Tovush to'lqinlari bo'yicha fizika bo'yicha esse
Pendahuluan
Tovush to'lqinlari kundalik hayot bilan chambarchas bog'liq bo'lgan jismoniy hodisadir. Tovush odamlarga suhbat orqali muloqot qilish, musiqadan zavqlanish va sog'liqni saqlash sohasida telefonlar, sonar va ultratovush qurilmalari kabi texnologiyalardan foydalanish imkonini beradi. Fizik jihatdan, tovush - bu yorug'lik kabi vakuumda tarqalishi mumkin bo'lgan elektromagnit to'lqinlardan farqli o'laroq, tarqalish uchun muhitni talab qiladigan mexanik to'lqin. Tovush to'lqinlarini tushunish tovush qanday hosil bo'lishini, qanday tarqalishini, uning tezligiga ta'sir qiluvchi omillarni va tovushning balandligi va kuchini belgilovchi xususiyatlarni o'z ichiga oladi. Ushbu maqolada tovush to'lqinlarining asosiy tushunchalari, muhim tenglamalar va ularning ba'zi qo'llanilishi muhokama qilinadi.
Ovoz to'lqinlarining asosiy tushunchasi
Tovush to'lqinlari bo'ylama mexanik to'lqinlardir. Ular mexanik deb ataladi, chunki ular muhitni (havo, suv yoki qattiq jism) talab qiladi va ular bo'ylama deb ataladi, chunki muhit zarrachalarining tebranish yo'nalishi to'lqin tarqalish yo'nalishiga parallel. Tovush manbai tebranganda — masalan, kamerton yoki karnay membranasi — tebranishlar atrofdagi muhitda siqilish va siyraklashishni keltirib chiqaradi. Siqish va siyraklashishning bu shakli tovush to'lqini sifatida tarqaladi.
Tovush bir nechta muhim miqdorlarga ega, jumladan, chastota, davr, to'lqin uzunligi va tezlik. Chastota (f) gerts (Hz) da sekundiga tebranishlar sonini bildiradi. Davr (T) bitta tebranish vaqtidir, shuning uchun quyidagi bog'liqlik qo'llaniladi:
f = 1/T.
To'lqin uzunligi (λ) ketma-ket ikkita siqilish yoki ketma-ket ikkita kengayish orasidagi masofa, to'lqin tezligi (v) esa umumiy to'lqin tenglamasini qondiradi:
v = λ f.
Bu tenglama shuni ko'rsatadiki, ma'lum bir muhit uchun tarqalish tezligi doimiy deb hisoblanishi mumkin (ma'lum sharoitlarda), shuning uchun to'lqin uzunligi chastotaga teskari proportsionaldir.
Ovoz tezligi va unga ta'sir qiluvchi omillar
Ovoz tezligi muhitning xususiyatlariga juda bog'liq. Umuman olganda, tovush qattiq jismlarda eng tez, keyin suyuqliklarda va gazlarda eng sekin tarqaladi. Bu muhitning zichligi va elastikligi bilan bog'liq. Qattiq jismlar yuqori elastiklikka ega, bu esa tebranishlarni tezroq uzatish imkonini beradi.
0°C haroratda havoda tovush tezligi taxminan 331 m/s ni tashkil qiladi. Havodagi tovush tezligi harorat oshishi bilan ortadi, bu ko'pincha quyidagi formula bilan taxminiy hisoblanadi:
v ≈ 331 + 0,6T
T bilan °C da. Bu shuni anglatadiki, 20°C da tovush tezligi taxminan 331 + 0,6(20) = 343 m/s ni tashkil qiladi. Namlik kabi boshqa omillar ham tezlikka ta'sir qiladi, chunki ular havo zichligini o'zgartiradi. Quruq havoga nisbatan namroq havo tovush tezligini biroz oshiradi.
Ovoz intensivligi va intensivlik darajalari
Tovush intensivligi (I) - bu ma'lum bir maydonga soniyasiga kirib boradigan tovush to'lqinining kuchi, kvadrat metrga vatt (Vt/m²) da o'lchanadi. Intensivlik tovushning qanchalik baland ekanligini belgilaydi. Tovush manbasidan masofa oshgani sayin, energiya katta maydonga tarqalgani uchun odatda intensivlik kamayadi. Bir tekis nur sochadigan nuqtali manba uchun intensivlik masofaning kvadratiga teskari proportsionaldir:
I ∝ 1/r².
Amalda, tovush intensivligi darajasi (β) ko'pincha desibellarda (dB) ishlatiladi, chunki inson qulog'i tovushga logarifmik tarzda javob beradi. Formula quyidagicha:
β = 10 log(I/I₀)
Inson eshitish qobiliyatining chegaraviy intensivligi sifatida I₀ = 10⁻¹² Vt/m² ni qo'llang. β qiymati taxminan 0 dB bo'lgan tovushlar eshitish qobiliyatining chegarasi hisoblanadi, 120 dB dan yuqori tovushlar esa og'riq yoki eshitish qobiliyatiga zarar yetkazishi mumkin. Ushbu shkala atrof-muhit shovqin darajasini, masalan, magistral yo'llarda yoki fabrikalarda o'lchashga yordam beradi.
