Značilnosti zvočne energije, vrste, uporabe, prednosti, primeri

The Zvočna energija o Akustika je tisti, ki prevaža zvočne valove, ko se širijo v mediju, ki je lahko plin, kot so zrak, tekočina ali trdna. Človeška bitja in številne živali uporabljajo akustično energijo, da se nanašajo na okolje.

Za to imajo specializirane organe, na primer vokalne vrvice, ki lahko proizvajajo vibracije. Te vibracije se prevažajo v zraku, da dosežejo druge specializirane organe, odgovorne za njihovo razlago.

Akustična energija se v glasbo prenaša skozi zvok klarineta. Vir: Pixabay

Vibracije povzročajo zaporedne stiske in širitve v zraku ali medij, ki obdaja vir, ki se širijo z nekaj hitrosti. Delci ne potujejo, ampak so omejeni na nihanje glede na njihov ravnotežni položaj. Motnje je tisto, kar se prenaša.

Zdaj, kot je znano, imajo predmeti, ki se premikajo. Tako tudi valovi, ko potujejo na sredini, nosijo z njimi energijo, povezano z gibanjem delcev (kinetična energija).

[TOC]

Značilnosti

Kot je znano, imajo predmeti, ki se premikajo. Torej valovi, ko potujejo na sredini, nosijo s seboj energijo, povezano z gibanjem delcev (kinetična energija), in tudi deformacijsko energijo potencialnega okolja ali energije.

Ob predpostavki, da je zelo majhen del medija, ki je lahko zrak, vsak delček s hitrostjo ali, Ima kinetično energijo K dobiti od:

K = ½ mu²

Poleg tega ima delček potencialno energijo Ali kar je odvisno od spremembe obsega, ki jo doživlja, biti Vo Začetna glasnost, V Končni zvezek in str Pritisk, ki je odvisen od položaja in časa:

Negativni znak kaže na povečanje potencialne energije, saj val s širjenjem deluje na volumskem elementu DV Pri stiskanju, zahvaljujoč pozitivnemu akustičnemu tlaku.

Masa elementa tekočine v smislu začetne gostote ρ_tudi in začetna glasnost V_tudi je:

m_tudi= ρ_tudiV_tudi

In ker je testo ohranjeno (načelo ohranjanja množice):

ρv = ρ_tudiV_tudi = konstanta

Zato celotna energija ostane na naslednji način:

Izračun potencialne energije

Integral je mogoče rešiti s pomočjo načela ohranjanja množice

m_tudi = m_F

Derivat konstante je 0, torej (ρV) ' = 0. Zato:

Dv = (-v/ρ) dρ

Isaac Newton je ugotovil, da:

(dp/dρ) = c²

Kje c predstavlja hitrost zvoka v zadevni tekočini. Z zamenjavo zgoraj navedenega se dobiva potencialno energijo medija:

Končno je skupna akustična energija volumskega elementa izražena kot:

Za ravno val je res, da: P =  ± (ρc) u, Zato energija ostane:

Kot vedno se energija meri v Joulesu v mednarodnem sistemu. Enostavno je preveriti, ali ima prejšnji rezultat energijske dimenzije (n.M = Joule).

DA_str že_v To so amplitude tlačnega in hitrostnega vala, povprečna energija ε zvočnega vala je:

Intenzivnost zvoka

Zvok lahko označimo z velikostjo intenzivnost.

Intenzivnost zvoka je opredeljena kot energija, ki se zgodi v sekundi skozi površinsko enoto, ki je pravokotna na smer širjenja zvoka.

Ker je energija na enoto časa moč Str, intenzivnost zvoka Yo Lahko se izrazi kot:

Lahko vam služi: Durometer: za kaj je, kako deluje, deli, vrste

Kje In je povprečna energija, Do je območje in t Čas je. Če naj bi sferična površina radia R obkrožala Sonoro Fuente, katere območje je 4πr², Intenzivnost zvoka ostaja:

Fantje

Vsaka vrsta zvočnega vala ima značilno frekvenco in nosi določeno energijo. Vse to določa njegovo akustično vedenje. Ker je zvok tako pomemben za človeško življenje, so vrste zvokov razvrščene v tri velike skupine, glede na zvočno frekvenčno območje za ljudi:

- Infrasonido, katerega frekvenca je manjša od 20 Hz.

- Audible Spectrum s frekvencami od 20. do 20. ure.000 Hz.

- Ultrazvok, s frekvencami, večjimi od 20.000 Hz.

Ton zvoka, torej če je akutni, resen ali srednji, je odvisen od frekvence. Najnižje frekvence se razlagajo kot resni zvoki, približno med 20 in 400 Hz.

Frekvence med 400 in 1600 Hz veljajo za srednje tone, akutna pa od 1600 do 20.000 Hz. Akutni zvoki so lahki in prodirajoči, bas pa se dojemajo kot globlje in zamude.

