Taratasy Fizika momba ny Onjan-peo
Pendahuan
Zava-mitranga ara-batana mifandray akaiky amin'ny fiainana andavanandro ny onjam-peo. Ny feo dia ahafahan'ny olombelona mifandray amin'ny alalan'ny resaka, mankafy mozika, ary mampiasa teknolojia toy ny telefaona, sonar, ary fitaovana ultrasonika amin'ny fitsaboana. Ara-batana, ny feo dia onja mekanika izay mitaky fitaovana iray mba hielezany, mifanohitra amin'ny onja elektromagnetika toy ny hazavana izay afaka miely ao anaty banga. Fahatakarana ny onjam-peo mandrakotra ny fomba fiforonan'ny feo, ny fomba fiparitahan'ny feo, ireo anton-javatra izay misy fiantraikany amin'ny hafainganam-pandehan'ny fiparitahana, ary ireo toetra mamaritra ny haavon'ny feo sy ny tanjaky ny feo. Ity lahatsoratra ity dia miresaka momba ny foto-kevitra fototra momba ny onja feo, fampitoviana manan-danja, ary ny sasany amin'ny fampiharana azy ireo.
Hevitra fototra Onja feo
Tafiditra ao anatin'izany ny onjam-peo onja mekanika Mihodinkodina. Antsoina hoe mekanika izy io satria mitaky fitaovana (rivotra, rano, na zavatra mivaingana), ary antsoina hoe mihodinkodina satria mifanitsy amin'ny lalana iparitahan'ny onja ny fihovitrovitra ataon'ny poti-javatra. Rehefa mihovitrovitra ny loharanon-peo—ohatra, fork fanitsiana na fonon'ny mpandahateny—dia miteraka famoretana sy fihenan'ny feo manodidina ny hovitrovitra. Io lamina fihenan'ny feo sy fihenan'ny feo io dia miparitaka ho onjam-peo.
Manana habe manan-danja maromaro ny feo, anisan'izany ny matetika, ny fe-potoana, ny halavan'ny onjam-peo, ary ny hafainganam-pandeha. Ny matetika (f) dia manondro ny isan'ny hovitrovitra isan-tsegondra amin'ny hertz (Hz). Ny fe-potoana (T) dia ny fotoana isian'ny hovitrovitra iray, ka mihatra izao fifandraisana manaraka izao:
f = 1/T.
Ny halavan'ny onja (λ) dia ny elanelana misy eo amin'ny famoretana roa mifanesy na ny fanitarana roa mifanesy, raha toa kosa ny hafainganam-pandehan'ny onja (v) dia mahafeno ny fampitoviana onja ankapobeny:
v = λ f.
Ity fampitoviana ity dia mampiseho fa ho an'ny fitaovana iray manokana, ny hafainganam-pandehan'ny fiparitahana dia azo heverina ho tsy miova (ao anatin'ny fepetra sasany), ka ny halavan'ny onjam-peo dia mifanandrify mivadika amin'ny matetika.
Hafainganam-pandehan'ny feo sy ireo anton-javatra izay misy fiantraikany amin'izany
Miankina betsaka amin'ny toetran'ny zavatra ampiasaina ny hafainganam-pandehan'ny feo. Amin'ny ankapobeny, ny feo dia mandeha haingana indrindra amin'ny zavatra mivaingana, avy eo amin'ny ranoka, ary miadana indrindra amin'ny entona. Mifandray amin'ny hakitroky sy ny elastika amin'ny zavatra ampiasaina izany. Ny zavatra mivaingana dia manana elastika avo lenta, ka mamela ny hovitrovitra hiparitaka haingana kokoa.
