>>فیزیک: صدا در محیط 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 در 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 سانتیگراد، سرعت صوت در هوا 331 متر بر ثانیه است.

در گازهای مختلف، صدا با آن حرکت می کند در سرعت های مختلف. 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 پایین می‌آمد، 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 رسانه مختلف، بخشی از موج صوتی منعکس می شود و بخشی 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 در موج صوتی که به آب منتقل می شود تقریبا 2 برابر بیشتر است. 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

محتوای درس یادداشت های درسیفن آوری های تعاملی روش های شتاب ارائه درس فریم پشتیبانی می کند تمرین کارها و تمرینات کارگاه های خودآزمایی، آموزش ها، موارد، کوئست ها سوالات بحث تکلیف سوالات بلاغی از دانش آموزان تصاویر صوتی، کلیپ های ویدئویی و چند رسانه ایعکس، عکس، گرافیک، جداول، نمودار، طنز، حکایت، جوک، کمیک، تمثیل، گفته ها، جدول کلمات متقاطع، نقل قول افزونه ها چکیده هاترفندهای مقاله برای گهواره های کنجکاو کتاب های درسی پایه و فرهنگ لغت اضافی اصطلاحات دیگر بهبود کتب درسی و دروستصحیح اشتباهات کتاب درسیبه روز رسانی یک قطعه در کتاب درسی، عناصر نوآوری در درس، جایگزینی دانش منسوخ شده با دانش جدید فقط برای معلمان درس های کامل طرح تقویمبرای یک سال دستورالعمل هابرنامه های بحث و گفتگو دروس تلفیقی

اگر یک موج صوتی در مسیر خود با موانعی مواجه نشود، به طور یکنواخت در همه جهات منتشر می شود. اما هر مانعی برای او مانعی نمی شود.

پس از برخورد با مانعی در مسیر خود، صدا می تواند در اطراف آن خم شود، منعکس شود، شکست یا جذب شود.

پراش صدا

ما می‌توانیم با فردی که گوشه ساختمان، پشت درخت یا پشت حصار ایستاده، صحبت کنیم، اگرچه نمی‌توانیم او را ببینیم. ما آن را می شنویم زیرا صدا می تواند در اطراف این اجسام خم شود و به ناحیه پشت آنها نفوذ کند.

توانایی یک موج برای خم شدن به دور یک مانع نامیده می شود انکسار .

پراش زمانی اتفاق می افتد که طول موج صوت از اندازه مانع بیشتر شود. امواج صوتی با فرکانس پایین بسیار طولانی هستند. به عنوان مثال، در فرکانس 100 هرتز برابر با 3.37 متر است، با کاهش فرکانس، طول حتی بیشتر می شود. بنابراین، یک موج صوتی به راحتی در اطراف اجسام قابل مقایسه با آن خم می شود. درختان پارک به هیچ وجه در شنیدن صدا ما اختلالی ایجاد نمی کنند، زیرا قطر تنه آنها بسیار کمتر از طول موج صوتی است.

به لطف پراش، امواج صوتیاز شکاف ها و سوراخ های موجود در مانع نفوذ کرده و از آنها فراتر می روند.

بیایید یک صفحه تخت با یک سوراخ در مسیر موج صوتی قرار دهیم.

در موردی که طول موج صوت ƛ بسیار بزرگتر از قطر سوراخ D ، یا این مقادیر تقریباً برابر هستند ، سپس در پشت سوراخ صدا به تمام نقاط ناحیه پشت صفحه (ناحیه سایه صدا) می رسد. جلوی موج خروجی شبیه یک نیمکره خواهد بود.

اگر ƛ فقط کمی کوچکتر از قطر شکاف است، سپس قسمت اصلی موج مستقیم منتشر می شود و قسمت کوچکی کمی به طرفین واگرا می شود. و در صورتی که ƛ خیلی کمتر D ، تمام موج در جهت جلو خواهد رفت.

انعکاس صدا

اگر موج صوتی به رابط بین دو رسانه برخورد کند، ممکن است انواع مختلفگسترش بیشتر آن صدا می تواند از رابط منعکس شود، می تواند بدون تغییر جهت به رسانه دیگری حرکت کند، یا می تواند شکسته شود، یعنی حرکت کند، جهت آن را تغییر دهد.

