„Dźwięk ciszy”, „dźwięk i wizja” i muzyczne wzgórza żywe dźwiękiem muzyki — tak, dźwięk jest wokół nas w piosenkach i naszym codziennym życiu.
ale czym dokładnie jest dźwięk, a dokładniej, czym jest energia dźwięku? Czy jest dźwięk, jeśli nikt go nie słyszy? (Ok, stajemy się nieco filozoficzni, ale możecie zobaczyć, jak to prowadzi do tak wielu pytań.)
prawie każdy z nas cieszy się pewnymi dźwiękami, które mają szerokie spektrum, czy to Beatlesi Śpiewający o Kosie, czy szał ASMR od cichych dźwięków. Tymczasem niektórzy pracownicy potrzebują ochrony przed dźwiękiem i ochrony słuchu-od pilotów śmigłowców po pracowników platform wiertniczych korzystających z ciężkich maszyn.
przyjrzyjmy się definicjom energii dźwięku i temu, jak nasze rozumienie źródeł dźwięku pomaga kształtować nasz świat.
Jaka jest definicja energii dźwięku?
zanim zdefiniujemy energię dźwięku, musimy zrozumieć dwa główne rodzaje energii we wszechświecie:
- energia potencjalna lub energia, która jest gdzieś przechowywana
- energia kinetyczna, energia ruchu
te energie można podzielić na inne formy energii. Jednak energia potencjalna i kinetyczna pozostają filarami zrozumienia energii. Zapoznaj się z naszym przewodnikiem na temat energii potencjalnej i kinetycznej, aby uzyskać głębszy wgląd w te energie.
energia dźwięku jest jednym z tych podziałów energii. Fala dźwiękowa jest formą energii mechanicznej. Energia dźwięku to energia uwalniana przez wibracje obiektu-dźwięk jest tym, co otrzymujemy z wibracji. Dźwięk przemieszcza się jako fale dźwiękowe, które są wibrującymi cząstkami. Fale dźwiękowe mogą przemieszczać się przez gaz, ciecze i ciała stałe.
Jak Powstaje Energia Dźwięku?
weźmy Bęben bongo i postawmy go na podłodze, gotowy do grania. Ma energię potencjalną w tej pozycji. Uderzmy dłońmi w skórę bębna. Ruch ręki to energia kinetyczna.
kiedy twoja ręka (energia kinetyczna) uderza w bongo (energię potencjalną), Głowa bębna bongo i skóra wibrują, powodując wibracje otaczających go cząsteczek powietrza. Wibrują one przeciwko pobliskim cząsteczkom powietrza, wywołując reakcję łańcuchową wibracji. Wibrujące cząsteczki powietrza wibrują na sąsiednich cząsteczkach, następnie na następnym zestawie cząsteczek, i tak dalej, tworząc falę dźwiękową, która przemieszcza się na zewnątrz od źródła.
te wibrujące cząsteczki lub cząstki, które pochodzą z wibrującego obiektu, tworzą falę dźwiękową. Na przykład, łatwo jest usłyszeć czyjś głos, jeśli mówisz twarzą w twarz z kilkoma centymetrami pomiędzy-fala dźwiękowa porusza się w kierunku każdej osoby. Jeśli podwoicie odległość i odwrócicie się plecami do siebie, trudniej będzie usłyszeć nawzajem wypowiadane głosy. Fale dźwiękowe oddalają się od obu osób.
fale dźwiękowe poruszają się, gdy obiekt wibruje; nazywa się to propagacją.
fale dźwiękowe, wibrujące cząsteczki powietrza wokół nas, są wykrywane przez ludzkie ucho, powodując wibrowanie błony bębenkowej. Im większe wibracje dźwięku, tym głośniejszy dźwięk-jest to znane jako natężenie dźwięku. Intensywność zależy od tego, jak mocno wibrują cząstki powietrza i pokazuje, ile energii jest w fali dźwiękowej.
aby sobie wyobrazić, jak wygląda fala dźwiękowa, pomyśl o smukłej fali zrobionej za pomocą jednej z tych zabawek z dzieciństwa. Jeśli poruszasz Slinky w górę i w dół lub w lewo i w prawo z jednego końca, tworzysz ciągłą falę, która przemieszcza się wzdłuż Slinky. To samo dzieje się z dźwiękiem — wibracje poruszają się na zewnątrz jak fale, kierując się w tym samym kierunku.
