Физическая природа звука - История изменений

Admin в 08:36, 9 августа 2013

2013-08-09T08:36:35Z

Admin в 05:47, 30 мая 2013

2013-05-30T05:47:52Z

Admin в 05:46, 30 мая 2013

2013-05-30T05:46:26Z

Admin в 05:45, 30 мая 2013

2013-05-30T05:45:38Z

Admin в 11:24, 29 мая 2013

2013-05-29T11:24:45Z

Admin: Новая страница: «Звук является спутником человека в течение всей его жизни, но мало кто задумывается, что о...»

2013-05-29T11:18:39Z

Новая страница: «Звук является спутником человека в течение всей его жизни, но мало кто задумывается, что о...»

Новая страница

Звук является спутником человека в течение всей его жизни, но мало кто задумывается, что он собой представляет.
С физической точки зрения звук можно определить как колебательные движения частиц в упругой среде, вызванные каким-либо источником, коротко — упругие волны.
Скорость звука зависит от свойств среды, в которой он распространяется: в газах скорость звука растет с ростом температуры и давления, в жидкостях при росте температуры наоборот снижается (исключением является вода, в которой скорость звука достигает максимума при 74°С и начинает снижаться только при увеличении данной температуры). Для воздуха такая зависимость выглядит так:

С = 332 + 0,6t<sub>c</sub>

где t<sub>c</sub> — температура окружающей среды, °С.

'''Таблица 1. Скорость звука в газах, при температуре 0 °С и давление 1 атм.'''
{| class="wikitable"
|-
| Азот || 334 м/с
|-
| Кислород || 316 м/с
|-
| Воздух || 332 м/с
|-
| Гелий || 965 м/с
|-
| Водород || 1284 м/с
|-
| Метан || 430 м/с
|-
| Аммиак || 415 м/с
|}

'''Таблица 2. Скорость звука в жидкостях при температуре 20 °С.'''

{| class="wikitable"
|-
| Вода || 1490 м/с
|-
| Бензол || 1324 м/с
|-
| Спирт этиловый || 1180 м/с
|-
| Ртуть || 1453 м/с
|-
| Глицерин || 1923 м/с
|}

В твердых телах скорость звука определяется модулем упругости вещества и его плотностью, при этом в продольном и поперечном направлении в неограниченных изотропных твердых телах она различается.

'''Таблица 3. Скорость звука в твердом теле.'''

{| class="wikitable"
|-
! Вид твердого тела !! Скорость продольной волны, м/с !! Скорость поперечной волны, м/с
|-
| Плавленый кварц || 5970 || 3762
|-
| Бетон || 4200–5300 || —
|-
| Плексиглас || 2675 || 1110
|-
| Стекло || 3760–4800 || 2380–2560
|-
| Тефлон || 1340 || —
|-
| Полистирол || 2350 || 1120
|-
| Сталь || 5740 || 3092
|-
| Золото || 3220 || 1200
|-
| Мрамор || 3810 || —
|-
| Алюминий || 6400 || 3130
|-
| Полиэтилен || 2000 || —
|-
| Серебро || 3650–3700 || 1600–1690
|-
| Дуб || 4100 || —
|-
| Сосна || 3600 || —
|}

Из таблиц наглядно видно, что скорость звука в газах значительно ниже, чем в твердых телах, именно поэтому в приключенческих фильмах часто можно увидеть, как люди прикладывают ухо к земле, чтобы определить наличие погони за собой, также это явление заметно рядом с железной дорогой, когда звук приходящего поезда, слышится дважды — в первый раз он передается по рельсам, а второй — по воздуху.

Процесс колебательного движения звуковой волны в упругой среде, можно описать на примере колебания частицы воздуха:

— на частицу воздуха, вынужденную сдвинуться со своей начальной позиции, из-за воздействия источника звука, действуют упругие силы воздуха, которые пытаются вернуть ее на свое первоначальное место, но из-за действия сил инерции, возвращаясь, частица не останавливается, а начинает удаляться от начальной позиции в противоположную сторону, где в свою очередь на нее также действуют упругие силы и процесс повторяется.

← Предыдущая		Версия 08:36, 9 августа 2013
Строка 156:		Строка 156:

	Плоские волны при распространении не меняют форму и амплитуду, сферические не меняют форму (амплитуда уменьшается как 1/r), цилиндрические меняют и форму, и амплитуду (убывает как 1/№r).		Плоские волны при распространении не меняют форму и амплитуду, сферические не меняют форму (амплитуда уменьшается как 1/r), цилиндрические меняют и форму, и амплитуду (убывает как 1/№r).
		+
		+	[[Категория:Словарь]]

← Предыдущая		Версия 05:47, 30 мая 2013
Строка 155:		Строка 155:


−	Плоские волны при распространении не меняют форму и амплитуду, сферические не меняют форму (амплитуда уменьшается как 1/r), цилиндрические меняют и форму, и амплитуду (убывает как 1/r	+	Плоские волны при распространении не меняют форму и амплитуду, сферические не меняют форму (амплитуда уменьшается как 1/r), цилиндрические меняют и форму, и амплитуду (убывает как 1/№r).

@@ Строка 151: / Строка 151: @@
-[[Файл:Vid.jpg]]<br />'''Рисунок 6. Виды источников звука и схематическое изображение фронта волны'''
+[[Файл:Vid.jpg]]<br />'''Рисунок 6. Виды источников звука и схематическое изображение фронта волны'''<br />
 а — протяженная пластина; б — точечный источник; в — линейный источник.
 Плоские волны при распространении не меняют форму и амплитуду, сферические не меняют форму (амплитуда уменьшается как 1/r), цилиндрические меняют и форму, и амплитуду (убывает как 1/r

← Предыдущая		Версия 05:45, 30 мая 2013
Строка 83:		Строка 83:
	— на частицу воздуха, вынужденную сдвинуться со своей начальной позиции, из-за воздействия источника звука, действуют упругие силы воздуха, которые пытаются вернуть ее на свое первоначальное место, но из-за действия сил инерции, возвращаясь, частица не останавливается, а начинает удаляться от начальной позиции в противоположную сторону, где в свою очередь на нее также действуют упругие силы и процесс повторяется.		— на частицу воздуха, вынужденную сдвинуться со своей начальной позиции, из-за воздействия источника звука, действуют упругие силы воздуха, которые пытаются вернуть ее на свое первоначальное место, но из-за действия сил инерции, возвращаясь, частица не останавливается, а начинает удаляться от начальной позиции в противоположную сторону, где в свою очередь на нее также действуют упругие силы и процесс повторяется.

		+	[[Файл:Koleb.jpg]]<br />'''Рисунок 1. Процесс колебания частицы воздуха'''

−	Рисунок 1.Процесс ~~колебания частицы~~ воздуха	+
		+	На рисунке (рисунок №2) маленькими точками образно представлены молекулы воздуха (в кубометре воздуха их более миллиона). Давление в области компрессии несколько превышает атмосферное, а в области разрежения, наоборот, — ниже атмосферного. Направление малых стрелочек показывает, что, в среднем, молекулы движутся направо из области высокого давления и налево из области низкого. Любая из представленных молекул сначала проходит определенное расстояние в правую сторону, а затем такое же расстояние в левую, относительно своей первоначальной позиции, в то время как звуковая волна двигается равномерно в правую сторону.
		+
		+
		+
		+	[[Файл:Pereme.jpg]]<br />'''Рисунок 2. Перемещение звуковой волны'''
		+
		+
		+	Логично задать вопрос — почему звуковая волна перемещается вправо? Ответ можно найти при внимательном рассмотрении стрелочек на предыдущем рисунке: в месте, где стрелочки сталкиваются с друг другом образуется новое скопление молекул, которое будет находится с правой стороны от первоначальной области компрессии, при удалении от места столкновения стрелочек плотность молекул снижается и образуется новая область разрежения, следовательно постепенное перемещение области высокого и низкого давления приводит к движению звуковой волны в правую сторону.
		+
		+
		+
		+	[[Файл:Pro_pereme.jpg]]<br />'''Рисунок 3. Процесс перемещения звуковой волны'''
		+
		+
		+	Волновое движение такого рода называется гармоническими или синусоидальными колебаниями, которое описывается следующим образом:
		+
		+
		+
		+	x(t) = Asin(wt + φ)
		+
		+
		+	Простая гармоническая или синусоидальная волна изображена на рисунке (Рисунок №4):
		+
		+
		+	[[Файл:Sin.jpg]]<br />'''Рисунок 4. Синусоидальная волна'''
		+
		+	Длина волны зависит от частоты и скорости звука:
		+
		+
		+	Длина волны (м) = Скорость волны (м/с) / Частота (Гц)
		+
		+
		+
		+	Cоответственно частота определяется следующим образом:
		+
		+
		+
		+	Частота (Гц) = Скорость волны (м/с) / Длина волны (м)
		+
		+
		+	Из этих уравнений видно, что с увеличением частоты — длина волны уменьшается.
		+
		+
		+
		+	'''Таблица 4. Длина волны в зависимости от частоты звука (при температуре воздуха 20 °С)'''
		+
		+	{\| class="wikitable"
		+	\|-
		+	\| Частота, Гц \|\| 31,5 \|\| 63 \|\| 125 \|\| 250 \|\| 500 \|\| 1000 \|\| 2000 \|\| 4000 \|\| 8000 \|\| 16000
		+	\|-
		+	\| Длина волны, м \|\| 10,9 \|\| 5,44 \|\| 2,74 \|\| 1,37 \|\| 0,69 \|\| 0,34 \|\| 0,17 \|\| 0,084 \|\| 0,043 \|\| 0,021
		+	\|}
		+
		+
		+
		+	Интенсивность звука снижается по мере увеличения расстояния от источника звука. Если звуковая волна на своем пути не встречает преград, то звук из источника распространяется во всех направлениях. На рисунке (рисунок №5) изображен характер изменения интенсивности звука — сила звука остается постоянной, но площадь воздействия увеличивается, именно поэтому в отдельно взятой точке интенсивность звука снижается.
		+
		+
		+
		+	[[Файл:Raspos.jpg]]<br />'''Рисунок 5. Процесс распространения звуковой волны'''
		+
		+	В зависимости от вида источника звука — существует несколько видов звуковых волн: плоские, сферические и цилиндрические.
		+
		+
		+
		+	[[Файл:Vid.jpg]]<br />'''Рисунок 6. Виды источников звука и схематическое изображение фронта волны'''
		+	а — протяженная пластина; б — точечный источник; в — линейный источник.
		+
		+
		+	Плоские волны при распространении не меняют форму и амплитуду, сферические не меняют форму (амплитуда уменьшается как 1/r), цилиндрические меняют и форму, и амплитуду (убывает как 1/r

@@ Строка 6: / Строка 6: @@
 где t<sub>c</sub> — температура окружающей среды, °С.
 '''Таблица 1. Скорость звука в газах, при температуре 0 °С и давление 1 атм.'''
@@ Строка 42: / Строка 41: @@
 В твердых телах скорость звука определяется модулем упругости вещества и его плотностью, при этом в продольном и поперечном направлении в неограниченных изотропных твердых телах она различается.
 '''Таблица 3. Скорость звука в твердом теле.'''
@@ Строка 80: / Строка 78: @@
 Из таблиц наглядно видно, что скорость звука в газах значительно ниже, чем в твердых телах, именно поэтому в приключенческих фильмах часто можно увидеть, как люди прикладывают ухо к земле, чтобы определить наличие погони за собой, также это явление заметно рядом с железной дорогой, когда звук приходящего поезда, слышится дважды — в первый раз он передается по рельсам, а второй — по воздуху.
 Процесс колебательного движения звуковой волны в упругой среде, можно описать на примере колебания частицы воздуха:
-— на частицу воздуха, вынужденную сдвинуться со своей начальной позиции, из-за воздействия источника звука, действуют упругие силы воздуха, которые пытаются вернуть ее на свое первоначальное место, но из-за действия сил инерции, возвращаясь, частица не останавливается, а начинает удаляться от начальной позиции в противоположную сторону, где в свою очередь на нее также действуют упругие силы и процесс повторяется.
+Рисунок 1.Процесс колебания частицы воздуха