kinetická energie pilíři energetického porozumění. Podívejte se na našeho průvodce potenciální a kinetickou energií pro hlubší vhled do těchto energií.
Zvuková energie je jedním z těchto energetických subdivizí. Zvuková vlna je forma mechanické energie. Zvuková energie je energie uvolněná vibracemi objektu-zvuk je to, co získáte z vibrací. Zvuk se pohybuje jako zvukové vlny, které jsou vibračními částicemi. A zvukové vlny mohou cestovat plynem, kapalinami a pevnými látkami.
Jak Vzniká Zvuková Energie?
vezměme buben bongo a položte jej na podlahu, připravený k hraní. V této pozici má potenciální energii. Teď, pojďme hit bubnu kůži s našimi rukama. Pohyb ruky je kinetická energie.
když vaše ruka (kinetická energie) zasáhne bongo (potenciální energie), Bubnová hlava bonga a kůže vibrují, což způsobuje vibraci okolních molekul vzduchu. Vibrují proti všem blízkým molekulám vzduchu v okolí, také, vyvolání vibrační řetězové reakce. Vibrační molekuly vzduchu vibrují proti sousedním částicím, pak další sadu molekul a tak dále a vytvářejí zvukovou vlnu, která cestuje ven ze svého zdroje.
tyto vibrační molekuly nebo částice, které pocházejí z vibračního objektu, tvoří zvukovou vlnu. Například je snadné slyšet něčí hlas, pokud mluvíte tváří v tvář s několika centimetry mezi nimi-zvuková vlna cestuje ke každé osobě. Pokud zdvojnásobíte vzdálenost a otočíte se zády k sobě, bude těžší slyšet vzájemné mluvené hlasy. Zvukové vlny putují pryč od obou lidí.
zvukové vlny se pohybují, když objekt vibruje; toto se nazývá šíření.
zvukové vlny, vibrující molekuly vzduchu kolem nás, jsou detekovány lidským uchem, což způsobuje vibraci ušního bubínku. Čím větší jsou zvukové vibrace, tím hlasitější je zvuk-to je známé jako jeho intenzita zvuku. Intenzita je určena tím, jak silně částice vzduchu vibrují a ukazuje, kolik energie je ve zvukové vlně.
Chcete-li si představit, jak vypadá zvuková vlna, pomyslete na Slinky vlnu vyrobenou s jednou z těch roztomilých hraček z vašeho dětství. Pokud pohybujete Slinky nahoru a dolů nebo doleva a doprava z jednoho konce, vytvoříte souvislou vlnu, která cestuje podél Slinky. Totéž se děje se zvukem-vibrace cestují ven jako vlny a míří stejným směrem.
lidské tělo může vytvořit mnoho různých zvuků, které pomohou vysvětlit tento jev. Dalo by se tleskat rukama, zpívat, prasknout klouby, nebo dokonce spolknout trochu vody. Všechny tyto akce produkují různé typy zvuků, a tedy zvukové vlny.
Má Zvuk Energii?
Ano, zvuk má energii. Vlny vibrací jsou energií zvuku.
jak můžeme slyšet zvukovou energii a zvukové vlny?
zdroj
zvukové vlny cestují vzduchem nebo kapalinami nebo pevnými látkami a přicházejí k našim uším. Vlny putují do našich ušních kanálků a pak pokračují do našich ušních bubínků a způsobují, že naše ossicles — tři malé kosti v našich uších — vibrují.
odtud naše nyní vibrační ossicles přenášejí zvukové vlny do naší kochle. V tomto bodě, takzvané vlasové buňky převádějí všechny tyto vlny na signály, které náš mozek dokáže pochopit a interpretovat nebo „slyšet“ to, co chápeme jako zvuk.
Přemýšlejte o poslechu hudby. Pojďme hrát stejnou hudbu třikrát, ale v různých podmínkách. Poprvé to Poslouchejte, když stojíte ve stejné místnosti jako stereo. Píseň by měla být jasná, když cestuje vzduchem. Podruhé spusťte koupel (užijte si!) a poslouchejte hudbu a přitom udržujte hlavu a uši pod vodou. Zvuk se mění, protože zvukové vlny cestují rychleji pod vodou. A nakonec Poslouchejte hudbu v sousední místnosti se všemi dveřmi zavřenými.
stejná hudba bude znít v každém prostředí jinak, protože zvukové vlny procházejí každým prvkem (vzduch, voda, stěny) různými způsoby.
