Օրինակելի հարցեր ձայնային ալիքների կիրառությունների վերաբերյալ

Հնչյունային ալիքների կիրառման հարցերի օրինակ

Ձայնային ալիքները տարածված երևույթ են առօրյա կյանքում: Առավոտյան զարթուցիչի ձայնից մինչև բանավոր հաղորդակցությունը, ձայնը կարևոր դեր է խաղում մարդու կյանքում: Ֆիզիկայում ձայնային ալիքները խորությամբ ուսումնասիրվում են՝ դրանց բնութագրերը, վարքագիծը և կիրառությունները տարբեր ոլորտներում հասկանալու համար: Այս հոդվածում կքննարկվեն ձայնային ալիքների կիրառման մի քանի օրինակներ՝ այս թեման ավելի լավ հասկանալու համար:

Ձայնային ալիքների հասկացողությունը

Մինչև օրինակելի հարցերի մեջ մտնելը, եկեք վերանայենք, թե ինչ են ձայնային ալիքները: Ձայնային ալիքները մեխանիկական ալիքներ են, որոնք տարածվում են առաձգական միջավայրերում, ինչպիսիք են օդը, ջուրը կամ պինդ նյութերը: Ձայնը առաջանում է առարկայի տատանումից, որը շրջակա միջավայրում ճնշման փոփոխություն է առաջացնում, և այս փոփոխությունը տարածվում է որպես ալիք:

Ձայնային ալիքներն ունեն այնպիսի բնութագրեր, ինչպիսիք են հաճախականությունը, ալիքի երկարությունը, արագությունը և ամպլիտուդը։ Ձայնային ալիքի հաճախականությունը որոշում է, թե որքան բարձր կամ ցածր է ձայնը, չափվում է հերցերով (Հց), մինչդեռ ամպլիտուդը որոշում է, թե որքան բարձր է ձայնը։

Հնչյունային ալիքների կիրառման հարցերի օրինակ

Հետևյալ նմուշային հարցերը նախատեսված են ձայնային ալիքների սկզբունքների կիրառման ըմբռնումը ստուգելու համար իրական աշխարհի տարբեր իրավիճակներում։

Հարց 1. Դոպլերի էֆեկտը շտապօգնության սիրենների վրա

Հարց. Դիտորդը կանգնած է ճանապարհի եզրին, երբ շտապօգնության մեքենան շարժվում է 30 մ/վ արագությամբ: Եթե օդում ձայնի արագությունը 340 մ/վ է, իսկ սիրենայի իրական հաճախականությունը՝ 1000 Հց, ապա որքա՞ն սիրենայի հաճախականություն է լսում դիտորդը, երբ շտապօգնության մեքենան մոտենում և հեռանում է նրանից:

Բացատրություն՝ Այս հարցում օգտագործվում է Դոպլերի էֆեկտի հասկացությունը, որը դիտորդի կողմից ընդունվող ձայնային ալիքների հաճախականության փոփոխությունն է՝ պայմանավորված ձայնի աղբյուրի և դիտորդի հարաբերական շարժմամբ։

Ջավաբան.

1. Երբ շտապօգնության մեքենան մոտենում է դիտորդին.
\[
f' = f (v + v_0}{v – v_s})
\]
որտեղ՝ f'-ն լսվող հաճախականությունն է, f-ն՝ աղբյուրի հաճախականությունը, v-ն՝ ձայնի արագությունը, v-ն՝ դիտորդի արագությունը (այս դեպքում՝ 0, քանի որ դիտորդը անշարժ է), իսկ v-ն՝ աղբյուրի արագությունը (շտապօգնության մեքենան)։
\[
f' = 1000 (\frac{340}{340 – 30}\right) մոտավորապես 1093 Հց
\]

2. Երբ շտապօգնության մեքենան հեռանում է.
\[
f' = f (v – v_0}{v + v_s})
\]
\[
f' = 1000 (340) մոտավորապես 915 Հց
\]

