Fale

Fale

dźwiękowe

dźwiękowe

mgr Magdalena

Sadowska

ZS Kalisz

Fale poprzeczne

Fale poprzeczne

Fale podłużne

Fale podłużne

Co powinniśmy wiedzieć na

Co powinniśmy wiedzieć na

początku?

początku?



Termin dźwięk związany jest ze wszystkimi
zjawiskami głosowymi słyszanymi przez
człowieka.



Ton to dźwięk wywołany przez drgania proste
i przenoszony przez falę sinusoidalną.



Hałas to zjawisko dźwiękowe, które w danych
okolicznościach jest niepożądane, szkodliwe
lub przeszkadzające.



Długość fal dźwiękowych: 2 - 20 cm.



Zakres dźwięków słyszanych przez człowieka:
16 Hz – 20 kHz.

Powstawanie fal dźwiękowych.

Powstawanie fal dźwiękowych.



Źródła dźwięku dzieli się na naturalne
i sztuczne.



Fale dźwiękowe rozchodzą się w gazach,
cieczach i ciałach stałych.



Dźwięk jest falą podłużną.



Fala kulista to fala, która rozchodzi się
równomiernie we wszystkich kierunkach.



Fala płaska – w dużej odległości od źródła
można pominąć kulistość fali.

Fala płaska.

Fala płaska.

Opis matematyczny.

Opis matematyczny.



Cząsteczki powietrza drgając poruszają
się ruchem harmonicznym, który
opisuje równanie:

x(t) = A cos(

x(t) = A cos(





t+

t+





)

)

gdzie:  = 2/T, T =1/f,

A – amplituda,  - częstość kołowa

(kątowa),

T – okres, f – częstość

(częstotliwość).

Prędkość fal dźwiękowych w

Prędkość fal dźwiękowych w

gazach.

gazach.



Prędkość fali dźwiękowej v jest stała dla
każdego ośrodka gazowego. Zależy ona
od gęstości gazu 

i panującego

w nim ciśnienia p, co opisuje wzór
Newtona:

v = 1,185

v = 1,185

∙

∙

(

(

p

p

/

/





)

)

½

½

.



Prędkość fali dźwiękowej w powietrzu
zmierzył Ernest Chladini uwzględniając
zależność ciśnienia od temperatury gazu t:

v = 20,08∙(t + 273,15)

v = 20,08∙(t + 273,15)

½

½

Prędkość fal dźwiękowych w

Prędkość fal dźwiękowych w

powietrzu w zależności od

powietrzu w zależności od

panującej temperatury.

panującej temperatury.

Sz. Szczeniowski, Fizyka doświadczalna, Część I, PWN 1972

Prędkość fal dźwiękowych w

Prędkość fal dźwiękowych w

innych gazach.

innych gazach.



Prędkość fal dźwiękowych w gazach waha się
w szerokich granicach od 100 do 1300 m/s.

Sz. Szczeniowski, Fizyka doświadczalna, Część I, PWN
1972

Prędkość fal dźwiękowych w

Prędkość fal dźwiękowych w

cieczach.

cieczach.



W cieczach prędkość fali dźwiękowej wyraża
się wzorem:

v = 10

v = 10

∙

∙

(

(

K

K

/

/





)

)

½

½

,

gdzie K to moduł ściśliwości objętościowej.



Prędkość ta waha się między 1000 a 1600 m/s.



Prędkość fali dźwiękowej w cieczach zwiększa
się z temperaturą. Tylko woda wykazuje
anomalię, polegającą na tym, że prędkość fali
w wodzie wzrasta tylko do 80C, po czym

nieznacznie maleje.

Prędkość fal dźwiękowych

Prędkość fal dźwiękowych

w cieczach.

w cieczach.

Sz. Szczeniowski, Fizyka doświadczalna, Część I,
PWN 1972

Prędkość fal dźwiękowych

Prędkość fal dźwiękowych

w ciałach stałych.

w ciałach stałych.



Prędkość podłużnej fali dźwiękowej

określoną wzorem:

v = 10

v = 10

∙

∙

(

(

E

E

/

/





)

)

½

½

,

,

gdzie E to moduł ściśliwości (moduł Younga).



Prędkość przenoszenia się fali poprzecznej,

powstającej na powierzchni ciała na wzór fal

na powierzchni wody, jest niższą od

prędkości fali podłużnej i zmienną

proporcjonalnie do

pierwiastka częstości.

Prędkość fal dźwiękowych w ciałach stałych

Prędkość fal dźwiękowych w ciałach stałych

Sz. Szczeniowski, Fizyka doświadczalna, Część I, PWN
1972

Odbicie i załamanie fal

Odbicie i załamanie fal

dźwiękowych.

dźwiękowych.



Odbicie i załamanie fal dźwiękowych
zachodzi na granicy dwóch ośrodków. Tymi
zjawiskami rządzą prawa:

•

odbicia:

α

α

=

=

α

α

I

I

•

załamania:

n

n

1

1

sin

sin

α

α

= n

= n

2

2

sin

sin

β

β

,

,

gdzie: α – kąt padania,
α

I

– kąt odbicia,

β – kąt załamania,
n

1

, n

2

– współczynniki załamania.

Dyfrakcja fal dźwiękowych.

Dyfrakcja fal dźwiękowych.



Uginanie się fal dźwiękowych następuje

,

,

gdy ich długość jest zbliżona do rozmiarów
przedmiotów lub jest od nich większa.



Dyfrakcja polega na tym, że pewna ilość
energii fali dociera do tej części przestrzeni,
która znajduje się w cieniu geometrycznym
przedmiotu. Natrafiając na przeszkodę fala
dźwiękowa „opływa” ją, docierając do
takich elementów przestrzeni, gdzie fala
świetlna tworzy cienie.

Interferencja fal dźwiękowych.

Interferencja fal dźwiękowych.



W zależności od właściwości fal
oddziałujących ze sobą może dojść do:



całkowitego wygaszenia,



powstania dudnienia,



powstania fali stojącej.

Fale stojące.

Fale stojące.

D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, „Podstawy fizyki 2”, str. 145, rys. 17.20

Rezonans akustyczny.

Rezonans akustyczny.



Rezonans czyli współdrganie zachodzi,
jeśli fala dźwiękowa napotykając na
ciało sprężyste zdolne do drgań o takiej
samej częstotliwości jak jej własna
wprawi je w drgania.



Wyróżnia się rezonans swobodny
i wymuszony.



Zjawisko to ma zastosowanie w
działaniu instrumentów muzycznych.

Zjawisko Dopplera.

Zjawisko Dopplera.



Jeśli następuje zmiana odległości między

źródłem fali dźwiękowej i obserwatorem,

to słyszana częstość różni się od faktycznej

częstotliwości źródła fali.



Częstotliwość pozorna f i rzeczywista f

0

powiązane są następującą zależnością:

f = f

f = f

0

0

∙(1±v/v

∙(1±v/v

0

0

)

)

,

gdzie: v

0

– prędkość fali dźwiękowej;

v – prędkość względna źródła i obserwatora.

Bibliografia.

Bibliografia.



M. Drobner, Akustyka muzyczna, Kraków,

PWM 1973.



D. Halliday, R. Resnick, Podstawy fizyki 2,

Warszawa, PWN 2003.



Sz. Szczeniowski, Fizyka doświadczalna,

Część I, PWN 1972.



F. Alton Everest, Podręcznik akustyki,

Katowice, Wydawnictwo Sonia Draga

2004.