Unda de sunet

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Reprezentarea grafică a unei unde sonore

Pentru fizică , sunetul este o oscilație (o mișcare în spațiu ) realizată de particule ( atomi și molecule ) într-un mediu de propagare fizic. În cazul sunetului care se propagă într-un mediu fluid (de obicei în aer), oscilațiile sunt mișcări ale particulelor, în jurul poziției de repaus și de - a lungul direcției de propagare a undei, cauzate de mișcări vibratorii , provenind de la un anumit obiect, numită sursă de sunet, care își transmite mișcarea către particulele adiacente, datorită proprietăților mecanice ale mediului; particulele la rândul lor, începând să oscileze, transmit mișcarea către celelalte particule din apropiere și acestea la rândul lor către altele, provocând o variație locală a presiunii ; în acest fel, o mișcare vibratorie simplă se propagă mecanic, originând o undă sonoră (sau undă acustică ), care este deci o undă longitudinală .

Descriere

Undele sonore pot fi reprezentate grafic folosind un grafic cartezian, arătând timpul (t) pe axa absciselor și deplasările particulelor (lor) pe cele ale ordonatelor. Urma exemplifică mișcările particulelor: în cele din urmă, particula se deplasează de la punctul său de repaus (axa abscisei) la vârful mișcării oscilatorii, reprezentat de ramura în creștere a parabolei care atinge punctul de parabolică maximă. Apoi, particula începe o nouă mișcare în direcția opusă, trecând prin punctul de repaus și continuând prin inerție până la un nou vârf simetric cu cel anterior, această mișcare este reprezentată de ramura descrescătoare care, intersectând axa abscisei, continuă în negativ. reducerea fazei la minimul parabolic. În cele din urmă, particula se întoarce și repetă din nou secvența de deplasări, la fel ca și graficul graficului.

Perioada (grafic segmentul dintre două creste) este timpul necesar particulei pentru a reveni în același punct după începerea mișcării (adică indică durata unei oscilații complete). Distanța de la creastă la axa abscisei indică, în schimb, amplitudinea mișcării, cu alte cuvinte distanța maximă parcursă de particulă de la poziția sa de repaus în timpul oscilației. Cu toate acestea, deși perioada și amplitudinea sunt două mărimi care singure ar fi suficiente pentru a descrie caracteristicile unei unde, ele nu sunt frecvent utilizate, cel puțin nu în formă pură: în acustică este de preferat, de fapt, să se utilizeze alte cantități derivat din acestea. Numărul de perioade finalizate într-o secundă exprimă frecvența în hertz ( Hz ). Pe de altă parte, din amplitudinea undei, se calculează presiunea sonoră , definită ca variația presiunii în raport cu starea de repaus și puterea și intensitatea acustică , definite ca raportul dintre puterea undei iar suprafața din ea. traversată; nivelul intensității acustice (raportat la percepția urechii umane asupra intensității acustice) este de obicei măsurat în decibeli .

Tipuri de unde sonore

Există trei tipuri diferite de unde sonore și fiecare este identificabilă printr-o anumită tendință grafică

  • Undele sinusoidale : unde cu un model regulat: vârfurile oglindesc văile și își asumă forma caracteristică a unui sinusoid . Principalele caracteristici sunt graficul sinusoidal și periodicitatea .
  • Undele periodice non-sinusoidale : sunt întotdeauna unde cu un model regulat, deoarece vârfurile oglindesc văile, dar forma lor este mai complexă decât cea anterioară, deoarece prezintă diverse anomalii în curbe. Caracteristicile sunt: periodicitatea și graficul non-sinusoidal . Teorema lui Fourier garantează că acestea sunt întotdeauna exprimabile ca suma componentelor sinusoidale discrete de amplitudine, frecvență adecvată - multiplu al fundamentalului - și fază.
  • Undele periodice : sunt unde neregulate: pista are o formă haotică și în zigzag. Acestea se caracterizează prin neregularitatea absolută a graficului și prin aperiodicitate ; sunt urme caracteristice ale zgomotelor .

