”ljudet av tystnad”, ”ljud och Vision” och musikaliska kullar levande med ljudet av musik — ja, ljud finns runt omkring oss i sånger och våra dagliga liv.
men vad exakt är ljud, och mer specifikt, vad är ljudenergi? Finns det ljud om ingen hör det? (OK, vi blir lite filosofiska här, men du kan se hur det leder till så många fler frågor.)
nästan alla av oss njuta av vissa ljud som stöter på ett brett spektrum, oavsett om det är Beatles sjunger om en blackbird eller ASMR vurm från tysta ljud. Under tiden behöver vissa arbetare skydd mot ljudenergi och bär öronskydd — från helikopterpiloter till oljeriggarbetare som använder tunga maskiner.
Låt oss titta på definitioner av ljudenergi och hur vår förståelse av ljudkällor hjälper till att forma vår värld.
Vad är definitionen av ljudenergi?
innan vi definierar ljudenergi måste vi förstå två huvudtyper av energi i universum:
- potentiell energi, eller energi som lagras någonstans
- kinetisk energi, rörelsens energi
dessa energier kan delas in i andra former av energi. Ändå förblir potentiell och kinetisk energi pelarna för energiförståelse. Ta en titt på vår guide om potentiell och kinetisk energi för djupare inblick i dessa energier.
ljudenergi är en av dessa energiindelningar. En ljudvåg är en form av mekanisk energi. Ljudenergi är den energi som frigörs av ett objekts vibrationer — ljud är vad du får från vibrationer. Ljud färdas som ljudvågor, som är vibrerande partiklar. Och ljudvågor kan färdas genom gas, vätskor och fasta ämnen.
Hur Produceras Ljudenergi?
Låt oss ta en bongotrumma och placera den på golvet, redo att spelas. Den har potentiell energi i denna position. Låt oss nu slå trumskinnet med våra händer. Den handrörelsen är kinetisk energi.
när din hand (kinetisk energi) träffar bongo (potentiell energi) vibrerar bongos trumhuvud och hud, vilket får dess omgivande luftmolekyler att vibrera. De vibrerar mot alla närliggande luftmolekyler i närheten, för, utlöser en vibrationskedjereaktion. De vibrerande luftmolekylerna vibrerar mot angränsande partiklar, sedan nästa uppsättning molekyler, och så vidare, vilket skapar en ljudvåg som färdas utåt från dess källa.
dessa vibrerande molekyler, eller partiklar, som kommer från ett vibrerande objekt, utgör en ljudvåg. Det är till exempel lätt att höra någons röst om du pratar ansikte mot ansikte med några centimeter däremellan-ljudvågen färdas mot varje person. Om du fördubblar avståndet och vänder ryggen till varandra blir det svårare att höra varandras talade röster. Ljudvågorna reser bort från båda människorna.
ljudvågor rör sig när ett objekt vibrerar; detta kallas förökning.
ljudvågor, som vibrerar luftmolekylerna runt oss, detekteras av det mänskliga örat, vilket får trumhinnan att vibrera. Ju större ljudvibrationer, desto högre ljud-Detta kallas dess ljudintensitet. Intensiteten bestäms av hur starkt luftpartiklarna vibrerar och visar hur mycket energi det finns i en ljudvåg.
för att föreställa dig hur en ljudvåg ser ut, tänk på en Slinky våg gjord med en av de snygga leksakerna från din barndom. Om du flyttar Slinky upp och ner eller vänster och höger från ena änden skapar du en kontinuerlig våg som färdas längs Slinky. Detsamma händer med ljud-vibrationerna rör sig utåt som vågor och går i samma riktning.
människokroppen kan skapa många olika ljud för att förklara fenomenet. Du kan klappa händerna, sjunga, knäcka knogarna eller till och med svälja lite vatten. Alla dessa åtgärder producerar olika typer av ljud, och därmed ljudvågor.
Har Ljud Energi?
ja, ljudet har energi. Vibrationens vågor är ljudets energi.
