Ääni imeytyy satoja kertoja vähemmän veteen kuin ilmaan. Siitä huolimatta kuultavuus vesiympäristössä on paljon huonompi kuin ilmakehässä. Tämä selittyy ihmisen äänihavainnon erityispiirteillä. Ilmassa ääni havaitaan kahdella tavalla: ilman värähtelyjen välittymisellä tärykalvoihin (ilman johtuminen) ja ns. luun johtumista, jolloin kallon luut havaitsevat ja välittävät äänivärähtelyjä kuulokojeeseen.

Sukellusvarusteiden tyypistä riippuen sukeltaja havaitsee äänen vedessä, jossa vallitsee joko ilma tai luu. Ilmalla täytetyn kolmiulotteisen kypärän läsnäolo mahdollistaa äänen havaitsemisen ilman johtumisen avulla. Merkittävä äänienergian menetys on kuitenkin väistämätöntä, koska ääni heijastuu kypärän pinnalta.

Laskeutuessa ilman varusteita tai varusteissa, joissa on tiukka kypärä, luun johtuminen vallitsee.

ominaisuus äänen havainto veden alla on myös kyvyn määrittää äänilähteen suunta. Tämä johtuu siitä, että ihmisen elimiä kuulo on mukautettu äänen etenemisnopeuteen ilmassa ja ne määrittävät suunnan äänilähteeseen äänisignaalin saapumisajan ja kummankin korvan havaitseman suhteellisen äänenpainetason eron vuoksi. Laitteen ansiosta korvakalvo ilmassa oleva ihminen pystyy määrittämään missä äänilähde on - edessä vai takana, jopa yhdellä korvalla. Vedessä asiat ovat toisin. Äänen etenemisnopeus vedessä on 4,5 kertaa suurempi kuin ilmassa. Siksi ero äänisignaalin vastaanottoaikaan kummassakin korvassa tulee niin pieneksi, että on lähes mahdotonta määrittää suuntia äänilähteeseen.

Käytettäessä kovaa kypärää osana varusteita, äänilähteen suunnan määrittäminen on yleensä poissuljettu.

Kaasujen biologiset vaikutukset ihmiskehoon

Kysymys kaasujen biologisista vaikutuksista ei noussut esiin sattumalta ja johtuu siitä, että kaasunvaihtoprosessit ihmisen hengityksen aikana normaaleissa olosuhteissa ja ns. korkea verenpaine) ovat merkittävästi erilaisia.

Tiedetään, että tavallinen ilmakehän ilma, jota hengitämme, ei sovellu lentäjien hengittämiseen korkealla lennolla. Sillä on myös rajoitettu käyttö sukeltajien hengittämiseen. Laskeutuessaan yli 60 metrin syvyyteen se korvataan erityisillä kaasuseoksilla.

Harkitse kaasujen perusominaisuuksia, jotka, kuten esim puhdas muoto sukeltajat käyttävät hengittämiseen sekoitettuna muiden kanssa.

Koostumuksessaan ilma on erilaisten kaasujen seos. Ilman pääkomponentit ovat: happi - 20,9%, typpi - 78,1%, hiilidioksidi - 0,03%. Lisäksi pienet määrät ilmassa sisältävät: argonia, vetyä, heliumia, neonia sekä vesihöyryä.

Ilmakehän kaasut voidaan jakaa kolmeen ryhmään sen mukaan, miten ne vaikuttavat ihmiskehoon: happi - kulutetaan jatkuvasti "kaikkien elämänprosessien ylläpitämiseen; typpi, helium, argon jne. - eivät osallistu kaasunvaihtoon; hiilidioksidi - milloin lisääntynyt keskittyminen haitallista keholle.

Happi(O2) on väritön kaasu, jolla ei ole makua ja hajua ja jonka tiheys on 1,43 kg/m3. Se on erittäin tärkeä henkilölle osallistujana kaikkiin kehon oksidatiivisiin prosesseihin. Hengitysprosessissa keuhkoissa oleva happi yhdistyy veren hemoglobiiniin ja kulkeutuu koko kehoon, jossa solut ja kudokset kuluttavat sitä jatkuvasti. Kudosten saannin katkeaminen tai jopa väheneminen aiheuttaa hapen nälänhätää, johon liittyy tajunnan menetys ja vakavia tapauksia- elämän lopettaminen. Tämä tila voi ilmetä, kun hengitetyn ilman happipitoisuus laskee, kun normaali paine alle 18,5 %. Toisaalta hengitetyn seoksen happipitoisuuden lisääntyessä tai paineen alaisena hengitettäessä, yli sallitun, happea esiintyy myrkyllisiä ominaisuuksia- Tapahtuu happimyrkytys.

Typpi(N) - väritön, hajuton ja mauton kaasu, jonka tiheys on 1,25 kg/m3, on tilavuuden ja massan mukaan pääosa ilmakehän ilmasta. Normaaliolosuhteissa se on fysiologisesti neutraali, ei osallistu aineenvaihduntaan. Kuitenkin paineen kasvaessa sukeltajan sukellussyvyyden myötä typpi lakkaa olemasta neutraalia ja yli 60 metrin syvyydessä sillä on voimakkaita huumausaineita.

