fale dzwiekowe, MEDYCYNA - ŚUM Katowice, I ROK, Biofizyka


1. Fale dźwiękowe i jej właściwości - to rodzaj fal ciśnienia. Ośrodki w których mogą się poruszać, to ośrodki sprężyste (ciało stałe, ciecz, gaz). Zaburzenia te polegają na przenoszeniu energii mechanicznej przez drgające cząstki ośrodka (zgęszczenia i rozrzedzenia) bez zmiany ich średniego położenia. Drgania mają kierunek oscylacji zgodny z kierunkiem ruchu fali (fala podłużna).

Ze względu na zakres częstotliwości można rozróżnić trzy rodzaje tych fal:

2.Elemnety fali dźwiękowej

T  - okres fali  (jednostka w układzie SI: sekunda - s)
λ - długość fali dźwiękowej  (jednostka w układzie SI: metr - m)

- prędkość fali (dokładniej tzw. prędkość fazowa) dźwiękowej w danym ośrodku (jednostka w układzie SI - m/s)

3.Elementy dźwięku

Dźwięk to po prostu fale rozchodzące się w powietrzu, które mogą być zidentyfikowane przez nasze uszy. Fale dźwiękowe można porównać do fale wody, z tą tylko różnicą, że poruszają się szybciej, około 1224 km/h oraz rozchodzą się w trzech płaszczyznach. Ciała wytwarzają dźwięki, drgając lub szybko poruszając się tam i z powrotem. W ten sposób w otaczającym powietrzu powstają fale dźwiękowe. Prawie każde ciało może drgać, wytwarzając dźwięki. Niekiedy drgania te można zauważyć gołym okiem. Dźwięki są drganiami, które odbieramy za pomocą słuchu. Inaczej niż w przypadku promieniowania elektromagnetycznego, dźwięk musi rozchodzić się w ośrodkach stałym, ciekłym lub gazowym.
Dźwięki mogą się różnić wysokością, natężeniem i barwą.
Wysokość dźwięku jest związana z częstotliwością drgań źródła: częstotliwością małym odpowiadają dźwięki niskie i odwrotnie. O wysokości często decyduje częstotliwość tonu podstawowego. Częstotliwość to liczba zderzeń lub cyklów danego zjawiska okresowego w jednostce czasu, na przykład w ciągu jednej sekundy. W przypadku przesuwającej się fali jest to ilość grzbietów fal, przechodzących przez wybrany punkt w jednostce czasu. Częstotliwość mierzy się w hercach (Hz). Częstotliwość jednego herca oznacza, że na jedną sekundę przypada jedno zderzenie. Jest liczbowo równa odwrotności okresu drgań
Natężenie dźwięku mierzy się ilością energii przenoszonej w jednostce czasu przez jednostkę powierzchni ustawionej prostopadle do promienia fali. Natężenie dźwięku wyraża się J/m2*s lub W/m2.
Trzecia cecha dźwięku, barwa dźwięku, wiąże się z jego złożonością. Częstotliwość barwie odbieranego dźwięku decydują: liczba składowych tonów harmonicznych i stosunki ich natężeń. Różnice barwy można ustalać za pomocą

słuchu a także badać je obiektywnie porównując krzywe zależności wychyleń źródła od położenia równowagi od czasu. Taka krzywa w przypadku źródła tonu prostego ma kształt sinusoidy. Ustalając liczbę występujących w danym dźwięku tonów harmonicznych i stosunki ich natężeń otrzymujemy charakterystykę danego dźwięku w postaci widma akustycznego.

