انتشار صدا در آب صدا چگونه در فضا حرکت می کند؟ جامدات الاستیک

انعکاس صدا در این بخش فرض خواهیم کرد که طول موج موج صوتی به اندازه کافی کوچک است و بنابراین، صدا در امتداد پرتوها حرکت می کند. وقتی چنین پرتو صوتی از هوا روی یک سطح جامد می افتد چه اتفاقی می افتد؟ واضح است که در این مورد بازتابی وجود دارد

کشف خواص غیرمنتظره جو - آزمایشات عجیب - انتقال انرژی الکتریکی از طریق یک سیم بدون بازگشت - انتقال از طریق زمین بدون بازگشت من متوجه شدم که انتقال انرژی الکتریکی از طریق یک سیم بدون بازگشت است. انرژی الکتریکی

انتقال انرژی الکتریکی بدون سیم* در اواخر سال 1898، تحقیقات سیستماتیکی که سالها برای بهبود روش انتقال انرژی الکتریکی از طریق محیط طبیعی انجام شد، مرا به درک سه نیاز مهم سوق داد. اولین -

انتقال صدا از طریق ژنراتور لوله رادیویی که نمودار آن در شکل نشان داده شده است. 24، انتشارات رادیویی را با پارامترهای بدون تغییر ایجاد می کند. بیایید یک اضافه کوچک به آن اضافه کنیم: آن را به مداری که ولتاژ را از طریق القاء به شبکه لوله الکترون تامین می کند وصل کنید.

48 انتقال انرژی از طریق ماده برای آزمایش ما به: یک دوجین سکه روبلی نیاز داریم. ما قبلاً با امواج مختلفی روبرو شده ایم. در اینجا یک آزمایش قدیمی دیگر است که کاملاً خنده دار به نظر می رسد و نشان می دهد که چگونه موج از یک جسم عبور می کند. پول کوچک را در نظر بگیرید - مثلاً سکه ها

30. انتقال پیام‌ها به گذشته مجموعه‌ای از قوانین برای تماشاگر حتی قبل از اینکه کریستوفر نولان فیلم Interstellar را کارگردانی کند و فیلمنامه را دوباره کار کند، برادرش جونا در مورد مجموعه‌ای از قوانین به من گفت تا یک فیلم علمی تخیلی را در سطح مناسب نگه دارم.

فصل 30. انتقال پیام به گذشته برای اینکه چگونه فیزیکدانان مدرن سفر به گذشته در زمان را در چهار بعد فضا-زمان بدون حجم تصور می کنند، به آخرین فصل کتاب "سیاه چاله ها و چین های زمان" [Thorne 2009]، فصل مراجعه کنید.

فصل 30. انتقال پیام به گذشته در بخش عمده و همچنین در ما، موقعیت‌هایی در فضا-زمان که می‌توان در آن پیام‌ها را مخابره کرد و هر چیزی را می‌توان جابه‌جا کرد، توسط قانونی محدود شده است که می‌گوید: هیچ چیز نمی‌تواند سریع‌تر از نور حرکت کند. . برای مطالعه

صدا از طریق امواج صوتی عبور می کند. این امواج نه تنها از گازها و مایعات عبور می کنند، بلکه از آن نیز عبور می کنند مواد جامد. عمل هر موج عمدتاً شامل انتقال انرژی است. در مورد صدا، انتقال به شکل حرکات دقیقه ای در سطح مولکولی انجام می شود.

در گازها و مایعات، موج صوتی، مولکول ها را در جهت حرکت خود، یعنی در جهت طول موج حرکت می دهد. در جامدات ارتعاشات صوتیمولکول ها همچنین می توانند در جهت عمود بر موج رخ دهند.

امواج صوتی از منابع خود در همه جهات حرکت می کنند، همانطور که در تصویر سمت راست نشان داده شده است، که نشان می دهد زنگ فلزی به طور دوره ای با زبان خود برخورد می کند. این برخوردهای مکانیکی باعث ارتعاش زنگ می شود. انرژی ارتعاشات به مولکول های هوای اطراف منتقل می شود و آنها از زنگ رانده می شوند. در نتیجه فشار در لایه هوای مجاور زنگ افزایش می یابد که سپس به صورت امواج در همه جهات از منبع پخش می شود.