Hur kan vi höra ljudenergi och ljudvågor?
källa
ljudvågor färdas genom luften, eller vätskor, eller fasta ämnen, och anländer till våra öron. Vågorna reser in i våra öronkanaler och fortsätter sedan till våra trumhinnor och får våra ben — tre små ben i öronen — att vibrera.
härifrån överför våra nu vibrerande ossiklar ljudvågorna till vår cochlea. Vid denna tidpunkt omvandlar så kallade hårceller alla dessa vågor till signaler som vår hjärna kan förstå och tolka, eller ”höra”, vad vi förstår som ljud.
Tänk på att lyssna på musik. Låt oss spela samma musikstycke tre gånger men under olika förhållanden. Första gången, lyssna på det medan du står i samma rum som stereon. Låten ska vara tydlig när den färdas genom luften. Andra gången, kör ett bad (njut!) och lyssna på musiken medan du håller huvudet och öronen under vattnet. Ljudet ändras eftersom ljudvågor färdas snabbare under vattnet. Och slutligen lyssna på musiken i ett angränsande rum, med alla dörrar stängda.
samma musikstycke kommer att låta annorlunda i varje miljö eftersom ljudvågor färdas genom varje element (luft, vatten, väggar) på olika sätt.
Hur Högt Är Ljudet?
ljudvågor ändras beroende på ljudets ljudstyrka. Ju större vibrationer, desto högre ljud och desto större mängd energi i ljudvågen.
om vi lätt knackar på vår bongotrumma, gör det färre vibrationer — och lite ljud-än om vi bash trumman med en träsked med all vår kraft.
ju större vibrationer, desto större ljudvågens Amplitud. Amplituden är höjden på ljudvågen. Ett öronbedövande ljud gör en enorm ljudvåg med hög amplitud, medan tystare ljud har mindre ljudvågor.
både ljudstyrka och tonhöjd påverkar det mänskliga örat. Överdriven ljudenergi — som har enorma ljudvågor-kan orsaka svår smärta och skada oss och i extrema fall göra oss döva.
Varför Har Ljud Olika Tonhöjder?
som vi har sett bestäms en ljudvågs ljud av dess höjd: ju högre våg, desto högre ljud. En ljudvåg kännetecknas också av dess längd eller utrymmet mellan varje vågs topp. Tänk på avståndet mellan vanliga vågor som går mot stranden.
ljudvågor med toppar mycket nära varandra ger högre tonhöjdsljud. Det beror på att de vibrerar mycket snabbt. Musikinstrument som trumpeter har höga ljud och skapar ljudvågor som ligger nära varandra.
omvänt ger ljudvågor med vågtoppar längre ifrån varandra lägre tonhöjdsljud. Dessa ljudvågor vibrerar långsammare. En oboe eller fagott är musikinstrument med lägre tonhöjd.
en xylofon illustrerar denna tonhöjdsskillnad perfekt. De lägre, tyngre och större staplarna ger en långsammare ljudvåg med större avstånd mellan dem än den högre tonhöjden för de mindre, lättare staplarna.
stämgafflar finns i olika platser och storlekar. Ju mindre stämgaffeln är, desto högre är dess tonhöjd (förutsatt att alla använda material är desamma), och ju större stämgaffeln är, desto lägre är dess tonhöjd. Om du träffar samma stämgaffel två gånger, en gång mjukt och en gång med kraft, kommer det hårdare slagna försöket att resonera högre eftersom det har mer ljudenergi.
om ett ljuds tonhöjd är för högt för det mänskliga örat kallar vi det ultraljud. Om det är för lågt kallar vi det infrasonic.
arkitekter och ljudtekniker studerar ljudresor, kallad akustik, när man utformar konsertsalar, biografer och var som helst ljud är viktigt. Hårda ytor reflekterar ljudet bra och skapar ekon, medan mjukare ytor som mattor absorberar ljud och minskar ekot.
Hur Mäter Vi Ljud?
ljud mäts i decibel, även känd som dess ljudenergitäthetsnivå eller ljudtryck.
