Charakteristiky zvukovej energie, typy, použitia, výhody, príklady

Ten Energia o Akustika je taká, ktorá prepravuje zvukové vlny, keď sa šíria v médiu, ktorým môže byť plyn, ako je vzduch, kvapalina alebo tuhá látka. Ľudské bytosti a mnoho zvierat využívajú akustickú energiu na vzťah k životnému prostrediu.

Z tohto dôvodu majú špecializované orgány, napríklad hlasivky, schopné produkovať vibrácie. Tieto vibrácie sa prepravujú vo vzduchu, aby sa za ich interpretáciu dosiahli ďalšie špecializované orgány zodpovedné.

Akustická energia sa prekladá do hudby prostredníctvom klarinetového zvuku. Zdroj: Pixabay

Vibrácie spôsobujú nasledujúce kompresie a expanzie vo vzduchu alebo médiu obklopujúceho zdroj, ktoré sa šíria určitou rýchlosťou. Nejde o častice, ktoré cestujú, ale sú obmedzené na oscilovanie vzhľadom na ich rovnovážnu polohu. Narušenie je to, čo sa prenáša.

Teraz, ako je známe, objekty, ktoré sa pohybujú, majú energiu. Takisto vlny, keď cestujú v strede, nesie energiu spojenú s pohybom častíc (kinetická energia) a tiež energia, ktorá vnútorne povedala médium, známa ako potenciálna energia.

[TOC]

Charakteristika

Ako je známe, objekty, ktoré sa pohybujú, majú energiu. Takže vlny, keď cestujú uprostred, nesie so sebou energiu spojenú s pohybom častíc (kinetická energia) a tiež deformačná energia potenciálneho prostredia alebo energie.

Za predpokladu veľmi malej časti média, ktorým môže byť vzduch, každá častica s rýchlosťou alebo, Má kinetickú energiu Klimatizovať daná:

K = ½ mu²

Častica má navyše potenciálnu energiu Alebo čo závisí od zmeny objemu, ktorú prežíva, je to Vola Počiatočný objem, Vložka Konečný zväzok a p Tlak, ktorý závisí od polohy a času:

Negatívny znak naznačuje zvýšenie potenciálnej energie, pretože vlna šírením funguje na objemovom prvku DV Pri jeho komprimovaní vďaka pozitívnemu akustickému tlaku.

Hmotnosť tekutého prvku z hľadiska počiatočnej hustoty ρ_ani a počiatočný objem Vložka_ani je:

m_ani= ρ_aniVložka_ani

A ako sa koná cesto (zásada hromadnej ochrany):

ρv = ρ_aniVložka_ani = konštantný

Preto celková energia zostáva nasledovne:

Výpočet potenciálnej energie

Integrál je možné vyriešiť pomocou zásady ochrany hmotnosti

m_ani = m_F

Derivát konštanty je 0, takže (ρV) ' = 0. Preto:

Dv = (-v/ρ) dρ

Isaac Newton zistil, že:

(dp/dρ) = c²

Kde c predstavuje rýchlosť zvuku v príslušnej tekutine. Nahradením vyššie uvedeného sa získa potenciálna energia média:

Nakoniec je celková akustická energia objemového prvku vyjadrená ako:

Pre plochú vlnu je pravda, že: P =  ± (ρc) u, Preto energia zostáva:

Ako vždy, energia sa meria v jouloch, v medzinárodnom systéme. Je ľahké overiť, či predchádzajúci výsledok má energetické rozmery (n.M = joule).

Áno_p už_vložka Toto sú amplitúdy tlaku a vlny rýchlosti, priemerná energia ε zvukovej vlny je:

Intenzita zvuku

Zvuk sa dá charakterizovať veľkosťou nazývanou intenzita.

Intenzita zvuku je definovaná ako energia, ktorá sa vyskytuje za sekundu cez povrchovú jednotku, ktorá je kolmá na smer šírenia zvuku.