سرعت صدا مستقل از میزان صدا یا تن است. همه صداهای یک رادیو در یک اتاق، اعم از بلند یا ملایم، با صدای بلند یا کم، به طور همزمان به شنونده می رسد.

سرعت صوت به نوع محیطی که در آن حرکت می کند و دمای آن بستگی دارد. در گازها، امواج صوتی به آرامی حرکت می کنند، زیرا ساختار مولکولی کمیاب آنها مقاومت کمی در برابر فشرده سازی ارائه می دهد. در مایعات سرعت صوت افزایش می یابد و در جامدات حتی سریعتر می شود، همانطور که در نمودار زیر بر حسب متر بر ثانیه (m/s) نشان داده شده است.

مسیر موج

امواج صوتی در هوا به روشی مشابه آنچه در نمودار سمت راست نشان داده شده است حرکت می کنند. جبهه های موج از منبع در فاصله معینی از یکدیگر حرکت می کنند که با فرکانس ارتعاشات زنگ تعیین می شود. فرکانس یک موج صوتی با شمارش تعداد جبهه‌های موجی که از یک نقطه معین در واحد زمان عبور می‌کنند، تعیین می‌شود.

جلو موج صوتی از زنگ ارتعاشی دور می شود.

در هوای گرم شده یکنواخت صدا با سرعت ثابتی حرکت می کند.

جبهه دوم از فاصله دور جبهه اول را دنبال می کند، برابر طولامواج.

شدت صدا نزدیک به منبع است.

نمایش گرافیکی یک موج نامرئی

صدای صوتی از اعماق

یک پرتو سونار از امواج صوتی به راحتی از آب اقیانوس عبور می کند. اصل سونار بر این واقعیت استوار است که امواج صوتی از کف اقیانوس منعکس می شود. این دستگاه معمولا برای تعیین ویژگی های زمین زیر آب استفاده می شود.

جامدات الاستیک

صدا در یک صفحه چوبی حرکت می کند. مولکول‌های اکثر جامدات به یک شبکه فضایی الاستیک متصل می‌شوند که به خوبی فشرده شده و در عین حال عبور امواج صوتی را تسریع می‌کند.

این درس مبحث "امواج صوتی" را پوشش می دهد. در این درس به مطالعه آکوستیک ادامه خواهیم داد. ابتدا تعریف امواج صوتی را تکرار می کنیم سپس محدوده فرکانسی آنها را در نظر می گیریم و با مفهوم امواج فراصوت و مادون صوت آشنا می شویم. همچنین در مورد خواص امواج صوتی در رسانه های مختلف بحث خواهیم کرد و خواهیم آموخت که چه ویژگی هایی دارد. .

امواج صوتی -اینها ارتعاشات مکانیکی هستند که با انتشار و تعامل با اندام شنوایی توسط شخص درک می شوند (شکل 1).

برنج. 1. موج صوتی

شاخه ای از فیزیک که به این امواج می پردازد آکوستیک نام دارد. حرفه افرادی که به آنها "شنونده" می گویند، آکوستیک است. موج صوتی موجی است که در یک محیط کشسان منتشر می شود، یک موج طولی است و هنگامی که در یک محیط کشسان منتشر می شود، فشرده سازی و تخلیه متناوب می شود. در طول زمان و در مسافتی منتقل می شود (شکل 2).

برنج. 2. انتشار امواج صوتی

امواج صوتی شامل ارتعاشاتی است که با فرکانس 20 تا 20000 هرتز رخ می دهد. برای این فرکانس ها، طول موج های مربوطه 17 متر (برای 20 هرتز) و 17 میلی متر (برای 20000 هرتز) است. این محدوده را صدای شنیدنی می نامند. این طول موج ها برای هوا داده می شود که سرعت صوت در آن برابر با .

همچنین طیف هایی وجود دارد که آکوستیک ها با آنها سروکار دارند - مادون صوت و اولتراسونیک. Infrasonic آنهایی هستند که فرکانس کمتر از 20 هرتز دارند. و اولتراسونیک آنهایی هستند که فرکانس بیشتری از 20000 هرتز دارند (شکل 3).

برنج. 3. محدوده امواج صوتی

هر فرد تحصیل کرده ای باید با محدوده فرکانسی امواج صوتی آشنا باشد و بداند که اگر برای سونوگرافی مراجعه کند، تصویر روی صفحه کامپیوتر با فرکانس بیش از 20000 هرتز ساخته می شود.

