Referat Sunetul In Fizica
Mai jos puteti citi fragmente din
Referat Sunetul In Fizica si de asemenea puteti face
Download Referat Sunetul in fizicaCiteste fragmente din Referat Sunetul In Fizica
Sunetul in fizica
Sunetul este un fenomen fizic care stimuleaza simtul auzului. La oameni
auzul are loc cand vibratiile de frecvente intre 15 si 20.000 de hertzi
ajung la urechea interna. Hertzul, sau Hz, este unitatea de masura a
frecventei egala cu o perioada pe secunda. Astfel de vibratii ajung la
urechea interna cand sunt transmise prin aer, si termenul sunet este
ceva restrictionat la astfel de unde care vibreaza in aer. Fizicienii
moderni, insa, extind termenul pentru a include vibratii similare in
medii lichide sau solide. Sunete de frecvente mai mari de 20.000 Hz sunt
numite ultrasonice.
In general, undele se pot propaga transversal sau longitudinal. In
ambele cazuri, doar energia miscarii undei este propagata prin mediu;
nici o parte din mediu nu se misca prea departe. Ca exemplu, o sfoara
poate fi legata de un stalp la un capat, iar celalalt capat este tras
pana sfoara se intinde, iar apoi sfoara este scuturata o data. O unda va
trece pe sfoara pana la stalp, iar aici va fi reflectata si ea se va
intoarce la mana. Nici un punct de pe sfoara nu se misca longitudinal
spre stalp, dar parti succesive din sfoara se misca transversal. Acest
tip de miscare se numeste unda transversala. De asemenea, daca o piatra
este aruncata intr-o piscina, o serie de unde transversale pleaca din
punctul de impact al pietrei. Un dop de pluta plutind in apropiere se va
misca in sus si in jos, adica se va misca transversal respectand si
directia de miscare a undei, dar nu se va deplasa prea mult
longitudinal. O unda sonora, insa, este o unda longitudinala. In timp ce
energia miscarii undei se propaga in exteriorul sursei, moleculele de
aer care duc sunetul se misca in fata si in spate, paralel la directia
de miscare a undei. Asadar, o unda sonora este o serie de compresii si
extensii alternative ale aerului. Fiecare molecula da energia moleculei
vecine, dar dupa ce unda sonora a trecut, fiecare molecula ramane in
aceeasi pozitie ca la inceput.
Amplitudinea
Amplitudinea este caracteristica undelor sonore pe care o percepem ca
volum. Distanta maxima pe care o unda o parcurge de la pozitia normala,
sau zero, este amplitudinea; aceasta corespunde cu gradul de miscare in
moleculele de aer ale unei unde. Cand gradul de miscare in molecule
creste, acestea lovesc urechea cu o forta mai mare. Din cauza aceasta,
urechea percepe un sunet mai puternic. O comparatie de unde sonore la
amplitudine scazuta, medie, si inalta demonstreaza schimbarea sunetului
prin alterarea amplitudinii. Aceste trei unde au aceeasi frecventa, si
ar trebui sa sune la fel doar ca exista o diferenta perceptibila in
volum.
Amplitudinea unei unde sonore este gradul de miscare al moleculelor de
aer din unda. Cu cat amplitudinea unei unde este mai mare, cu atat
moleculele lovesc mai puternic timpanul urechii si sunetul este auzit
mai puternic. Amplitudinea unei unde sonore poate fi exprimata in
unitati masurand distanta pe care se intind moleculele de aer, sau
diferenta de presiune intre compresie si extensie ale moleculelor, sau
energia implicata in proces. Cand cineva vorbeste normal, de exemplu, se
produce energie sonora la o rata de aproximativ o suta de miime dintr-un
watt. Toate aceste masuratori sunt extrem de dificil de facut, si
intensitatea sunetului este exprimata, in general, prin compararea cu un
sunet standard, masurat in decibeli.