Ludzkie ciało może tworzyć wiele różnych dźwięków, aby pomóc wyjaśnić to zjawisko. Można klaskać w dłonie, śpiewać, łamać kostki, a nawet połknąć trochę wody. Wszystkie te działania wytwarzają różne rodzaje dźwięków, a tym samym fale dźwiękowe.
Czy Dźwięk Ma Energię?
tak, dźwięk ma energię. Fale wibracji są energią dźwięku.
jak możemy usłyszeć energię dźwiękową i fale dźwiękowe?
źródło
fale dźwiękowe poruszają się w powietrzu, cieczach lub ciałach stałych i docierają do naszych uszu. Fale przemieszczają się do naszych kanałów słuchowych, a następnie przenoszą się do naszych bębenków i sprawiają, że nasze kosteczki — trzy maleńkie kości w naszych uszach — wibrują.
stąd nasze wibrujące kosteczki przenoszą fale dźwiękowe do naszego ślimaka. W tym momencie tak zwane komórki włosowe przekształcają wszystkie te fale W sygnały, które nasz mózg może zrozumieć i zinterpretować lub „usłyszeć” to, co rozumiemy jako dźwięk.
pomyśl o słuchaniu muzyki. Zagrajmy ten sam utwór trzy razy, ale w różnych warunkach. Za pierwszym razem, słuchać go stojąc w tym samym pomieszczeniu, co stereo. Piosenka powinna być wyraźna, gdy podróżuje w powietrzu. Za drugim razem, Uruchom kąpiel (enjoy!) i słuchać muzyki trzymając głowę i uszy pod wodą. Dźwięk zmienia się, ponieważ fale dźwiękowe podróżują szybciej pod wodą. I wreszcie, słuchać muzyki w sąsiednim pokoju, z zamkniętymi drzwiami.
ten sam utwór muzyczny będzie brzmiał inaczej w każdym środowisku, ponieważ fale dźwiękowe poruszają się przez każdy element (powietrze, woda, ściany) na różne sposoby.
Jak Głośny Jest Dźwięk?
fale dźwiękowe zmieniają się w zależności od głośności dźwięku. Im większe wibracje, tym głośniejszy dźwięk i większa ilość energii w fali dźwiękowej.
jeśli lekko stukamy w bęben bongo, robi mniej wibracji — i trochę hałasu — niż Jeśli z całej siły uderzamy w bęben drewnianą łyżką.
im większe wibracje, tym większa amplituda fali dźwiękowej. Amplituda to wysokość fali dźwiękowej. Ogłuszający dźwięk tworzy ogromną falę dźwiękową o wysokiej amplitudzie, podczas gdy cichsze dźwięki mają mniejsze fale dźwiękowe.
zarówno głośność, jak i wysokość wpływają na ludzkie ucho. Nadmierna energia dźwiękowa-która ma ogromne fale dźwiękowe – może spowodować silny ból i zaszkodzić, a w skrajnych przypadkach sprawić, że będziemy głusi.
Dlaczego Dźwięki Mają Różne Tony?
jak widzieliśmy, szum fali dźwiękowej zależy od jej wysokości: im wyższa fala, tym głośniejszy dźwięk. Fala dźwiękowa charakteryzuje się również swoją długością lub przestrzenią między szczytem każdej fali. Pomyśl o odległości między zwykłymi falami, które okrążają Brzeg.
fale dźwiękowe o szczytach bardzo blisko siebie wytwarzają dźwięki o wyższej wysokości. To dlatego, że wibrują bardzo szybko. Instrumenty Muzyczne, takie jak trąbki, mają wysokie dźwięki i tworzą fale dźwiękowe, które są blisko siebie.