سونوگرافی -این امواج مکانیکی مشابه امواج صوتی هستند، اما با فرکانس 20 کیلوهرتز تا یک میلیارد هرتز.

امواج با فرکانس بیش از یک میلیارد هرتز نامیده می شوند فراصوت.

سونوگرافی برای تشخیص عیوب در قطعات ریختگی استفاده می شود. جریانی از سیگنال های اولتراسونیک کوتاه به قسمت مورد بررسی هدایت می شود. در مکان هایی که هیچ نقصی وجود ندارد، سیگنال ها بدون ثبت توسط گیرنده از قطعه عبور می کنند.

در صورت وجود ترک در قطعه، حفره هوایا ناهمگنی دیگر، سیگنال اولتراسونیک از آن منعکس شده و با بازگشت وارد گیرنده می شود. این روش نامیده می شود تشخیص نقص اولتراسونیک.

نمونه های دیگر از کاربردهای اولتراسوند ماشین ها هستند معاینه سونوگرافی, دستگاه سونوگرافی, سونوگرافی درمانی.

مادون صوت –امواج مکانیکی مشابه امواج صوتی، اما دارای فرکانس کمتر از 20 هرتز. آنها توسط گوش انسان درک نمی شوند.

منابع طبیعی امواج فروصوت طوفان، سونامی، زلزله، طوفان، فوران های آتشفشانی و رعد و برق هستند.

امواج فروصوت نیز یک موج مهم است که برای ارتعاش سطح (مثلاً برای از بین بردن برخی اجسام بزرگ) استفاده می شود. ما امواج فروصوت را به داخل خاک راه اندازی می کنیم - و خاک تجزیه می شود. این کجا استفاده می شود؟ به عنوان مثال، در معادن الماس، جایی که سنگ معدنی حاوی اجزای الماس را می گیرند و آن را به ذرات کوچک خرد می کنند تا این اجزاء الماس را پیدا کنند (شکل 4).

برنج. 4. کاربرد مادون صوت

سرعت صوت به شرایط محیطی و دما بستگی دارد (شکل 5).

برنج. 5. سرعت انتشار امواج صوتی در رسانه های مختلف

لطفا توجه داشته باشید: در هوا سرعت صوت در برابر است و در , سرعت به میزان . اگر شما یک محقق هستید، پس این دانش ممکن است برای شما مفید باشد. حتی ممکن است نوعی سنسور دما را بسازید که با تغییر سرعت صدا در محیط، تفاوت دما را ثبت کند. ما قبلاً می دانیم که هر چه محیط متراکم تر باشد، هر چه تعامل بین ذرات محیط جدی تر باشد، موج سریعتر منتشر می شود. در پاراگراف آخر با استفاده از مثال هوای خشک و هوای مرطوب در این مورد بحث کردیم. برای آب، سرعت انتشار صوت برابر است با . اگر یک موج صوتی ایجاد کنید (به یک چنگال تنظیم ضربه بزنید)، سرعت انتشار آن در آب 4 برابر بیشتر از هوا خواهد بود. از طریق آب، اطلاعات 4 برابر سریعتر از هوا خواهد رسید. و در فولاد حتی سریعتر است: (شکل 6).

برنج. 6. سرعت انتشار امواج صوتی

شما از حماسه هایی که ایلیا مورومتس استفاده کرد (و همه قهرمانان و مردم عادی روسیه و پسران RVS Gaidar) می دانید، آنها بسیار استفاده کردند. به روشی جالبتشخیص شیئی که در حال نزدیک شدن است، اما هنوز دور است. صدایی که هنگام حرکت می دهد هنوز شنیده نمی شود. ایلیا مورومتس، با گوش به زمین، می تواند او را بشنود. چرا؟ زیرا صدا با سرعت بیشتری از روی زمین جامد منتقل می شود، به این معنی که سریعتر به گوش ایلیا مورومتس می رسد و او می تواند برای رویارویی با دشمن آماده شود.

جالب ترین امواج صوتی صداها و نویزهای موسیقی هستند. چه اجسامی می توانند امواج صوتی ایجاد کنند؟ اگر یک منبع موج و یک محیط الاستیک را در نظر بگیریم، اگر منبع صدا را به صورت هماهنگ به ارتعاش در آوریم، در این صورت یک موج صوتی فوق العاده خواهیم داشت که به آن صدای موسیقی می گویند. این منابع امواج صوتی می تواند به عنوان مثال سیم های یک گیتار یا پیانو باشد. این ممکن است یک موج صوتی باشد که در شکاف هوای لوله (ارگان یا لوله) ایجاد می شود. از درس های موسیقی، نت ها را می شناسید: do، re، mi، fa، sol، la، si. در آکوستیک به آنها تن می گویند (شکل 7).