Ako energia na jednotku času je sila P, intenzita zvuku Jo Dá sa vyjadriť ako:

Môže vám slúžiť: Durometer: Na čo je to, ako funguje, časti, typy

Kde A je priemerná energia, Do je oblasť a tón Je čas. Ak má sférický povrch rádia R obklopovať Sonora Fuente, ktorej oblasť je 4πr², Intenzita zvuku zostáva:

Chlapci

Každý typ zvukovej vlny má charakteristickú frekvenciu a nesie určitú energiu. To všetko určuje jeho akustické správanie. Pretože zvuk je pre ľudský život taký dôležitý, typy zvukov sú klasifikované do troch veľkých skupín podľa počuteľného frekvenčného rozsahu pre ľudí:

- Infrasonido, ktorého frekvencia je menšia ako 20 Hz.

- Zvukové spektrum s frekvenciami v rozmedzí od 20:00 do 20.000 Hz.

- Ultrazvuk s frekvenciami vyššími ako 20.000 Hz.

Tón zvuku, to znamená, ak je akútny, vážny alebo stredný, závisí od frekvencie. Najnižšie frekvencie sa interpretujú ako závažné zvuky, približne medzi 20 a 400 Hz.

Frekvencie medzi 400 a 1600 Hz sa považujú za stredné tóny, zatiaľ čo akútny rozsah od 1600 do 20.000 Hz. Akútne zvuky sú ľahké a prenikajú, zatiaľ čo basy sú vnímané ako hlbšie a oneskorené.

Zvuky, ktoré sú počuť denne, sú zložité prekrytia zvukov s rôznymi ďalšími frekvenciami.

Zvuk má iné vlastnosti okrem frekvencie, ktoré môžu slúžiť ako kritériá pre ich klasifikáciu. Príkladom sú zvonček, trvanie a intenzita.

Ekvalizér pozostáva z filtrov, ktoré eliminujú hluk a zvyšujú určité frekvencie na zlepšenie kvality zvuku. Zdroj: Pixabay.

Hluk

Je tiež dôležité rozlišovať medzi požadovanými a nežiaducimi zvukmi alebo hlukom. Pretože sa vždy snaží eliminovať hluk, je to klasifikované podľa intenzity a obdobia v:

- Nepretržitý hluk.

- Kolísavý hluk.

- Impulzívny hluk.

Alebo farbami, spojené s jeho frekvenciou:

- Ružový hluk (podobný A “Ššhhhhh”).

- Biely hluk (podobný A “psssss”).

- Hnedý hluk (Robert Brown, objavca Brownovho pohybu, je hluk, ktorý výrazne uprednostňuje nízke frekvencie).

Žiadosti

Použitie dané akustickou energiou závisí od typu zvukovej vlny, ktorá sa používa. V rozsahu zvukových vĺn je univerzálne použitie zvuku umožňujúce úzku komunikáciu, nielen medzi ľuďmi, pretože zvieratá tiež komunikujú emitingové zvuky.

Zvuky sú všestranné. Každý sa líši podľa zdroja, ktorý ho emituje. Týmto spôsobom je rozmanitosť zvukov v prírode nekonečná: každý ľudský hlas je iný, ako aj charakteristické zvuky, ktoré zvierací druhy používajú na vzájomnú komunikáciu.

Mnoho zvierat využíva zvukovú energiu na umiestnenie vo vesmíre a tiež na zachytenie svojej koristi. Emitujú akustické signály a majú receptorové orgány, ktoré analyzujú odrazené signály. Týmto spôsobom dostávajú informácie o vzdialenostiach.

Ľudské bytosti nemajú orgány potrebné na používanie Sonic Energy týmto spôsobom. Vytvorili však usmerňovacie zariadenia, ako je Sónar, založené na tých istých zásadách, na uľahčenie navigácie.

Na druhej strane, ultrazvuk sú zvukové vlny, ktorých aplikácie sú dobre známe. V medicíne sa používajú na získanie obrazov z interiéru ľudského tela. Sú tiež súčasťou liečby niektorých stavov, ako je napríklad Lumbago a šľacha.

