Ang sound wave ay isang mechanical longitudinal wave ng isang partikular na frequency. Sa artikulo ay mauunawaan natin kung ano ang mga longitudinal at transverse wave, bakit hindi lahat ng mekanikal na alon ay tunog. Alamin ang bilis ng alon at ang mga frequency kung saan nangyayari ang tunog. Alamin natin kung pareho ang tunog sa iba't ibang kapaligiran at alamin kung paano hanapin ang bilis nito gamit ang formula.
Lumalabas ang alon
Isipin natin ang ibabaw ng tubig, halimbawa isang lawa sa kalmadong panahon. Kung magtapon ka ng bato, pagkatapos ay sa ibabaw ng tubig ay makikita natin ang mga bilog na naghihiwalay mula sa gitna. At ano ang mangyayari kung hindi tayo kukuha ng bato, kundi isang bola at dalhin ito sa oscillatory motion? Ang mga bilog ay patuloy na bubuo ng mga vibrations ng bola. Makikita natin ang humigit-kumulang kapareho ng ipinapakita sa animation ng computer.
Kung ibababa natin ang float nang medyo distansiya mula sa bola, mag-o-oscillate din ito. Kapag nag-iiba ang mga pagbabago sa espasyo sa paglipas ng panahon, ang prosesong ito ay tinatawag na wave.
Upang pag-aralan ang mga katangian ng tunog (haba ng daluyong, bilis ng alon, atbp.), ang sikat na Rainbow toy, o Happy Rainbow, ay angkop.
Iunat natin ang bukal, hayaan itong huminahon at iling-iling ito nang pataas-baba. Makikita natin na lumitaw ang isang alon, na tumakbo sa tabi ng tagsibol, at pagkatapos ay bumalik. Nangangahulugan ito na ito ay makikita mula sa balakid. Naobserbahan namin kung paano lumaganap ang alon sa tagsibol sa paglipas ng panahon. Ang mga particle ng spring ay gumagalaw pataas at pababa na may kaugnayan sa kanilang equilibrium, at ang alon ay tumakbo pakaliwa at kanan. Ang nasabing alon ay tinatawag na transverse wave. Sa loob nito, ang direksyon ng pagpapalaganap nito ay patayo sa direksyon ng oscillation ng mga particle. Sa aming kaso, ang wave propagation medium ay isang spring.
Ngayon ay iunat natin ang bukal, hayaan itong huminahon at hilahin pabalik-balik. Makikita natin na ang mga coils ng spring ay naka-compress kasama nito. Ang alon ay tumatakbo sa parehong direksyon. Sa isang lugar ang tagsibol ay mas naka-compress, sa isa pa ito ay mas nakaunat. Ang nasabing alon ay tinatawag na longitudinal. Ang direksyon ng oscillation ng mga particle nito ay tumutugma sa direksyon ng propagation.
Isipin natin ang isang siksik na daluyan, halimbawa, isang matigas na katawan. Kung i-deform natin ito sa pamamagitan ng paggugupit, magkakaroon ng alon. Ito ay lilitaw dahil sa mga nababanat na puwersa na kumikilos lamang sa mga solido. Ang mga puwersang ito ay gumaganap ng papel ng pagpapanumbalik at pagbuo ng isang nababanat na alon.
Hindi mo maaaring ma-deform ang isang likido sa pamamagitan ng paggugupit. Ang isang transverse wave ay hindi maaaring magpalaganap sa mga gas at likido. Ang isa pang bagay ay pahaba: kumakalat ito sa lahat ng mga kapaligiran kung saan kumikilos ang mga nababanat na pwersa. Sa isang longitudinal wave, ang mga particle ay lumalapit sa isa't isa, pagkatapos ay lumalayo, at ang medium mismo ay na-compress at bihira.
Maraming tao ang nag-iisip na likidoincompressible, ngunit hindi ito ang kaso. Kung pinindot mo ang plunger ng syringe na may tubig, ito ay lumiliit ng kaunti. Sa mga gas, posible rin ang compressive-tensile deformation. Ang pagpindot sa plunger ng isang walang laman na syringe ay nag-iipit sa hangin.
Bilis at haba ng daluyong
Bumalik tayo sa animation na isinasaalang-alang natin sa simula ng artikulo. Pinipili namin ang isang di-makatwirang punto sa isa sa mga bilog na nag-iiba mula sa conditional na bola at sundin ito. Ang punto ay lumalayo sa gitna. Ang bilis ng paggalaw nito ay ang bilis ng wave crest. Masasabi natin: isa sa mga katangian ng alon ay ang bilis ng alon.
Ipinapakita ng animation na ang mga crest ng wave ay matatagpuan sa parehong distansya. Ito ang wavelength - isa pang katangian nito. Kung mas madalas ang mga alon, mas maikli ang haba nito.
Bakit hindi lahat ng mekanikal na alon ay tunog
Kumuha ng aluminum ruler.
It's bouncy, kaya maganda para sa experience. Inilalagay namin ang ruler sa gilid ng mesa at pinindot ito gamit ang aming kamay upang ito ay malakas na nakausli. Pinindot namin ang gilid nito at pinakawalan ito nang husto - ang libreng bahagi ay magsisimulang manginig, ngunit walang tunog. Kung patagalin mo ng kaunti ang ruler, lilikha ng tunog ang vibration ng maikling gilid.