برنج. 7. آهنگ های موسیقی

تمام اشیایی که می توانند صدا تولید کنند دارای ویژگی هایی خواهند بود. اونها چجوری متفاوت هستن؟ آنها در طول موج و فرکانس متفاوت هستند. اگر این امواج صوتی توسط اجسام موزون صدا ایجاد نشوند و یا به نوعی قطعه ارکستری مشترک متصل نباشند، آنگاه به چنین حجمی از صداها نویز می گویند.

سر و صدا- نوسانات تصادفی از ماهیت های فیزیکی مختلف که با پیچیدگی ساختار زمانی و طیفی آنها مشخص می شود. مفهوم نویز هم خانگی و هم فیزیکی است که بسیار شبیه هم هستند و به همین دلیل آن را به عنوان یک موضوع مهم جداگانه برای بررسی معرفی می کنیم.

بیایید به ادامه مطلب برویم برآوردهای کمیامواج صوتی ویژگی های امواج صوتی موسیقی چیست؟ این ویژگی ها منحصراً برای ارتعاشات صوتی هارمونیک اعمال می شود. بنابراین، حجم صدا. حجم صدا چگونه تعیین می شود؟ اجازه دهید انتشار یک موج صوتی در زمان یا نوسانات منبع موج صوتی را در نظر بگیریم (شکل 8).

برنج. 8. حجم صدا

در عین حال، اگر صدای زیادی به سیستم اضافه نکنیم (مثلاً یک کلید پیانو را بی صدا بزنیم)، صدای آرامی وجود خواهد داشت. اگر با صدای بلند دستمان را بالا ببریم با زدن کلید این صدا را ایجاد کنیم صدای بلندی می گیریم. این به چه چیزی بستگی دارد؟ صدای آرام دامنه ارتعاش کمتری نسبت به صدای بلند دارد.

بعد مشخصه مهمصدای موسیقی و هر صدای دیگری - ارتفاع. زیر و بم صدا به چه چیزی بستگی دارد؟ ارتفاع به فرکانس بستگی دارد. می‌توانیم منبع را به طور مکرر نوسان کنیم، یا می‌توانیم کاری کنیم که خیلی سریع نوسان نکند (یعنی نوسانات کمتری در واحد زمان انجام دهیم). بیایید حرکت زمانی صدای کم و زیاد با دامنه یکسان را در نظر بگیریم (شکل 9).

برنج. 9. زمین

نتیجه جالبی می توان گرفت. اگر شخصی با صدای بم آواز بخواند، منبع صدا دارد (این است تارهای صوتی) چندین برابر کندتر از فردی که سوپرانو می خواند نوسان دارد. در حالت دوم، تارهای صوتی بیشتر مرتعش می شوند و بنابراین اغلب باعث ایجاد حفره های فشرده سازی و تخلیه در انتشار موج می شوند.

ویژگی جالب دیگری برای امواج صوتی وجود دارد که فیزیکدانان آن را مطالعه نمی کنند. این تن صدا. شما همان قطعه موسیقی اجرا شده با بالالایکا یا ویولن سل را می شناسید و به راحتی تشخیص می دهید. این صداها یا این اجرا چگونه متفاوت هستند؟ در ابتدای آزمایش از افرادی که صداهایی تولید می کنند خواستیم که آنها را با دامنه تقریباً یکسانی بسازند تا حجم صدا یکسان باشد. مانند ارکستر: اگر نیازی به برجسته کردن هیچ ساز نباشد، همه تقریباً یکسان و با قدرت یکسان می نوازند. بنابراین صدای بالالایکا و ویولن سل متفاوت است. اگر بخواهیم صدای تولید شده از یک ساز را از ساز دیگر با استفاده از نمودارها ترسیم کنیم، آنها یکسان خواهند بود. اما به راحتی می توانید این سازها را با صدایشان تشخیص دهید.