Zvoki, ki se vsakodnevno slišijo, so zapleteni prekrivni zvoki z različnimi naslednjimi frekvencami.

Zvok ima druge lastnosti, razen frekvence, ki lahko služijo kot merila za njihovo razvrstitev. Primer njih so zvonec, trajanje in intenzivnost.

Izenačevanje je sestavljeno iz filtrov, ki odpravljajo hrup in izboljšujejo določene frekvence za izboljšanje kakovosti zvoka. Vir: Pixabay.

Hrup

Pomembno je tudi razlikovati med želenimi in neželenimi zvoki ali hrupom. Ker si vedno prizadeva za odpravo hrupa, je to razvrščeno glede na intenzivnost in obdobje v:

- Neprekinjen hrup.

- Nihajoč hrup.

- Impulziven hrup.

Ali po barvah, povezanih z njegovo frekvenco:

- Roza hrup (podobno kot "Shhhhhh”).

- Beli hrup (podoben kot "pssssss”).

- Rjavi hrup (avtor Robert Brown, odkrivalec Brownovega gibanja, je hrup, ki močno daje prednost nizkim frekvencam).

Prijave

Uporaba, dana za akustično energijo, je odvisna od vrste zvočnega vala, ki se uporablja. V obsegu zvočnih valov je univerzalna uporaba zvoka omogočiti tesno komunikacijo, ne le med ljudmi, saj živali komunicirajo tudi z oddajanjem zvokov.

Zvoki so vsestranski. Vsak se razlikuje glede na vir, ki ga oddaja. Na ta način je raznolikost zvokov v naravi neskončna: vsak človeški glas je drugačen, pa tudi značilni zvoki, ki jih živalske vrste uporabljajo za komunikacijo med seboj.

Mnoge živali uporabljajo zvočno energijo, da se nahajajo v vesolju in tudi zajamejo svoj plen. Oddajajo akustične signale in imajo receptorske organe, ki analizirajo odsevne signale. Na ta način dobijo informacije o razdaljah.

Človekom nimajo organov, potrebnih za uporabo Sonic Energy na ta način. Vendar so ustvarili smernice, kot je Sónar, na podlagi teh istih načel, da bi olajšali navigacijo.

Po drugi strani so ultrazvok zvočni valovi, katerih aplikacije so dobro znane. V medicini se uporabljajo za pridobivanje slik iz notranjosti človeškega telesa. So tudi del zdravljenja nekaterih stanj, kot sta Lumbago in Tendonitis.

Nekaj ​​aplikacij akustične energije

- Z visokoenergetskim ultrazvokom, kamni ali izračuni, ki nastanejo v ledvicah in žolčniku.

Vam lahko služi: silicijev oksid (SiO2): struktura, lastnosti, uporabe, pridobivanje

- V geofiziki se ultrazvoki uporabljajo kot metode iskanja. Njegova načela so podobna kot pri potresnih metodah. Uporabljajo jih lahko v aplikacijah, ki segajo od določitve oblike oceanskega relief do prič za izračun elastičnih modulov.

- V živilski tehnologiji se uporabljajo za odpravljanje mikroorganizmov, odpornih na visoke temperature, pa tudi za izboljšanje nekaterih tekstur in lastnosti hrane.

Prednosti

Akustična energija ima prednosti, ki so v veliki meri posledica njegovega nizkega obsega. Na primer, proizvajati ni drago in ne ustvarja kemikalij ali drugih vrst, saj se na sredini hitro razprši.

Kar zadeva akustične vire energije, so številni. Vsak predmet, ki je sposoben vibrirati, lahko postane vir zvoka.

Kadar se uporablja v medicinskih aplikacijah, na primer pridobivanje slik z ultrazvokom, ima prednost, da ne uporablja ionizirajočega sevanja, kot sta X -RAYS ali tomografija. Dejstvo je, da lahko ionizirajoče sevanje povzroči poškodbe celic.

Njihova uporaba zahteva tudi zaščitne ukrepe, ki so potrebni pri uporabi ionizirajočega sevanja. Ekipe so tudi cenejše.

Tudi ultrazvočna energija je neinvazivna metoda za odpravo prej omenjenih izračunov ledvic in žolča, s čimer se izognemo kirurškim postopkom.

Načeloma ne ustvarja kontaminacije niti v zraku ali v vodah. Toda znano je, da je v morjih onesnaževanje s hrupom zaradi človeških dejavnosti, kot so intenzivni ribolov, geofizično iskanje in prevoz.

Slabosti

Težko je razmišljati o slabostih, ki jih lahko pojav tako naraven kot zvok.

Eden redkih je, da lahko veliki intenzivni zvoki poškodujejo strukturo ušesa in sčasoma nenehno izpostavljeni ljudje izgubijo občutljivost.