Hiilidioksidi(CO2) on väritön kaasu, jolla on hapan maku. Se on 1,5 kertaa ilmaa raskaampaa (tiheys 1,98 kg / m3), ja siksi se voi kerääntyä suljettujen ja huonosti ilmastoitujen tilojen alaosiin.

Hiilidioksidia tuotetaan kudoksissa mm lopputuote oksidatiiviset prosessit. Tietty määrä tätä kaasua on aina läsnä kehossa ja osallistuu hengityksen säätelyyn, ja ylimäärä kulkeutuu veren mukana keuhkoihin ja poistuu uloshengitysilman mukana. Ihmisen hiilidioksidipäästöjen määrä riippuu pääasiassa sen asteesta liikunta ja organismin toiminnallinen tila. Toistuva syvä hengitys (hyperventilaatio) vähentää kehon hiilidioksidipitoisuutta, mikä voi johtaa hengityspysähdykseen (apneaan) ja jopa tajunnan menetykseen. Toisaalta sen pitoisuuden lisääntyminen hengityselinten seoksessa sallittua enemmän johtaa myrkytykseen.

Muista kaasuista, jotka muodostavat ilman, eniten käytetty sukeltajien keskuudessa heliumia(Ei). Se on inertti kaasu, hajuton ja mauton. Pieni tiheys (noin 0,18 kg / m3) ja huomattavasti pienempi kyky aiheuttaa huumausaineita, kun korkeat paineet, sitä käytetään laajalti typen korvikkeena valmistettaessa keinotekoisten hengitysteiden seoksia laskeutuessa suuriin syvyyksiin.

Heliumin käyttö hengityselinten seosten koostumuksessa johtaa kuitenkin muihin ei-toivottuihin ilmiöihin. Sen korkea lämmönjohtavuus ja siten lisääntynyt kehon lämmönsiirto edellyttävät tehostettua lämpösuojaa tai sukeltajien aktiivista lämmitystä.

Ilmanpaine. Tiedetään, että meitä ympäröivällä ilmakehällä on massa ja se kohdistaa painetta maan pintaan ja kaikkiin sillä oleviin esineisiin. Merenpinnan tasolla mitattu ilmanpaine tasapainotetaan putkissa, joiden halkaisija on G cm2 ja jossa elohopeapatsas on 760 mm korkea tai vesi 10,33 m. Jos tämä elohopea tai vesi punnitaan, niiden massa on 1,033 kg. Tämä tarkoittaa, että "normaali ilmanpaine on 1,033 kgf / cm2, mikä SI-järjestelmässä vastaa 103,3 kPa*. (* SI-järjestelmässä paineyksikkö on pascal (Pa). Jos muunnos on tarpeen, suhteet käytetään: 1 kgf / cm1 \u003d 105 Pa \u003d 102 kPa \u003d \u003d * 0,1 MPa.).

Sukelluslaskelmissa on kuitenkin hankalaa käyttää tällaisia ​​tarkkoja mittayksiköitä. Siksi paineyksikköä pidetään paineena, joka on numeerisesti yhtä suuri kuin 1 kgf / cm2, jota kutsutaan tekniseksi ilmakehäksi (at). Yksi tekninen ilmakehä vastaa 10 m:n vesipatsaan painetta.

Ilma puristuu helposti paineen noustessa, mikä pienentää tilavuutta suhteessa paineeseen. Paineilman paine mitataan painemittarilla, joka näyttää ylipaine eli ilmakehän paineen yläpuolella. Ylipaineen yksikkö on merkitty ati. Ylipaineen ja ilmanpaineen summaa kutsutaan absoluuttinen paine(ata).

Normaaleissa maanpäällisissä olosuhteissa ilma kaikilta puolilta painaa tasaisesti ihmistä. Kun otetaan huomioon, että ihmiskehon pinta on keskimäärin 1,7-1,8 m2, siihen laskeutuva ilmanpainevoima on 17-18 tuhatta kgf (17-18 tf). Ihminen ei kuitenkaan tunne tätä painetta, koska hänen kehonsa koostuu 70 % käytännössä kokoonpuristumattomista nesteistä ja sisäiset ontelot- keuhkot, välikorva jne. - sitä tasapainottaa siellä sijaitsevan ja ilmakehän kanssa kommunikoivan ilman vastapaine.

Veteen upotettuna ihminen altistuu yläpuolellaan olevan vesipatsaan ylipaineelle, joka kasvaa 1 ati joka 10 m. Paineen muutos voi aiheuttaa kipu ja kompressio, jonka estämiseksi sukeltajalle on syötettävä hengitysilmaa, jonka paine on yhtä suuri kuin ympäristön absoluuttinen paine.

Koska sukeltajat joutuvat käsittelemään paineilmaa tai kaasuseoksia, on syytä muistaa heidän noudattamansa peruslait ja antaa joitain käytännön laskelmia varten tarvittavia kaavoja.

Ilma, kuten muutkin todelliset kaasut ja kaasuseokset, noudattaa tietyllä likiarvolla fysikaalisia lakeja, jotka ovat ehdottoman päteviä ihanteellisille kaasuille.

SUKELLUSVARUSTEET

Sukellusvarusteet ovat laitteita ja tuotteita, joita sukeltaja käyttää varmistaakseen elämän ja työskentelyn vesiympäristössä tietyn ajan.