Eo amin'ny rivotra amin'ny 0°C, ny hafainganam-pandehan'ny feo dia eo amin'ny 331 m/s eo ho eo. Mitombo ny hafainganam-pandehan'ny feo eny amin'ny rivotra miaraka amin'ny fiakaran'ny mari-pana, izay matetika tombanana amin'ny alalan'ny raikipohy:
v ≈ 331 + 0,6T
miaraka amin'ny T amin'ny °C. Midika izany fa amin'ny 20°C ny hafainganam-pandehan'ny feo dia eo amin'ny 331 + 0,6(20) = 343 m/s eo ho eo. Misy fiantraikany amin'ny hafainganam-pandeha ihany koa ny anton-javatra hafa toy ny hamandoana satria manova ny hakitroky ny rivotra izy ireo. Ny rivotra mando kokoa dia mirona hampitombo kely ny hafainganam-pandehan'ny feo raha oharina amin'ny rivotra maina.
Haavon'ny feo sy ny haavon'ny hamafiny
Ny hamafin'ny feo (I) dia ny herin'ny onjam-peo miditra amin'ny faritra iray isan-tsegondra, refesina amin'ny watts isaky ny metatra toradroa (W/m²). Ny hamafin'ny feo no mamaritra ny hamafin'ny feo. Rehefa mitombo ny elanelana amin'ny loharanon-peo, dia matetika mihena ny hamafin'ny feo satria miparitaka amin'ny faritra lehibe kokoa ny angovo. Ho an'ny loharano iray izay mamoaka feo mitovy, dia mifanandrify amin'ny efa-joron'ny elanelana ny hamafin'ny feo:
I ∝ 1/r².
Amin'ny fampiharana, ny haavon'ny hamafin'ny feo (β) dia matetika ampiasaina amin'ny desibela (dB) satria ny sofin'olombelona dia mamaly ny feo amin'ny fomba logaritmika. Ny raikipohy dia:
β = 10 log(I/I₀)
miaraka amin'ny I₀ = 10⁻¹² W/m² ho toy ny hamafin'ny fandrenesan'olombelona. Ny feo manana β manodidina ny 0 dB no tokonam-baravaran'ny fandrenesana, raha toa kosa ny feo mihoatra ny 120 dB dia mety hiteraka fanaintainana na fahasimban'ny fandrenesana. Ity mizana ity dia manampy amin'ny fandrefesana ny haavon'ny tabataba avy amin'ny tontolo iainana, ohatra eny amin'ny lalambe na any amin'ny orinasa.
Matetika, Feo ary Feo
Mifandraika amin'ny fahatsapana ny haavon'ny feo ny fatran'ny onjam-peo. Avo ny fatran'ny feo avo, raha ambany kosa ny fatran'ny feo iva. Amin'ny ankapobeny, eo anelanelan'ny 20 Hz sy 20 000 Hz ny fandrenesan'ny olombelona. Ny feo latsaky ny 20 Hz dia antsoina hoe infrasonic, raha toa kosa ka ultrasonika ireo mihoatra ny 20 kHz.
Ankoatra ny haavon'ny feo, eo koa ny kalitaon'ny feo, na ny timbre, izay mampiavaka ny zavamaneno, na dia ireo mitovy matetika aza ny feo fototra. Ny timbre dia voataonan'ny firafitry ny harmonika, izay ampitomboin'ny matetika fototra izay ateraky ny endrika onjam-peo sarotra. Ohatra, ny piano sy ny gitara mitendry ny naoty "A" (440 Hz) dia mbola samy hafa ny feo noho ny tsy fitovian'ny harmonika.
Zava-mitranga amin'ny onjam-peo
Anisan'ny trangan-javatra manan-danja amin'ny onjam-peo ny taratra (refraction), ny difraksiona (diffraction), ny fitsabahana (interference), ary ny resonance.
1. Taratry ny feo (ako sy akony)
Mitranga ny taratra rehefa mamely zavatra mafy ny onjam-peo. Raha re mazava tsara ny feo taratra aorian'ny feo tany am-boalohany, dia antsoina hoe akony izany. Raha mifanindry ireo taratra, ka manalava ny feo, dia antsoina hoe akony izany.
2. Fiverenan'ny feo
Mitranga ny refraction rehefa mandeha mamaky tontolo iainana misy fahasamihafana eo amin'ny mari-pana na ny hakitroky ny feo, ka manova ny hafainganam-pandehany. Ohatra, amin'ny alina, mangatsiaka kokoa ny rivotra akaikin'ny tany, ka mamela ny feo handeha lavitra kokoa amin'ny fepetra sasany.