Հարց 2. Ռեզոնանս բաց խողովակում

Հարց՝ Երկու ծայրերից բացված երգեհոնի խողովակի երկարությունը 85 սմ է։ Որքա՞ն է այս խողովակի հիմնական հաճախականությունը, եթե օդում ձայնի արագությունը 340 մ/վ է։

Բացատրություն՝ Բաց խողովակում ռեզոնանս է առաջանում, երբ խողովակի երկարությունը ալիքի երկարության կեսի բազմապատիկն է։ Հիմնարար տոնի դեպքում խողովակի երկարությունը հավասար է ալիքի երկարության կեսին (\(\lambda/2\)):

Ջավաբան.

1. Հիմնարար տոնի (հիմնարար հաճախականության) \(\lambda\) երկարությունը հետևյալն է՝
\[
լամբդա = 2 լ = 2 անգամ 0.85 մ = 1.7 մ
\]

2. Հաճախականությունը (\(f\)) հաշվարկվում է հետևյալ բանաձևով.
\[
f = \frac{v}{\lambda} = \frac{340}{1.7} մոտավորապես 200 \text{Hz}
\]

Հարց 3. Ձայնի ինտենսիվությունը և ինտենսիվության մակարդակները

Հարց. Մեքենան արձակում է 0.5 Վտ հզորությամբ ձայն: Եթե մեքենան տեղադրված է 10 մ կողմ ունեցող փակ խորանարդաձև սենյակում, որքա՞ն է ձայնի ինտենսիվության մակարդակը սենյակի կենտրոնում: Ենթադրենք, որ ամբողջ ձայնային հզորությունը հավասարաչափ արձակվում է բոլոր ուղղություններով:

Բացատրություն՝ Ձայնի ինտենսիվությունը (\(I\)) մակերեսի միավորի հզորությունն է։ Ձայնի ինտենսիվության մակարդակը (\(L\)) չափվում է դեցիբելներով (dB)։

Ջավաբան.

1. Հաշվարկեք ձայնի ինտենսիվությունը.
\[
I = \frac{P}{A} = \frac{0.5}{4\pi r^2}
\]
Սենյակի կենտրոնում \(r\)-ն խորանարդի կողմի կեսն է (5 մ):
\[
I = \frac{0.5}{4\pi (5)^2} = \frac{0.5}{314} մոտավորապես 0.00159 \text{ Վտ/մ}^2
\]

2. Հաշվարկեք ձայնի ինտենսիվության մակարդակը (\(L\)) դԲ-ով։
\[
L = 10 \log_{10} \left(\frac{I}{I_0}\right)
\]
որտեղ \(I_0 = 1 \times 10^{-12} \text{ Վտ/մ}^2\)-ն հաշվարկային ինտենսիվությունն է։
\[
L = 10 \log_{10} \left(\frac{0.00159}{1 \times 10^{-12}}\right) \approx 92.02 \text{dB}
\]

Եզրակացություն

Ձայնային ալիքները կենսական դեր են խաղում բազմաթիվ ոլորտներում, և դրանց կիրառությունների ըմբռնումը կարևոր է գիտության և տեխնոլոգիայի մեջ: Վերը նշվածի նման օրինակներն ուսումնասիրելով՝ մենք կարող ենք ավելի լավ հասկանալ, թե ինչպես է ձայնային ալիքների տեսությունը կիրառվում իրական աշխարհի իրավիճակներում, ինչպիսիք են Դոպլերի էֆեկտը, երաժշտական ​​գործիքների ռեզոնանսը և ձայնի ինտենսիվության չափումը:

Որպես այս ոլորտի ուսանող կամ մասնագետ, հիմնական հասկացությունների և դրանց կիրառությունների լավ ըմբռնումը կնպաստի ձայնի և ակուստիկայի հետ կապված խնդիրների լուծմանը և տեխնոլոգիական նորարարություններին։