Jak Hlasitý Je Zvuk?
zvukové vlny se mění v závislosti na hlasitosti zvuku. Čím větší jsou vibrace, tím hlasitější je zvuk a tím větší je množství energie ve zvukové vlně.
pokud lehce poklepeme na náš buben bongo, způsobí to méně vibrací – a malý hluk-než kdybychom buben mlátili dřevěnou lžící se vší silou.
čím větší jsou vibrace, tím větší je amplituda zvukové vlny. Amplituda je výška zvukové vlny. Ohlušující zvuk vytváří obrovskou zvukovou vlnu s vysokou amplitudou, zatímco tišší zvuky mají menší zvukové vlny.
hlasitost i rozteč ovlivňují lidské ucho. Nadměrná zvuková energie-která má obrovské zvukové vlny-nám může způsobit silnou bolest a ublížit nám a v extrémních případech nás hluchý.
Proč Mají Zvuky Různé Výšky?
jak jsme viděli, hluk zvukové vlny je určen její výškou: čím vyšší je vlna, tím hlasitější je zvuk. Zvuková vlna je také charakterizována svou délkou nebo prostorem mezi vrcholem každé vlny. Pomyslete na vzdálenost mezi pravidelnými vlnami, které se opírají o břeh.
zvukové vlny s vrcholy velmi blízko u sebe vytvářejí zvuky s vyšší roztečí. Je to proto, že vibrují velmi rychle. Hudební nástroje jako trubky mají vysoké zvuky a vytvářejí zvukové vlny, které jsou blízko sebe.
naopak zvukové vlny s vlnovými vrcholy dále od sebe vytvářejí zvuky s nižší roztečí. Tyto zvukové vlny vibrují pomaleji. Hoboj nebo fagot jsou hudební nástroje s nižším roztečí.
xylofon dokonale ilustruje tento rozdíl výšky. Nižší, těžší a větší tyče vytvářejí pomalejší zvukovou vlnu s větší vzdáleností mezi nimi než vyšší rozteč menších, lehčích tyčí.
ladičky se dodávají v různých roztečích a velikostech. Čím menší je ladička, tím vyšší je její rozteč (za předpokladu, že všechny použité materiály jsou stejné) a čím větší je ladička, tím nižší je její rozteč. Pokud dvakrát narazíte na stejnou ladičku, jednou tiše a jednou silou, tvrdší pokus bude rezonovat hlasitěji, protože má více zvukové energie.
pokud je rozteč zvuku pro lidské ucho příliš vysoká, nazýváme jej ultrazvukem. Pokud je příliš nízká, říkáme tomu infrazvuk.
architekti a zvukaři studují zvukové cestování, zvané akustika, při navrhování koncertních sálů, kin a kdekoli je zvuk nezbytný. Tvrdé povrchy dobře odrážejí zvuk a vytvářejí ozvěny, zatímco měkčí povrchy, jako jsou koberce, absorbují zvuk a snižují ozvěnu.
Jak Měříme Zvuk?
zvuk se měří v decibelech, známý také jako hladina hustoty zvukové energie nebo akustický tlak.
jaká je rychlost zvuku?
zdroj
rychlost zvuku může ovlivnit několik faktorů, jako je teplota vzduchu, materiál, kterým zvuková vlna prochází, a například frekvence zvukových vln.
na zemi, na hladině moře, při teplotě vzduchu 59 stupňů Fahrenheita (15 stupňů Celsia), je rychlost zvuku 761,2 mph (1 225 km / h). Zvuk se pohybuje rychleji teplejším vzduchem. Jako takový, čím vyšší v atmosféře jste, tím nižší je požadovaná rychlost prolomení zvukové bariéry.
například prvním letadlem, které prolomilo zvukovou bariéru a letělo nadzvukovou rychlostí, byl výzkumný letoun Bell X-1 poháněný raketou. 14. října 1947 bylo letadlo odtaženo vysoko do atmosféry a propuštěno. Překonal (místní) zvukovou bariéru rychlostí 662 mil za hodinu (1 066 km / h).
