Rola fal dźwiękowych w przyrodzie

Do ucha ludzkiego docierają nie tylko pojedyncze, spokojne, ciche dźwięki, lecz wiele bezładnie zmieszanych dźwięków o różnych częstotliwościach- narzekamy wówczas na hałas. Mieszkamy we współczesnym świecie gdzie istnieje wiele samochodów i innych głośnych maszyn naraża to człowieka na duży hałas oraz stres. Na hałas najbardziej narażeni są ludzie: w pracy, w domu, na ulicy, zwłaszcza ci którzy korzystają z różnego rodzaju środków lokomocji. Zarazem podróż samochodem, pociągiem i innymi środkami lokomocji powoduje bardzo często stan podenerwowania, rozdrażnienia, a czasem nawet agresję. Dźwięk określa się w jednostkach zwanych belami (B), w praktyce stosuje się mniejszą jednostkę decybele (dB). Najbardziej uciążliwym hałasem jest hałas komunikacyjny. W obecnych czasach środki transportu mają dobrze wytłumione dźwięki. Ucho ludzkie może rejestrować dźwięki tylko wtedy, gdy częstotliwość fali akustycznej zawiera się w granicach częstotliwości
od 16 do 20 000 Hz. Echo jest falą, która powraca do nas po odbiciu się od jakiejś przeszkody. W małych pomieszczeniach ściany są zbyt blisko by usłyszeć echo. Nietoperze posługują się ultradźwiękami poprzez ich wysyłanie które odbijają się od różnych przedmiotów. Im krótszy jest czas pomiędzy piskiem nietoperza a echem odbitym od danego przedmiotu, tym bliżej znajduje się przedmiot. Walczenie z hałasem to jedno z zadań współczesnej ekologii. Stosuje się ekrany dźwiękochłonne i przede wszystkim konstruuje się urządzenia, które pracują ciszej. W tłumieniu hałasy wielką rolę odgrywa zieleń, która pochłania dźwięki oraz CO2 i wydzielają tlen.

Drgania wzbudzone w dowolnym punkcie ośrodka (fazy stałej, ciekłej, lub gazowej), rozprzestrzeniają się w nim ze skończoną prędkością, która zależy od własności ośrodka. Proces rozprzestrzeniania się drgań w ośrodku ciągłym, okresowy w czasie i przestrzeni nazywamy procesem falowym lub falą. Podczas rozchodzenia się fali, cząsteczki ośrodka nie poruszają się wraz z falą, a jedynie drgają wokół swoich położeń równowagi. Wraz z falą, od jednego punktu ośrodka do drugiego, przekazywany jest sam proces ruchu drgającego i jego energia. Dlatego podstawową własnością wszystkich fal, niezależnie od ich natury, jest transport energii bez przenoszenia materii.

Falami sprężystymi lub mechanicznymi nazywamy mechaniczne zaburzenia rozchodzące się w ośrodku sprężystym. Fale sprężyste mogą być podłużne i poprzeczne. W falach podłużnych cząsteczki ośrodka drgają w kierunku rozchodzenia się fali.
W falach poprzecznych cząstki ośrodka drgają w płaszczyznach prostopadłych do kierunku rozprzestrzeniania się fali.

Fale poprzeczne sprężyste mogą powstawać tylko w takich ośrodkach, które wykazują
sprężystość postaci. Z tego względu w ośrodkach ciekłych i gazowych możliwe jest tylko rozchodzenie się fal podłużnych. W ciałach stałych możliwe jest powstawanie zarówno fal podłużnych, jak i poprzecznych.

Fala sprężysta nazywa się harmoniczną, jeżeli odpowiadające jej drgania cząstek ośrodka są harmoniczne. Na rysunku przedstawiona jest fala harmoniczna (podłużna lub poprzeczna), rozprzestrzeniająca się z prędkością v wzdłuż osi x.

Odległość między najbliższymi cząstkami, drgającymi w jednakowej fazie nazywa się długością fali λ.Długość fali jest równa odległości, na którą rozprzestrzeni się fala (faza) w czasie równym okresowi:

 

 

Wyjaśnienie pojęć:

Ruch drgający jest jednym z najczęściej spotykanych ruchów w życiu codziennym.
Przejeżdżający samochód czy tramwaj powodują często drgania, np. szyb w oknach. Drgają też nasze struny głosowe podczas mówienia, struny instrumentów muzycznych i powietrze w instrumentach dętych.

Amplituda jest to największe wychylenie ciała z poza równowagi.

Drgania ruch polegający na okresowych zmianach położenia ciała.

Drgania gasnÄ…ce sÄ… to drgania o malejÄ…cej w czasie amplitudzie.

Drgania niegasnące drgania w których amplituda nie zmienia się wraz z upływem czasu.

Okres czas jednego pełnego drgania

Częstotliwość liczba okresów w jednostce czasu (s)

Częstotliwość własna częstotliwość, z jaką drga dane ciało raz wprawione w ruch i pozostawione same sobie.

Fala podłużna- jest to fala, w której drgania, odbywają się w kierunku równoległym do kierunku jej rozprzestrzeniania się.

Fala poprzeczna- fala, w której drgania odbywają się w kierunku prostopadłym do kierunku jej rozprzestrzeniania się.

Długość fali- droga, jaką pokonuje fala w czasie, gdy cząsteczka drgająca wykonuje jedno pełne drganie.

Rezonans akustyczny- zjawisko pobudzenia do drgań akustycznych ciała przez inne ciało drgające o tej samej częstotliwości własnej.

Ultradźwięki- drgania o wyższych częstotliwościach

Infradźwięki- drgania o niższych częstotliwościach