Sukellusvarusteet ovat tarkoitukseen sopivia, jos ne tarjoavat:

henkilön hengitys, kun hän tekee työtä veden alla;

eristys ja lämpösuojaus kylmä vesi;

riittävä liikkuvuus ja vakaa asento veden alla;

turvallisuus upotuksen, pinnalle poistumisen ja työskentelyn aikana;

varma liitos pintaan.

Ratkaistavista tehtävistä riippuen sukellusvarusteet jaetaan:

käyttösyvyyden mukaan - matalien (keskisuurten) syvyyksien ja syvänmeren laitteille;

hengityskaasuseoksen tarjoamismenetelmän mukaan - autonomiselle ja letkulle;

lämpösuojausmenetelmän mukaan - laitteille, joissa on passiivinen lämpösuojaus, sähkö- ja vesilämmitteinen;

eristysmenetelmän mukaan - laitteille, joissa on vesi- ja kaasutiiviit "kuiva"-tyyppiset ja läpäisevät "märkä"-tyyppiset märkäpuvut.

Täydellisen käsityksen sukellusvarusteiden toiminnan toiminnallisista ominaisuuksista antaa sen luokittelu hengitykseen tarvittavan koostumuksen ylläpitomenetelmän mukaan. kaasuseos. Laitteet erotetaan tästä:

tuuletettu;

avoimella hengitysjärjestelmällä;

puolisuljetulla hengitysmallilla;

suljetulla hengityksellä.

Missä ääni kulkee nopeammin: ilmassa vai vedessä? ja sain parhaan vastauksen

Vastaus henkilöltä Ptishon[guru]
Äänen nopeus Äänen nopeus kaasuissa (0°C; 101325 Pa), m/s Typpi 334 Ammoniakki 415 Asetyleeni 327 Vety 1284 Ilma 331.46 Helium 965 Happi 316 Metaani 430 Hiilidioksidi06lor338 Hiilimonoksidi09 äänen etenemisnopeus ääniaallot ympäristössä Kaasuissa äänen nopeus on pienempi kuin nesteissä Nesteissä äänen nopeus on pienempi kuin kiinteissä aineissa Ilmassa normaaliolosuhteissa äänen nopeus on 331,46 m / s (1193 km / h) Vedessä äänen nopeus on 1485 m/s. Kiinteissä aineissa äänen nopeus on 2000-6000 m/s.

Vastaus osoitteesta valkoinen jänis[guru]
Vedessä. Ilmassa äänen nopeus 25 °C:ssa on noin 330 m/s vedessä, noin 1500 m/s Tarkka arvo riippuu lämpötilasta, paineesta, suolapitoisuudesta (vedelle) ja kosteudesta (ilmalle)

Vastaus osoitteesta BaNkS777[asiantuntija]
vedessä....

Vastaus osoitteesta Ja minä[guru]
ja mitä haluat luoda äänipommin?

Vastaus osoitteesta Vladimir T[guru]
vedessä, jossa tiheys on siellä enemmän ja nopeampi (molekyylit ovat lähempänä ja siirto on nopeampaa)

Vastaus osoitteesta Polina Lykova[aktiivinen]
Luultavasti ilmassa (en tiedä varmaksi). Koska vedessä kaikki liikkeet hidastuvat, ääni ei leviä niin nopeasti! No, tsekkaa! Taputa käsiäsi veden alla. Tämä tehdään hitaammin kuin ilmassa Kokemukseni =) =8 =(=*8 =P

Vastaus osoitteesta 3 vastausta[guru]

Hei! Tässä on valikoima aiheita ja vastauksia kysymykseesi: Missä ääni kulkee nopeammin: ilmassa vai vedessä ???

Tämä oppitunti käsittelee aihetta "Ääniaallot". Tällä oppitunnilla jatkamme akustiikan opiskelua. Ensin toistamme ääniaaltojen määritelmän, pohdimme sitten niiden taajuusalueita ja tutustumme ultraääni- ja infraääniaaltojen käsitteeseen. Keskustelemme myös ääniaaltojen ominaisuuksista eri medioissa ja selvitämme, mitä ominaisuuksia niillä on. .

Ääniaallot - nämä ovat mekaanisia värähtelyjä, jotka leviävät ja ovat vuorovaikutuksessa kuuloelimen kanssa, jotka henkilö havaitsee (kuva 1).

Riisi. 1. Ääniaalto

Osaa, joka käsittelee näitä aaltoja fysiikassa, kutsutaan akustiikaksi. Yleisesti "kuulijoiksi" kutsuttujen ihmisten ammatti on akustiikka. Ääniaalto on aalto, joka etenee elastisessa väliaineessa, se on pitkittäisaalto, ja kun se etenee elastisessa väliaineessa, puristus ja harveneminen vuorottelevat. Se lähetetään ajan kuluessa etäisyyden yli (kuva 2).

Riisi. 2. Ääniaallon leviäminen

Ääniaaltoja ovat sellaiset värähtelyt, jotka suoritetaan taajuudella 20 - 20 000 Hz. Nämä taajuudet vastaavat aallonpituuksia 17 m (20 Hz) ja 17 mm (20 000 Hz). Tätä aluetta kutsutaan kuultavaksi ääneksi. Nämä aallonpituudet on annettu ilmalle, jossa äänen etenemisnopeus on yhtä suuri kuin.

