Дууны хурд: Бидний эргэн тойрон дахь физик үзэгдлийг ойлгох нь
Дуу чимээ бол өдөр тутмын амьдралын салшгүй хэсэг юм. Яриа, хөгжимөөс эхлээд машины дохио хүртэл дуу чимээ нь хүмүүсийн харилцаа холбоо, харилцан үйлчлэлд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Гэсэн хэдий ч бид дуу хэрхэн тархаж, чихэнд хэрхэн хүрдэг талаар бодож үзсэн үү? Энэ нийтлэлд дууны хурдны тухай ойлголт, түүнд нөлөөлдөг хүчин зүйлс, янз бүрийн салбарт хэрэглэх талаар авч үзэх болно.
Дууны хурдыг ойлгох нь
Дууны хурд гэдэг нь дууны долгион нь орчинд тархах хурд юм. Дуу гэдэг нь уртааш долгион хэлбэрээр тархдаг механик долгион бөгөөд орчны хэсгүүд нь долгион тархах чиглэлтэй параллель хэлбэлздэг (чичирдэг). Дууны хурд нь агаар, ус, металл гэх мэт түүний дамжин өнгөрдөг орчноос хамаарч өөр өөр байж болно.
Агаарт 20°C температурт дууны хурд ойролцоогоор секундэд 343 метр байдаг. Энэ тоог физикийн тооцоолол, туршилтад ихэвчлэн ашигладаг боловч тодорхой нөхцөл байдлаас хамааран өөр өөр байж болно.
Дууны хурданд нөлөөлөх хүчин зүйлс
1. Орчны төрөл: Дуу чимээ хатуу биетэд хамгийн хурдан, шингэнд удаан, хийд хамгийн удаан тархдаг. Энэ нь орчны нягтрал ба уян хатан чанартай холбоотой. Жишээлбэл, хөнгөн цагаанд дууны хурд ойролцоогоор 6420 м/с хүрдэг бол усанд ердөө 1482 м/с орчим байдаг. Орчны нягтрал ба уян хатан чанар өндөр байх тусам дуу чимээ илүү хурдан тархдаг.
2. Температур: Температур нэмэгдэх нь дууны хурдыг нэмэгдүүлдэг. Агаар гэх мэт хийд бөөмс өндөр температурт илүү хурдан хөдөлдөг тул дууны чичиргээний дамжуулалтыг хурдасгадаг. Жишээлбэл, агаарын температур 1°C тутамд нэмэгдэх нь дууны хурдыг ойролцоогоор 0,6 м/с-ээр нэмэгдүүлдэг.
3. Даралт: Хийн орчинд температур тогтмол хэвээр байвал даралт нь дууны хурданд шууд нөлөөлдөггүй. Гэсэн хэдий ч шингэн ба хатуу бодисын хувьд даралтын хэлбэлзэл нь орчны уян хатан байдалд нөлөөлж, улмаар дууны хурданд нөлөөлдөг.
4. Агаарын чийгшил: Чийглэг агаар нь дуу чимээг хуурай агаараас хурдан тархах боломжийг олгодог. Учир нь усны молекулууд нь тэдгээрийн нүүлгэн шилжүүлсэн азот болон хүчилтөрөгчийн молекулуудаас хөнгөн тул агаарын нягтралыг бууруулдаг.
Дууны тархалтын хурдны үзэгдэл
Дууны хурд нь зөвхөн онолын ойлголт төдийгүй өдөр тутмын янз бүрийн үзэгдэл, шинжлэх ухааны туршилтаар ажиглагдаж болно.
– Цуурай болон цуурай: Цуурай буюу цуурайг мэдрэх нь ихэвчлэн дууны хурдтай холбоотой байдаг. Дууг анхны дуунаас ялгахад хангалттай саатлын дараа ойж, буцааж хүлээн авах үед цуурай үүсдэг. Нөгөөтэйгүүр, цуурай гэдэг нь анхны дуунаас тодорхой тусгаарлагдаагүй, ихэвчлэн том танхимд сонсогддог ойсон дуу чимээ юм.
