Wimbi la sauti ni wimbi la kimitambo la longitudinal la masafa fulani. Katika makala tutaelewa mawimbi ya longitudinal na transverse ni nini, kwa nini si kila wimbi la mitambo ni sauti. Jua kasi ya wimbi na masafa ambayo sauti hutokea. Hebu tujue ikiwa sauti ni sawa katika mazingira tofauti na tujifunze jinsi ya kupata kasi yake kwa kutumia fomula.
Mawimbi yanaonekana
Hebu tuwazie sehemu ya maji, kwa mfano bwawa katika hali ya hewa tulivu. Ikiwa unatupa jiwe, basi juu ya uso wa maji tutaona miduara ikitofautiana kutoka katikati. Na nini kitatokea ikiwa hatutachukua jiwe, lakini mpira na kuuleta kwenye mwendo wa oscillatory? Miduara itatolewa mara kwa mara na mitetemo ya mpira. Tutaona takriban sawa na inavyoonyeshwa kwenye uhuishaji wa kompyuta.
Tukishusha kuelea kwa umbali fulani kutoka kwa mpira, pia kutayumba. Wakati kushuka kwa thamani kunatofautiana katika nafasi baada ya muda, mchakato huu unaitwa wimbi.
Ili kusoma sifa za sauti (urefu wa mawimbi, kasi ya mawimbi, n.k.), toy maarufu ya Rainbow, au Happy Rainbow, inafaa.
Tuinyooshe chemchemi, itulie na itikise juu na chini kwa kasi. Tutaona kwamba wimbi lilitokea, ambalo lilikimbia kando ya chemchemi, na kisha kurudi nyuma. Hii ina maana kwamba inaonekana kutoka kwa kikwazo. Tuliona jinsi wimbi lilivyoenea kando ya chemchemi kwa muda. Chembe za chemchemi zilihamia juu na chini kuhusiana na usawa wao, na wimbi lilikimbia kushoto na kulia. Wimbi kama hilo linaitwa wimbi la kupita. Ndani yake, mwelekeo wa uenezi wake ni perpendicular kwa mwelekeo wa oscillation ya chembe. Kwa upande wetu, njia ya uenezi wa wimbi ilikuwa chemchemi.
Sasa tunyooshe chemchemi, itulie na kuvuta huku na huko. Tutaona kwamba coils ya spring ni compressed kando yake. Wimbi linaendesha kwa mwelekeo sawa. Katika sehemu moja chemchemi imesisitizwa zaidi, kwa nyingine imeenea zaidi. Wimbi kama hilo linaitwa longitudinal. Mwelekeo wa kuzunguka kwa chembe zake hulingana na mwelekeo wa uenezi.
Hebu tuwazie katikati mnene, kwa mfano, mwili mgumu. Ikiwa tutaiharibu kwa kukata manyoya, wimbi litatokea. Itaonekana kwa sababu ya nguvu za elastic zinazofanya kazi tu katika mango. Vikosi hivi vina jukumu la kurejesha na kutoa wimbi la elastic.
Huwezi kulemaza kioevu kwa kukata nywele. Wimbi la kuvuka haliwezi kueneza katika gesi na vimiminiko. Kitu kingine ni longitudinal: inaenea katika mazingira yote ambapo nguvu za elastic zinafanya. Katika wimbi la longitudinal, chembe hizo hukaribiana, kisha husogea mbali, na kati yenyewe inabanwa na haipatikani tena.
Watu wengi hufikiri kuwa vimiminikaincompressible, lakini hii sivyo. Ikiwa unasisitiza kwenye plunger ya sindano na maji, itapungua kidogo. Katika gesi, deformation ya compressive-tensile pia inawezekana. Kubonyeza bomba la sindano tupu kunabana hewa.
Kasi na urefu wa mawimbi
Hebu turejee kwa uhuishaji ambao tulizingatia mwanzoni mwa makala. Tunachagua hatua ya kiholela kwenye moja ya miduara inayotengana na mpira wa masharti na kuifuata. Hatua hiyo inasonga mbali na katikati. Kasi ambayo inasonga ni kasi ya safu ya wimbi. Tunaweza kuhitimisha: moja ya sifa za wimbi ni kasi ya wimbi.
Uhuishaji unaonyesha kuwa sehemu za mawimbi ziko katika umbali sawa. Hii ni urefu wa wimbi - nyingine ya sifa zake. Kadiri mawimbi yanavyotokea mara kwa mara ndivyo urefu wao unavyopungua.
Kwa nini sio kila wimbi la mitambo lina sauti
Chukua rula ya alumini.
Ni laini, kwa hivyo ni nzuri kwa matumizi. Tunaweka mtawala kwenye makali ya meza na kuifunga kwa mkono wetu ili iweze kuenea kwa nguvu. Tunasisitiza makali yake na kuifungua kwa kasi - sehemu ya bure itaanza kutetemeka, lakini hakutakuwa na sauti. Ukipanua rula kidogo tu, mtetemo wa ukingo mfupi utaunda sauti.
Tukio hili linaonyesha nini? Inaonyesha kwamba sauti hutokea tu wakati mwili unasonga haraka vya kutosha wakati kasi ya mawimbi katikati iko juu. Hebu tuanzishe tabia moja zaidi ya wimbi - mzunguko. Thamani hii inaonyesha ni mitetemo mingapi kwa sekunde ambayo mwili hufanya. Tunapounda wimbi katika hewa, sauti hutokea chini ya hali fulani - wakati wa kutoshamasafa ya juu.