On myös sellaisia ​​​​alueita, joihin akustikot harjoittavat - infraääni ja ultraääni. Infrasonic ovat niitä, joiden taajuus on alle 20 Hz. Ja ultraääniä ovat ne, joiden taajuus on yli 20 000 Hz (kuva 3).

Riisi. 3. Ääniaaltojen alueet

Joka koulutettu henkilö täytyy navigoida ääniaaltojen taajuusalueella ja tietää, että jos hän menee ultraäänitutkimukseen, tietokoneen näytöllä oleva kuva rakennetaan yli 20 000 Hz:n taajuudella.

Ultraääni - Nämä ovat mekaanisia aaltoja, jotka muistuttavat ääniaaltoja, mutta taajuudella 20 kHz - miljardi hertsiä.

Aaltoja, joiden taajuus on yli miljardi hertsiä, kutsutaan hypersonic.

Ultraääntä käytetään valettujen osien vikojen havaitsemiseen. Lyhyiden ultraäänisignaalien virta ohjataan testattavaan osaan. Niissä paikoissa, joissa ei ole vikoja, signaalit kulkevat osan läpi ilman, että vastaanotin rekisteröi niitä.

Jos osassa on halkeama, ilmaontelo tai muu epähomogeenisuus, ultraäänisignaali heijastuu siitä ja palaa vastaanottimeen. Tällaista menetelmää kutsutaan ultraäänivirheiden havaitseminen.

Muita esimerkkejä ultraäänen käytöstä ovat laitteet ultraääni, ultraäänilaitteet, ultraäänihoito.

Infraääni - mekaaniset aallot, jotka muistuttavat ääniaaltoja, mutta joiden taajuus on alle 20 Hz. Ihmiskorva ei havaitse niitä.

Infraääniaaltojen luonnollisia lähteitä ovat myrskyt, tsunamit, maanjäristykset, hurrikaanit, tulivuorenpurkaukset, ukkosmyrskyt.

Infraääni ovat myös tärkeitä aaltoja, joita käytetään värähtelemään pintaa (esimerkiksi tuhoamaan joitain suuria esineitä). Laukaisemme infraäänen maaperään - ja maa murskautuu. Missä tätä käytetään? Esimerkiksi timanttikaivoksissa, joissa he ottavat timanttikomponentteja sisältävää malmia ja murskaavat sen pieniksi hiukkasiksi löytääkseen nämä timanttisulkeumat (kuva 4).

Riisi. 4. Infraäänen käyttö

Äänen nopeus riippuu ympäristöolosuhteista ja lämpötilasta (kuva 5).

Riisi. 5. Ääniaaltojen etenemisnopeus eri medioissa

Huomaa: ilmassa äänen nopeus on yhtä suuri kuin , kun taas nopeus kasvaa . Jos olet tutkija, tällaisesta tiedosta voi olla sinulle hyötyä. Saatat jopa keksiä jonkinlaisen lämpötila-anturin, joka havaitsee lämpötilaerot muuttamalla äänen nopeutta väliaineessa. Tiedämme jo, että mitä tiheämpi väliaine, sitä vakavampi väliaineen hiukkasten välinen vuorovaikutus, sitä nopeammin aalto etenee. Keskustelimme tästä viimeisessä kappaleessa käyttämällä esimerkkiä kuivasta ilmasta ja kosteasta ilmasta. Veden osalta äänen etenemisnopeus. Jos luot ääniaallon (koputtaa äänihaarukkaan), sen etenemisnopeus vedessä on 4 kertaa suurempi kuin ilmassa. Vedessä tieto saapuu neljä kertaa nopeammin kuin ilmassa. Ja vielä nopeampi teräksessä: (Kuva 6).

Riisi. 6. Ääniaallon etenemisnopeus

Tiedät eeposista, joita Ilja Muromets käytti (ja kaikki sankarit ja tavalliset venäläiset ihmiset ja pojat Gaidarin vallankumouksellisesta sotilasneuvostosta), käyttivät hyvin mielenkiintoisella tavalla lähestyvän, mutta silti kaukana olevan kohteen havaitseminen. Ääni, jonka se aiheuttaa liikkuessaan, ei ole vielä kuultavissa. Ilja Muromets, korva maassa, kuulee hänet. Miksi? Koska ääni välittyy kiinteän maan yli suuremmalla nopeudella, mikä tarkoittaa, että se saavuttaa Ilja Murometsin korvan nopeammin ja hän pystyy valmistautumaan kohtaamaan vihollisen.

Mielenkiintoisimpia ääniaaltoja ovat musiikin äänet ja äänet. Mitkä esineet voivat luoda ääniaaltoja? Jos otamme aaltolähteen ja elastisen väliaineen, jos saamme äänilähteen värähtelemään harmonisesti, saamme upean ääniaallon, jota kutsutaan musiikiksi. Näitä ääniaaltojen lähteitä voivat olla esimerkiksi kitaran tai pianon kielet. Tämä voi olla ääniaalto, joka syntyy ilmaputken (urku tai piippu) rakoon. Musiikkitunneista tiedät nuotit: do, re, mi, fa, salt, la, si. Akustiikassa niitä kutsutaan sävyiksi (kuva 7).