Caracteristici fizice:
Orice sunet simplu, cum ar fi o nota muzicala, poate fi descrisa in
totalitate, specificand trei caracteristici perceptive: inaltime,
intensitate, si calitate (timbru). Aceste caracteristici corespund exact
a trei caracteristici fizice: frecventa, amplitudine, si constitutia
armonica, sau respectiv forma undei. Zgomotul este un sunet complex, o
mixare de multe diferite frecvente, sau note care nu sunt legate
armonic.
Frecventa:
Noi percepem frecventa ca sunete mai "inalte" sau sunete mai "joase".
Frecventa unui sunet este numarul de perioade, sau oscilatii, pe care o
unda sonora le efectueaza intr-un timp dat. Frecventa este masurata in
hertzi, sau perioade pe secunda. Undele se propaga si la frecvente mari
si la frecvente joase, dar oamenii nu sunt capabili sa le auda in afara
unei raze relativ mici. Sunetele pot fi produse la frecvente dorite prin
metode diferite. De exemplu, un sunet de 440 Hz poate fi creat activand
o boxa cu un oscilator care actioneaza pe aceasta frecventa. Un curent
de aer poate fi intrerupt de o roata dintata cu 44 de dinti, care se
roteste cu 10 rotatii/secunda; aceasta metoda este folosita la sirena.
Sunetul produs de boxa si cel produs de sirena, la aceeasi frecventa
este foarte diferit in calitate dar corespund la inaltime.
Intensitatea sunetului:
Intensitatile sunetului sunt masurate in decibeli(dB). De exemplu,
intensitatea la minimul auzului este 0 dB, intensitatea soaptelor este
in medie 10 dB, si intensitatea fosnetului de frunze este de 20 dB.
Intensitatile sunetului sunt aranjate pe o scara logaritmica, ceea ce
inseamna ca o marire de 10 dB corespunde cu o crestere a intensitatii cu
o rata de 10. Astfel, fosnetul frunzelor este de aproape 10 ori mai
intens decat soapta. Distanta la care un sunet poate fi auzit depinde de
intensitatea acestuia, care reprezinta rata medie a cursului energiei pe
unitatea de suprafata perpendiculara pe directia de propagare. In cazul
undelor sferice care se raspandesc de la un punct sursa, intensitatea
variaza invers proportional cu patratul distantei, cu conditia sa nu se
piarda energie din cauza vascozitatii, caldurii, sau alte efecte de
absorbtie. Astfel, intr-un mediu perfect omogen, un sunet va fi de 9 ori
mai intens la distanta de 1 unitate de origine decat la 3 unitati. In
propagarea sunetului in atmosfera,schimbarile in proprietatile fizice
ale aerului, cum ar fi temperatura, presiune si umiditate,produc
scaderea amplitudinii undei sau imprastierea acesteia, asa ca legea de
mai sus nu este aplicabila in masurarea intensitatii sunetului in
practica.
Perceptia notelor:
Daca urechea unei persoane tinere este testata de un audiometru, se va
observa ca este sensibila la toate sunetele de la 15-20 Hz pana la
15.000-20.000 Hz. Auzul persoanelor in virsta este mai putin acut, mai
ales la frecvente mai inalte. Gradul in care o ureche normala poate
separa doua note de volum putin diferit sau de frecventa putin diferita
variaza in diferite raze de volum si frecventa a notelor. O diferenta in
inaltime de aproape 20%(1 decibel,dB), si o diferenta in frecventa de
1/3%(aproximativ 1/20 dintr-o nota) poate fi distinsa in sunete de
intensitate moderata la frecventele la care urechea este sensibila
(intre 1.000-2.000 Hz). Tot in acest interval, diferenta intre cel mai
mic sunet care poate fi auzit si cel mai puternic sunet care poate fi
perceput ca sunet (sunetele mai puternice sunt "simtite", sau percepute
ca stimuli durerosi) este de aproape 120 dB(de aproximativ 1 trilion de
ori mai puternic).