Zelo hrupna okolja na koncu povzročajo stres in nelagodje pri ljudeh. Druga pomanjkljivost je morda dejstvo, da akustična energija ne služi premikanju predmetov, saj je zelo težko izkoristiti vibracije, da vplivajo na trdne predmete.

To je zato, ker zvok vedno zahteva obstoj sredstev za širjenje, zato je zlahka oslabljen. To pomeni, da se zvočna energija v sredini absorbira hitreje kot pri drugih vrstah valov, na primer elektromagnetni.

Zaradi tega je energija zvočnih valov razmeroma kratka v zraku. Zvok absorbira strukture in predmeti, ko se širi, njegova energija pa se postopoma razpira pri vročini.

Seveda je to povezano z ohranjanjem energije: energija se ne uniči, ampak spremeni obliko. Vibracije molekul v zraku se ne spremenijo le v spremembe tlaka, ki povzročajo zvok. Tudi vibracije povzročajo toploto.

Absorpcija zvoka v materialih

Ko zvočni valovi vplivajo na material, kot je opečna stena, se na primer odraža del energije. Drug del je razpršen v vročini, zahvaljujoč molekularni vibraciji zraka in materiala; In končno preostali del prečka material.

Tako se lahko zvočni valovi odražajo na enak način kot svetloba. Odsev zvoka je znan kot "odmev". Bolj toga in enakomerna površina, večja je sposobnost odsevanja.

Vam lahko služi: rdeči pritlikavec

Pravzaprav obstajajo površine, ki lahko ustvarijo več odsevov, imenovanih Odmevi. Običajno se to zgodi v majhnih prostorih in se mu izogibamo tako.

Akustični val bo v celotnem širjenju doživel vse te zaporedne izgube, dokler se na sredini končno ne absorbira energija. Kar pomeni, da se je spremenila v kalorično energijo.

Obstaja velikost za količinsko opredelitev sposobnosti materiala, da absorbira zvok. Se imenuje absorpcijski koeficient. Označeno je kot α in je razlog med absorbirana energija In_Abs in incidentna energija In_inc, Vsi se nanašajo na zadevno gradivo. Matematično izraža takole:

α = e_Abs/In_inc

Največja vrednost α je 1 (popolnoma absorbira zvok) in najmanjši je 0 (naj se ves zvok prepusti).

Zvok je lahko večkrat pomanjkljivost, ko je prednostna tišina. Na primer, avtomobili so nameščeni dušilci, da se ublažijo hrup motorja. Drugim napravam, kot so vodne črpalke in električne naprave.

Akustična izolacija je pomembna v študiji snemanja. Vir: Pixabay.

Primeri zvočne energije

Zvočna energija je povsod. Tu je preprost primer, ki ponazarja lastnosti zvoka in njeno energijo s kvantitativnega vidika.

Vaja rešena

0,1 g zatiča mase pade z višine 1m. Ob predpostavki, da 0,05 % njegove energije postane zvočni utrip trajanja 0.1 s, ocenite, kakšna je največja razdalja, na kateri je mogoče slišati padec zatiča. Vzemite kot minimalno zvočno intenzivnost zvoka 10^-8 W/m².

Rešitev

Uporabljena bo enačba za intenzivnost zvoka:

Dobro vprašanje je od kod v tem primeru energija zvoka, čigar intenzivnost zazna človeško uho.

Odgovor je v gravitacijski potencialni energiji. Prav zato, ker pin pade z določene višine, do katere je imel potencialno energijo, saj pade to energijo v kinetično energijo.

In ko vpliva na tla, se energija prenese na molekule zraka, ki obkrožajo kraj padca, kar povzroča zvok.

Gravitacijska potencialna energija Ali je:

U = mgh

Kje m To je testo za pin, g Je pospešek gravitacije in h To je višina, iz katere je padla. Če zamenjate te numerične vrednosti, vendar ne, preden naredite ustrezne pretvorbe v mednarodnem sistemu enot, imate:

U = 0.1 x 10^-3 x 9.8 x 1 j = 0.00098 J

V izjavi pravi, da je ta energija le 0.05 % se preoblikuje tako, da povzroči zvočni impulz, to je tintineo, ko se spopada proti tleh. Zato je zvočna energija:

In_zvok= 4.9 x 10^-7 J

Iz enačbe intenzivnosti se radio očisti R vrednosti zvočne energije pa so zamenjane in_zvok In čas, ki je trajal utrip: 0.1 s po izjavi.

Zato je največja razdalja, do katere bo padec zatiča slišati 6.24 m naokoli.

Reference

1. Giancoli, d.  2006. Fizika: načela z aplikacijami. Šesta izdaja. Dvorana Prentice. 332 - 359.
2. Kinsler, l. (2000). Osnove akustične. 4. izd. Wiley & Sons. 124-125.