Chastota, balandlik va tembr
Tovush to'lqinlarining chastotasi balandlikni idrok etish bilan bog'liq. Yuqori chastotali tovushlar yuqori chastotalarga, past chastotali tovushlar esa past chastotalarga ega. Inson eshitish diapazoni odatda 20 Gts dan 20 000 Gts gacha. 20 Gts dan past tovushlar infrasonik, 20 kHz dan yuqori tovushlar esa ultrasonik deb ataladi.
Tovush balandligidan tashqari, musiqa asboblarini, hatto bir xil asosiy chastotaga ega bo'lganlarni ham farqlaydigan tovush sifati yoki tembr ham mavjud. Tembrga murakkab to'lqin shakllaridan kelib chiqadigan asosiy chastotaning ko'paytmalari bo'lgan garmonik kompozitsiya ta'sir qiladi. Masalan, "A" notasini (440 Gts) chalayotgan pianino va gitara har xil garmonikalar tufayli hali ham har xil tovush chiqaradi.
Tovush to'lqinlaridagi hodisalar
Tovush to'lqinlaridagi ba'zi muhim hodisalarga aks ettirish, sinish, difraksiya, interferensiya va rezonans kiradi.
1. Tovush aks etishi (aks-sado va aks-sado)
Tovush aks etishi tovush to'lqinlari qattiq yuzaga urilganda sodir bo'ladi. Agar aks etgan tovush asl tovushdan keyin aniq eshitilsa, bu aks-sado deb ataladi. Agar aks ettirishlar bir-birining ustiga chiqib, tovushni uzaytirsa, bu aks-sado deb ataladi.
2. Ovozning sinishi
Sinish tovush harorati yoki zichligi farq qiladigan muhitda o'tib, tezligini o'zgartirganda sodir bo'ladi. Masalan, kechasi yerga yaqin havo salqinroq bo'ladi, bu esa ma'lum sharoitlarda tovushning uzoqroqqa tarqalishiga imkon beradi.
3. Difraksiya
Difraksiya - bu to'lqinlar bo'shliqlar yoki to'siqlar chetlaridan o'tayotganda ularning egilishi. Tovush osongina difraksiyalanadi, chunki uning to'lqin uzunligi nisbatan uzun. Shuning uchun tovush manbai devor yoki eshik orqasida bo'lsa ham eshitilishi mumkin.
4. Aralashuv
Interferensiya - bu kuchaytirish (konstruktiv) yoki susayish (buzuvchi) ga olib keladigan ikkita to'lqinning kombinatsiyasi. Tovush interferensiyasi faol shovqinni bekor qilish texnologiyasida fazadan tashqari to'lqinlarni hosil qilish orqali ishlatilishi mumkin.
5. Rezonans
Rezonans tizim o'zining tabiiy chastotasi bilan bir xil yoki unga yaqin bo'lgan ma'lum bir chastotada kuchli tebranganda yuzaga keladi. Tovush rezonansiga misollar sifatida fleyta, gitara va truba organlari kabi musiqa asboblarini keltirish mumkin, bu yerda havo ustuni rezonanslashadi va balandroq tovush chiqaradi.
Ovoz to'lqini qo'llanilishi
Tovush to'lqinlari texnologiya va fanda keng qo'llaniladi. Tibbiyotda ultratovush to'lqinlari ultratovushlarda (ultratovush) jarrohlik amaliyotisiz homila yoki ichki organlarni tekshirish uchun ishlatiladi. Navigatsiya va dengiz fanida sonar okean chuqurligini o'lchash yoki suv osti obyektlarini aniqlash uchun tovush to'lqinlarining aks etishidan foydalanadi. Sanoatda ultratovush materiallardagi yoriqlarni aniqlash (buzmaydigan sinov) va yuqori chastotali tebranishlar yordamida kichik obyektlarni tozalash uchun ishlatiladi.
Aloqa sohasida mikrofonlar tovush to'lqinlarini elektr signallariga aylantiradi, karnaylar esa elektr signallarini yana tovush to'lqinlariga aylantiradi. Akustikani yaratishda tovushni aks ettirish va yutish haqidagi bilimlar yaxshi ovoz sifatiga erishish va ortiqcha aks-sadoni minimallashtirish uchun konsert zallarini loyihalashda qo'llaniladi.
Xulosa
Tovush to'lqinlari - bu tarqalish uchun muhitni talab qiladigan uzunlamasına mexanik to'lqinlar. Tovushning xususiyatlarini chastota, to'lqin uzunligi, tezlik va intensivlik kabi fizik miqdorlar orqali tushuntirish mumkin. Tovush tezligi muhit turi va haroratga bog'liq, balandlikni idrok etish esa intensivlik va desibellardagi intensivlik darajasi bilan bog'liq. Aks ettirish, interferentsiya, difraksiya va rezonans kabi hodisalar tovush to'lqinlarini o'rganishni boyitadi va texnologiya, tibbiyot, sanoat va kommunikatsiya sohalarida turli xil qo'llanilishini qo'llab-quvvatlaydi. Tovush to'lqinlari tushunchasini tushunish orqali biz atrofimizdagi turli akustik hodisalarni tushuntirishimiz va tovushdan samaraliroq va xavfsizroq foydalanishimiz mumkin.
-
Agar xohlasangiz, men to'liq maqola tuzilishini (referat, muammoni shakllantirish, maqsadlar, nazariy sharh, muhokama, xulosa va bibliografiya) qo'shishim va uni o'rta maktab yoki kollej darajasiga moslashtirishim mumkin.
