Energia dźwięku: cechy, typy, zastosowania, zalety, przykłady

Energia dźwiękowa lub akustyczna jest transportowana przez fale dźwiękowe, gdy rozchodzą się w ośrodku, którym może być gaz, taki jak powietrze, ciecz lub ciało stałe. Ludzie i wiele zwierząt używa energii akustycznej do interakcji ze środowiskiem.

W tym celu mają wyspecjalizowane organy, na przykład struny głosowe, zdolne do wytwarzania wibracji. Te wibracje są transportowane w powietrzu, aby dotrzeć do innych wyspecjalizowanych organów odpowiedzialnych za ich interpretację.

Znak ujemny wskazuje na wzrost energii potencjalnej, ponieważ propagacja fali działa na element objętościowy dV po skompresowaniu, dzięki dodatniemu ciśnieniu akustycznemu.

Masa elementu płynnego pod względem gęstości początkowej ρo i objętości początkowej V _o wynosi:

m _o = ρ _o V _o

A jak ciasto jest zachowane (zasada zachowania ciasta):

ρV = ρ _o V _o = stała

Dlatego całkowita energia pozostaje taka:

Obliczanie energii potencjalnej

Całka może być rozwiązana za pomocą zasady zachowania masy

m _o = m _f

Pochodna stałej wynosi 0, więc (ρ V) ' = 0. Dlatego:

dV = (-V / ρ) dρ

Izaak Newton ustalił, że:

(dp / dρ) = c2

Gdzie c oznacza prędkość dźwięku w danym płynie. Zastępując powyższe w całce, uzyskuje się energię potencjalną medium:

Jeśli A _p i A _v są amplitudami odpowiednio fali ciśnienia i prędkości, średnia energia ε fali dźwiękowej wynosi:

Dźwięk można scharakteryzować przez ilość zwaną intensywnością .

Intensywność dźwięku jest definiowana jako energia, która przechodzi w sekundę przez jednostkę powierzchni, która jest prostopadła do kierunku propagacji dźwięku.

Ponieważ energia na jednostkę czasu jest mocą P, intensywność dźwięku I można wyrazić jako:

Każdy typ fali dźwiękowej ma charakterystyczną częstotliwość i niesie pewną energię. Wszystko to determinuje jego zachowanie akustyczne. Ponieważ dźwięk jest tak ważny dla ludzkiego życia, typy dźwięków są podzielone na trzy duże grupy, zgodnie z zakresem częstotliwości słyszalnych dla ludzi:

- Infradźwięk, którego częstotliwość jest mniejsza niż 20 Hz.

- Słyszalne widmo o częstotliwościach od 20 Hz do 20 000 Hz.

- Ultradźwięki o częstotliwościach większych niż 20 000 Hz.

Ton dźwięku, to znaczy, czy jest wysoki, niski czy średni, zależy od częstotliwości. Najniższe częstotliwości są interpretowane jako niskie dźwięki, w przybliżeniu między 20 a 400 Hz.

Częstotliwości od 400 do 1600 Hz są uważane za średnie tony, a wysokie częstotliwości od 1600 do 20 000 Hz. Wysokie dźwięki są lekkie i przenikliwe, podczas gdy niskie dźwięki są postrzegane jako głębsze i dudnienie.

Dźwięki, które są słyszane codziennie, to złożone nakładanie się dźwięków o różnych częstotliwościach w pobliżu.

Dźwięk ma inne cechy oprócz częstotliwości, które mogą służyć jako kryteria jego klasyfikacji. Przykładem jest barwa, czas trwania i intensywność.

Dobrym pytaniem jest, skąd pochodzi energia dźwięku w tym przypadku, którego intensywność wykrywa ludzkie ucho.

Odpowiedzią jest grawitacyjna energia potencjalna. Właśnie dlatego, że kołek spada z pewnej wysokości, na którą miał energię potencjalną, gdy pada, przekształca tę energię w energię kinetyczną.

A kiedy uderzy w ziemię, energia jest przekazywana do cząsteczek powietrza otaczających miejsce upadku, co powoduje dźwięk.

Grawitacyjna energia potencjalna U wynosi:

U = mgh

Gdzie m jest masą szpilki, g to przyspieszenie grawitacji, a h to wysokość, z której spadł. Zastępując te wartości liczbowe, ale nie przed dokonaniem odpowiednich konwersji w międzynarodowym systemie jednostek, mamy:

U = 0, 1 x 10-3 x 9, 8 x 1 J = 0, 00098 J

Stwierdzenie mówi, że z tej energii tylko 0, 05% jest przekształcane, aby wywołać pulsujący dźwięk, czyli brzęczenie szpilki, gdy uderza ona w podłogę. Dlatego energia dźwięku jest:

E _dźwięk = 4, 9 x 10-7 J

Z równania intensywności promień R jest usuwany, a wartości energii dźwięku E i czasu trwania impulsu są zastępowane: 0, 1 s zgodnie z oświadczeniem.