Ni muhimu kuelewa kwamba sauti si wimbi, ingawa inahusiana na mawimbi ya mitambo. Sauti ni mhemko unaotokea wakati mawimbi ya sauti (acoustic) yanapoingia kwenye sikio.
Hebu turejee kwenye rula. Wakati sehemu kubwa inapanuliwa, mtawala huzunguka na haitoi sauti. Je, hii inaleta wimbi? Hakika, lakini ni wimbi la mitambo, si wimbi la sauti. Sasa tunaweza kufafanua wimbi la sauti. Hii ni wimbi la longitudinal la mitambo, mzunguko ambao ni katika safu kutoka 20 Hz hadi 20 elfu Hz. Ikiwa masafa ni chini ya Hz 20 au zaidi ya kHz 20, basi hatutasikia, ingawa mitetemo itatokea.
Chanzo cha sauti
Kiwiliwili chochote kinachozunguka kinaweza kuwa chanzo cha mawimbi ya akustisk, kinahitaji tu nyenzo nyororo, kwa mfano, hewa. Si tu mwili imara unaweza vibrate, lakini pia kioevu na gesi. Hewa kama mchanganyiko wa gesi kadhaa inaweza kuwa sio tu njia ya uenezi - yenyewe ina uwezo wa kutoa wimbi la akustisk. Mitetemo yake ndiyo inayosababisha sauti ya vyombo vya upepo. Filimbi au tarumbeta haitetemeki. Ni hewa ambayo haipatikani na kubanwa, inatoa kasi fulani kwa wimbi, matokeo yake tunasikia sauti.
Kueneza sauti katika mazingira tofauti
Tuligundua kuwa dutu tofauti husikika: kioevu, kigumu, gesi. Vile vile huenda kwa uwezo wa kufanya wimbi la acoustic. Sauti huenea kwa njia yoyote ya elastic (kioevu, imara, gesi), isipokuwa kwa utupu. Katika nafasi tupu, sema mwezini, hatutasikia sauti ya mwili unaotetemeka.
Sauti nyingi zinazosikika na wanadamu ni za angani. Samaki, jellyfish husikia wimbi la acoustic likipita kati ya maji. Sisi, ikiwa tutapiga mbizi chini ya maji, pia tutasikia kelele ya boti ya injini ikipita. Zaidi ya hayo, urefu wa wimbi na kasi ya wimbi itakuwa kubwa zaidi kuliko hewa. Hii ina maana kwamba sauti ya motor itakuwa ya kwanza kusikilizwa na mtu anayepiga mbizi chini ya maji. Mvuvi, ambaye ameketi katika mashua yake mahali pale, atasikia kelele baadaye.
Katika yabisi, sauti husafiri vyema zaidi, na kasi ya mawimbi ni ya juu zaidi. Ikiwa unaweka kitu kigumu, hasa chuma, kwenye sikio lako na kukipiga, utasikia vizuri sana. Mfano mwingine ni sauti yako mwenyewe. Tunaposikia hotuba yetu, iliyorekodiwa hapo awali kwenye kinasa sauti au kutoka kwa video, sauti inaonekana kuwa ya kigeni. Kwa nini hii inatokea? Kwa sababu katika maisha hatusikii mitetemo mingi kutoka kwa midomo yetu kama mitetemo ya mawimbi yanayopita kwenye mifupa ya fuvu la kichwa. Sauti inayoakisiwa kutoka kwa vizuizi hivi inabadilika kwa kiasi fulani.
Kasi ya sauti
Kasi ya wimbi la sauti, ikiwa tutazingatia sauti sawa, itakuwa tofauti katika mazingira tofauti. Kadiri sauti inavyozidi kuwa ngumu, ndivyo sauti inavyofika masikioni mwetu. Treni inaweza kwenda mbali sana na sisi hivi kwamba sauti ya magurudumu haitasikika bado. Hata hivyo, ukiweka sikio lako kwenye reli, tunaweza kusikia mngurumo kwa uwazi.
Hii inapendekeza kuwa mawimbi ya sauti husafiri kwa kasi katika vitu vikali kuliko hewani. Kielelezo kinaonyesha kasi ya sauti katika mazingira tofauti.
Mlingano wa wimbi
Kasi, marudio na urefu wa wimbi zimeunganishwa. Kwa miili inayotetemeka kwa masafa ya juu, wimbi ni fupi. Sauti za masafa ya chini zinaweza kusikika kwa umbali mkubwa zaidi kwa sababu zina urefu mrefu wa mawimbi. Kuna milinganyo miwili ya wimbi. Wanaonyesha kutegemeana kwa sifa za wimbi kutoka kwa kila mmoja. Kwa kujua viwango vyovyote viwili kutoka kwa milinganyo, unaweza kukokotoa ya tatu:
с=ν × λ, ambapo c ni kasi, ν ni masafa, λ ni urefu wa wimbi.
Mlingano wa wimbi la pili la akustisk:
s=λ / T, ambapo T ni kipindi, yaani muda ambao mwili hufanya msisimko mmoja.