Pentru o descriere a undelor simple, parametrii de frecvență și amplitudine sunt suficienți, în timp ce undele aperiodice, datorită aperiodicității lor, nu pot fi descrise de niciun parametru. Pe de altă parte, în descrierea undelor complexe, atât frecvența, cât și amplitudinea sunt utile, dar având în vedere anomaliile urmelor, acești doi parametri simpli nu sunt suficient de exhaustivi, deoarece este necesar să se recurgă la descompunerea undei fundamentale într-o serie de unde simple, care în schimb pot fi analizate cu cantități normale. Undele simple sau formatoare, obținute din descompunerea unei unde complexe, se numesc armonici și împreună constituie ceea ce se numește spectrul undei sonore. O caracteristică foarte importantă a armonicilor este că frecvențele lor corespund întotdeauna multiplilor întregi ai frecvenței undei complexe și sunt notați cu F0, F1, F2 etc. cu indicele corespunzător raportului dintre frecvența undei fundamentale și cea a armonicii

Ecuația undelor sonore

Luați în considerare un volum de aer . În el aerul este la densitatea în repaus .

După o stoarcere, lungimea volumului devine și densitatea acestuia .

Calculând diferența de presiune la capetele volumului, vom avea:

în timp ce forța merita

în timp ce ia în considerare legea lui Newton da ai

Prin echivalarea ultimelor două relații și împărțirea ambilor membri la , primesti

Acum, aplicând regula lanțului , aceasta poate fi rescrisă În felul următor:

Folosind legea conservării masei , impunând astfel că masa de aer conținută în volum nu se schimbă înainte și după comprimare, trebuie să fie:

Obținerea primesti

și, derivând cu privire la se dovedește

Acum ecuația vine în formă

Pentru a rezolva problema, este necesar să se găsească o relație între presiune și densitate.

Deoarece compresia are loc rapid, se poate presupune că apare într-un regim adiabatic

Conform legilor transformării adiabatice ( ) pentru presiune se obține , cu constant.

Derivarea cu privire la , da

Folosind relația anterioară dintre Și primesti

unde este reprezintă presiunea în repaus a aerului din volum.

Prin inserarea acestei relații în ecuația de undă anterioară obținem

Dacă perturbările sunt destul de mici, atunci pentru , ecuațiile se liniază și devin

care corespunde ecuației undei în cazul unidimensional pentru undele care se propagă la viteză

Viteza sunetului

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Viteza sunetului .

Viteza de propagare a sunetului printr-un gaz este deci:

unde este este raportul dintre căldura specifică la presiune constantă și căldura specifică la volum constant, este presiunea statică a gazului (în viața de zi cu zi: presiunea atmosferică), densitatea gazului.

Folosind legea gazelor ideale

unde este este masa molară , constanta universală a gazului e temperatura absolută (în kelvini ), viteza sunetului poate fi rescrisă după cum urmează:

Reflecția și incidența undelor sonore

Dacă dimensiunile suprafeței reflectante sunt mari în comparație cu lungimea undei sonore, legile reflectării sunetului sunt similare cu cele ale reflexiei optice.

Luați în considerare impactul asupra suprafeței de separare dintre două medii; avem asta:

cu viteza c a sunetului în ambele medii.

Când unghiul de incidență este mai mare decât unghiul limită

există reflexia totală a undei sonore. Acest fenomen poate apărea și în trecerea dintre două straturi de aer la temperaturi diferite, odată cu apariția zonelor acustice de umbră .

Elemente conexe

linkuri externe

Controlul autorității Tesauro BNCF 11795 · LCCN (EN) sh85125404 · GND (DE) 4191490-9 · BNF (FR) cb11966667g (dată) · BNE (ES) XX525905 (dată) · NDL (EN, JA) 00.568.891