Riisi. 7. Musiikin äänet

Kaikilla esineillä, jotka voivat lähettää ääniä, on ominaisuuksia. Miten ne eroavat toisistaan? Ne eroavat aallonpituudesta ja taajuudesta. Jos näitä ääniaaltoja eivät synny harmonisesti kuulostavat kappaleet tai ne eivät liity yhteiseksi orkesterikappaleeksi, niin tällaista äänimäärää kutsutaan meluksi.

Melu- erilaisia ​​fyysisiä satunnaisia ​​vaihteluita, joille on ominaista ajallisen ja spektrirakenteen monimutkaisuus. Melun käsite on jokapäiväinen ja fyysinen, ne ovat hyvin samankaltaisia, joten esittelemme sen erillisenä tärkeänä pohdinnan kohteena.

Siirrytään ääniaaltojen kvantitatiivisiin arvioihin. Mitkä ovat musiikillisten ääniaaltojen ominaisuudet? Nämä ominaisuudet koskevat yksinomaan harmonisia äänivärähtelyjä. Niin, äänenvoimakkuus. Mikä määrittää äänen voimakkuuden? Tarkastellaan ääniaallon etenemistä ajassa tai ääniaaltolähteen värähtelyjä (kuva 8).

Riisi. 8. Äänenvoimakkuus

Samanaikaisesti, jos emme lisänneet järjestelmään paljon ääntä (esim. lyödä hiljaa pianonäppäintä), tulee hiljainen ääni. Jos me äänekkäästi, nostaen kätemme korkealle, kutsumme tätä ääntä painamalla näppäintä, saamme kovan äänen. Mistä se riippuu? Hiljaisissa äänissä on vähemmän tärinää kuin kovissa äänissä.

Seuraava tärkeä musiikillisen äänen ja minkä tahansa muun ominaisuus on korkeus. Mikä määrittää äänen korkeuden? Äänenkorkeus riippuu taajuudesta. Voimme saada lähteen värähtelemään usein, tai voimme saada sen värähtelemään ei kovin nopeasti (eli tehdä vähemmän värähtelyjä aikayksikköä kohti). Tarkastellaan saman amplitudin korkean ja matalan äänen aikapyyhkäisyä (kuva 9).

Riisi. 9. Pitch

Siitä voidaan vetää mielenkiintoinen johtopäätös. Jos henkilö laulaa bassossa, hänellä on äänilähde (tämä on äänihuulet) värähtelee useita kertoja hitaammin kuin sopraanoa laulava henkilö. Toisessa tapauksessa äänihuulet vaihtelevat useammin, joten ne aiheuttavat usein puristuskohtauksia ja harventumista aallon etenemiseen.

On vielä yksi mielenkiintoinen ominaisuusääniaaltoja, joita fyysikot eivät tutki. Tämä sointi. Tunnet ja erottelet helposti saman balalaikalla tai sellolla soitetun musiikin. Mitä eroa on näiden äänien tai tämän esityksen välillä? Kokeen alussa pyysimme ääniä tuottavia ihmisiä tekemään niistä suunnilleen saman amplitudin, jotta äänenvoimakkuus olisi sama. Se on kuin orkesterin tapauksessa: jos mitään tiettyä instrumenttia ei vaadita, kaikki soittavat suunnilleen samalla tavalla, samalla vahvuudella. Joten balalaikan ja sellon sointi on erilainen. Jos piirtäisimme kaavioiden avulla äänen, joka saadaan yhdestä instrumentista, toisesta, ne olisivat samat. Mutta voit helposti erottaa nämä instrumentit niiden soundista.

Toinen esimerkki sointiäänen tärkeydestä. Kuvittele kaksi laulajaa, jotka valmistuvat samasta musiikkikoulusta samojen opettajien kanssa. He opiskelivat yhtä hyvin viidellä. Jostain syystä toisesta tulee erinomainen esiintyjä, kun taas toinen on tyytymätön uraansa koko ikänsä. Itse asiassa tämän määrää vain heidän instrumenttinsa, joka aiheuttaa vain äänivärinää ympäristössä, eli heidän äänensä eroavat sointiltaan.

Bibliografia

1. Sokolovitš Yu.A., Bogdanova G.S. Fysiikka: hakuteos, jossa on esimerkkejä ongelmanratkaisusta. - 2. painoksen uudelleenjako. - X .: Vesta: kustantamo "Ranok", 2005. - 464 s.
2. Peryshkin A.V., Gutnik E.M., Fysiikka. 9. luokka: yleissivistävän oppikirja. laitokset / A.V. Peryshkin, E.M. Gutnik. - 14. painos, stereotypia. - M.: Bustard, 2009. - 300 s.

1. Internet-portaali "eduspb.com" ()
2. Internet-portaali "msk.edu.ua" ()
3. Internet-portaali "class-fizika.narod.ru" ()

Kotitehtävät

1. Miten ääni leviää? Mikä voi olla äänen lähde?
2. Voiko ääni kulkea avaruudessa?
3. Havaitseeko hän jokaisen aallon, joka saavuttaa ihmisen korvan?

Havaitsemme äänet kaukana niiden lähteistä. Ääni kulkee meille yleensä ilmassa. Ilma on elastinen väliaine, joka välittää ääntä.