– Допплерийн эффект: Энэ үзэгдэл нь дууны эх үүсвэр сонсогчтой харьцангуй хөдлөх үед үүсдэг. Сонсогч руу ойртож буй эх үүсвэрээс гарч буй дуу чимээ давтамжаараа өндөр, холдох тусам нам сонсогдоно. Энэ үзэгдэл нь сонсогчтой харьцангуй тархалтын хурд өөрчлөгдсөнөөс үүдэлтэй давтамжийн шилжилтээс үүдэлтэй зайны өөрчлөлтийн үр дүн юм.
Дуу дамжуулах хурдны хэрэглээ
Дууны хурдыг ойлгох нь технологи, үйлдвэрлэлийн салбарт янз бүрийн инноваци, практик хэрэглээнд хүргэсэн, үүнд:
– Сонар: Сонар (Дууны навигаци ба зайн судалгаа) нь усан доорх объектуудыг илрүүлэхийн тулд дууны долгион ашигладаг. Энэхүү технологийг шумбагч онгоцны навигаци болон усан доорх судалгаанд ашигладаг.
– Хэт авиан шинжилгээ: Анагаах ухааны салбарт хэт авиан шинжилгээ нь дотор эрхтнүүдийн дүрсийг гаргахын тулд өндөр давтамжийн дууны долгион (хэт авиан) ашигладаг. Дууны долгион ялгарч, тэдгээрийн тусгалыг харааны дүрс болгон боловсруулдаг.
– Зайны хэмжилт: Дууны хурдыг мөн сонар эсвэл лазер соник метр зэрэг зай хэмжих төхөөрөмжүүдэд ашигладаг. Эдгээр төхөөрөмжүүд нь дуу ялгаруулж, ойсон дуу мэдрэгч рүү буцаж ирэх хугацааг хэмжих замаар ажилладаг.
– Өрөөний акустик: Архитектурын дизайны хувьд дууны хурдыг ойлгох нь өрөөний акустик, концертын танхимууд, уулзалтын танхимууд болон бичлэгийн студиудын тайзны дууг оновчтой болгоход ашиглагддаг.
Дууны хурдыг судлах туршилтууд
Дууны хурдыг ойлгохын тулд энгийн туршилтуудыг хийж болно. Нэг сонгодог туршилт бол дуу хоёр цэгийн хооронд тархах хугацааг хэмжих явдал юм. Жишээлбэл, тодорхой зайд байрлуулсан хоёр микрофон болон хоосон сум гэх мэт гэнэтийн дуу гаргадаг дууны эх үүсвэрийг ашиглах . Хоёр микрофон дууг хүлээн авах хугацааны зөрүүг хэмжсэнээр бид дараах томъёог ашиглан дууны хурдыг тооцоолж болно:
\[
v = \frac{d}{t}
\]
энд \(v\) нь дууны хурд, \(d\) нь хоёр цэгийн хоорондох зай, \(t\) нь цагийн зөрүү юм.
Дүгнэлт
Дууны хурд нь физикийн үндсэн ойлголт бөгөөд дуу хэрхэн тархдагийг ойлгоход бидэнд туслахаас гадна амьдралыг хялбар болгох олон төрлийн дэвшилтэт технологийн хэрэглээг бий болгодог . Дууны хурд болон байгалийн үзэгдэлтэй хэрхэн холбогддогт нөлөөлдөг хүчин зүйлсийг илүү гүнзгий ойлгох нь бидний эргэн тойрон дахь ертөнцийн талаарх мэдлэгийг баяжуулдаг. Дууны долгионоор дүүрэн ертөнцөд амьдарч буй хүмүүс дууны хурдыг судлах нь шинжлэх ухааныг үнэлж, ашиглах жижиг боловч чухал алхам юм.