فرض کنید مانعی در مسیر یک موج صوتی ظاهر می شود که اندازه آن بسیار بزرگتر از طول موج است، به عنوان مثال، یک صخره محض. صدا چگونه رفتار خواهد کرد؟ از آنجایی که نمی تواند این مانع را دور بزند، از آن منعکس می شود. پشت مانع است منطقه سایه آکوستیک .

صدای منعکس شده از یک مانع نامیده می شود اکو .

ماهیت انعکاس موج صوتی ممکن است متفاوت باشد. این بستگی به شکل سطح بازتابنده دارد.

انعکاس تغییر جهت موج صوتی در حد فاصل بین دو رسانه مختلف نامیده می شود. هنگامی که منعکس می شود، موج به محیطی که از آن آمده بازمی گردد.

اگر سطح صاف باشد، صدا از آن بازتاب می‌شود، همان‌طور که یک پرتو نور در آینه منعکس می‌شود.

پرتوهای صوتی منعکس شده از یک سطح مقعر در یک نقطه متمرکز می شوند.

سطح محدب صدا را از بین می برد.

اثر پراکندگی توسط ستون های محدب، قالب های بزرگ، لوسترها و غیره داده می شود.

صدا از یک رسانه به رسانه دیگر منتقل نمی شود، اما اگر چگالی رسانه به طور قابل توجهی متفاوت باشد، از آن منعکس می شود. بنابراین صدایی که در آب ظاهر می شود به هوا منتقل نمی شود. منعکس شده از رابط، در آب باقی می ماند. شخصی که در ساحل رودخانه ایستاده است این صدا را نخواهد شنید. این با تفاوت زیاد در امپدانس موج آب و هوا توضیح داده می شود. در آکوستیک امپدانس موج برابر است با حاصل ضرب چگالی محیط و سرعت صوت در آن. از آنجایی که مقاومت موجی گازها به طور قابل توجهی کمتر از مقاومت موجی مایعات و جامدات است، هنگامی که موج صوتی به مرز هوا و آب برخورد می کند، منعکس می شود.

ماهیان در آب صدای ظاهر شدن در بالای سطح آب را نمی شنوند، اما می توانند به وضوح صدایی را تشخیص دهند که منبع آن جسمی است که در آب می لرزد.

انکسار صدا

تغییر جهت انتشار صوت نامیده می شود انکسار . این پدیده زمانی رخ می دهد که صوت از محیطی به محیط دیگر منتقل می شود و سرعت انتشار آن در این محیط ها متفاوت است.

نسبت سینوس زاویه تابش به سینوس زاویه بازتاب برابر است با نسبت سرعت انتشار صوت در محیط.

جایی که من - زاویه تابش،

r - زاویه انعکاس

v 1 – سرعت انتشار صوت در محیط اول

v 2 – سرعت انتشار صوت در محیط دوم

n - ضریب شکست.

شکست صوت نامیده می شود انکسار .

اگر موج صوتی عمود بر سطح سقوط نکند، بلکه در زاویه ای غیر از 90 درجه باشد، در این صورت موج شکسته از جهت موج فرودی منحرف می شود.

انکسار صدا را می توان نه تنها در رابط بین رسانه مشاهده کرد. امواج صوتی می توانند جهت خود را در یک محیط ناهمگن تغییر دهند - جو، اقیانوس.

در اتمسفر، شکست در اثر تغییر دمای هوا، سرعت و جهت حرکت توده های هوا ایجاد می شود. و در اقیانوس به دلیل ناهمگونی خواص آب - متفاوت است فشار هیدرواستاتیکدر اعماق مختلف، دماهای مختلف و شوری های مختلف.

جذب صدا

هنگامی که یک موج صوتی با یک سطح برخورد می کند، بخشی از انرژی آن جذب می شود. و اینکه یک محیط چقدر انرژی می تواند جذب کند را می توان با دانستن ضریب جذب صدا تعیین کرد. این ضریب نشان می دهد که چه بخشی از انرژی است ارتعاشات صوتی 1 متر مربع از موانع را جذب می کند. مقدار آن از 0 تا 1 است.

واحد اندازه گیری جذب صوت نامیده می شود سابین . نام خود را از یک فیزیکدان آمریکایی گرفته است والاس کلمنت سابین، بنیانگذار آکوستیک معماری. 1 سابین انرژی است که توسط 1 متر مربع سطح جذب می شود که ضریب جذب آن 1 است. یعنی چنین سطحی باید مطلقاً تمام انرژی موج صوتی را جذب کند.