zvukový boom nastane, když letadlo jede rychleji, než je rychlost zvuku. Zvuk jako hrom je slyšet, protože vzduch je tlačen stranou velkou silou a vytváří rázovou vlnu. Posunuté částice tlakového vzduchu se pohybují směrem ven ve všech směrech a uvolnění tlaku z rázové vlny je slyšet jako zvukový výložník.
jaký je Dopplerův efekt?
zvukové vlny mohou hrát triky na uších v takzvaném dopplerovském efektu.
například auto, které se k vám blíží, má vysokou zvukovou výšku, která se sníží, jakmile projede kolem vás, navzdory tomu, že se produkce hluku automobilu vůbec nemění. Pokud byste seděli ve vozidle, nevšimli byste si vůbec žádné změny hluku automobilu. Zvukové vlnové frekvence vozu zůstávají stejné po celou dobu, kdy se k vám blíží a projíždí.
rychlost vozu, jak se pohybuje směrem k vám, však způsobí, že zvukové vlny zasáhnou vaše ucho rychlejší rychlostí nebo frekvencí, než je vozidlo vytváří. To zvyšuje rozteč motoru. Opak nastane, jakmile vás auto projde — zvukové vlny přicházejí k vašemu uchu pomaleji a na nižší frekvenci, takže zní níže.
proč neslyšíte zvuk ve vesmíru?
prostor je vakuum, bez molekul vzduchu pro vibrace zvukových vln. Zvuk je mechanická vlna, a proto nemůže cestovat vakuem. Ve vakuu nejsou žádné molekuly vzduchu, které by zvuková vlna mohla vibrovat.
můžeme to udělat vizuálním přemýšlením o stadionu plném lidí, kteří provádějí stadionovou vlnu. Lidé jsou molekuly vzduchu a pohybují se-nebo vibrují-aby udrželi vlnu stadionu v chodu. Zvukové vlny (stadionová vlna) se mohou pohybovat, když existují molekuly vzduchu (lidé).
ve vakuu nejsou žádné molekuly vzduchu (lidé), takže zvuková vlna nemůže cestovat a vydávat hluk, stejně jako neexistuje žádná stadionová vlna bez lidí.
praktické využití zvukové energie
zdroj
Zvuková energie není omezena na to, abychom mohli komunikovat a slyšet, co se děje kolem nás. Nahrávání zvuku je jedna věc, ale nyní můžeme využít zvukovou energii mnoha způsoby ke zlepšení našeho životního stylu.
Jak Se Používá Zvuková Energie?
Zvuková energie je prospěšná energie. Každodenní zvuková energie nám umožňuje vědět, kdy telefony zvoní, poslouchat hudbu, komunikovat mluvením a slyšet, jak nákladní vůz troubí na roh, aby varoval před nebezpečím. To jsou jen některé příklady zvukové energie.
ultrazvuk-vibrace zvukové energie v rozteči příliš vysoké pro lidi, aby slyšeli-je rozhodující pro lékařskou oblast. Ultrazvuk používá stejnou metodu echolokace, aby ukázal nastávajícím matkám své vyvíjející se dítě skenováním.
ultrazvuk může také rozbít ledvinové kameny nebo být použit ke skenování orgánů.
mezitím sonar umožňuje lodím navigovat a prohledávat moře, mapovat mořské dno nebo hledat potopená plavidla.
Používá Sonar Zvukové Vlny?
Sonar je zkratka pro zvukovou navigaci a rozsah. Sonar byl široce používán na moři k mapování oceánů, lokalizovat nebezpečí, vyhledávání, a více.
Sonar používá zvukové vlny, protože zvukové vlny cestují dále ve vodě než radar nebo světlo.
aktivní sonar pulzuje zvukové vlny do objektů a „naslouchá“ ozvěnám, které mohou pomoci zmapovat zkoumanou oblast. Pasivní sonar zahrnuje „poslech“ zvukových vln v oceánu, jako jsou jiné lodě nebo velryby.
jaký je rozdíl mezi zvukovými vlnami a rádiovými vlnami?
viděli jsme, že zvuky jsou vyrobeny z vln. Když posloucháme rádio, produkuje zvuk. Zvukové vlny a rádiové vlny se však od sebe zásadně liší.
