17.1: Sauti

Last updated
Save as PDF

Page ID: 183022

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

Malengo ya kujifunza

Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

Eleza sauti na kusikia.
Eleza sauti kama wimbi la longitudinal.

Sauti inaweza kutumika kama mfano wa kawaida wa mawimbi. Kwa sababu kusikia ni mojawapo ya hisia zetu muhimu zaidi, ni jambo la kuvutia kuona jinsi mali ya kimwili ya sauti inavyohusiana na maoni yetu. Kusikia ni mtazamo wa sauti, kama vile maono ni mtazamo wa mwanga unaoonekana. Lakini sauti ina maombi muhimu zaidi ya kusikia. Ultrasound, kwa mfano, haijasikika lakini inaweza kuajiriwa kuunda picha za matibabu na pia hutumiwa katika matibabu.

Picha ya kioo, nusu ambayo hupasuka vipande vidogo na wimbi la sauti la juu. Vipande vidogo vya kioo vinapasuka mahali pote. — Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Kioo hiki kimevunjika na wimbi la sauti la juu la mzunguko sawa na mzunguko wa resonant wa kioo. Wakati sauti haionekani, madhara ya sauti yanathibitisha kuwepo kwake. (mikopo: ||soma||, Flickr)

Sifa ya kimwili ya sauti inaelezwa kuwa shida ya suala ambalo linaambukizwa kutoka chanzo chake nje. Sauti ni wimbi. Kwa kiwango cha atomiki, ni usumbufu wa atomi ambao ni mbali zaidi kuliko mwendo wao wa joto. Katika matukio mengi, sauti ni wimbi la mara kwa mara, na atomi hupata mwendo rahisi wa harmonic. Katika maandishi haya, tutachunguza mawimbi hayo ya sauti ya mara kwa mara.

kamba vibrating inazalisha wimbi sauti kama mfano katika Takwimu\(\PageIndex{2}\) -\(\PageIndex{4}\). Kama kamba inavyogeuka na kurudi, huhamisha nishati kwa hewa, hasa kama nishati ya joto iliyoundwa na turbulence. Lakini sehemu ndogo ya nishati ya kamba inakwenda kuimarisha na kupanua hewa inayozunguka, na kujenga shinikizo la juu na la chini. Hizi compressions (mikoa ya shinikizo la juu) na rarefactions (mikoa ya chini ya shinikizo) hoja nje kama mawimbi longitudinal shinikizo kuwa frequency sawa na kamba-wao ni usumbufu ambayo ni wimbi sauti. (Mawimbi ya sauti katika hewa na maji mengi ni longitudinal, kwa sababu maji yana karibu hakuna nguvu ya shear. Katika yabisi, mawimbi ya sauti yanaweza kuwa ya mzunguko na ya muda mrefu.) Kielelezo\(\PageIndex{4}\) kinaonyesha grafu ya shinikizo la kupima dhidi ya umbali kutoka kamba ya vibrating.

Mchoro wa kamba ya vibrating uliofanyika fasta katika mwisho wote. Kamba inaonyeshwa kuelekea upande wa kulia. Ukandamizaji na upungufu wa hewa huonyeshwa kama arcs ya ujasiri na yenye dotted karibu na kamba. — Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Kamba ya vibrating inayohamia kulia inasisitiza hewa mbele yake na huongeza hewa nyuma yake.

Mchoro wa kamba ya vibrating uliofanyika fasta katika mwisho wote. Kamba inaonyeshwa kuelekea upande wa kushoto. Ukandamizaji na upungufu wa hewa huonyeshwa kama arcs ujasiri na dotted karibu na kamba. — Kielelezo\(\PageIndex{3}\): Kama kamba inakwenda upande wa kushoto, inajenga compression nyingine na rarefaction kama wale juu ya haki hoja mbali na kamba.

Sehemu ya mchoro inaonyesha kamba vibrating uliofanyika fasta katika mwisho wote. Kamba inaonyeshwa kutetemeka na huko kuelekea kushoto na kulia. Ukandamizaji na upungufu wa hewa huonyeshwa kama arcs ujasiri na dotted karibu na kamba. Sehemu ya b inaonyesha grafu ya shinikizo dhidi ya umbali kutoka chanzo. Shinikizo ni pamoja na mhimili y na umbali ni pamoja na mhimili wa x. Grafu ni wimbi la sine pamoja na mhimili wa x. — Kielelezo\(\PageIndex{4}\): Baada ya vibrations nyingi, kuna mfululizo wa compressions na rarefactions kusonga nje kutoka kamba kama wimbi sauti. Grafu inaonyesha shinikizo la kupima dhidi ya umbali kutoka chanzo. Shinikizo hutofautiana kidogo tu kutoka kwa anga kwa sauti za kawaida.

Ukubwa wa wimbi la sauti hupungua kwa umbali kutoka chanzo chake, kwa sababu nishati ya wimbi huenea juu ya eneo kubwa na kubwa. Lakini pia kufyonzwa na vitu, kama vile eardrum katika Kielelezo\(\PageIndex{5}\), na kubadilishwa kwa nishati ya joto na mnato wa hewa. Aidha, wakati wa kila compression joto kidogo huhamisha hewa na wakati wa kila rarefaction hata uhamisho chini ya joto kutoka hewa, ili uhamisho joto hupunguza usumbufu kupangwa katika mwendo random mafuta. (Michakato hii inaweza kutazamwa kama udhihirisho wa sheria ya pili ya thermodynamics iliyotolewa katika Utangulizi wa Sheria ya Pili ya Thermodynamics: Injini za joto na ufanisi wao.) Kama uhamisho wa joto kutoka compression kwa rarefaction ni muhimu inategemea jinsi mbali mbali wao ni-yaani, inategemea wavelength. Wavelength, frequency, amplitude, na kasi ya uenezi ni muhimu kwa sauti, kama ilivyo kwa mawimbi yote.

Mchoro wa sikio unaonyeshwa kwa compressions ya wimbi la sauti na vikundi vichache vinavyoingia sikio kama arcs ya semicircular ya mistari ya ujasiri na yenye dotted. Sehemu ya msalaba ya ngoma ya sikio iliyowekwa kama A inavyoonyeshwa kutetemeka na huko kwa nguvu F sawa na P mara A. — Kielelezo\(\PageIndex{5}\): Sauti wimbi compressions na rarefactions kusafiri hadi mfereji wa sikio na nguvu eardrum vibrate. Kuna nguvu ya wavu kwenye eardrum, kwani shinikizo la wimbi la sauti linatofautiana na shinikizo la anga lililopatikana nyuma ya eardrum. Utaratibu ngumu hubadilisha vibrations kwa msukumo wa neva, ambayo huelewa na mtu.

PHET EXPLORATIONS: WIMBI KUINGILIWA

Fanya mawimbi na bomba la kupungua, msemaji wa sauti, au laser! Ongeza chanzo cha pili au jozi ya slits ili kuunda muundo wa kuingiliwa.

Muhtasari

Sauti ni usumbufu wa suala ambalo linaambukizwa kutoka chanzo chake nje.
Sauti ni aina moja ya wimbi.
Kusikia ni mtazamo wa sauti.

faharasa

sauti: usumbufu wa jambo ambalo linaambukizwa kutoka chanzo chake nje

kusikia: mtazamo wa sauti