طنین

والاس سابین

خاصیت مواد برای جذب صدا در معماری بسیار مورد استفاده قرار می گیرد. والاس کلمنت سابین در حین مطالعه آکوستیک سالن سخنرانی، بخشی از موزه فاگ، به این نتیجه رسید که بین اندازه سالن، شرایط آکوستیک، نوع و مساحت مواد جاذب صدا و رابطه وجود دارد. زمان طنین .

طنین فرآیند انعکاس موج صوتی از موانع و تضعیف تدریجی آن پس از خاموش شدن منبع صوت را می نامید. در یک فضای بسته، صدا می تواند به طور مکرر از دیوارها و اشیاء منعکس شود. در نتیجه، سیگنال های اکو مختلفی به وجود می آیند که هر کدام به طور جداگانه به صدا در می آیند. این اثر نامیده می شود اثر طنین .

اکثر مشخصه مهممحل است زمان طنین ، که سابین وارد و محاسبه کرد.

جایی که V - حجم اتاق،

آ - جذب کلی صدا

جایی که یک من - ضریب جذب صدا از مواد،

اس آی - مساحت هر سطح

اگر زمان طنین طولانی باشد، به نظر می رسد صداها در سالن "سرگردان" هستند. آنها با یکدیگر همپوشانی دارند، منبع اصلی صدا را از بین می برند و سالن پررونق می شود. با زمان طنین کوتاه، دیوارها به سرعت صداها را جذب می کنند و آنها کدر می شوند. بنابراین، هر اتاق باید محاسبه دقیق خود را داشته باشد.

سابین بر اساس محاسبات خود، مواد جاذب صدا را به گونه ای مرتب کرد که "اثر اکو" کاهش یافت. و تالار سمفونی بوستون، که در ایجاد آن مشاور آکوستیک بود، هنوز یکی از بهترین سالن های جهان به حساب می آید.

انتقال صدا

فکر نکنید که صدا فقط از طریق هوا منتقل می شود. همچنین می تواند از مواد دیگر عبور کند - گاز، مایع، حتی جامد. در آب، صدا بیش از چهار برابر سریعتر از هوا حرکت می کند.

اگر شک دارید که صدا می تواند از طریق آب منتقل شود، از کارگرانی که باید از سازه های زیر آب بازدید کنند بپرسید: آنها به شما تأیید می کنند که صداهای ساحل را می توان به وضوح در زیر آب شنید.

و از ماهیگیران خواهید آموخت که ماهی ها با کوچکترین صدای مشکوک در ساحل پراکنده می شوند.

دانشمندان 200 سال پیش به طور دقیق سرعت حرکت صدا در زیر آب را اندازه گیری کردند. این در یکی از دریاچه های سوئیس - ژنو انجام شد. دو فیزیکدان سوار قایق شدند و حدود سه کیلومتر از یکدیگر رانندگی کردند. از کنار یک قایق زنگی زیر آب آویزان بود که می شد با یک چکش دسته بلند به آن ضربه زد. این دسته به وسیله ای برای آتش زدن باروت در هاون کوچکی که روی کمان قایق نصب شده بود وصل می شد: همزمان با اصابت زنگ، باروت شعله ور شد و برق درخشانی از اطراف نمایان بود. البته این فلاش توسط فیزیکدانی که در قایق دیگری نشسته بود و از طریق لوله ای که در زیر آب فرو رفته بود به صدای زنگ گوش می داد، دیده می شد. با تأخیر صدا در مقایسه با فلاش، مشخص شد که صدا چند ثانیه از یک قایق به قایق دیگر از آب عبور می کند. از طریق چنین آزمایشاتی مشخص شد که صدا با سرعتی در حدود 1440 متر در ثانیه در آب حرکت می کند.