Ano ang ipinapakita ng karanasang ito? Ito ay nagpapakita na ang tunog ay nangyayari lamang kapag ang isang katawan ay kumikilos nang sapat na mabilis kapag ang bilis ng alon sa daluyan ay mataas. Ipakilala natin ang isa pang katangian ng alon - ang dalas. Ipinapakita ng value na ito kung gaano karaming vibrations bawat segundo ang ginagawa ng katawan. Kapag lumikha tayo ng isang alon sa hangin, ang tunog ay nangyayari sa ilalim ng ilang mga kundisyon - kapag sapat namataas na dalas.
Mahalagang maunawaan na ang tunog ay hindi isang alon, bagama't ito ay nauugnay sa mga mekanikal na alon. Ang tunog ay ang sensasyon na nangyayari kapag ang tunog (acoustic) na alon ay pumasok sa tainga.
Bumalik tayo sa pinuno. Kapag ang mas malaking bahagi ay pinalawak, ang ruler ay nag-o-oscillate at hindi gumagawa ng tunog. Lumilikha ba ito ng alon? Oo naman, ngunit ito ay isang mekanikal na alon, hindi isang sound wave. Ngayon ay maaari nating tukuyin ang isang sound wave. Ito ay isang mekanikal na longitudinal wave, ang dalas nito ay nasa hanay mula 20 Hz hanggang 20 thousand Hz. Kung ang frequency ay mas mababa sa 20 Hz o higit sa 20 kHz, hindi namin ito maririnig, bagama't magkakaroon ng mga vibrations.
Sound source
Anumang oscillating body ay maaaring pagmulan ng acoustic waves, kailangan lang nito ng elastic medium, halimbawa, hangin. Hindi lamang isang solidong katawan ang maaaring mag-vibrate, kundi pati na rin ang isang likido at isang gas. Ang hangin bilang isang halo ng ilang mga gas ay maaaring hindi lamang isang daluyan ng pagpapalaganap - ito mismo ay may kakayahang makabuo ng isang acoustic wave. Ang kanyang mga panginginig ng boses ang sumasailalim sa tunog ng mga instrumento ng hangin. Ang plauta o trumpeta ay hindi nag-vibrate. Ito ang hangin na bihira at pinipiga, na nagbibigay ng tiyak na bilis sa alon, bilang resulta kung saan naririnig natin ang tunog.
Pagkakalat ng tunog sa iba't ibang kapaligiran
Nalaman namin na iba't ibang substance ang tunog: likido, solid, gas. Ang parehong napupunta para sa kakayahang magsagawa ng isang acoustic wave. Ang tunog ay kumakalat sa anumang nababanat na daluyan (likido, solid, gas), maliban sa vacuum. Sa isang bakanteng espasyo, sabihin sa buwan, hindi natin maririnig ang tunog ng isang nanginginig na katawan.
Karamihan sa mga tunog na nakikita ng mga tao ay nasa hangin. Ang mga isda, dikya ay nakakarinig ng acoustic wave na nag-iiba sa tubig. Tayo, kung sumisid tayo sa ilalim ng tubig, maririnig din natin ang ingay ng isang bangkang de-motor na dumadaan. Bukod dito, ang wavelength at bilis ng alon ay magiging mas mataas kaysa sa hangin. Ibig sabihin, ang tunog ng motor ang unang maririnig ng taong sumisid sa ilalim ng tubig. Ang mangingisda, na nakaupo sa kanyang bangka sa parehong lugar, ay maririnig ang ingay mamaya.
Sa solids, mas mahusay ang paglalakbay ng tunog, at ang bilis ng alon ay mas mataas. Kung maglalagay ka ng matigas na bagay, lalo na ang metal, sa iyong tainga at tapikin ito, maririnig mo nang mabuti. Ang isa pang halimbawa ay ang iyong sariling boses. Noong una nating marinig ang ating pananalita, na dati nang nai-record sa isang voice recorder o mula sa isang video, ang boses ay tila alien. Bakit ito nangyayari? Sapagkat sa buhay ay hindi tayo masyadong nakakarinig ng mga tunog na panginginig ng boses mula sa ating bibig bilang mga panginginig ng boses ng mga alon na dumadaan sa mga buto ng ating bungo. Medyo nagbabago ang tunog na makikita mula sa mga hadlang na ito.
Bilis ng tunog
Ang bilis ng sound wave, kung isasaalang-alang natin ang parehong tunog, ay mag-iiba sa iba't ibang kapaligiran. Kung mas siksik ang daluyan, mas mabilis ang tunog na umabot sa ating tainga. Ang tren ay maaaring pumunta nang napakalayo mula sa amin na ang tunog ng mga gulong ay hindi pa maririnig. Gayunpaman, kung idikit mo ang iyong tainga sa riles, maririnig namin nang malinaw ang dagundong.
Ito ay nagpapahiwatig na ang mga sound wave ay naglalakbay nang mas mabilis sa mga solido kaysa sa hangin. Ipinapakita ng figure ang bilis ng tunog sa iba't ibang kapaligiran.
Wave equation
Ang bilis, dalas at wavelength ay magkakaugnay. Para sa mga katawan na nag-vibrate sa mataas na dalas, ang alon ay mas maikli. Ang mga tunog na mababa ang dalas ay maririnig sa mas malayong distansya dahil mayroon silang mas mahabang wavelength. Mayroong dalawang wave equation. Inilalarawan nila ang pagtutulungan ng mga katangian ng alon mula sa bawat isa. Alam ang alinmang dalawang dami mula sa mga equation, maaari mong kalkulahin ang pangatlo:
с=ν × λ, kung saan c ang bilis, ν ang frequency, λ ang wavelength.
Ikalawang acoustic wave equation:
s=λ / T, kung saan ang T ay ang panahon, ibig sabihin, ang oras kung saan ang katawan ay gumagawa ng isang oscillation.