Jos äänen siirtoväline poistetaan lähteen ja vastaanottimen väliltä, ​​ääni ei etene, eikä vastaanotin siten havaitse sitä. Osoitetaan tämä kokeellisesti.

Laitetaan herätyskello ilmapumpun kellon alle (kuva 80). Niin kauan kuin kellossa on ilmaa, kellon ääni kuuluu selvästi. Kun ilmaa pumpataan ulos kellon alta, ääni vähitellen heikkenee ja lopulta muuttuu kuulumattomaksi. Ilman välitysvälinettä kellon symbaalin värähtely ei voi levitä, eikä ääni pääse korvaamme. Anna ilmaa kellon alle ja kuule soitto uudestaan.

Riisi. 80. Kokeilu, joka osoittaa, että tilassa, jossa ei ole aineellista väliainetta, ääni ei leviä

Elastiset aineet, kuten metallit, puu, nesteet, kaasut, johtavat hyvin ääniä.

Laitetaan taskukello puulaudan toiseen päähän, ja siirrytään itse toiseen päähän. Kun asetat korvasi taululle, kuulemme kellon.

Sido naru metallilusikkaan. Kiinnitä nauhan pää korvaan. Lyömällä lusikkaa kuulemme voimakkaan äänen. Kuulemme vielä voimakkaamman äänen, jos vaihdamme langan langalla.

Pehmeät ja huokoiset kappaleet ovat huonoja äänenjohtajia. Kaikkien huoneiden suojaamiseksi vieraiden äänien tunkeutumiselta seinät, lattia ja katto on päällystetty kerroksilla ääntä vaimentavia materiaaleja. Välikerroksina käytetään huopaa, puristettua korkkia, huokoisia kiviä, erilaisia ​​​​vaahtopolymeereihin perustuvia synteettisiä materiaaleja (esimerkiksi vaahtomuovia). Ääni tällaisissa kerroksissa vaimenee nopeasti.

Nesteet johtavat ääntä hyvin. Esimerkiksi kalat kuulevat hyvin rannalla askeleita ja ääniä, tämä on kokeneiden kalastajien tiedossa.

Joten ääni etenee missä tahansa elastisessa väliaineessa - kiinteässä, nestemäisessä ja kaasumaisessa, mutta ei voi levitä avaruudessa, jossa ei ole ainetta.

Lähteen värähtelyt luovat elastisen aallon ympäristöönsä äänitaajuus. Korvaa saavuttava aalto vaikuttaa tärykalvoon ja saa sen värähtelemään äänilähteen taajuutta vastaavalla taajuudella. värinää tärykalvo välittyvät luujärjestelmän kautta päihin kuulohermo, ärsyttävät niitä ja aiheuttavat siten äänitunteen.

Muista, että kaasuissa ja nesteissä voi esiintyä vain pitkittäisiä elastisia aaltoja. Esimerkiksi ilmassa oleva ääni välittyy pitkittäisaaltojen kautta, eli vuorotellen äänilähteestä tulevan ilman kondensaatioiden ja harvinaisuuksien kautta.

Ääniaalto, kuten muutkin mekaaniset aallot, ei etene avaruudessa välittömästi, vaan tietyllä nopeudella. Tämä näkyy esimerkiksi tarkkailemalla aseen laukaisua kaukaa. Ensin näemme tulta ja savua, ja sitten hetken kuluttua kuulemme laukauksen äänen. Savua ilmaantuu samaan aikaan kun ensimmäinen äänivärähtely tapahtuu. Mittaamalla aikaväli t äänen esiintymishetkestä (hetki, jolloin savu ilmestyy) ja hetken, jolloin se saavuttaa korvan, voidaan määrittää äänen etenemisnopeus:

Mittaukset osoittavat, että äänen nopeus ilmassa 0 °C ja normaali ilmakehän paine on yhtä suuri kuin 332 m/s.

Äänen nopeus kaasuissa on sitä suurempi, mitä korkeampi on niiden lämpötila. Esimerkiksi 20 °C:ssa äänen nopeus ilmassa on 343 m/s, 60 °C:ssa - 366 m/s, 100 °C:ssa - 387 m/s. Tämä selittyy sillä, että lämpötilan noustessa kaasujen elastisuus kasvaa, ja mitä suurempia elastisia voimia syntyy väliaineessa sen muodonmuutoksen aikana, sitä suurempi on hiukkasten liikkuvuus ja sitä nopeammin värähtelyt siirtyvät yhdestä pisteestä toiseen. toinen.

Äänen nopeus riippuu myös sen väliaineen ominaisuuksista, jossa ääni etenee. Esimerkiksi 0 °C:ssa äänen nopeus vedyssä on 1284 m/s, ja hiilidioksidi- 259 m/s, koska vetymolekyylit ovat vähemmän massiivisia ja vähemmän inerttejä.

Nykyään äänen nopeus voidaan mitata missä tahansa ympäristössä.

Nesteiden ja kiinteiden aineiden molekyylit ovat lähempänä toisiaan ja vuorovaikuttavat voimakkaammin kuin kaasumolekyylit. Siksi äänen nopeus nestemäisissä ja kiinteissä väliaineissa on suurempi kuin kaasumaisissa väliaineissa.