مواد الاستیک سخت، مانند چدن، چوب، استخوان، صدا را حتی بهتر و سریعتر منتقل می کنند. گوش خود را در انتهای یک تیر چوبی بلند یا کنده قرار دهید و از یکی از دوستانتان بخواهید که با چوب به انتهای مخالف ضربه بزند، صدای ضربه شدیدی را می شنوید که از تمام طول تیر عبور می کند. اگر محیط اطراف به اندازه کافی ساکت باشد و هیچ صدای اضافی مزاحم نباشد، حتی می توانید صدای تیک تاک ساعتی را که در طرف مقابل قرار گرفته است از طریق پرتو بشنوید. صدا نیز از طریق ریل یا تیر آهنی، لوله های چدنی و از طریق خاک به خوبی منتقل می شود. با گذاشتن گوش خود روی زمین، می‌توانید صدای له‌کردن پای اسب‌ها را مدت‌ها قبل از اینکه در هوا بیاید بشنوید. و صدای شلیک توپ به این شکل از چنین تفنگ های دوری شنیده می شود که غرش آن اصلاً در هوا شنیده نمی شود. مواد جامد الاستیک صدا را به خوبی منتقل می کنند. بافت های نرم، مواد سست و غیر کشسان صدا را بسیار ضعیف منتقل می کنند - آنها آن را "جذب" می کنند. به همین دلیل است که اگر بخواهند از رسیدن صدا به اتاق بعدی جلوگیری کنند، پرده های ضخیم را روی درها آویزان می کنند. فرش، اثاثیه داخلی و لباس به روشی مشابه بر صدا تأثیر می‌گذارند.

این متن یک قسمت مقدماتی است.از کتاب جدیدترین کتابحقایق جلد 3 [فیزیک، شیمی و فناوری. تاریخ و باستان شناسی. متفرقه] نویسنده کوندراشوف آناتولی پاولوویچ

از کتاب فیزیک در هر مرحله نویسنده پرلمان یاکوف ایسیدوروویچ

سرعت صدا آیا تا به حال دیده اید که هیزم شکنی درختی را از دور قطع کند؟ یا شاید نجار را تماشا کرده باشید که از دور کار می‌کند و میخ می‌کوبد؟ ممکن است متوجه یک چیز بسیار عجیب شده باشید: ضربه زمانی که تبر با درخت برخورد می کند یا

از کتاب جنبش. حرارت نویسنده کیتایگورودسکی الکساندر ایزاکوویچ

قدرت صدا چگونه صدا با فاصله ضعیف می شود؟ یک فیزیکدان به شما خواهد گفت که صدا «برعکس مجذور فاصله» تحلیل می‌رود. این به این معنی است: برای اینکه صدای زنگ در فاصله سه برابر بلندتر از یک فاصله شنیده شود، باید به طور همزمان

برگرفته از کتاب نیکولا تسلا. سخنرانی ها. مقالات. توسط تسلا نیکولا

سرعت صدا پس از رعد و برق نیازی به ترس از رعد نیست. احتمالاً در این مورد شنیده اید. و چرا؟ واقعیت این است که نور به طور غیرقابل مقایسه ای سریعتر از صدا حرکت می کند - تقریباً بلافاصله. رعد و برق و رعد و برق در یک لحظه رخ می دهند، اما ما رعد و برق را در داخل می بینیم

برگرفته از کتاب برای فیزیکدانان جوان [آزمایش ها و سرگرمی ها] نویسنده پرلمان یاکوف ایسیدوروویچ

تایم صدا شما دیده اید که چگونه یک گیتار کوک می شود - سیم روی گیره ها کشیده می شود. اگر طول سیم و درجه کشش انتخاب شده باشد، سیم هنگام لمس یک صدای بسیار خاص تولید می کند، اما اگر با لمس آن در نقاط مختلف به صدای سیم گوش دهید -

از کتاب آنچه نور می گوید نویسنده سووروف سرگئی جورجیویچ

انرژی صوتی تمام ذرات هوای اطراف یک جسم صدادار در حالت ارتعاش هستند. همانطور که در فصل پنجم متوجه شدیم، یک نقطه مادی که طبق قانون سینوس در حال نوسان است، انرژی کل معین و ثابتی دارد.

برگرفته از کتاب چگونه قوانین پیچیده فیزیک را درک کنیم. 100 آزمایش ساده و سرگرم کننده برای کودکان و والدینشان نویسنده دیمیتریف الکساندر استانیسلاوویچ

تضعیف صدا با فاصله از یک ساز صوت، موج صوتی در همه جهات منتشر می شود، اجازه دهید به صورت ذهنی دو کره با شعاع های مختلف را نزدیک منبع صدا رسم کنیم. البته انرژی صوتی عبوری از کره اول از کروی دوم نیز عبور خواهد کرد

از کتاب بین ستاره ای: علم پشت صحنه نویسنده تورن کیپ استفن

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

از کتاب نویسنده

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

از کتاب نویسنده

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 -

از کتاب نویسنده

از کتاب نویسنده

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.