3. Difraksiona
Ny diffraction dia ny fiolan'ny onja rehefa mandalo elanelana na sisin'ny sakana izy ireo. Mora miparitaka ny feo satria somary lava ny halavan'ny onjam-peony. Izany no mahatonga ny feo mbola ho re na dia ao ambadiky ny rindrina na varavarana aza ny loharanony.
4. Fisakanana
Ny fitsabahana dia ny fitambaran'ny onja roa izay miteraka fanamafisana (manorina) na fihenana (manimba). Azo ampiasaina amin'ny teknolojia fanafoanana tabataba mavitrika ny fitsabahana amin'ny feo amin'ny alàlan'ny famokarana onja tsy mitovy dingana.
5. Akony
Mitranga ny akony rehefa mihovotrovotra mafy amin'ny fatran'ny feo voafaritra mitovy na akaiky ny fatran'ny feo voajanahary ny rafitra iray. Ohatra amin'ny akony ny feo dia ahitana zavamaneno toy ny sodina, gitara, ary orgue, izay misy akony avy amin'ny rivotra, ka miteraka feo mafy kokoa.
Fampiharana onjam-peo
Ampiasaina betsaka amin'ny teknolojia sy ny siansa ny onjam-peo. Amin'ny fitsaboana, ny onjam-peo ultrasonika dia ampiasaina amin'ny ultrasound (ultrasound) handinihana ny zaza ao am-bohoka na ny taova anatiny tsy misy fandidiana. Amin'ny fitetezam-paritra sy ny siansa an-dranomasina, ny sonar dia mampiasa ny taratry ny onjam-peo mba handrefesana ny halalin'ny ranomasina na hamantarana zavatra anaty rano. Amin'ny indostria, ny ultrasonic dia ampiasaina hamantarana ny triatra amin'ny fitaovana (fitsapana tsy manimba) ary hanadiovana zavatra kely amin'ny alàlan'ny hovitrovitra avo lenta.
Amin'ny fifandraisana, ny mikrôfôna dia manova ny onjam-peo ho famantarana elektrika, raha ny fanamafisam-peo kosa dia manova ny famantarana elektrika ho onjam-peo indray. Amin'ny fananganana akustika, ny fahalalana ny taratra sy ny fidiran'ny feo dia ampiasaina amin'ny famolavolana efitrano fampisehoana mba hahazoana kalitaon'ny feo tsara sy hampihenana ny akony tafahoatra.
Famaranana
Onja mekanika mivelatra izay mitaky fitaovana iray mba hampiely ny onjam-peo. Azo hazavaina amin'ny alalan'ny habetsahana ara-fizika toy ny matetika, ny halavan'ny onjam-peo, ny hafainganam-pandeha ary ny hamafin'ny feo ny toetran'ny feo. Ny karazana fitaovana sy ny mari-pana no mibaiko ny hafainganam-pandehan'ny feo, raha ny fahatsapana ny hamafin'ny feo kosa dia mifandray amin'ny hamafin'ny feo sy ny haavon'ny hamafin'ny feo amin'ny desibela. Ny trangan-javatra toy ny taratra, ny fitsabahana, ny diffraction ary ny resonance dia manatsara ny fandalinana ny onjam-peo ary manohana fampiharana isan-karazany amin'ny teknolojia, fitsaboana, indostria ary fifandraisana. Amin'ny fahatakarana ny foto-kevitry ny onjam-peo, dia afaka manazava trangan-javatra akostika isan-karazany manodidina antsika isika ary mampiasa ny feo amin'ny fomba mahomby sy azo antoka kokoa.
-
Raha tianao, afaka manampy rafitra feno amin'ny lahatsoratra aho (famintinana, famolavolana olana, tanjona, famerenana teorika, fifanakalozan-kevitra, famaranana ary bibliografia) ary amboariko ho an'ny ambaratonga ambony na oniversite.