Toate aceste teste de senzitivitate se refera la note pure, cum ar fi
cele produse de un oscilator electronic. Chiar si pentru astfel de note
urechea este imperfecta. Note de frecventa identica dar cu intensitate
foarte diferita par ca difera putin in inaltime. Mai importanta este
diferenta intre intensitati aparent relative cu frecvente diferite. La
volum inalt urechea este aproximativ la fel de sensibila la toate
frecventele, dar la volum mai mic urechea este mai sensibila la
frecventele mijlocii decat la cele mari sau mici. Astfel, aparatele care
reproduc sunetele si functioneaza perfect, par ca nu reproduc corect
notele cele mai mici si cele mai mari, daca volumul este scazut.
Reflexia:
Sunetul este guvernat de reflexie de asemenea, respectand legea
fundamentala ca unghiul de reflexie este egal cu cel de incidenta.
Rezultatul reflexiei este ecoul. Sistemul de radar subacvatic depinde de
reflexia sunetelor propagate in apa. Un megafon este un tub tip cornet
care formeaza o raza de unde sonore reflectand unele dintre razele
divergente din partile tubului. Un tub similar poate aduna undele sonore
daca se indreapta spre sursa sonora capatul mai mare; astfel de aparat
este urechea externa a omului.
Refractia:
Sunetul, intr-un mediu cu densitate uniforma, se deplaseaza inainte
intr-o linie dreapta. Insa, ca si lumina, sunetul este supus refractiei,
care indeparteaza undele sonore de directia lor originala. In regiuni
polare, de exemplu, unde aerul de langa pamant este mai rece decat cel
ce se afla la inaltimi mai ridicate, o unda sonora indreptata in sus
care intra in zona mai calda din atmosfera este refractata inspre
pamant. Receptia excelenta a sunetului in directia in care bate vantul
si receptia proasta invers directiei vantului se datoreaza tot
refractiei. Viteza vantului este, de obicei, mai mare la altitudini
ridicate decat la nivelul pamantului; o unda sonora verticala care se
deplaseaza in directia vantului este refractata inspre pamant in timp ce
aceeasi unda indreptata invers directiei vintului, este refractata in
sus.
Trei tipuri importante de sunete obisnuite:
In discutie, muzica, si zgomot, notele pure sunt rareori auzite. O nota
muzicala contine in plus de o frecventa fundamentala, tonuri mai inalte
care sunt armonici ale frecventei fundamentale. Vocea contine un amestec
complex de sunete, dintre care unele (nu toate) sunt in relatie armonica
intre ele. Zgomotul consista intr-un amestec de multe frecvente diferite
intr-un anumit interval; este astfel comparabil cu lumina alba, care
consta intr-un amestec de lumini de culori diferite. Zgomote diferite
sunt distinse prin diferite distributii ale energiei in mai multe
intervale de frecventa.
Cand o nota muzicala continand niste armonici ale unei note
fundamentale, dar lipsindu-i unele armonici sau chiar fundamentala
insasi, este transmisa la ureche, urechea formeaza diferite sunete sub
forma sumei sau diferentei frecventelor, astfel producand armonicile sau
fundamentala lipsa in sunetul original. Aceste note sunt si ele armonici
ale notei fundamentale. Aceasta anomalie a urechii poate fi folositoare.
Aparatele ce reproduc sunete si nu au boxe foarte mari, de exemplu, nu
pot produce, in general, sunete de inaltime mai mica de anumite valori;
totusi, o ureche umana ce asculta la astfel de echipament poate reda
nota fundamentala rezolvand frecventele sunetului din armonicile sale. O
alta imperfectie a urechii in prezenta sunetelor normale este
incapabilitatea de a auzi note de frecventa inalta cand este prezent
sunet de frecventa joasa de intensitate considerabila. Acest fenomen se
numeste mascare.