rádio přijímá vlny, které jsou přenášeny. Kritický rozdíl mezi zvukovými vlnami a rádiovými vlnami spočívá v tom, že rádiová vlna je typem elektromagnetické vlny. Naproti tomu zvukové vlny jsou vibrace, které vytvářejí mechanickou vlnu.
rádiové vlny mohou také cestovat vakuem, na rozdíl od zvukových vln. Proto satelity jako Voyager 1 komunikují se zemí pomocí rádiových vln.
lze zvukovou energii převést na elektrickou energii?
zdroj
Ano, můžeme převést zvukovou energii na elektrickou energii. Rozšířeným příkladem je mikrofon.
když někdo mluví nebo zpívá do mikrofonu, zvuková energie putuje po mikrofonu, aby zasáhla bránici. Na druhé straně membrána vibruje a pohybuje magnetem v blízkosti cívky. Mikrofon nyní vytváří elektrický signál.
elektrický signál z mikrofonu obvykle směřuje do reproduktoru a reproduktor pak převádí elektrický signál zpět na zvukové vlny. Jako výsledek, máte svůj koncert, karaoke, nebo konferenční událost.
výzkum přeměny hluku na cennou elektrickou energii pro napájení spotřebičů je ve velmi rané fázi. Jak je vidět u mikrofonu, je to možné, ale přeměna zvuku na elektřinu na prospěšné úrovni zůstává teoretická více než praktická.
můžete však provést některé docela úžasné experimenty s akustickou levitací se zvukovými vlnami a zvukovou energií.
Kdo Objevil Zvukovou Energii?
několik slavných jmen pomohlo při objevování zvukové energie.
- řecký filozof Pythagoras experimentoval s vibračními vlastnostmi strun již v 6. století před naším letopočtem.
- Aristoteles předpokládal, že zvukové vlny se šíří ve vzduchu pohybem vzduchu.
- Římský architektonický inženýr Vitruvius úspěšně odvodil mechanismy přenosu zvukových vln v 1. století před naším letopočtem.
- Galileo studoval zvukové vlny a akustiku v 16. a 17. století a povýšil studium na vědeckou úroveň.
- francouzský matematik Marin Mersenne podpořil studii vibrací a poskytl tři zákony, které tvoří základ moderní hudební akustiky.
- Robert Hooke, anglický fyzik, byl první, kdo vytvořil zvukovou vlnu se známou frekvencí.
- na konci 17. a počátku 18. století zkoumaly studie francouzského fyzika Josepha Sauveura vztah vln, výšky a frekvencí. Mnoho akustických termínů pochází z jeho práce.
slyší zvířata a lidé různé zvukové vlny?
zdroj
zvířata a lidé mají různé rozsahy sluchu, což znamená, že slyšíme různé rozsahy zvukových vln od jiných tvorů.
každý druh má rozsah sluchu a často jsou některé z těchto rozsahů sdíleny. Tyto frekvenční rozsahy se měří v Hertzech (Hz) a Kilohertzech (kHz).
lidé mohou detekovat zvukové vlny od 20 Hz do 20 000 Hz.
obecně platí, že menší savci detekují vyšší rozsahy a větší zvířata nižší rozsahy.
slon má rozsah 16 Hz až 12 000 Hz. Mnoho zvuků, které vydávají, je pro lidské ucho nezjistitelné. Rozsah kočky je od 45 Hz do 64 000 Hz-uslyší věci ve vyšším rozsahu, které lidem a slonům budou chybět.
psi často slyší vysoké zvuky, na které zcela zapomínáme, protože jejich rozsah sahá až do 45 000 Hz.
Zvuková energie formuje náš svět
Zvuková energie je mnohem víc než zvuky sluchu. Používáme náš sluch, abychom pochopili zvukovou energii, která nás obklopuje.
stará hádanka o stromu padajícím v lese, kde ho nikdo neslyší — vydává hluk? Pochopení zvukové energie znamená, že víte, že padající strom způsobuje, že částice vzduchu vibrují, ale nevydává zvuk. To dělá zvukovou energii, a to jen dělá hluk, pokud jste tam přijímat vibrační zvukové vlny pro váš mozek interpretovat jako šum.
další fascinující fakta o energii a přírodních jevech si přečtěte více blogu Amigo Energy.
vám přináší amigoenergy
Všechny obrázky licencované od Adobe Stock.
doporučený obrázek: