Skip to main content
Global

5.3: Mawimbi na Wavelengths

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    177321

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

    Malengo ya kujifunza

    • Eleza vipengele muhimu vya kimwili vya fomu za wimbi
    • Onyesha jinsi mali ya kimwili ya mawimbi ya mwanga yanahusishwa na uzoefu wa ufahamu
    • Onyesha jinsi mali ya kimwili ya mawimbi ya sauti yanahusishwa na uzoefu wa ufahamu

    Vikwazo vya kuona na ukaguzi wote hutokea kwa namna ya mawimbi. Ingawa uchochezi wawili ni tofauti sana katika suala la utungaji, aina za wimbi hushiriki sifa zinazofanana ambazo ni muhimu hasa kwa maoni yetu ya kuona na ya ukaguzi. Katika sehemu hii, tunaelezea mali ya kimwili ya mawimbi pamoja na uzoefu wa ufahamu unaohusishwa nao.

    Ukubwa na wavelength

    Tabia mbili za kimwili za wimbi ni amplitude na wavelength. Amplitude ya wimbi ni urefu wa wimbi kama kipimo kutoka kiwango cha juu juu juu ya wimbi (kilele au crest) hadi hatua ya chini kabisa juu ya wimbi (kupitia nyimbo). Wavelength inahusu urefu wa wimbi kutoka kilele kimoja hadi kingine.

    Mchoro unaonyesha sehemu za msingi za wimbi. Kuhamia kutoka kushoto kwenda kulia, mstari wa wavelength huanza juu ya mstari wa usawa wa moja kwa moja na huanguka na kuongezeka kwa usawa juu na chini ya mstari huo. Moja ya maeneo ambapo mstari wa wavelength unafikia hatua yake ya juu ni kinachoitwa “Peak.” Bracket ya usawa, iliyoitwa “wavelength,” inatoka eneo hili hadi kilele cha pili. Moja ya maeneo ambapo wavelength hufikia hatua yake ya chini kabisa inaitwa “Trough.” mabano wima, kinachoitwa “Amplitude,” inaenea kutoka “Peak” na “kupitia nyimbo.”
    Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Amplitude au urefu wa wimbi hupimwa kutoka kilele hadi kwenye mto. Urefu wa wavelength hupimwa kutoka kilele hadi kilele.

    Wavelength ni moja kwa moja kuhusiana na mzunguko wa fomu ya wimbi iliyotolewa. Frequency inahusu idadi ya mawimbi ambayo hupita hatua fulani katika kipindi cha muda fulani na mara nyingi huelezwa kwa suala la hertz (Hz), au mizunguko kwa sekunde. Wavelengths ya muda mrefu itakuwa na frequency ya chini, na wavelengths mfupi itakuwa na frequency ya juu.

    Imewekwa kwa wima ni mawimbi 5 ya rangi tofauti na wavelengths. Wimbi la juu ni nyekundu na wavelengths ndefu, ambazo zinaonyesha mzunguko wa chini. Kuhamia chini, rangi ya kila wimbi ni tofauti: machungwa, njano, kijani, na bluu. Pia kusonga chini, wavelengths huwa mfupi kama masafa yanavyoongezeka.
    Kielelezo\(\PageIndex{2}\): takwimu hii inaonyesha mawimbi ya wavelengths tofauti/masafa. Juu ya takwimu, wimbi nyekundu lina mzunguko wa muda mrefu/mfupi. Kuhamia kutoka juu hadi chini, wavelengths hupungua na kuongezeka kwa mzunguko.

    Mwanga mawimbi

    Wigo unaoonekana ni sehemu ya wigo mkubwa wa umeme ambao tunaweza kuona. Kama takwimu hapa chini inavyoonyesha, wigo wa umeme unahusisha mionzi yote ya umeme ambayo hutokea katika mazingira yetu na inajumuisha mionzi ya gamma,\(x\) -rays, mwanga wa ultraviolet, mwanga unaoonekana, mwanga wa infrared, microwaves, na mawimbi ya redio. Wigo unaoonekana katika binadamu unahusishwa na wavelengths\(380\) zinazoanzia hadi\(740\) nm—umbali mdogo sana, kwani nanometer (nm) ni bilioni moja ya mita. Spishi nyingine zinaweza kuchunguza sehemu nyingine za wigo wa sumakuumeme. Kwa mfano, nyuki za nyuki zinaweza kuona mwanga katika aina ya ultraviolet (Wakakwa, Stavenga, & Arikawa, 2007), na nyoka wengine wanaweza kuchunguza mionzi ya infrared pamoja na cues zaidi ya jadi ya kuona mwanga (Chen, Deng, Brauth, Ding, & Tang, 2012; Hartline, Kass, & Loop, 1978).

    Mfano huu unaonyesha wavelength, frequency, na ukubwa wa vitu katika wigo sumakuumeme.. Juu, wavelengths mbalimbali hutolewa kwa mlolongo kutoka ndogo hadi kubwa, na mfano sawa wa wimbi na mzunguko unaoongezeka. Hizi ni wavelengths zinazotolewa, kipimo kwa mita: “Gamma ray 10 kwa nguvu hasi kumi na mbili,” “x-ray 10 kwa nguvu hasi kumi,” ultraviolet 10 kwa nguvu hasi ya nane,” “inayoonekana mara 0.5 kwa nguvu hasi ya sita,” “infrared 10 kwa nguvu hasi ya tano,” microwave 10 kwa hasi nguvu ya pili,” na “radio 10 cubed.” Sehemu nyingine ni kinachoitwa “Kuhusu ukubwa wa” na orodha kutoka kushoto kwenda kulia: “Atomiki viini,” “Atomi,” “Molekuli,” “Protozoans,” “Pinpoints,” “Honeybees,” “Binadamu,” na “Majengo” na mfano wa kila. Chini ni mstari ulioitwa “Frequency” na vipimo vifuatavyo katika hertz: 10 kwa nguvu za 20, 18, 16, 15, 12, 8, na 4. Kutoka kushoto kwenda kulia mstari hubadilika rangi kutoka rangi ya zambarau hadi nyekundu na rangi iliyobaki ya wigo unaoonekana katikati.
    Kielelezo\(\PageIndex{3}\): Mwanga unaoonekana kwa wanadamu hufanya sehemu ndogo tu ya wigo wa umeme.

    Kwa wanadamu, wavelength ya mwanga huhusishwa na mtazamo wa rangi. Ndani ya wigo unaoonekana, uzoefu wetu wa nyekundu unahusishwa na wavelengths ndefu, wiki ni kati, na blues na violets ni mfupi katika wavelength. (Njia rahisi ya kukumbuka hii ni ROYGBIV monic: r nyekundu, au machungwa, na njano, og kijani, b bluu, i Ndigo, v violet.) Ukubwa wa mawimbi ya mwanga huhusishwa na uzoefu wetu wa mwangaza au ukubwa wa rangi, na amplitudes kubwa inayoonekana nyepesi.

    Mstari hutoa wavelength katika nanometers kwa “400,” “500,” “600,” na “700" nanometers. Ndani ya mstari huu ni rangi zote za wigo unaoonekana. Chini ya mstari huu, kinachoitwa kutoka kushoto kwenda kulia ni “mionzi ya Cosmic,” “mionzi ya Gamma,” “X-rays,” “ultraviolet”, halafu eneo ndogo la kupiga simu kwa mstari hapo juu ulio na rangi katika wigo wa kuona, ikifuatiwa na “Infrared”, “Mionzi ya Terahertz,” “Radar,” “Utangazaji wa Televisheni na redio,” na “Circuits za AC.”
    Kielelezo\(\PageIndex{4}\): wavelengths tofauti za mwanga zinahusishwa na mtazamo wetu wa rangi tofauti. (mikopo: mabadiliko ya kazi na Johannes Ahlmann)

    Mawimbi ya sauti

    Kama mawimbi ya mwanga, mali ya kimwili ya mawimbi ya sauti yanahusishwa na mambo mbalimbali ya mtazamo wetu wa sauti. Mzunguko wa wimbi la sauti unahusishwa na mtazamo wetu wa lami hiyo ya sauti. Mawimbi ya sauti ya juu-frequency yanaonekana kama sauti za juu, wakati mawimbi ya sauti ya chini ya mzunguko yanaonekana kama sauti za chini. Upeo wa sauti wa sauti ni kati\(20\) na\(20000\) Hz, na uelewa mkubwa kwa masafa hayo yanayoanguka katikati ya aina hii.

    Kama ilivyokuwa kwa wigo unaoonekana, spishi nyingine zinaonyesha tofauti katika safu zao za kusikika. Kwa mfano, kuku huwa na kiwango kidogo cha kusikika, kutoka\(125\) hadi\(2000\) Hz. Panya huwa na kiwango cha kusikika kutoka\(1000\) hadi\(91000\) Hz, na upeo wa sauti wa nyangumi wa beluga unatoka\(1000\) hadi\(123000\) Hz. Mbwa zetu na paka zetu zina safu za kusikia za\(70-45000\) Hz na\(45-64000\) Hz, kwa mtiririko huo (Strain, 2003).

