TEMAT 33: Fale dźwiękowe. Fale dźwiękowe należą do rodziny fal

TEMAT 33: Fale dźwiękowe.
Fale dźwiękowe należą do rodziny fal mechanicznych. Fale mechaniczne są rodzajem
fal, dla których niezbędnym warunkiem rozchodzenia się jest obecność ośrodka materialnego.
Jest to konieczne, ponieważ ich propagacja (rozchodzenie się) polega na przemieszczaniu się
drgań cząstek ośrodka materialnego. Dlatego też fale mechaniczne, a więc i fale dźwiękowe
nie mogą rozchodzić się w próżni. Źródłami dźwięku są ciała drgające z odpowiednią
częstotliwością np. struny głosowe człowieka, struny instrumentów muzycznych, słupy
powietrza w trąbkach, piszczałkach w innych instrumentach muzycznych.
Dźwięk jest to proces fizyczny, zjawisko rozchodzenia się fal mechanicznych
w ośrodkach sprężystych nazywanych falami dźwiękowymi. Człowiek potrafi słyszeć
wyłącznie dźwięki o częstotliwości w zakresie 16 Hz – 20000 Hz. Fale o częstotliwości
wyższej od 20000 Hz nazywamy ultradźwiękami, a fale o częstotliwościach mniejszych od
20 Hz nazywamy infradźwiękami.
Cechy dźwięku :
o wysokość dźwięku zależy od częstotliwości tonu podstawowego,
o barwa dźwięku zależy od częstotliwości i natężenia.
Fale dźwiękowe są falami podłużnymi, a ich prędkość zależy od rodzaju ośrodka
w którym się rozchodzą, jej prędkość w warunkach normalnych w powietrzu wynosi około
340 m/s = 1200 km/h.
Rozchodzeniu się fal dźwiękowych towarzyszą zjawiska : odbicia , załamania , dyfrakcji
i interferencji. Z odbiciem fal dźwiękowych wiąże się zjawisko echa i pogłosu,
a z interferencją zjawisko dudnienia.
Prędkości rozchodzenia się fal dźwiękowych
w niektórych ośrodkach:
ośrodek
prędkość v[m/s]
powietrze
wodór
tlen
woda
żelazo
aluminium
rtęć
331
1268
317,2
1450
5130
5100
1407
Rysunki
przedstawiają
wykres
fali
dźwiękowej oraz obraz fali powstałej za
pomocą kamertonu, który emituje dźwięk
prosty tzw. ton.
ZADANIA:
1. Jaką długość miałby gwizdek, który wydawałby dźwięk o częstotliwości, na którą ucho
ludzkie jest najbardziej czułe (f = 3000 Hz) ?
2. Sygnał wysyłany przez echosondę łodzi podwodnej powrócił po czasie t = 2 s. W jakiej
odległości od łodzi znajduje się przeszkoda, jeżeli szybkość rozchodzenia się dźwieku
w wodzie v = 1450 m/s.
3. Długość struny wynosi l = 0,5 m , a dźwięk wydany przez nią ma częstotliwość
f = 1000 Hz. Jaka jest szybkość rozchodzenia się dźwięku w strunie?
4. Prędkość dźwięku w szkle wynosi około 5580 m/s. Po jakim czasie usłyszysz głos zza
szyby o grubości 6 cm?