Niektoré aplikácie akustickej energie

- S vysokoenergetickým ultrazvukom, kameňmi alebo výpočtami, ktoré sa tvoria v obličkách a žlčníku, môžu byť zničené z dôvodu zrážok minerálnych solí v týchto orgánoch.

Môže vám slúžiť: oxid kremíka (SiO2): štruktúra, vlastnosti, použitia, získanie

- V geofyzikách sa ultrazvuk používa ako metódy prieskumu. Jeho zásady sú podobné ako v prípade seizmických metód. Môžu sa použiť v aplikáciách, ktoré siahajú od určenia tvaru oceánskej reliéfy až po svedkov, až po výpočet elastických modulov.

- V potravinárskej technológii sa používajú na odstránenie mikroorganizmov odolných voči vysokým teplotám, ako aj na zlepšenie niektorých textúr a vlastností potravín.

Výhody

Akustická energia má výhody, ktoré sú z veľkej časti spôsobené jeho nízkym rozsahom. Napríklad nie je drahé produkovať a nevytvára chemické alebo iné typy, pretože sa rýchlo rozptýli v strede.

Pokiaľ ide o akustické zdroje energie, sú početné. Každý objekt schopný vibrácie sa môže stať zdrojom zvuku.

Ak sa používa v lekárskych aplikáciách, napríklad získanie obrázkov ultrazvukom, má tú výhodu, že nepoužíva ionizujúce žiarenie, ako je X -Rays alebo tomografia. Je pravda, že ionizujúce žiarenie môže spôsobiť poškodenie buniek.

Ich použitie si vyžaduje aj opatrenia na ochranu, ktoré sú potrebné pri použití ionizujúceho žiarenia. Tímy sú tiež lacnejšie.

Ultrazvuková energia je tiež neinvazívnou metódou na odstránenie vyššie uvedených výpočtov obličiek a žlče, čím sa vyhýbajú chirurgickým zákrokom.

V zásade nevytvára kontamináciu ani vo vzduchu alebo vo vodách. Je však známe, že v moriach dochádza k znečisteniu hluku, kvôli ľudským činnostiam, ako je intenzívny rybolov, geofyzikálne prieskumy a preprava.

Nevýhody

Je ťažké premýšľať o nevýhodách, že jav tak prirodzený, ako môže mať zvuk.

Jedným z mála je to, že zvuky veľkej intenzity môžu poškodiť štruktúru ušného bubienka a postupom času spôsobujú, že ľudia neustále vystavujú svoju citlivosť.

Veľmi hlučné prostredie nakoniec spôsobujú stres a nepohodlie u ľudí. Ďalšou nevýhodou je možno skutočnosť, že akustická energia neslúži na pohyb objektov, pričom je veľmi ťažké využiť vibrácie na ovplyvnenie pevných predmetov.

Je to preto, že zvuk vždy vyžaduje existenciu prostriedkov na šírenie, a preto je ľahko oslabený. To znamená, že zvuková energia je absorbovaná v strede rýchlejšie ako energia iných typov vĺn, napríklad elektromagneta.

Z tohto dôvodu je energia zvukových vĺn pomerne krátka vo vzduchu. Zvuk je absorbovaný štruktúrami a objektmi, keď sa šíri, a jeho energia sa postupne rozptyľuje v horúčave.

Samozrejme to súvisí so zachovaním energie: Energia nie je zničená, ale zmeny tvaru. Vibrácie molekúl vo vzduchu sa nielen transformujú na zmeny tlaku, ktoré vedú k zvuku. Vibrácie tiež spôsobujú teplo.

Absorpcia zvuku v materiáloch

Keď zvukové vlny ovplyvňujú materiál, ako je napríklad tehlová stena, odráža sa časť energie. Ďalšia časť sa rozptyľuje v teple vďaka molekulárnej vibrácii vzduchu a materiálu; A nakoniec zostávajúca frakcia prekročí materiál.

Zvukové vlny sa teda môžu odrážať rovnakým spôsobom ako svetlo. Odraz zvuku je známy ako „Echo“. Čím pevnejší a rovnomernejší povrch, tým väčšia je kapacita odrážania.