Koska ääni on aalto, äänen nopeuden määrittämiseen voit käyttää kaavan V = s / t lisäksi tuntemiasi kaavoja: V = λ / T ja V = vλ. Tehtäviä ratkaistaessa äänen nopeudeksi ilmassa katsotaan yleensä 340 m/s.

Kysymyksiä

1. Mikä on kuvassa 80 esitetyn kokeen tarkoitus? Kuvaa, miten tämä koe suoritetaan ja mitä johtopäätöksiä siitä seuraa.
2. Voiko ääni levitä kaasuissa, nesteissä, kiinteissä aineissa? Tue vastauksiasi esimerkeillä.
3. Kumpi runko johtaa ääntä paremmin - elastinen vai huokoinen? Anna esimerkkejä elastisista ja huokoisista kappaleista.
4. Millainen aalto - pitkittäinen tai poikittais - on ilmassa etenevä ääni; vedessä?
5. Anna esimerkki, joka osoittaa, että ääniaalto ei etene välittömästi, vaan tietyllä nopeudella.

Harjoitus 30

1. Kuuluuko Kuussa tapahtuvan massiivisen räjähdyksen ääni maan päällä? Perustele vastaus.
2. Jos sitot saippualevyn puolikkaan langan kumpaankin päähän, niin tällaisen puhelimen avulla voit jopa kuiskata eri huoneissa. Selitä ilmiö.
3. Määritä äänen nopeus vedessä, jos 0,002 s jaksolla värähtelevä lähde herättää vedessä 2,9 m pitkiä aaltoja.
4. Määritä 725 Hz:n ääniaallon aallonpituus ilmassa, vedessä ja lasissa.
5. Pitkän metalliputken toiseen päähän osui kerran vasaralla. Eteneekö iskusta tuleva ääni putken toiseen päähän metallin läpi? putken sisällä olevan ilman läpi? Kuinka monta iskua putken toisessa päässä seisova kuulee?
6. Tarkkailija seisoo lähellä suoraa osaa rautatie, Näin höyryä kaukaa kulkevan höyryveturin pillin yläpuolella. 2 s kuluttua höyryn ilmestymisestä hän kuuli pillin äänen ja 34 s kuluttua höyryveturi ohitti tarkkailijan. Määritä veturin nopeus.

Äänen etenemisen peruslakeja ovat sen heijastumisen ja taittumisen lait eri välineiden rajoilla sekä äänen diffraktio ja sironta esteiden ja epähomogeenisuuksien esiintyessä väliaineessa ja välineiden välisissä rajapinnoissa.

Äänen etenemisetäisyyteen vaikuttaa äänen absorptiotekijä eli ääniaaltoenergian palautumaton siirtyminen muun tyyppiseksi energiaksi, erityisesti lämmöksi. Tärkeä tekijä on myös säteilyn suunta ja äänen etenemisnopeus, joka riippuu väliaineesta ja sen erityistilasta.

Akustiset aallot etenevät äänilähteestä kaikkiin suuntiin. Jos ääniaalto kulkee suhteellisen pienen reiän läpi, se etenee kaikkiin suuntiin, eikä kulje suunnatussa säteessä. Esimerkiksi avoimesta ikkunasta huoneeseen tunkeutuvat kadun äänet kuuluvat sen kaikissa kohdissa, eivät vain ikkunaa vasten.

Ääniaaltojen etenemisen luonne esteessä riippuu esteen mittojen ja aallonpituuden välisestä suhteesta. Jos esteen mitat ovat pienet verrattuna aallonpituuteen, aalto virtaa tämän esteen ympäri ja etenee kaikkiin suuntiin.

Väliaineesta toiseen tunkeutuvat ääniaallot poikkeavat alkuperäisestä suunnastaan, eli ne taittuvat. Taitekulma voi olla suurempi tai pienempi kuin tulokulma. Se riippuu siitä, mistä mediasta ääni tulee. Jos äänen nopeus toisessa väliaineessa on suurempi, taitekulma on suurempi kuin tulokulma ja päinvastoin.

Kohtaaessaan matkallaan esteen, ääniaallot heijastuvat siitä tiukasti määritellyn säännön - heijastuskulman - mukaisesti yhtä suuri kuin kulma putoaminen - kaiun käsite liittyy tähän. Jos ääni heijastuu useilta pinnoilta eri etäisyyksillä, syntyy useita kaikuja.

Ääni etenee hajaantuvan palloaallon muodossa, joka täyttää yhä suuremman tilavuuden. Etäisyyden kasvaessa väliaineen hiukkasten värähtelyt heikkenevät ja ääni haihtuu. Tiedetään, että lähetysetäisyyden lisäämiseksi ääni on keskitettävä tiettyyn suuntaan. Kun haluamme esimerkiksi tulla kuulluksi, laitamme kätemme suullemme tai käytämme suukappaletta.

Diffraktiolla eli äänisäteiden taivutuksella on suuri vaikutus äänen etenemisalueeseen. Mitä heterogeenisempi väliaine, sitä enemmän äänikeila on taipunut ja sitä lyhyempi äänen etenemisetäisyys.