In general, vocea este inteligibila si cantecele pot fi satisfacator
intelese daca sunt reproduse doar frecventele intre 250 si 3.000 Hz,
intervalul de frecventa a telefoanelor, chiar daca unele sunete din
limbajul nostru au frecvente de aproape 6.000 Hz. Pentru naturalete,
insa, trebuie reproduse frecventele de la 100 la 10.000 Hz. Sunetele
produse de unele instrumente muzicale, pot fi reproduse natural doar la
frecvente relativ scazute, si unele zgomote pot fi reproduse doar la
frecvente relativ inalte.
Unde sonore caracteristice:
Fiecare instrument produce o anumita vibratie caracteristica. Vibratiile
calatoresc prin aer sub forma undelor sonore care ajung la urechile
noastre, dandu-ne posibilitatea sa identificam instrumentul chiar si
daca nu il vedem. Cele patru unde sonore aratate in poza arata forma
vibratiilor unor instrumente comune. Un diapazon scoate un sunet pur,
vibrand regulat intr-o forma curbata. O vioara genereaza un sunet voios
si o unda sonora cu forme ascutite. Flautul produce un sunet tandru,
adevarat, si o forma relativ curbata. Diapazonul, vioara, si flautul,
cantau toate aceeasi nota, de aceea, distanta dintre punctele inalte ale
undei este aceeasi pentru fiecare unda. Un gong nu vibreaza intr-un
sablon obisnuit ca celelalte trei instrumente. Forma undei este ascutita
si libera, iar inaltimea sa nu este, in general, recunoscuta.
Viteza sunetului:
Frecventa unei unde sonore este o masura a numarului de unde care trec
printr-un punct dat intr-o secunda. Distanta dintre doua varfuri
succesive ale undei (ventre) se numeste lungime de unda. Produsul dintre
lungimea de unda si frecventa este egal cu viteza de propagare a undei,
si este aceeasi pentru sunetele de orice frecventa (daca sunetul se
propaga in acelasi mediu la aceeasi temperatura). Viteza de propagare in
aer uscat la temperatura de 0° C(32° F este de 331,6 m/sec). Daca
temperatura este marita, viteza sunetului creste; astfel, la 20° C,
viteza sunetului este 344 m/sec. Schimbarile presiunii la o densitate
controlata, nu au nici un efect asupra vitezei sunetului. Viteza
sunetului in alte gaze depinde doar de densitatea acestora. Daca
moleculele sunt grele, se misca mai greu, iar sunetul se propaga mai
incet. De aceea sunetul se propaga putin mai repede in aer mai umed
decat in aer uscat, deoarece aerul umed contine un numar mai mare de
molecule mai usoare. Viteza sunetului in cele mai multe gaze depinde de
asemenea de un alt factor, caldura specifica, care afecteaza propagarea
undelor sonore. Sunetul se propaga, in general, mult mai repede in
lichide si solide decat in gaze. Si in lichide si in solide, densitatea
are acelasi efect ca in gaze; adica, viteza este invers proportionala cu
radacina patrata a densitatii. Viteza mai variaza si direct proportional
cu radacina patrata a elasticitatii. Viteza sunetului in apa, de
exemplu, este aproximativ 1525 m/sec la temperaturi normale dar creste
foarte mult cand creste temperatura. Viteza sunetului in cupru este de
aproape 3353 m/sec la temperaturi normale si scade odata cu cresterea
temperaturii (din cauza elasticitatii care scade); in otel, care este
mult mai elastic, sunetul se propaga cu o viteza de aproape 4877 m/sec,
propagandu-se foarte eficient. Undele sonore calatoresc mai rapid si mai
eficient in apa decat in aer uscat, permitand animalelor cum ar fi
balenele sa comunice intre ele de la distante foarte mari. Balenele si
casalotii folosesc undele sonore si pentru a le ajuta sa navigheze in
ape intunecate, directionand si primind undele sonore la fel ca un radar
al unei nave sau submarin.
ì¥Â@