نمونه دیگری از اهمیت تامبر. دو خواننده را تصور کنید که با یک معلم از یک دانشگاه موسیقی فارغ التحصیل می شوند. آنها به همان اندازه خوب مطالعه کردند، با A مستقیم. به دلایلی، یکی به یک مجری برجسته تبدیل می شود، در حالی که دیگری در تمام زندگی خود از حرفه خود ناراضی است. در واقع، این تنها توسط ساز آنها تعیین می شود که باعث ایجاد ارتعاشات صوتی در محیط می شود، یعنی صدای آنها از نظر تایم متفاوت است.

کتابشناسی - فهرست کتب

1. سوکولوویچ یو.آ.، بوگدانوا جی.اس. فیزیک: کتاب مرجع با مثال هایی از حل مسئله. - پارتیشن مجدد نسخه 2. - X.: وستا: انتشارات "رانوک"، 1384. - 464 ص.
2. Peryshkin A.V.، Gutnik E.M.، فیزیک. پایه نهم: کتاب درسی آموزش عمومی. مؤسسات/A.V. پریشکین، ای.ام. گوتنیک. - ویرایش چهاردهم، کلیشه. - M.: Bustard, 2009. - 300 p.

1. پورتال اینترنتی “eduspb.com” ()
2. پورتال اینترنتی "msk.edu.ua" ()
3. پورتال اینترنتی "class-fizika.narod.ru" ()

مشق شب

1. صدا چگونه سفر می کند؟ منبع صدا چه چیزی می تواند باشد؟
2. آیا صدا می تواند در فضا حرکت کند؟
3. آیا هر موجی که به اندام شنوایی انسان می رسد توسط او درک می شود؟

در فواصل طولانی، انرژی صوتی تنها در امتداد پرتوهای ملایمی حرکت می کند که در تمام مسیر کف اقیانوس را لمس نمی کنند. در این حالت محدودیتی که محیط بر دامنه انتشار صوت اعمال می کند، جذب آن در آب دریا است. مکانیسم اصلی جذب با فرآیندهای آرامش همراه با اختلال همراه با موج صوتی تعادل ترمودینامیکی بین یون‌ها و مولکول‌های نمک‌های محلول در آب همراه است. لازم به ذکر است که نقش اصلیدر جذب در طیف گسترده ای از فرکانس های صوتی متعلق به نمک سولفور منیزیم MgSO4 است، اگرچه از نظر درصد محتوای آن در آب دریا بسیار کم است - تقریباً 10 برابر کمتر از مثلاً نمک نمک NaCl، که با این وجود هیچ قابل توجهی ندارد. نقش در جذب صدا

جذب آب دریا، به طور کلی، هر چه فرکانس صدا بیشتر باشد، بیشتر است. در فرکانس های 3-5 تا حداقل 100 کیلوهرتز، که مکانیسم فوق غالب است، جذب متناسب با فرکانس به توان حدود 3/2 است. در فرکانس‌های پایین‌تر، مکانیسم جذب جدیدی فعال می‌شود (احتمالاً به دلیل وجود نمک‌های بور در آب)، که به‌ویژه در محدوده صدها هرتز قابل توجه می‌شود. در اینجا سطح جذب به طور غیرعادی بالا است و با کاهش فرکانس به طور قابل توجهی کندتر کاهش می یابد.

برای تصور واضح تر ویژگی های کمی جذب در آب دریا، توجه می کنیم که به دلیل این اثر، صدایی با فرکانس 100 هرتز 10 بار در مسیر 10 هزار کیلومتری و با فرکانس 10 کیلوهرتز در یک مسیر ضعیف می شود. فاصله فقط 10 کیلومتر (شکل 2). بنابراین، تنها امواج صوتی با فرکانس پایین را می توان برای ارتباطات طولانی در زیر آب، تشخیص دوربرد موانع زیر آب و غیره استفاده کرد.

شکل 2 - فاصله هایی که صداهای فرکانس های مختلف در هنگام انتشار در آب دریا 10 برابر کاهش می یابد.

در منطقه صداهای قابل شنیدن برای محدوده فرکانس 20-2000 هرتز، دامنه انتشار صداهای با شدت متوسط ​​در زیر آب به 15-20 کیلومتر و در منطقه اولتراسوند - 3-5 کیلومتر می رسد.