    Sauti kubwa ya sauti iliyotolewa inahusishwa kwa karibu na amplitude ya wimbi la sauti. Amplitudes ya juu huhusishwa na sauti kubwa zaidi. Sauti kubwa hupimwa kwa suala la decibels (dB), kitengo cha logarithmic cha kiwango cha sauti. mazungumzo ya kawaida bila uhusiano na\(60\) dB; mwamba tamasha inaweza kuangalia katika saa\(120\) dB. \(5\)Miguu ya whisper mbali au majani ya kutupa ni mwisho wa chini wa kusikia yetu; inaonekana kama kiyoyozi cha dirisha, mazungumzo ya kawaida, na hata trafiki nzito au utupu safi ni ndani ya aina ya kuvumiliwa. Hata hivyo, kuna uwezekano wa kusikia uharibifu kutoka kuhusu\(80\) dB kwa\(130\) dB: Hizi ni sauti ya processor chakula, nguvu lawnmower, lori nzito (\(25\)miguu mbali), treni Subway (\(20\)miguu mbali), kuishi mwamba muziki, na jackhammer. Kizingiti cha maumivu ni kuhusu\(130\) dB, ndege ya ndege inayoondoka au bastola ikirusha karibu (Dunkle, 1982).

    Mfano huu ina bar wima katikati labeled Decibels (dB) kuhesabiwa 0 kwa 140 katika vipindi ya 20 kutoka chini hadi juu. Kwa upande wa kushoto wa bar, “sauti ya sauti” ya sauti tofauti inaitwa: “Kusikia kizingiti” ni 0; “Whisper” ni 30, “muziki wa laini” ni 40, “Hatari ya kupoteza kusikia” ni 110, “kizingiti cha maumivu” ni 130, na “hatari” ni 140. Kwa haki ya bar ni picha zinazoonyesha “sauti ya kawaida”: Katika decibels 20 ni picha ya majani ya kutupa; Katika 60 ni watu wawili wanazungumza, saa 80 ni gari, saa 90 ni processor ya chakula, saa 120 ni tamasha la muziki, na saa 130 ni jets.
    Kielelezo\(\PageIndex{5}\): Takwimu hii inaonyesha sauti kubwa ya sauti ya kawaida. (mikopo “ndege”: mabadiliko ya kazi na Max Pfandl; mikopo “umati”: mabadiliko ya kazi na Christian Holmér; mikopo “blender”: mabadiliko ya kazi na Jo Brodie; mikopo “gari”: mabadiliko ya kazi na NRMA New Care/Flickr; mikopo “kuzungumza”: mabadiliko ya kazi na Joi Ito; mikopo “majani”: mabadiliko ya kazi na Aurelijus Valeiša)

    Ingawa amplitude ya wimbi kwa ujumla inahusishwa na sauti kubwa, kuna mwingiliano kati ya mzunguko na amplitude katika mtazamo wetu wa sauti kubwa ndani ya upeo wa sauti. Kwa mfano, wimbi la sauti la\(10\) Hz ni inaudible bila kujali amplitude ya wimbi. Wimbi la sauti la\(1000\) Hz, kwa upande mwingine, lingekuwa linatofautiana kwa kiasi kikubwa kwa suala la sauti kubwa kama ukubwa wa wimbi limeongezeka.

    Bila shaka, vyombo vya muziki tofauti vinaweza kucheza alama sawa ya muziki kwa kiwango sawa cha sauti kubwa, lakini bado inaonekana tofauti kabisa. Hii inajulikana kama timbre ya sauti. Timbre inahusu usafi wa sauti, na inathiriwa na uingiliano mgumu wa mzunguko, amplitude, na muda wa mawimbi ya sauti.

    Muhtasari

    Wote mwanga na sauti zinaweza kuelezewa kwa suala la aina za wimbi na sifa za kimwili kama amplitude, wavelength, na timbre. Wavelength na frequency ni inversely kuhusiana ili mawimbi ya muda mrefu na frequency chini, na mawimbi mfupi na Katika mfumo wa kuona, wavelength ya wimbi la mwanga huhusishwa na rangi, na amplitude yake inahusishwa na mwangaza. Katika mfumo wa ukaguzi, mzunguko wa sauti unahusishwa na lami, na amplitude yake inahusishwa na sauti kubwa.

    faharasa

    ukubwa
    urefu wa wimbi
    decibel (dB)
    kitengo cha logarithmic cha kiwango cha sauti
    wigo wa umeme
    mionzi yote ya umeme ambayo hutokea katika mazingira yetu
    marudio
    idadi ya mawimbi ambayo hupita hatua fulani katika kipindi cha wakati fulani
    Hertz (Hz)
    mzunguko kwa pili; kipimo cha mzunguko
    kilele
    (pia, crest) hatua ya juu ya wimbi
    lami
    mtazamo wa mzunguko wa sauti
    sauti
    usafi wa sauti
    hori
    kiwango cha chini kabisa cha wimbi
    wigo unaoonekana
    sehemu ya wigo sumakuumeme kwamba tunaweza kuona
    masafa
    urefu wa wimbi kutoka kilele kimoja hadi kilele cha pili

    Contributors and Attributions