äänen leviäminen

Ääniaallot voivat kulkea ilman, kaasujen, nesteiden ja kiinteät aineet. Aallot eivät muodostu ilmattomassa tilassa. Tämä on helppo nähdä yksinkertaisella kokeella. Jos sähkökello asetetaan ilmatiiviin korkin alle, josta ilma poistetaan, emme kuule ääntä. Mutta heti kun korkki on täynnä ilmaa, kuuluu ääntä.

Värähtelyliikkeiden etenemisnopeus hiukkasesta hiukkaseen riippuu väliaineesta. Muinaisina aikoina soturit laittoivat korvansa maahan ja löysivät näin vihollisen ratsuväen paljon aikaisemmin kuin se näkyi. Ja kuuluisa tiedemies Leonardo da Vinci kirjoitti 1400-luvulla: "Jos sinä merellä lasket putken reiän veteen ja laitat toisen pään korvallesi, kuulet laivojen melun hyvin kaukana merestä. sinä."

Milanon tiedeakatemia mittasi äänen nopeuden ilmassa ensimmäisen kerran 1600-luvulla. Yhdelle kukkulalle oli asennettu tykki ja toiselle havaintopiste. Kellonaika tallennettiin sekä kuvaushetkellä (salamalla) että äänen vastaanottohetkellä. Tarkkailupisteen ja aseen välisen etäisyyden ja signaalin alkamisajan perusteella äänen etenemisnopeutta ei ollut enää vaikea laskea. Se osoittautui yhtä suureksi kuin 330 metriä sekunnissa.

Vedessä äänen etenemisnopeus mitattiin ensimmäisen kerran vuonna 1827 Genevejärvellä. Kaksi venettä olivat toisistaan ​​13847 metrin etäisyydellä. Ensimmäisessä pohjan alle ripustettiin kello ja toisessa yksinkertainen hydrofoni (torvi) laskettiin veteen. Ensimmäisessä veneessä kellon lyönnin yhteydessä sytytettiin ruuti tuleen, toisella tarkkailijalla hän käynnisti välähdyksen hetkellä sekuntikellon ja alkoi odottaa kellon äänimerkin saapumista. . Kävi ilmi, että ääni kulkee vedessä yli 4 kertaa nopeammin kuin ilmassa, ts. nopeudella 1450 metriä sekunnissa.

Äänen etenemisnopeus

Mitä suurempi väliaineen elastisuus on, sitä suurempi nopeus: kumissa50, ilmassa330, vedessä 1450 ja teräksessä - 5000 metriä sekunnissa. Jos me, jotka olimme Moskovassa, voisimme huutaa niin kovaa, että ääni yltää Pietariin, niin meidät kuullaan siellä vain puolessa tunnissa, ja jos ääni leviäisi saman matkan teräksessä, se vastaanotetaan kahdessa minuutissa. .

Äänen etenemisnopeuteen vaikuttaa saman väliaineen tila. Kun sanomme, että ääni kulkee vedessä nopeudella 1450 metriä sekunnissa, se ei tarkoita ollenkaan sitä missä tahansa vedessä ja missään olosuhteissa. Veden lämpötilan ja suolapitoisuuden noustessa sekä syvyyden lisääntyessä ja näin ollen hydrostaattinen paineäänen nopeus kasvaa. Tai ota terästä. Tässäkin äänen nopeus riippuu sekä lämpötilasta että teräksen laadullisesta koostumuksesta: mitä enemmän se sisältää hiiltä, ​​sitä kovempi se on, sitä nopeammin ääni kulkee siinä.

Kohtaaessaan esteen tiellään, ääniaallot heijastuvat siitä tiukasti tietty sääntö: Heijastuskulma on yhtä suuri kuin tulokulma. Ilmasta tulevat ääniaallot heijastuvat lähes kokonaan ylös veden pinnalta ja vedessä olevasta lähteestä tulevat ääniaallot heijastuvat siitä alaspäin.

Väliaineesta toiseen tunkeutuvat ääniaallot poikkeavat alkuperäisestä asemastaan, ts. ovat taittuneet. Taitekulma voi olla suurempi tai pienempi kuin tulokulma. Se riippuu väliaineesta, josta ääni tunkeutuu. Jos äänen nopeus toisessa väliaineessa on suurempi kuin ensimmäisessä, taitekulma on suurempi kuin tulokulma ja päinvastoin.

Ilmassa ääniaallot etenevät hajaantuvan palloaallon muodossa, joka täyttää yhä suuremman tilavuuden, kun äänilähteiden aiheuttamat hiukkasvärähtelyt siirtyvät ilmamassaan. Etäisyyden kasvaessa hiukkasten värähtelyt kuitenkin heikkenevät. Tiedetään, että lähetysetäisyyden lisäämiseksi ääni on keskitettävä tiettyyn suuntaan. Kun haluamme tulla kuulluiksi paremmin, laitamme kämmenemme suullemme tai käytämme torvea. Tässä tapauksessa ääni vaimenee vähemmän ja ääniaallot etenevät edelleen.

Seinämän paksuuden kasvaessa kaikuluotain matalilla keskitaajuuksilla kasvaa, mutta kaikuluotaimen tukehtumista aiheuttava "kavala" yhteensattumaresonanssi alkaa ilmaantua alemmilla taajuuksilla ja vangitsee laajemman alueen niistä.