بر اساس مقادیر تضعیف صدا که در شرایط آزمایشگاهی در حجم های کوچک آب مشاهده می شود، می توان انتظار داشت که محدوده های قابل توجهی بیشتر باشد. با این حال، در شرایط طبیعیعلاوه بر تضعیف ناشی از خواص خود آب (به اصطلاح میرایی ویسکوز)، پراکندگی و جذب آن توسط ناهمگنی های مختلف محیط نیز بر آن تأثیر می گذارد.

شکست صوت یا انحنای مسیر پرتو صوتی به دلیل ناهمگونی در خواص آب، عمدتاً به صورت عمودی، به سه دلیل اصلی ایجاد می‌شود: تغییر فشار هیدرواستاتیک با عمق، تغییر در شوری و تغییر دما در اثر نابرابر. گرم شدن توده آب توسط پرتوهای خورشید. در نتیجه اثر ترکیبی این دلایل، سرعت انتشار صوت که برای آب شیرین حدود 1450 متر بر ثانیه و برای آب دریا حدود 1500 متر بر ثانیه است، با عمق تغییر می کند و قانون تغییر به زمان بستگی دارد. سال، زمان روز، عمق مخزن و چند دلیل دیگر. پرتوهای صوتی که از منبع در یک زاویه مشخص نسبت به افق بیرون می آیند، خمیده می شوند و جهت خمش به توزیع سرعت صوت در محیط بستگی دارد. در تابستان، زمانی که لایه های بالایی گرمتر از لایه های پایینی هستند، پرتوها به سمت پایین خم می شوند و بیشتر از پایین منعکس می شوند و سهم قابل توجهی از انرژی خود را از دست می دهند. برعکس، در زمستان، زمانی که لایه‌های پایین‌تر آب دمای خود را حفظ می‌کنند، در حالی که لایه‌های بالایی خنک می‌شوند، پرتوها به سمت بالا خم می‌شوند و تحت انعکاس‌های متعدد از سطح آب قرار می‌گیرند که طی آن انرژی بسیار کمتری از دست می‌رود. بنابراین در زمستان دامنه انتشار صدا بیشتر از تابستان است. در اثر شکست به اصطلاح مناطق مرده، یعنی مناطقی که در نزدیکی منبع قرار دارند و در آنها قابلیت شنیدن وجود ندارد.

با این حال، وجود انکسار می تواند منجر به افزایش دامنه انتشار صدا شود - پدیده انتشار فوق العاده دوربرد صداها در زیر آب. در برخی از عمق های زیر سطح آب لایه ای وجود دارد که در آن صدا با کمترین سرعت حرکت می کند. در بالای این عمق، سرعت صوت به دلیل افزایش دما و در زیر این عمق به دلیل افزایش فشار هیدرواستاتیک با عمق افزایش می یابد. این لایه نوعی کانال صوتی زیر آب است. پرتویی که از محور کانال به سمت بالا یا پایین منحرف شده است، در اثر شکست، همیشه تمایل به سقوط مجدد به داخل آن دارد. اگر منبع و گیرنده صدا را در این لایه قرار دهید، حتی صداهایی با شدت متوسط ​​(مثلاً انفجار بارهای کوچک 1-2 کیلوگرمی) در فواصل صدها و هزاران کیلومتر قابل ضبط است. افزایش قابل توجهی در دامنه انتشار صدا در حضور یک کانال صوتی زیر آب زمانی قابل مشاهده است که منبع و گیرنده صدا لزوماً در نزدیکی محور کانال نیستند، بلکه به عنوان مثال، در نزدیکی سطح قرار دارند. در این حالت، پرتوها که به سمت پایین شکسته می شوند، وارد لایه های اعماق دریا می شوند، جایی که به سمت بالا منحرف می شوند و دوباره در فاصله چند ده کیلومتری از منبع به سطح خارج می شوند. سپس الگوی انتشار پرتو تکرار می شود و در نتیجه دنباله ای از به اصطلاح پرتوها تشکیل می شود. مناطق نورانی ثانویه که معمولاً در فواصل چند صد کیلومتری دنبال می شوند.

