Skip to main content
Global

5.2: Mawimbi na Wavelengths

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    180300

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

    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 (Kielelezo 5.5). Ukubwa wa wimbi ni umbali kutoka mstari wa katikati hadi hatua ya juu ya kiumbe au hatua ya chini ya mto. 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 5.5 Ukubwa 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 (Kielelezo 5.6).

    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 5.6 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 Kielelezo 5.7 inaonyesha, 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 zinazoanzia 380 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 za kawaida za 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 5.7 Mwanga unaoonekana kwa wanadamu hufanya sehemu ndogo tu ya wigo wa umeme.

    Kwa wanadamu, wavelength ya mwanga huhusishwa na mtazamo wa rangi (Kielelezo 5.8). 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 5.8 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 ya 20 na 20000 Hz, na uelewa mkubwa kwa masafa hayo yanayoanguka katikati ya upeo huu.

    Kama ilivyokuwa kwa wigo unaoonekana, spishi nyingine zinaonyesha tofauti katika safu zao za kusikika. Kwa mfano, kuku huwa na upeo mdogo sana wa kusikia, kutoka 125 hadi 2000 Hz. Panya huwa na upeo wa 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 kusikika 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 yanahusiana na 60 dB; tamasha la mwamba linaweza kuangalia katika 120 dB (Kielelezo 5.9). Whisper 5 miguu mbali au kutupa majani ni katika mwisho chini ya kusikia yetu mbalimbali; inaonekana kama kiyoyozi dirisha, mazungumzo ya kawaida, na hata trafiki nzito au utupu safi ni ndani ya mbalimbali ya kuvumiliwa. Hata hivyo, kuna uwezekano wa kusikia uharibifu kutoka karibu 80 dB kwa 130 dB: Hizi ni sauti ya processor chakula, nguvu lawnmower, lori nzito (25 futi mbali), treni Subway (20 miguu mbali), kuishi mwamba muziki, na jackhammer. Karibu theluthi moja ya kupoteza kusikia ni kutokana na mfiduo wa kelele, na sauti ya sauti, mfupi mfiduo unahitajika kusababisha uharibifu wa kusikia (Le, Straatman, Lea, & Westerberg, 2017). Kusikiliza muziki kwa njia ya earbuds kwa kiwango cha juu (karibu na decibels 100—105) kunaweza kusababisha kupoteza kwa kusikia kwa kelele baada ya dakika 15 ya kufidhiliwa. Ingawa kusikiliza muziki kwa kiwango cha juu kunaweza kuonekana kusababisha uharibifu, huongeza hatari ya kupoteza kusikia kuhusiana na umri (Kujawa & Liberman, 2006). Kizingiti cha maumivu ni karibu 130 dB, ndege ya ndege inayoondoka au bastola ikipiga kwa karibu (Dunkle, 1982).

    Mfano huu ina bar wima katikati labeled Decibels (dB) kuhesabiwa 0 kwa 150 katika vipindi 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 laini” ni 40, “Jokofu” ni 45, “Salama” na “mazungumzo ya kawaida” ni 60, “Trafiki kubwa ya mji” na “uharibifu wa kudumu baada ya masaa 8 ya mfiduo” ni 85, “Pikipiki” na “kudumu uharibifu baada ya masaa 6 yatokanayo” ni 95, “Earbuds max volume” na “uharibifu wa kudumu baada ya dakika 15 yatokanayo” ni 105, “Hatari ya kupoteza kusikia” ni 110, “kizingiti cha maumivu” ni 130, “hatari” ni 140, na “silaha za moto” na “uharibifu wa kudumu wa haraka” ni 150. 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 85 ni trafiki, saa 105 ni buds ya sikio, saa 120 ni tamasha la muziki, na saa 130 ni jets.
    Kielelezo 5.9 Takwimu hii inaonyesha sauti kubwa ya sauti za kawaida. (mikopo “ndege”: mabadiliko ya kazi na Max Pfandl; mikopo “umati”: mabadiliko ya kazi na Christian Holmér; mikopo: “earbuds”: mabadiliko ya kazi na “Skinny Guy Lover_Flickr” /Flickr; mikopo “trafiki”: mabadiliko ya kazi na “QuinntheIslander_Pixabay” /Pixabay; 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 ya 10 Hz ni inaudible bila kujali amplitude ya wimbi. Wimbi la sauti la 1000 Hz, kwa upande mwingine, lingekuwa linatofautiana sana kwa suala la sauti kubwa kama ukubwa wa wimbi limeongezeka.

    Unganisha na Kujifunza

    Tazama video hii fupi kuhusu mtazamo wetu wa mzunguko na amplitude ili ujifunze zaidi.

    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.