Vad är ljudets hastighet?
källa
flera faktorer kan påverka ljudets hastighet, som lufttemperatur, materialet som ljudvågen passerar genom och ljudvågfrekvensen, till exempel.
på jorden, vid havsnivå, med en lufttemperatur på 59 grader Fahrenheit (15 grader Celsius) är ljudets hastighet 761,2 mph (1 225 km/h). Ljudet rör sig snabbare genom varmare luft. Som sådan, ju högre i atmosfären du är, desto lägre krävs hastighet för att bryta ljudbarriären.
till exempel var det första flygplanet som bröt ljudbarriären och flyger i supersonisk hastighet ett Bell X-1 raketdrivet forskningsplan. Den 14 oktober 1947 bogserades flygplanet högt upp i atmosfären och släpptes. Det bröt den (lokala) ljudbarriären vid 662 miles per timme (1 066 km/h).
en ljudbom händer när flygplan går snabbare än ljudets hastighet. Ett ljud som åska hörs eftersom luften skjuts åt sidan med stor kraft och skapar en chockvåg. De förskjutna, trycksatta luftpartiklarna rör sig utåt i alla riktningar, och tryckfrisättningen från chockvågen hörs som en sonisk BOM.
Vad är Doppler-effekten?
ljudvågor kan spela tricks på öronen i vad som kallas Doppler-effekten.
till exempel har en bil som närmar sig dig en hög ljudhöjd som sänker när den har kört förbi dig, trots att bilens Ljudproduktion inte förändras alls. Om du satt i fordonet skulle du inte märka någon förändring i bilens ljud alls. Bilens ljudvåglängdsfrekvenser förblir desamma genom att närma sig och passera dig.
men bilens hastighet när den rör sig mot dig gör att ljudvågorna träffar ditt öra i en snabbare takt eller frekvens än fordonet gör dem. Det gör att motorns tonhöjd låter högre. Det motsatta inträffar när bilen passerar dig — ljudvågorna kommer långsammare till örat och med en lägre frekvens, vilket gör att det låter lägre.
Varför kan du inte höra ljud i rymden?
rymden är ett vakuum, utan luftmolekyler för ljudvågor att vibrera. Ljud är en mekanisk våg och kan därför inte färdas genom ett vakuum. Det finns inga luftmolekyler i vakuumet som ljudvågen kan vibrera.
vi kan göra det visuellt genom att tänka på en stadion full av människor som utför en stadionvåg. Folket är luftmolekylerna, och de rör sig — eller vibrerar — för att hålla stadionvågen igång. Ljudvågor (stadionvågen) kan röra sig när det finns luftmolekyler (människor).
det finns inga luftmolekyler (människor) i vakuum, så ljudvågen kan inte resa och göra ljud, precis som det inte finns någon stadionvåg utan människor.
praktiska användningsområden för ljudenergi
källa
ljudenergi är inte begränsad till att vi kan kommunicera och höra vad som händer runt omkring oss. Inspelning av ljud är en sak, men nu kan vi använda ljudenergi på många sätt för att förbättra vår livsstil.
Hur Används Ljudenergi?
ljudenergi är fördelaktig energi. Den dagliga ljudenergin gör det möjligt för oss att veta när telefoner ringer, lyssna på musik, kommunicera genom att prata och höra en lastbil som tutar sitt horn för att varna för fara. Det här är bara några exempel på ljudenergi.
ultraljud — ljudenergivibrationer på en tonhöjd för hög för att människor ska höra — är avgörande för det medicinska området. Ultraljud använder samma ekolokaliseringsmetod för att visa förväntade mammor deras utvecklingsbarn via en skanning.
ultraljud kan också bryta upp njursten eller användas för att skanna organ.
samtidigt tillåter sonar fartyg att navigera och söka i haven, kartlägga havsbotten eller leta efter sjunkna fartyg.
Använder Sonar Ljudvågor?
Sonar står för Ljudnavigering och Ranging. Sonar har använts i stor utsträckning till sjöss för att kartlägga Haven, lokalisera faror, Sök, och mer.
Sonar använder ljudvågor eftersom ljudvågor färdas längre i vatten än radar eller ljus.
aktiv ekolod pulserar ljudvågor i objekt och ”lyssnar” efter ekon som kan hjälpa till att kartlägga det undersökta området. Passiv ekolod innebär att” lyssna ” efter ljudvågor i havet, som andra båtar eller valar.