از کتاب نویسنده

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

از کتاب نویسنده

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.

از کتاب نویسنده

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.

از کتاب نویسنده

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

قوانین اساسی انتشار صدا شامل قوانین بازتاب و شکست آن در مرزهای رسانه های مختلف و همچنین پراش صدا و پراکندگی آن در حضور موانع و ناهمگونی در محیط و در فصل مشترک بین رسانه ها می باشد.

دامنه انتشار صوت تحت تأثیر عامل جذب صدا، یعنی انتقال غیرقابل برگشت انرژی موج صوتی به انواع دیگر انرژی، به ویژه گرما، قرار دارد. یک عامل مهمهمچنین جهت تابش و سرعت انتشار صوت است که به محیط و حالت خاص آن بستگی دارد.

از یک منبع صوتی، امواج صوتی در همه جهات منتشر می شوند. اگر موج صوتی از یک سوراخ نسبتاً کوچک عبور کند، در تمام جهات پخش می شود و در یک پرتو جهت دار حرکت نمی کند. به عنوان مثال، صداهای خیابانی که از پنجره باز به داخل اتاق نفوذ می کند، در همه نقاط شنیده می شود و نه فقط در مقابل پنجره.

ماهیت انتشار امواج صوتی در نزدیکی یک مانع به رابطه بین اندازه مانع و طول موج بستگی دارد. اگر اندازه مانع در مقایسه با طول موج کوچک باشد، موج در اطراف این مانع جریان می یابد و در همه جهات پخش می شود.

امواج صوتی که از یک رسانه به رسانه دیگر نفوذ می کنند، از جهت اصلی خود منحرف می شوند، یعنی شکسته می شوند. زاویه شکست ممکن است بزرگتر یا کمتر از زاویه تابش باشد. بستگی به این دارد که صدا در کدام رسانه نفوذ کند. اگر سرعت صوت در محیط دوم بیشتر باشد، زاویه شکست بیشتر از زاویه برخورد خواهد بود و بالعکس.

هنگام برخورد با یک مانع در مسیر خود، امواج صوتی طبق یک قانون کاملاً تعریف شده از آن منعکس می شود - زاویه انعکاس برابر با زاویه برخورد است - مفهوم اکو با این موضوع مرتبط است. اگر صدا از چندین سطح در فواصل مختلف منعکس شود، پژواک های متعددی رخ می دهد.

صدا به شکل یک موج کروی واگرا حرکت می کند که حجم فزاینده ای را پر می کند. با افزایش فاصله، ارتعاشات ذرات محیط ضعیف شده و صدا از بین می رود. مشخص است که برای افزایش برد انتقال، صدا باید در یک جهت معین متمرکز شود. مثلاً وقتی می خواهیم صدایمان شنیده شود، کف دستمان را به دهانمان می گذاریم یا از یک مگافون استفاده می کنیم.

نفوذ بزرگدامنه انتشار صوت تحت تأثیر پراش، یعنی انحنای پرتوهای صوتی است. هر چه محیط ناهمگن تر باشد، پرتو صوت بیشتر خم می شود و بر این اساس، دامنه انتشار صدا کوتاه تر می شود.

انتشار صدا

امواج صوتی می توانند در هوا، گازها، مایعات و جامدات حرکت کنند. امواج در فضای بدون هوا به وجود نمی آیند. تأیید این موضوع از تجربه ساده آسان است. اگر زنگ الکتریکی زیر یک کلاهک هوابند که هوا از آن خارج شده است قرار گیرد، صدایی نمی شنویم. اما به محض پر شدن کلاهک از هوا، صدایی به گوش می رسد.

