Na czym polega rozchodzenie się fali dźwiękowej? Fale podłużne i fale poprzeczne.
Fale, które rozchodzą się w ośrodkach sprężystych noszą nazwę fal mechanicznych. Do powstania takich fal dochodzi wskutek wychylenia się fragmentu danego ośrodka sprężystego z położenia równowagi. W konsekwencji dochodzi do drgań tej cząstki bądź atomu wokół położenia równowagi. Te drgania następnie rozprzestrzeniają się na dalsze fragmenty ośrodka właśnie dzięki jego własnościom sprężystym. Tak rozchodzi się w ośrodku zaburzenie, czyli fala mechaniczna. Fala, która dobiega do danego punktu w ośrodku materialnym przekazuje mu energię. Na energię fali składa się energia kinetyczna i potencjalna cząstek materii. Energia może być, zatem przekazywana przez fale na duże odległości a jej przenoszenie polega na przekazywaniu jej kolejno na coraz dalsze fragmenty ośrodka materialnego. Przykładem takich fal mogą być fale dźwiękowe. Fale dźwiękowe są to mechaniczne fale podłużne. Fale te mogą rozchodzić się w cieczach, gazach i ciałach stałych. Rozchodzenie się fal akustycznych w cieczach i gazach polega na przekazywaniu drgań cząsteczek, z czym są związane zagęszczenia i rozrzedzenia ośrodka. Powstają obszary zwiększonego i zmniejszonego ciśnienia. Zmianom ciśnienia towarzyszy zmiana gęstości gazu.
Fala podłużna to fala, w której drgania odbywają się w kierunku zgodnym z kierunkiem jej rozchodzenia się. Fala poprzeczna jest to fala, w której kierunek drgań cząstek ośrodka jest prostopadły do kierunku rozchodzenia się fali.
Parametry określające falę dźwiękową.
Podstawowymi parametrami określającymi falę dźwiękową są:
Częstotliwość Hz, Drgania akustyczne, których częstotliwość jest tak mała, że nie są słyszalne przez przeciętnego zdrowego człowieka nazywamy infradźwiękami (niższe niż 16 Hz), zaś te, których częstotliwość jest większa od granicznej, również niesłyszalne przez ludzi, nazywamy ultradźwiękami (wyższe od 20 kHz).
Poziom natężenia dźwięku, podawany w dB,
Długość fali dźwiękowej,
Prędkość rozchodzenia się fali dźwiękowej,
Ciśnienie akustyczne.
Do podstawowych cech dźwięku możemy zaliczyć:
* wysokość dźwięku
* głośność dźwięku
* czas trwania dźwięku
* barwa dźwięku
Cechy te związane są ściśle z odpowiednimi parametrami fali akustycznej.
Od czego zależy prędkość rozchodzenia się fal sprężystych w ciałach stałych, cieczach i gazach? Jaka jest prędkość dźwięku w powietrzu?
Prędkość rozchodzenia się fal akustycznych zależy od rodzaju ośrodka, jego temperatury i gęstości. W gazie, który jest zdecydowanie najrzadszym ośrodkiem dźwięk osiąga najmniejszą prędkość. I tak w temperaturze 273 K prędkość w wodorze wynosi 1284 m/s, a w powietrzu ok. 340 m/s. W wodzie średnia prędkość rozchodzenia się fali dźwiękowej wynosi ok. 1500 m/s, natomiast w metalach prędkość ta może wynosić kilka tysięcy m/s.
Na czym polega metoda pomiaru prędkości dźwięku stosowana w ćwiczeniu?
Pomiar prędkości dźwięku w powietrzu metodą czasu przelotu polega na wyznaczeniu różnicy czasu „t” rejestracji czoła fali dźwiękowej przez dwa mikrofony „M” 1 i „M” 2. Mikrofony ustawione są w odległości „S” od siebie i są zwrócone w stronę głośnika „G”, będącego źródłem dźwięku. W ćwiczeniu mikrofony podłączone są poprzez wzmacniacze W i W do miernika czasu „C”. Wytworzona w głośniku fala dźwiękowa, docierając do mikrofonu „M” 1, generuje sygnał uruchamiający pomiar czasu w mierniku „C”. Fala ta po czasie „t” dociera do drugiego Mikrofonu i generuje sygnał zatrzymujący pomiar czasu. Prędkość dźwięku obliczamy, jako stosunek drogi „S” przebytej przez falę dźwiękową do czasu „t”: $V = \frac{S}{t}$