Vad är skillnaden mellan ljudvågor och radiovågor?
vi har sett att ljud är gjorda av vågor. När vi lyssnar på radion producerar det ljud. Ändå är ljudvågor och radiovågor fundamentalt olika från varandra.
en radio tar emot vågor som sänds. Den kritiska skillnaden mellan ljudvågor och radiovågor är att radiovågan är en typ av elektromagnetisk våg. Däremot är ljudvågor vibrationer som gör en mekanisk våg.
radiovågor kan också färdas genom vakuum, till skillnad från ljudvågor. Därför kommunicerar satelliter som Voyager 1 med jorden med hjälp av radiovågor.
kan ljudenergi omvandlas till elektrisk energi?
källa
Ja, Vi kan konvertera ljudenergi till elektrisk energi. Ett utbrett exempel är en mikrofon.
när någon talar eller sjunger i en mikrofon, färdas ljudenergin nerför mikrofonen för att träffa ett membran. I sin tur vibrerar membranet och flyttar en magnet nära en spole. Mikrofonen producerar nu en elektrisk signal.
den elektriska signalen från mikrofonen leder vanligtvis till en högtalare, och högtalaren omvandlar sedan den elektriska signalen tillbaka till ljudvågor. Som ett resultat har du din konsert, karaoke eller konferensevenemang.
forskning om att omvandla buller till värdefull elektrisk energi till kraftapparater är i ett mycket tidigt skede. Som det ses med mikrofonen är det möjligt, men ljud till elomvandling på fördelaktiga nivåer förblir teoretiskt mer än praktiskt.
du kan dock utföra några ganska fantastiska akustiska levitationsexperiment med ljudvågor och ljudenergi.
Vem Upptäckte Ljudenergi?
flera kända namn har hjälpt till att upptäcka ljudenergi.
- den grekiska filosofen Pythagoras experimenterade med vibrerande strängegenskaper redan i 6th century BC.
- Aristoteles antog att ljudvågor sprider sig i luften genom luftens rörelse.
- romersk arkitektonisk ingenjör Vitruvius härledde framgångsrikt ljudvågsöverföringsmekanismer i 1: a århundradet f.Kr.
- Galileo studerade ljudvågor och akustik under 16 och 17-talen och höjde studien till en vetenskaplig nivå.
- fransk matematiker Marin Mersenne främjade vibrationsstudien och gav tre lagar som ligger till grund för modern musikalisk akustik.
- Robert Hooke, en engelsk fysiker, var den första som producerade en ljudvåg med en känd frekvens.
- i slutet av 17 och början av 18-talet undersökte studierna av den franska fysikern Joseph Sauveur förhållandet mellan vågor, tonhöjd och frekvenser. Många akustiska termer kommer från hans arbete.
hör djur och människor olika ljudvågor?
källa
djur och människor har olika hörselområden, vilket innebär att vi hör olika ljudvågintervall från andra varelser.
varje art har ett hörselområde, och ofta delas några av dessa intervall. Dessa frekvensområden mäts i Hertz (Hz) och Kilohertz (kHz).
människor kan upptäcka ljudvågor från 20 Hz upp till 20 000 Hz.
som en allmän regel upptäcker mindre däggdjur högre intervall och större djur lägre intervall.
en elefant har ett intervall på 16 Hz till 12 000 Hz. Många ljud de gör är odetekterbara för det mänskliga örat. En katts intervall är från 45 Hz till 64 000 Hz — de kommer att höra saker på det högre området som människor och elefanter kommer att sakna.
hundar hör ofta höga ljud som vi är helt omedvetna om eftersom deras intervall sträcker sig upp till 45 000 Hz.
ljudenergi formar vår värld
ljudenergi är mycket mer än att höra ljud. Vi använder vår hörsel för att förstå ljudenergin som omger oss.
den gamla gåtan om ett träd som faller i en skog med ingen där för att höra det — gör det ett ljud? Att förstå ljudenergi betyder att du vet att det fallande trädet får luftpartiklar att vibrera, men det ger inget ljud. Det gör ljudenergi, och det gör bara ett ljud om du är där för att ta emot de vibrerande ljudvågorna för din hjärna att tolka som ljud.
för mer fascinerande fakta om energi och naturfenomen, se till att bläddra i mer av Amigo Energy-bloggen.
Presenteras av amigoenergy
alla bilder licensierade från Adobe Stock.
utvalda bilder: