'n Klankgolf is 'n meganiese longitudinale golf van 'n sekere frekwensie. In die artikel sal ons verstaan wat longitudinale en transversale golwe is, waarom nie elke meganiese golf klank is nie. Vind uit die spoed van die golf en die frekwensies waarteen klank voorkom. Kom ons vind uit of die klank dieselfde is in verskillende omgewings en leer hoe om die spoed daarvan te vind deur die formule te gebruik.
Wave verskyn
Kom ons stel ons 'n wateroppervlak voor, byvoorbeeld 'n dam in kalm weer. As jy 'n klip gooi, sal ons op die oppervlak van die water sirkels sien wat van die middel af afwyk. En wat sal gebeur as ons nie 'n klip neem nie, maar 'n bal en dit in ossillerende beweging bring? Die sirkels sal voortdurend gegenereer word deur die vibrasies van die bal. Ons sal ongeveer dieselfde sien as wat in die rekenaaranimasie gewys word.
As ons die vlotter op 'n afstand van die bal laat sak, sal dit ook ossilleer. Wanneer fluktuasies oor tyd in ruimte divergeer, word hierdie proses 'n golf genoem.
Om die eienskappe van klank (golflengte, golfspoed, ens.) te bestudeer, is die bekende Rainbow-speelding, of Happy Rainbow, geskik.
Kom ons rek die veer, laat dit kalmeer en skud dit skerp op en af. Ons sal sien dat 'n golf verskyn het, wat langs die lente geloop het, en dan teruggekeer het. Dit beteken dat dit vanuit die hindernis weerspieël word. Ons het waargeneem hoe die golf mettertyd langs die lente voortgeplant het. Die deeltjies van die veer het op en af beweeg relatief tot hul ewewig, en die golf het links en regs geloop. So 'n golf word 'n dwarsgolf genoem. Daarin is die voortplantingsrigting loodreg op die ossillasierigting van die deeltjies. In ons geval was die golfvoortplantingsmedium 'n veer.
Kom ons rek nou die veer, laat dit kalmeer en trek heen en weer. Ons sal sien dat die spoele van die veer daarlangs saamgepers word. Die golf loop in dieselfde rigting. Op een plek is die veer meer saamgepers, op 'n ander is dit meer gestrek. So 'n golf word longitudinaal genoem. Die ossillasierigting van sy deeltjies val saam met die voortplantingsrigting.
Kom ons stel ons 'n digte medium voor, byvoorbeeld 'n rigiede liggaam. As ons dit vervorm deur te skeer, sal 'n golf ontstaan. Dit sal verskyn as gevolg van die elastiese kragte wat slegs in vaste stowwe inwerk. Hierdie kragte speel die rol van herstel en genereer 'n elastiese golf.
Jy kan nie 'n vloeistof vervorm deur te skeer nie. 'n Dwarsgolf kan nie in gasse en vloeistowwe voortplant nie. Nog iets is longitudinaal: dit versprei in alle omgewings waar elastiese kragte inwerk. In 'n longitudinale golf nader die deeltjies mekaar, beweeg dan weg, en die medium self word saamgepers en verdroog.
Baie mense dink dat vloeistowweonsaamdrukbaar, maar dit is nie die geval nie. As jy op die suier van die spuit met water druk, sal dit 'n bietjie krimp. In gasse is druk-trekvervorming ook moontlik. Deur die suier van 'n leë spuit te druk, druk die lug saam.
Spoed en golflengte
Kom ons keer terug na die animasie wat ons aan die begin van die artikel oorweeg het. Ons kies 'n arbitrêre punt op een van die sirkels wat van die voorwaardelike bal afwyk en volg dit. Die punt beweeg weg van die middel. Die spoed waarteen dit beweeg is die spoed van die golfkruin. Ons kan aflei: een van die kenmerke van die golf is die spoed van die golf.
Die animasie wys dat die kruine van die golf op dieselfde afstand geleë is. Dit is die golflengte - nog een van sy kenmerke. Hoe meer gereeld die golwe is, hoe korter is hul lengte.
Hoekom is nie elke meganiese golf klank nie
Neem 'n aluminiumliniaal.
Dit is springerig, so dit is goed vir die ervaring. Ons sit die liniaal op die rand van die tafel en druk dit met ons hand sodat dit sterk uitsteek. Ons druk op sy rand en laat dit skerp los - die vrye deel sal begin vibreer, maar daar sal geen geluid wees nie. As jy die liniaal net 'n bietjie verleng, sal die vibrasie van die kort rand 'n klank skep.