سرعت انتشار حرکات نوسانی از ذره به ذره به محیط بستگی دارد. در زمان های قدیم، جنگجویان گوش های خود را روی زمین می گذاشتند و بنابراین سواره نظام دشمن را خیلی زودتر از آنچه در دید به نظر می رسید شناسایی می کردند. و دانشمند معروف لئوناردو داوینچی در قرن پانزدهم می نویسد: "اگر شما در دریا هستید، سوراخ لوله ای را در آب فرو کنید و سر دیگر آن را به گوش خود بسپارید، صدای کشتی ها را بسیار خواهید شنید. دور از تو.»

سرعت صوت در هوا برای اولین بار در قرن هفدهم توسط آکادمی علوم میلان اندازه گیری شد. یک توپ روی یکی از تپه ها نصب شده بود و یک پست دیده بانی در سمت دیگر قرار داشت. زمان هم در لحظه عکسبرداری (با فلاش) و هم در لحظه دریافت صدا ثبت شد. بر اساس فاصله بین نقطه مشاهده و تفنگ و زمان مبدا سیگنال، محاسبه سرعت انتشار صدا دیگر دشوار نبود. معلوم شد که برابر با 330 متر بر ثانیه است.

سرعت صوت در آب برای اولین بار در سال 1827 در دریاچه ژنو اندازه گیری شد. این دو قایق در فاصله ۱۳۸۴۷ متری از یکدیگر قرار داشتند. در اولی، زنگی در زیر آویزان بود و در دومی، یک هیدروفون ساده (بوق) را به داخل آب می انداختند. در قایق اول، همزمان با زدن زنگ باروت به آتش کشیده شد؛ در قایق دوم، ناظر در لحظه فلاش، کرونومتر را روشن کرد و شروع به انتظار برای رسیدن سیگنال صوتی زنگ کرد. مشخص شد که صدا در آب بیش از 4 برابر سریعتر از هوا حرکت می کند. با سرعت 1450 متر بر ثانیه.

سرعت صدا

هرچه کشش محیط بالاتر باشد، سرعت بیشتر است: در لاستیک 50، در هوا 330، در آب 1450، و در فولاد - 5000 متر در ثانیه. اگر ما که در مسکو بودیم می توانستیم آنقدر فریاد بزنیم که صدا به سن پترزبورگ برسد، فقط بعد از نیم ساعت در آنجا شنیده می شدیم و اگر صدا در همان فاصله در فولاد پخش می شد، آن وقت دریافت می شد. در دو دقیقه

سرعت انتشار صوت تحت تأثیر وضعیت همان محیط است. وقتی می گوییم صدا با سرعت 1450 متر در ثانیه در آب حرکت می کند، به این معنا نیست که در هیچ آبی و تحت هیچ شرایطی. با افزایش دما و شوری آب و همچنین با افزایش عمق و در نتیجه فشار هیدرواستاتیکی، سرعت صوت افزایش می یابد. یا فولاد را بگیریم. در اینجا نیز سرعت صوت هم به دما و هم به ترکیب کیفی فولاد بستگی دارد: هرچه کربن بیشتری داشته باشد، سخت‌تر است و صدا سریع‌تر در آن حرکت می‌کند.

هنگامی که آنها در مسیر خود با مانعی روبرو می شوند، امواج صوتی طبق یک قانون کاملاً تعریف شده از آن منعکس می شود: زاویه بازتاب برابر با زاویه تابش است. امواج صوتی که از هوا می آیند تقریباً به طور کامل از سطح آب به سمت بالا منعکس می شوند و امواج صوتی که از منبع واقع در آب می آیند به سمت پایین از آن منعکس می شوند.

امواج صوتی که از یک رسانه به رسانه دیگر نفوذ می کنند، از موقعیت اصلی خود منحرف می شوند، یعنی. شکست. زاویه شکست ممکن است بزرگتر یا کمتر از زاویه تابش باشد. بستگی به این دارد که صدا در چه رسانه ای نفوذ کند. اگر سرعت صوت در محیط دوم بیشتر از محیط اول باشد، زاویه شکست از زاویه تابش بیشتر خواهد بود و بالعکس.

در هوا، امواج صوتی به شکل یک موج کروی واگرا منتشر می شوند، که حجم بیشتری را پر می کند، زیرا ارتعاشات ذرات ناشی از منابع صوتی به توده هوا منتقل می شود. با این حال، با افزایش فاصله، ارتعاشات ذرات ضعیف می شود. مشخص است که برای افزایش برد انتقال، صدا باید در یک جهت معین متمرکز شود. وقتی می‌خواهیم صدایمان بهتر شنیده شود، کف دستمان را به دهانمان می‌گذاریم یا از مگافون استفاده می‌کنیم. در این حالت صدا کمتر ضعیف می شود و امواج صوتی بیشتر حرکت می کنند.