4..Ultradźwięki
Dźwięki o częstotliwości większej niż górna granica częstotliwości dźwięku słyszalnego przez człowieka nazywamy ultradźwiękami. Jest to zaburzenie falowe rozchodzące się w środowisku sprężystym, związane z drganiami akustycznymi o częstotliwościach większych niż 20 Hz. Górna granica słyszalności u zwierząt jest niekiedy wyższa (na przykład pies może być przywoływany do właściciela za pomocą ultradźwiękowego gwizdka, którego dźwięku nie słyszą ludzie, także nietoperz wysyła ?piski? niesłyszalne przez człowieka). Ultradźwięki stosowane są w technice (między innymi w badaniach nieniszczących, obróbce materiałów), echolokacji, medycynie (ultrasonografia). W przyrodzie ultradźwięki występują jako składniki szumów naturalnych (wiatru, morza, deszczu i innych), także jako głosy świata zwierzęcego (nietoperzy, delfinów).

4.Dżwięki Tonalne-Źródło dźwięku może drgać okresowo.Wtedy w powietrzu powstaje fala harmoniczna o ściśle określonej czestotliwości f (i ściśle określonym okresie T).Falę taką nazywamy dźwiękiem tonalnym.Źródłem dźwięku tonalnego jest na przykład kamerton.Przećiętny człowiek slyszy dźwięki tonalne o częstotliwościach w zakresie od 20 Hz (najniższe słyszalne) do 20000 Hz (najwyższe słyszalne)

5.Długość i prędkość fal dźwiękowych

Dla fal harmonicznych na sznurze obowiązywał związek pomiędzy długością fali ,prędkością fali V i częstotliwością f:

=V/f

Podobna zależność powinna obowiązywać i dla dal dźwiękowych .Prędkość dźwięku ma wartość 340 m/s.Ile np wynosi dla f=1000Hz=1000 1/s?

Oblićzmy długość fali:

= 340m/s : 1000 1/s = 0,34 m = 34cm.

Prędkość fal dźwiękowych

Prędkość dźwięku w danym ośrodku zależy od różnych czynników np. od naprężeń i gęstości w przypadku ciał stałych, od temperatury w przypadku gazów i cieczy. 

W stałych warunkach prędkości dźwięku w różnych ośrodkach są w miarę stabilne i określone.
Poniżej podano prędkości dźwięku dla kilku ośrodków w warunkach normalnych (temperatura 20°C, ciśnienie normalne 101325 Pa):

Stal -5100 m/s

Beton -3800 m/s

Woda -1490 m/s

Powietrze -343 m/s

Z przedstawionych danych wynika, że dźwięku znacznie szybciej rozchodzą się w wodzie i ciałach stałych niż w powietrzu. 

Prędkość dźwięku w powietrzu (a także ogólnie - w gazach) wyraźnie zależy od temperatury (ściślej od pierwiastka kwadratowego z temperatury wyrażonej w kelwinach). Im większa jest temperatura powietrza, tym szybciej poruszają się jego cząsteczki i tym większa jest prędkość dźwięku. 
W typowych warunkach, jakie spotykamy na co dzień w atmosferze ziemskiej, zmiana temperatury powietrza o 10 stopni Celsjusza spowoduje zmianę prędkości dźwięku o ok. 5 m/s.

Prędkość dźwięku w ciałach stałych zależy w znacznym stopniu od naprężeń. Np. dzięki silniejszemu naciąganiu struny można uzyskać zwiększenie prędkości rozchodzenia się dźwięku, a w konsekwencji podwyższenie tonu jej drgań swobodnych (więcej na ten temat jest w rozdziale o drganiach struny).

Prędkość harmonicznych fal dźwiękowych można powiązać z długością fali dźwiękowej, oraz jej częstotliwością f, lub okresem T.  (patrz także rozdział: wzór na prędkość fali). 

v = λ f

0x01 graphic

- prędkość fali (dokładniej tzw. prędkość fazowa) dźwiękowej w danym ośrodku (jednostka w układzie SI - m/s)
T  - okres fali  (jednostka w układzie SI: sekunda - s)
λ - długość fali dźwiękowej  (jednostka w układzie SI: metr - m)

6.Zjawisko Echa
Fala dźwiękowa napotykając na swej drodze przeszkodę częściowo odbija się od niej, a częściowo przenika do drugiego ośrodka. Odbita fala dźwiękowa wraca do ucha obserwatora powodując powtórzenie wrażenia słuchowego, zwane echem. Niekiedy fale dźwiękowe odbijają się od kilku przeszkód, leżących w różnej odległości od obserwatora, który słyszy wówczas kilkakrotne echo.