odwrotnie, fale dźwiękowe o szczytach fal dalej od siebie wytwarzają dźwięki o niższej wysokości. Te fale dźwiękowe wibrują wolniej. Obój lub fagot to Instrumenty Muzyczne o niższym skoku.
ksylofon doskonale ilustruje tę różnicę tonów. Niższe, cięższe i większe takty wytwarzają wolniejszą falę dźwiękową z większą odległością między nimi niż wyższy skok mniejszych, lżejszych taktów.
widelce tuningowe występują w różnych podziałkach i rozmiarach. Im mniejszy stroik, tym wyższy skok (zakładając, że wszystkie użyte materiały są takie same), a im większy stroik, tym niższy skok. Jeśli uderzysz dwa razy w ten sam stroik, raz delikatnie i raz siłą, mocniej uderzona próba zabrzmi głośniej, ponieważ ma więcej energii dźwięku.
jeśli dźwięk jest zbyt wysoki dla ludzkiego ucha, nazywamy go ultradźwiękowym. Jeśli jest za niska, nazywamy to infradźwiękami.
architekci i inżynierowie dźwięku studiują Podróże dźwiękowe, zwane akustyką, podczas projektowania sal koncertowych, kin i wszędzie tam, gdzie dźwięk jest niezbędny. Twarde powierzchnie dobrze odbijają dźwięk, tworząc echa, podczas gdy bardziej miękkie powierzchnie, takie jak dywany, pochłaniają dźwięk, zmniejszając echo.
Jak Mierzyć Dźwięk?
dźwięk jest mierzony w decybelach, znany również jako poziom gęstości energii akustycznej lub ciśnienie akustyczne.
Jaka jest prędkość dźwięku?
źródło
kilka czynników może wpływać na prędkość dźwięku, na przykład Temperatura powietrza, materiał, przez który przechodzi fala dźwiękowa, i częstotliwość fali dźwiękowej.
na Ziemi, na poziomie morza, przy temperaturze powietrza 59 stopni Fahrenheita (15 stopni Celsjusza), prędkość dźwięku wynosi 761,2 mph (1,225 km/h). Dźwięk porusza się szybciej przez cieplejsze powietrze. W związku z tym, im wyżej w atmosferze jesteś, tym niższa wymagana prędkość jest do przełamania bariery dźwięku.
na przykład pierwszym samolotem, który przełamał barierę dźwięku i latał z prędkością naddźwiękową, był samolot badawczy z napędem rakietowym Bell X-1. 14 października 1947 roku samolot został odholowany wysoko w atmosferę i wypuszczony. Przełamał (lokalną) barierę dźwięku z prędkością 1066 km / h.
Wysięgnik dźwiękowy ma miejsce, gdy samolot porusza się szybciej niż prędkość dźwięku. Dźwięk podobny do grzmotu jest słyszany, ponieważ powietrze zostaje zepchnięte na bok z wielką siłą, tworząc falę uderzeniową. Przemieszczone, pod ciśnieniem cząstki powietrza poruszają się na zewnątrz we wszystkich kierunkach, a uwolnienie ciśnienia z fali uderzeniowej jest słyszalne jako Wysięgnik dźwiękowy.
Co To jest efekt Dopplera?
fale dźwiękowe mogą robić sztuczki uszom w tak zwanym efekcie Dopplera.
na przykład zbliżający się samochód ma wysoki poziom dźwięku, który obniża się po przejechaniu obok ciebie, mimo że hałas samochodu w ogóle się nie zmienia. Gdybyś siedział w samochodzie, nie zauważyłbyś żadnych zmian w hałasie samochodu. Częstotliwości fali dźwiękowej samochodu pozostają takie same podczas zbliżania się i mijania.
jednak prędkość samochodu, gdy porusza się w Twoją stronę, sprawia, że fale dźwiękowe uderzają w twoje ucho z większą szybkością lub częstotliwością niż pojazd je wytwarza. To sprawia, że dźwięk silnika jest wyższy. Odwrotnie dzieje się, gdy samochód mija Cię-fale dźwiękowe docierają do ucha wolniej i z niższą częstotliwością, przez co brzmią niżej.