Wat wys hierdie ervaring? Dit demonstreer dat klank slegs voorkom wanneer 'n liggaam vinnig genoeg beweeg wanneer die golfspoed in die medium hoog is. Kom ons stel nog een kenmerk van die golf bekend - die frekwensie. Hierdie waarde wys hoeveel vibrasies per sekonde die liggaam maak. Wanneer ons 'n golf in die lug skep, kom klank onder sekere omstandighede voor – wanneer genoeghoë frekwensie.
Dit is belangrik om te verstaan dat klank nie 'n golf is nie, alhoewel dit met meganiese golwe verband hou. Klank is die sensasie wat voorkom wanneer klank (akoestiese) golwe die oor binnedring.
Kom ons keer terug na die liniaal. Wanneer die groter deel uitgerek word, ossilleer die liniaal en maak geen geluid nie. Skep dit 'n golf? Natuurlik, maar dit is 'n meganiese golf, nie 'n klankgolf nie. Nou kan ons 'n klankgolf definieer. Dit is 'n meganiese longitudinale golf, waarvan die frekwensie in die reeks van 20 Hz tot 20 duisend Hz is. As die frekwensie minder as 20 Hz of meer as 20 kHz is, sal ons dit nie hoor nie, alhoewel vibrasies sal voorkom.
Klankbron
Enige ossillerende liggaam kan 'n bron van akoestiese golwe wees, dit benodig net 'n elastiese medium, byvoorbeeld lug. Nie net 'n vaste liggaam kan vibreer nie, maar ook 'n vloeistof en 'n gas. Lug as 'n mengsel van verskeie gasse kan nie net 'n voortplantingsmedium wees nie - dit is self in staat om 'n akoestiese golf te genereer. Dit is sy vibrasies wat die klank van blaasinstrumente onderlê. Die fluit of trompet vibreer nie. Dit is die lug wat verdroog en saamgepers word, 'n sekere spoed aan die golf gee, waardeur ons die klank hoor.
Verspreiding van klank in verskillende omgewings
Ons het uitgevind dat verskillende stowwe klink: vloeistof, vaste stof, gasvormig. Dieselfde geld vir die vermoë om 'n akoestiese golf te gelei. Klank versprei in enige elastiese medium (vloeibaar, solied, gasvormig), behalwe vir vakuum. In 'n leë ruimte, sê maar op die maan, sal ons nie die geluid van 'n vibrerende liggaam hoor nie.
Die meeste van die geluide wat deur mense waargeneem word, is in die lug. Visse, jellievisse hoor 'n akoestiese golf wat deur die water divergeer. Ons, as ons onder die water duik, sal ook die geraas van 'n motorboot hoor wat verbyry. Boonop sal die golflengte en golfspoed hoër wees as in lug. Dit beteken dat die geluid van die motor die eerste sal wees wat deur 'n persoon wat onder die water duik gehoor word. Die visserman, wat op dieselfde plek in sy boot sit, sal later die geraas hoor.
In vaste stowwe beweeg klank selfs beter, en die golfspoed is hoër. As jy’n harde voorwerp, veral metaal, aan jou oor sit en daarop tik, sal jy baie goed hoor. Nog 'n voorbeeld is jou eie stem. Wanneer ons die eerste keer ons toespraak hoor, wat voorheen op 'n stemopnemer of van 'n video opgeneem is, lyk die stem uitheems. Hoekom gebeur dit? Want in die lewe hoor ons nie soseer klankvibrasies uit ons mond as vibrasies van golwe wat deur die bene van ons skedel gaan nie. Die klank wat deur hierdie hindernisse gereflekteer word, verander ietwat.
Klankspoed
Die spoed van 'n klankgolf, as ons dieselfde klank in ag neem, sal in verskillende omgewings verskil. Hoe digter die medium, hoe vinniger bereik die klank ons oor. Die trein kan so ver van ons af gaan dat die geluid van die wiele nog nie gehoor sal word nie. As jy egter jou oor by die relings sit, kan ons die gedreun duidelik hoor.
Dit dui daarop dat klankgolwe vinniger beweeg in vaste stowwe as in lug. Die figuur toon die spoed van klank in verskillende omgewings.
Golvergelyking
Spoed, frekwensie en golflengte is onderling verbind. Vir liggame wat teen 'n hoë frekwensie vibreer, is die golf korter. Laefrekwensieklanke kan op 'n groter afstand gehoor word omdat hulle 'n langer golflengte het. Daar is twee golfvergelykings. Hulle illustreer die interafhanklikheid van golfkenmerke van mekaar. As jy enige twee hoeveelhede uit die vergelykings ken, kan jy die derde bereken:
с=ν × λ, waar c die spoed is, ν die frekwensie is, λ die golflengte is.
Tweede akoestiese golfvergelyking:
s=λ / T, waar T die tydperk is, d.w.s. die tyd waarvoor die liggaam 'n ossillasie maak.