انتشار صداهای با فرکانس بالا، به ویژه سونوگرافی ها، زمانی که طول موج ها بسیار کوچک است، تحت تأثیر ناهمگنی های کوچکی است که معمولاً در بدنه های طبیعی آب یافت می شود: میکروارگانیسم ها، حباب های گاز و غیره. این ناهمگونی ها به دو صورت عمل می کنند: انرژی امواج صوتی را جذب و پراکنده می کنند. در نتیجه با افزایش فرکانس ارتعاشات صوت، دامنه انتشار آنها کاهش می یابد. این اثر به ویژه در لایه سطحی آب که بیشترین ناهمگنی ها را در آن مشاهده می کند، مشهود است. پراکندگی صدا توسط ناهمگونی ها و همچنین سطوح ناهموار آب و کف، باعث پدیده طنین زیر آب می شود که همراه با ارسال یک تکانه صوتی است: امواج صوتی که از مجموعه ای از ناهمگنی ها منعکس می شوند و ادغام می شوند، باعث ایجاد یک طولانی شدن تکانه صدا که پس از پایان آن ادامه می یابد، مشابه طنین مشاهده شده در فضاهای بسته. طنین زیر آب یک تداخل نسبتاً مهم برای تعدادی از کاربردهای عملی هیدروآکوستیک، به ویژه برای سونار است.

دامنه انتشار صداهای زیر آب نیز به اصطلاح محدود می شود. صداهای خود دریا که منشأ دوگانه دارند. بخشی از سر و صدا ناشی از برخورد امواج به سطح آب، موج‌سواری دریا، صدای غلتاندن سنگریزه‌ها و غیره است. بخش دیگر مربوط به جانوران دریایی است. این شامل صداهایی است که توسط ماهی ها و سایر حیوانات دریایی ایجاد می شود.

>>فیزیک: صدا در رسانه های مختلف

برای انتشار صدا، یک محیط الاستیک مورد نیاز است. در خلاء، امواج صوتی نمی توانند منتشر شوند، زیرا چیزی برای ارتعاش وجود ندارد. این را می توان در تأیید کرد تجربه ساده. اگر زنگ الکتریکی را زیر یک زنگ شیشه ای قرار دهیم، با پمپاژ هوا از زیر زنگ، متوجه می شویم که صدای زنگ ضعیف تر و ضعیف تر می شود تا زمانی که به طور کامل قطع شود.

صدا در گازها. مشخص است که در هنگام رعد و برق، ابتدا رعد و برقی را می بینیم و تنها پس از مدتی صدای رعد و برق را می شنویم (شکل 52). این تاخیر به این دلیل رخ می دهد که سرعت صوت در هوا بسیار کمتر از سرعت نور ناشی از رعد و برق است.

سرعت صوت در هوا برای اولین بار در سال 1636 توسط دانشمند فرانسوی M. Mersenne اندازه گیری شد. در دمای 20 درجه سانتیگراد برابر با 343 متر بر ثانیه است، یعنی. 1235 کیلومتر بر ساعت توجه داشته باشید که به این مقدار است که سرعت شلیک گلوله از مسلسل کلاشینکف (PK) در فاصله 800 متری کاهش می یابد. سرعت اولیه گلوله 825 متر بر ثانیه است که به طور قابل توجهی از سرعت صوت در هوا بیشتر است. بنابراین، شخصی که صدای شلیک یا سوت گلوله را می شنود جای نگرانی نیست: این گلوله قبلاً از او عبور کرده است. گلوله از صدای شلیک پیشی گرفته و قبل از رسیدن صدا به قربانی خود می رسد.

سرعت صوت به دمای محیط بستگی دارد: با افزایش دمای هوا افزایش می یابد و با کاهش دمای هوا کاهش می یابد. در دمای صفر درجه سانتی گراد سرعت صوت در هوا 331 متر بر ثانیه است.

صدا در گازهای مختلف با سرعت های متفاوتی حرکت می کند. هر چه جرم مولکول های گاز بیشتر باشد، سرعت صوت در آن کمتر است. بنابراین، در دمای 0 درجه سانتیگراد، سرعت صوت در هیدروژن 1284 متر بر ثانیه، در هلیوم - 965 متر بر ثانیه و در اکسیژن - 316 متر بر ثانیه است.

صدا در مایعات. سرعت صوت در مایعات معمولاً از سرعت صوت در گازها بیشتر است. سرعت صوت در آب برای اولین بار در سال 1826 توسط J. Colladon و J. Sturm اندازه گیری شد. آنها آزمایشات خود را بر روی دریاچه ژنو در سوئیس انجام دادند (شکل 53). در یک قایق باروت را آتش زدند و در همان زمان زنگی را که در آب فرو رفته بود زدند. صدای این زنگ با استفاده از بوق مخصوصی که به داخل آب نیز فرو رفته بود، در قایق دیگری که در فاصله 14 کیلومتری قایق اول قرار داشت گرفته شد. با توجه به فاصله زمانی بین فلش نور و رسیدن سیگنال صوتیتعیین سرعت صوت در آب در دمای 8 درجه سانتیگراد تقریباً 1440 متر بر ثانیه بود.