Zjawisko Hałas

Znamy także dźwięki,które nie są ani krótkotrwałymi impulsami falowymi, ani falami harmonicznymi.Tego ytpu fale wytwarzają na przykład samochody, jeżdzące po ulicy, pracujące młoty pneumatyczne czy grupy ludźi, prowadzącyh jednocześnie wiele rozmów.Takie „nieregularne” fale dźwiękowe nazywamy hałasem.

7.Instrumnty muzyczne jako urządzenia wykorzystujące fale dźwiękowe

Różne warstwy, z których zbudowany jest Reflexion Filter pochłaniaja i rozpraszają fale dźwiękowe, co powoduje, że energia akustyczna stopniowo osłabia się. To z kolei powoduje, że coraz mniej „niepożądanej” energii akustycznej „uderza” w ściany pomieszczenia i inne powierzchnie, co bardzo znacznie ogranicza wpływ akustyki pomieszczenia na dźwięk trafiający do membrany mikrofonu. Kształt filtru został wnikliwie przetestowany i dobrany w celu zmaksymalizowania efektu absorpcji przy jednoczesnym ograniczeniu koloracji dźwięku (na poziomie max. 1dB) i nie wpływaniu na charakterystykę kierunkową mikrofonu.

Instrumenty Perkusyjne-Dźwięk niektórych instrumentów prekusyjnych,jak kotły czy gongi, mają inny charakter niż instrumenty.Dźwięk taki składa sie z tonów,ale częstotliwość wyższych tonów składowych nie są całkowitymi wielokrotnościami tonu podstawowego.

7.Elemnety fali dźwiękowej

T  - okres fali  (jednostka w układzie SI: sekunda - s)
λ - długość fali dźwiękowej  (jednostka w układzie SI: metr - m)

- prędkość fali (dokładniej tzw. prędkość fazowa) dźwiękowej w danym ośrodku (jednostka w układzie SI - m/s)



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
biofizyka - pytania, MEDYCYNA - ŚUM Katowice, I ROK, Biofizyka
ściąga statystyka, MEDYCYNA - ŚUM Katowice, I ROK, Biofizyka
biofizyka - pytania, MEDYCYNA - ŚUM Katowice, I ROK, Biofizyka
ściąga statystyka, MEDYCYNA - ŚUM Katowice, I ROK, Biofizyka
farmakologia kliniczna 2010, MEDYCYNA - ŚUM Katowice, V ROK, Farmakologia kliniczna
Insecta, MEDYCYNA - ŚUM Katowice, I ROK, Biologia medyczna, 4. PARAZYTOLOGIA
Protozoa, MEDYCYNA - ŚUM Katowice, I ROK, Biologia medyczna, 4. PARAZYTOLOGIA
ratunki-forum, MEDYCYNA - ŚUM Katowice, V ROK, Medycyna ratunkowa, Egzaminy
Ratunki 2010+2011+inne, MEDYCYNA - ŚUM Katowice, V ROK, Medycyna ratunkowa, Egzaminy
poprawiona 3, MEDYCYNA - ŚUM Katowice, V ROK, INTERNA, Hematologia, hematy 3 gr mail sem 2
Neurologia IV rok, MEDYCYNA - ŚUM Katowice, V ROK, Neurologia, Egzaminy
SylabusGenetyka 1rok (1), MEDYCYNA - ŚUM Katowice, I ROK, Biologia medyczna, SYLABUSY
przestrzeń zaotrzewnowa.seminarium, MEDYCYNA - ŚUM Katowice, V ROK, Radiologia, II blok
strona 16, MEDYCYNA - ŚUM Katowice, V ROK, INTERNA, Hematologia, hematy 3 gr mail sem 2
radiologia zalicz prakt, MEDYCYNA - ŚUM Katowice, V ROK, Radiologia, Egzamin praktyczny

więcej podobnych podstron