Môže vám slúžiť: červený trpaslík

V skutočnosti existujú povrchy, ktoré sú schopné produkovať viac odrazov nazývané Dozvuky. Zvyčajne sa to vyskytuje v malých priestoroch a zabráni sa im umiestňovaním izolačného materiálu, takže vlny emitované a tie, ktoré sa odrážajú.

Počas svojho šírenia bude akustická vlna zažiť všetky tieto nasledujúce straty, až kým sa energia nakoniec úplne absorbuje uprostred. Čo znamená, že sa transformoval na kalorickú energiu.

Existuje veľkosť na kvantifikáciu schopnosti materiálu absorbovať zvuk. Sa nazýva absorpčný koeficient. Označuje sa ako α a je to dôvod medzi absorbovaná energia A_Absencia a incident A_Inc, Všetky odkazujúce na predmetný materiál. Matematicky vyjadruje takto:

α = e_Absencia/A_Inc

Maximálna hodnota a je 1 (úplne absorbuje zvuk) a minimum je 0 (nech je zvukový prejdený všetok zvuk).

Zvuk môže byť nevýhodou pri mnohých príležitostiach, keď sa uprednostňuje ticho. Napríklad, autá sú inštalované tlmiče, aby sa tlmil hluk motora. Do iných zariadení, ako sú vodné čerpadlá a elektrické rastliny.

Akustická izolácia je dôležitá v záznamovej štúdii. Zdroj: Pixabay.

Príklady zvukovej energie

Zvuková energia je všade. Tu je jednoduchý príklad, ktorý ilustruje vlastnosti zvuku a jeho energie z kvantitatívneho hľadiska.

Cvičenie

0,1 g pin hmoty padá z výšky 1 m. Za predpokladu, že 0,05 % svojej energie sa stáva zvukovým impulzom trvania 0.1 s, odhadnite, aká je maximálna vzdialenosť, v ktorej je možné počuť pád kolíka. Vezmite ako minimálnu intenzitu zvuku zvuku 10^-8 W/m².

Riešenie

Použije sa rovnica predtým uvedená na intenzitu zvuku:

Dobrou otázkou je, odkiaľ v tomto prípade pochádza energia zvuku, ktorú intenzita zisťuje ľudské ucho.

Odpoveď je v gravitačnej potenciálnej energii. Presne preto, že kolík spadá z určitej výšky, na ktorú mal potenciálnu energiu, pretože padá, transformuje túto energiu na kinetickú energiu.

A keď ovplyvní zem, energia sa prenáša na molekuly vzduchu, ktoré obklopujú miesto pádu, čo spôsobuje vznik zvuku.

Gravitačný potenciál Alebo je:

U = mgh

Kde m Je to cesto kolíka, g Je to zrýchlenie gravitácie a h Je to výška, z ktorej padla. Nahradenie týchto číselných hodnôt, ale nie pred uskutočnením zodpovedajúcich konverzií v medzinárodnom systéme jednotiek, máte:

U = 0.1 x 10^-3 x 9.8 x 1 j = 0.00098 J

Vyhlásenie hovorí, že z tejto energie, iba 0.05 % sa transformuje tak, aby vznikla zvukovým pulzom, to znamená, do kolíka Tintineo, keď sa stretne s podlahou. Preto zvuková energia je:

A_znieť= 4.9 x 10^-7 J

Z rovnice intenzity sa rádio vymaže R a hodnoty zvukovej energie sú nahradené a_znieť A čas, ktorý trval pulz: 0.1 s podľa vyhlásenia.

Preto je maximálna vzdialenosť, na ktorú bude spadol kolík počuteľný, je 6.24 m okolo.

Odkazy

1. Giancoli, D.  2006. Fyzika: Princípy s aplikáciami. Šieste vydanie. Sála. 332 - 359.
2. Kinsler, L. (2000). Základy akustiky. 4. vydanie. Wiley & Sons. 124-125.