در مرز بین دو محیط های مختلفمقداری از موج صوتی منعکس می شود و برخی بیشتر حرکت می کند. هنگامی که صدا از هوا به آب می رسد، 99.9٪ از انرژی صوتی به عقب منعکس می شود، اما فشار موجود در انرژی وارد شده به آب می شود. موج صوتیتقریباً 2 برابر بیشتر می شود. سمعکماهی دقیقا به این واکنش نشان می دهد. بنابراین، به عنوان مثال، جیغ و صداهای بالای سطح آب هستند راه درستترساندن موجودات دریایی شخصی که خود را زیر آب می بیند از این فریادها ناشنوا نمی شود: هنگام غوطه ور شدن در آب ، "شاخه های" هوا در گوش او باقی می ماند که او را از بار صوتی نجات می دهد.

وقتی صدا از آب به هوا می رسد، 99.9 درصد انرژی دوباره منعکس می شود. اما اگر در هنگام انتقال از هوا به آب، فشار صدا افزایش یافت، اکنون، برعکس، به شدت کاهش می یابد. مثلاً به همین دلیل است که صدایی که در زیر آب هنگام برخورد سنگی به سنگ دیگر به وجود می آید در هوا به انسان نمی رسد.

این رفتار صدا در مرز بین آب و هوا به اجداد ما دلیلی برای این باور داد دنیای زیر دریا"یک دنیا سکوت." از این رو این عبارت: "مثل ماهی لال است." با این حال، لئوناردو داوینچی همچنین گوش دادن به صداهای زیر آب را با گذاشتن گوش خود به پارویی که در آب فرو رفته است، پیشنهاد کرد. با استفاده از این روش می توانید مطمئن شوید که ماهی ها در واقع کاملاً پرحرف هستند.

صدا در جامدات. سرعت صوت در جامدات از مایعات و گازها بیشتر است. اگر گوش خود را روی ریل بگذارید، پس از برخورد به انتهای دیگر ریل، دو صدا می شنوید. یکی از آنها از طریق راه آهن به گوش شما می رسد و دیگری از طریق هوا.

زمین رسانایی صوتی خوبی دارد. بنابراین، در زمان های قدیم، در هنگام محاصره، "شنوندگان" را در دیوارهای قلعه قرار می دادند که با صدایی که از زمین منتقل می شد، می توانستند تشخیص دهند که آیا دشمن در دیوارها حفاری می کند یا خیر. آنها با گوش دادن به زمین، نزدیک شدن سواره نظام دشمن را نیز زیر نظر گرفتند.

جامدات صدا را به خوبی هدایت می کنند. به لطف این، افرادی که شنوایی خود را از دست داده اند، گاهی اوقات می توانند با موسیقی که به آنها می رسد برقصند. اعصاب شنوایینه از طریق هوا و گوش خارجی، بلکه از طریق کف و استخوان.

1. چرا هنگام رعد و برق ابتدا رعد و برق را می بینیم و تنها پس از آن رعد و برق می شنویم؟ 2. سرعت صوت در گازها به چه چیزی بستگی دارد؟ 3. چرا فردی که در ساحل رودخانه ایستاده است صداهایی را که زیر آب می آید نمی شنود؟ 4. چرا «شنوندگان» که در زمان‌های قدیم حفاری‌های دشمن را زیر نظر داشتند، اغلب افراد نابینا بودند؟

کار آزمایشی . یک تخته (یا خط کش چوبی بلند) را در یک انتهای آن قرار دهید ساعت مچی، گوش خود را به انتهای دیگرش بگذارید. چه می شنوید؟ پدیده را توضیح دهید.

S.V. گروموف، N.A. رودینا، فیزیک هشتم

ارسال شده توسط خوانندگان از سایت های اینترنتی

برنامه ریزی فیزیک، طرح یادداشت درس فیزیک، برنامه مدرسه، کتاب های درسی و کتاب های فیزیک برای پایه هشتم، دروس و تکالیف فیزیک برای پایه هشتم