dlaczego nie słyszysz dźwięku w kosmosie?
przestrzeń jest próżnią, bez cząsteczek powietrza do wibracji fal dźwiękowych. Dźwięk jest falą mechaniczną, więc nie może podróżować przez próżnię. W próżni nie ma cząsteczek powietrza, które fala dźwiękowa może wibrować.
możemy zrobić to wizualnie, myśląc o stadionie pełnym ludzi wykonujących falę stadionową. Ludzie są cząsteczkami powietrza i poruszają się-lub wibrują-aby Utrzymać Falę stadionową. Fale dźwiękowe (fala stadionowa) mogą się poruszać, gdy istnieją cząsteczki powietrza (ludzie).
w próżni nie ma cząsteczek powietrza (ludzi), więc fala dźwiękowa nie może podróżować i hałasować, tak jak nie ma fali stadionowej bez ludzi.
praktyczne zastosowania energii dźwięku
źródło
Energia dźwięku nie ogranicza się do umożliwienia nam komunikowania się i słyszenia tego, co dzieje się wokół nas. Nagrywanie dźwięku to jedno, ale teraz możemy wykorzystać energię dźwięku na wiele sposobów, aby poprawić nasz styl życia.
Jak Wykorzystuje Się Energię Dźwięku?
Energia dźwięku jest korzystną energią. Z dnia na dzień energia dźwięku pozwala nam wiedzieć, kiedy dzwonią telefony, słuchać muzyki, komunikować się przez rozmowę i słyszeć trąbienie samochodu ciężarowego, aby ostrzec przed niebezpieczeństwem. To tylko kilka przykładów energii dźwięku.
ultradźwięki – wibracje energii dźwiękowej o wysokości zbyt wysokiej, aby ludzie mogli usłyszeć-mają kluczowe znaczenie dla dziedziny medycyny. USG wykorzystuje tę samą metodę echolokacji, aby pokazać przyszłym matkom rozwijające się dziecko za pomocą skanu.
USG może również rozbić kamienie nerkowe lub służyć do skanowania narządów.
tymczasem sonar pozwala statkom nawigować i przeszukiwać morza, wyznaczać dno morskie lub szukać zatopionych statków.
Czy Sonar Wykorzystuje Fale Dźwiękowe?
Sonar oznacza nawigację dźwiękową i zasięg. Sonar był szeroko stosowany na morzu do mapowania oceanów, lokalizowania zagrożeń, wyszukiwania i innych.
Sonar wykorzystuje fale dźwiękowe, ponieważ fale dźwiękowe poruszają się dalej w wodzie niż radar lub światło.
aktywny sonar pulsuje fale dźwiękowe do obiektów i „nasłuchuje” echa, które mogą pomóc w mapowaniu badanego obszaru. Sonar pasywny polega na „nasłuchiwaniu” fal dźwiękowych w oceanie, takich jak inne łodzie lub wieloryby.
Jaka jest różnica między falami dźwiękowymi a falami radiowymi?
widzieliśmy, że dźwięki składają się z fal. Kiedy słuchamy radia, wytwarza ono dźwięk. Mimo to fale dźwiękowe i fale radiowe zasadniczo różnią się od siebie.
radio odbiera fale, które są transmitowane. Krytyczna różnica między falami dźwiękowymi a falami radiowymi polega na tym, że fala radiowa jest rodzajem fali elektromagnetycznej. Natomiast fale dźwiękowe są wibracjami, które tworzą falę mechaniczną.
fale radiowe mogą również podróżować przez odkurzacze, w przeciwieństwie do fal dźwiękowych. Dlatego satelity takie jak Voyager 1 komunikują się z ziemią za pomocą fal radiowych.
czy energię dźwiękową można zamienić na energię elektryczną?
source
Tak, możemy przekształcić energię dźwięku w energię elektryczną. Rozpowszechnionym przykładem jest mikrofon.
kiedy ktoś mówi lub śpiewa do mikrofonu, energia dźwięku przemieszcza się w dół mikrofonu, aby uderzyć w membranę. Z kolei membrana wibruje, przesuwając magnes w pobliżu cewki. Mikrofon wytwarza teraz sygnał elektryczny.
