Fale dźwiękowe - ich właściwości i klasyfikacja ze względu na ich częstotliwość. dr inż. Romuald Kędzierski

Transkrypt

1 Fale dźwiękowe - ich właściwości i klasyfikacja ze względu na ich częstotliwość dr inż. Romuald Kędzierski

2 Czym jest dźwięk? Jest to wrażenie słuchowe, spowodowane falą akustyczną rozchodzącą się w ośrodku sprężystym, tzn. cieczach, gazach i ciałach stałych Jakie warunki muszą spełniać fale akustyczne, aby były przez człowieka słyszalne? każdy człowiek może inaczej odbierać dźwięki o danej częstotliwości i głośności! wraz z wiekiem zakres częstotliwości się zawęża (dotyczy to szczególnie częstotliwości wysokich) oraz podnosi się dolna granica poziomu głośności słyszalnych dźwięków!

3 Jakie fale akustyczne są słyszalne przez standardowego człowieka? ich częstotliwość powinna się zawierać w zakresie około: poniżej 16 Hz infradźwięki Działają na cały organizm ludzki wywołując drgania rezonansowe klatki piersiowej, przepony brzusznej i organów trawiennych. Może to doprowadzić do: zaburzenia oddychania, chorób układu trawienia, zakłócenia układu równowagi i zmniejszenia ostrości widzenia, skłonności do omdleń, drażliwości, drżenia rąk, zaburzenia snu, bólów i zawrotów głowy. Badania pokazują, że przy narażeniu na wysokie poziomy infradźwięków może wystąpić: - poczucie ucisku w uszach, dyskomfortu, nadmiernego zmęczenia, senności oraz zaburzenia sprawności psychomotorycznej i funkcji fizjologicznych, a nawet apatii i depresji.

4 powyżej 20 khz ultradźwięki W przypadku ultradźwięków o umiarkowanym natężeniu: - w komórkach maleje ph, zmienia się aktywność enzymów i przemiana materii, rośnie temperatura, poprawia się ukrwienie. Ultradźwięki o odpowiednim natężeniu mają działanie przeciwbólowe, przeciwskurczowe i przeciwzapalne. W przypadku ultradźwięków o dużym natężeniu: - mogą powodować omdlenia, krwotoki, a nawet zatrzymanie akcji serca. Może dojść również do uszkodzenia tkanek i narządów oraz poparzenia.

5 Fale dźwiękowe w rozchodzące się w powietrzu są to fale podłużne, których prędkość rozchodzenia się nie zależy (poza falami o bardzo dużej amplitudzie) od ich długości i częstotliwości, podczas rozchodzenia się dźwięku w powietrzu, dochodzi do lokalnych zagęszczeń i rozrzedzeń powietrza, tzn. zmienia się gęstość powietrza, prędkość dźwięku zależy od właściwości sprężystych ośrodka, w którym się rozchodzi, w gazach: - tzw. wykładnik adiabaty, dla doskonałych gazów dwuatomowych wynosi on 1,4 - tzw. uniwersalna stała gazowa, - tzw. temperatura bezwzględna gazu, tzn. wyrażona w kelwinach - tzw. masa molowa (cząsteczkowa) gazu, dla powietrza:

6 Co nazywamy tonem? Jest to tzw. dźwięk prosty, którego częstotliwość jest ściśle określona, o sinusoidalnym przebiegu zmian amplitudy od czasu i odległości od jego źródła. Jego źródłem może być kamerton lub generator akustyczny Od czego zależy wysokość dźwięku? Wysokość dźwięku zależy od jego częstotliwości. basy - tony niskie o częstotliwościach od 20 do ok. 300 Hz tony średnie - od około 300 do ok Hz soprany - tony wysokie o częstotliwościach od 3000 do ok Hz

7 Zadanie 1. Oblicz maksymalną i minimalną długość fali akustycznej, słyszalnej dla statystycznego człowieka, rozchodzącej się w powietrzu z prędkością 330 m/s. Do jakiego zakresu fal akustycznych, można zaliczyć fale o długości 10 centymetrów? Zadanie 2. Z chmury burzowej znajdującej się 1 km nad powierzchnią ziemi, nastąpiło pionowe wyładowanie atmosferyczne. Jak długo (ile sekund?) trwał efekt dźwiękowy tego wyładowania dla człowieka, znajdującego się w odległości 500 metrów od miejsca uderzenia pioruna w ziemię? Przyjmij, że dźwięk rozchodził się z prędkością 330 m/s, natomiast czas trwania efektu optycznego był wielokrotnie krótszy, niż czas trwania efektu akustycznego. Zadanie 3. Fale dźwiękowe po odbiciu się od przeszkody mogą powrócić w postaci tzw. echa. Oblicz odległość nieruchomego źródła dźwięku od wysokiego muru, jeżeli wyemitowany przez źródło krótki sygnał dźwiękowy powrócił w postaci echa po upływie 1 sekundy. Prędkość rozchodzenia się dźwięku w powietrzu wynosi około 340 m/s.

8 Zadanie 4. Motocyklista oddala się od szerokiego i wysokiego budynku ze stałą prędkością. W pewnej chwili wyemitował krótki sygnał dźwiękowy, który powrócił do niego w postaci echa po upływie 1,3 sekundy. Z jaką prędkością poruszał się motocyklista, jeżeli usłyszał echo znajdując się 200 metrów od budynku, a dźwięk rozchodził się z prędkością 330 m/s. Zadanie 5. Jacek i Tomek stoją przy szynach kolejowych wykonanych ze stali, a odległość między nimi wynosi 340 m/s. Tomek przyłożył ucho do szyny, natomiast Jacek uderzył w szynę trzymanym w ręce młotkiem. Tomek usłyszał dwa uderzenia o szynę odległe w czasie o 0,943 sekundy. Oblicz prędkość rozchodzenia się fali dźwiękowej w stali. Prędkość dźwięku w powietrzu wynosiła 340 m/s.