با افزایش ضخامت دیوار، مکان صدا در فرکانس‌های میانی پایین افزایش می‌یابد، اما رزونانس تصادفی "موذیانه" که باعث خفه شدن مکان صدا می‌شود، در فرکانس‌های پایین‌تر ظاهر می‌شود و منطقه وسیع‌تری را پوشش می‌دهد.

حقایق جالب: صدا در کجا سریعتر حرکت می کند؟

در هنگام رعد و برق، ابتدا رعد و برق قابل مشاهده است و تنها پس از مدتی صدای رعد و برق شنیده می شود. این تاخیر به این دلیل رخ می دهد که سرعت صوت در هوا بسیار کمتر از سرعت نور ناشی از رعد و برق است. جالب است به یاد داشته باشید که در کدام رسانه سریع‌تر حرکت می‌کند و اصلاً کجا حرکت نمی‌کند؟

آزمایش ها و محاسبات نظری سرعت صوت در هوا از قرن هفدهم انجام شده است، اما تنها دو قرن بعد دانشمند فرانسوی پیر سیمون د لاپلاس فرمول نهایی را برای تعیین آن بدست آورد. سرعت صوت به دما بستگی دارد: با افزایش دمای هوا، افزایش می یابد و با کاهش دمای هوا، کاهش می یابد. در 0 درجه سرعت صوت 331 متر بر ثانیه (1192 کیلومتر بر ساعت) و در +20 درجه در حال حاضر 343 متر بر ثانیه (1235 کیلومتر در ساعت) است.

سرعت صوت در مایعات معمولاً از سرعت صوت در هوا بیشتر است. آزمایشات برای تعیین سرعت اولین بار در سال 1826 در دریاچه ژنو انجام شد. دو فیزیکدان سوار قایق شدند و 14 کیلومتر راندند. در یک قایق باروت را آتش زدند و در همان زمان زنگی را که در آب فرو رفته بود زدند. صدای زنگ در قایق دیگری با استفاده از بوق مخصوص شنیده می شد که آن نیز در آب پایین می آمد. بر اساس فاصله زمانی بین فلاش نور و رسیدن سیگنال صوتی، سرعت صوت در آب تعیین شد. در دمای +8 درجه تقریباً 1440 متر بر ثانیه بود. افرادی که در سازه های زیر آب کار می کنند تأیید می کنند که صداهای ساحل به وضوح در زیر آب شنیده می شود و ماهیگیران می دانند که ماهی ها با کوچکترین صدای مشکوک در ساحل شنا می کنند.

سرعت صدا در مواد جامدبیشتر از مایعات و گازها. به عنوان مثال، اگر گوش خود را روی ریل قرار دهید، پس از برخورد با انتهای دیگر ریل، فرد دو صدا را خواهد شنید. یکی از آنها از طریق راه آهن به گوش "می آید" و دیگری از طریق هوا. زمین رسانایی صوتی خوبی دارد. بنابراین، در زمان های قدیم، هنگام محاصره، "شنوندگان" را در دیوارهای قلعه قرار می دادند که با صدایی که از زمین منتقل می شد، تشخیص می دادند که آیا دشمن در دیوارها حفاری می کند یا نه، سواره نظام می شتابد یا نه. . به هر حال، به لطف این، افرادی که شنوایی خود را از دست داده اند، گاهی اوقات می توانند با موسیقی برقصند که نه از طریق هوا و گوش خارجی، بلکه از طریق کف و استخوان به اعصاب شنوایی آنها می رسد.

سرعت صوت عبارت است از سرعت انتشار امواج الاستیک در یک محیط، اعم از طولی (در گازها، مایعات یا جامدات) و عرضی، برشی (در جامدات)، که توسط کشش و چگالی محیط تعیین می شود. سرعت صوت در جامدات بیشتر از مایعات است. در مایعات، از جمله آب، صدا بیش از 4 برابر سریعتر از هوا حرکت می کند. سرعت صوت در گازها به دمای محیط بستگی دارد، در تک بلورها - به جهت انتشار موج.