sygnał elektryczny z mikrofonu zwykle kieruje się do głośnika, a następnie głośnik przekształca sygnał elektryczny z powrotem w fale dźwiękowe. W rezultacie masz swój koncert, karaoke lub wydarzenie konferencyjne.
badania nad przekształcaniem hałasu w cenną energię elektryczną do zasilania urządzeń są na bardzo wczesnym etapie. Jak widać w przypadku mikrofonu, jest to możliwe, ale konwersja dźwięku na energię elektryczną na korzystnych poziomach pozostaje teoretyczna bardziej niż praktyczna.
możesz jednak przeprowadzić całkiem niesamowite eksperymenty z lewitacją akustyczną z falami dźwiękowymi i energią dźwiękową.
Kto Odkrył Energię Dźwięku?
kilka znanych nazwisk pomogło w odkryciu energii dźwięku.
- grecki filozof Pitagoras eksperymentował z wibracyjnymi właściwościami strun już w VI wieku p. n. e.
- Arystoteles postawił hipotezę, że fale dźwiękowe propagują się w powietrzu poprzez ruch powietrza.
- Rzymski inżynier architektury Witruwiusz z powodzeniem wydedukował mechanizmy transmisji fal dźwiękowych w I wieku pne.
- Galileusz badał fale dźwiękowe i akustykę w XVI i XVII wieku, podnosząc badania do poziomu naukowego.
- francuski matematyk Marin Mersenne kontynuował badania nad wibracjami, dostarczając trzech praw, które stanowią podstawę współczesnej akustyki muzycznej.
- Robert Hooke, angielski fizyk, jako pierwszy wytworzył falę dźwiękową o znanej częstotliwości.
- na przełomie XVII i XVIII wieku badania francuskiego fizyka Josepha Sauveura badały zależność fal, wysokości i częstotliwości. Wiele określeń akustycznych pochodzi z jego twórczości.
Czy zwierzęta i ludzie słyszą różne fale dźwiękowe?
źródło
zwierzęta i ludzie mają różne zakresy słuchu, co oznacza, że słyszymy różne zakresy fal dźwiękowych od innych stworzeń.
każdy gatunek ma zasięg słuchu i często niektóre z tych zakresów są wspólne. Te zakresy częstotliwości są mierzone w hercach (Hz) i Kilohercach (kHz).
ludzie mogą wykrywać fale dźwiękowe od 20 Hz do 20 000 Hz.
z reguły mniejsze Ssaki wykrywają wyższe zasięgi, a większe zwierzęta niższe.
słoń ma zakres od 16 Hz do 12 000 Hz. Wiele dźwięków, które wydają, jest niewykrywalnych dla ludzkiego ucha. Zasięg kota wynosi od 45 Hz do 64,000 Hz — będą słyszeć rzeczy w wyższym zakresie, że ludzie i słonie będą tęsknić.
psy często słyszą wysokie dźwięki, których nie jesteśmy świadomi, ponieważ ich zasięg sięga 45 000 Hz.
Energia dźwięku kształtuje nasz świat
Energia dźwięku to znacznie więcej niż odgłosy słuchu. Używamy naszego słuchu, aby zrozumieć energię dźwięku, która nas otacza.
stara zagadka o drzewie spadającym w lesie, gdzie nikt go nie słyszy – czy robi hałas? Zrozumienie energii dźwięku oznacza, że wiesz, że spadające drzewo powoduje wibracje cząstek powietrza, ale nie wydaje dźwięku. Wytwarza energię dźwiękową i wydaje hałas tylko wtedy, gdy jesteś tam, aby odbierać wibrujące fale dźwiękowe, aby twój mózg mógł zinterpretować je jako hałas.
więcej fascynujących faktów na temat energii i zjawisk naturalnych znajdziesz na blogu Amigo Energy.
Dostarczone przez amigoenergy
Wszystkie obrazy licencjonowane przez Adobe Stock.
Polecane zdjęcie: