Ηχητικά κύματα

Ο ήχος είναι μια μηχανική διαταραχή που διαδίδεται μέσω ενός ελαστικού υλικού από μια κατάσταση ισορροπίας. Ένας καθαρά υποκειμενικός ορισμός του ήχου, όπως αυτός που γίνεται αντιληπτός από το αυτί, είναι επίσης δυνατός, αλλά αυτός ο ορισμός δεν είναι ιδιαίτερα διαφωτιστικός και υπερβολικά περιοριστικός, επειδή είναι χρήσιμο να μιλάμε για ήχους που δεν ακούγονται στο ανθρώπινο αυτί, όπως π.χ. αυτά που παράγονται από σφυρίγματα σκύλων ή εξοπλισμό σόναρ.

Οι ιδιότητες των ηχητικών κυμάτων πρέπει να είναι το σημείο εκκίνησης για οποιαδήποτε μελέτη του ήχου. Υπάρχουν δύο θεμελιώδεις τύποι κυμάτων:τα εγκάρσια και τα διαμήκη, τα οποία διακρίνονται από τον τρόπο διάδοσης τους. Η κίνηση που συνθέτει ένα εγκάρσιο κύμα, όπως αυτό που δημιουργείται όταν το ένα άκρο ενός τεντωμένου σχοινιού κουνιέται μπρος-πίσω, είναι κάθετη ή εγκάρσια, προς την κατεύθυνση (κατά μήκος του σχοινιού) στην οποία ταξιδεύει το κύμα.

Οι ηλεκτρομαγνητικές πηγές, όπως το φως ή το ραδιόφωνο, παράγουν μια μεγάλη οικογένεια εγκάρσιων κυμάτων στα οποία τα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία που αποτελούν το κύμα κυμαίνονται κάθετα προς την κατεύθυνση διάδοσης.

Ήχος

Στη φυσική, ο ήχος είναι μια δόνηση που ταξιδεύει μέσω ενός μέσου μετάδοσης, όπως ένα αέριο, υγρό ή στερεό ως ακουστικό κύμα

Μόνο ακουστικά κύματα με συχνότητες στο εύρος συχνοτήτων ήχου (περίπου 20 Hz έως 20 kHz) προκαλούν ακουστική αντίληψη στους ανθρώπους. Πρόκειται για ηχητικά κύματα με μήκη κύματος που κυμαίνονται από 17 μέτρα (56 πόδια) έως 1,7 εκατοστά στον αέρα σε ατμοσφαιρική πίεση. Ο υπέρηχος ορίζεται ως ηχητικά κύματα με συχνότητα μεγαλύτερη από 20 kHz που δεν ακούγονται από τον άνθρωπο. Ως υπέρηχοι ορίζονται τα ηχητικά κύματα με συχνότητα κάτω των 20 Hz. Το εύρος ακοής διαφορετικών ειδών ζώων διαφέρει.

Ο ορισμός του ήχου είναι η πίεση, η τάση, η μετατόπιση σωματιδίων, η ταχύτητα σωματιδίων και άλλες ταλαντώσεις που διαδίδονται σε ένα μέσο που έχει εσωτερικές δυνάμεις (π.χ. ελαστικές ή ιξώδεις) ή την υπέρθεση τέτοιων ταλαντώσεων. Ο ήχος μπορεί να θεωρηθεί ως μια κυματική κίνηση στον αέρα ή σε άλλο υλικό. Ο ήχος είναι ένα ερέθισμα σε αυτό το σενάριο. Ο ήχος μπορεί επίσης να θεωρηθεί ως διέγερση του ακουστικού συστήματος που προκαλεί την αντίληψη του ήχου. Ο ήχος είναι μια αίσθηση σε αυτό το σενάριο.

Ηχητικά κύματα

Τα μοτίβα συμπίεσης και αραίωσης συνθέτουν ηχητικά κύματα. Όταν τα μόρια συσκευάζονται πυκνά μεταξύ τους, συμβαίνει συμπίεση. Από την άλλη πλευρά, η αραίωση συμβαίνει όταν τα μόρια διαχωρίζονται το ένα από το άλλο.

Είναι σημαντικό να θυμάστε ότι τα μόρια δεν κινούνται με ηχητικά κύματα. Τα μόρια υπερφορτίζονται και μεταναστεύουν μακριά από τις αρχικές τους θέσεις καθώς περνά το κύμα. Η κίνηση ενός μορίου μειώνεται καθώς μεταφέρει την ενέργειά του σε γειτονικά μόρια μέχρι να επηρεαστεί από ένα άλλο διερχόμενο κύμα.

Η συμπίεση και η αραίωση προκαλούνται από τη μεταφορά ενέργειας του κύματος. Υπάρχει υψηλή πίεση κατά τη συμπίεση και χαμηλή πίεση κατά τη διάρκεια της αραίωσης. Το μήκος κύματος ενός ηχητικού κύματος αποτελείται από μία συμπίεση και μία αραίωση.

Καθώς τα ηχητικά κύματα ταξιδεύουν σε ένα μέσο, ​​χάνουν ενέργεια, γεγονός που εξηγεί γιατί δεν μπορείτε να ακούσετε άτομα να συνομιλούν μακριά αλλά μπορείτε να τα ακούσετε να ψιθυρίζουν από κοντά. Τα ηχητικά κύματα αντανακλώνται από υλικά όπως τοίχοι, πυλώνες και βράχοι καθώς ταξιδεύουν στο διάστημα. Η ηχώ είναι ο όρος για αυτόν τον τύπο αντανάκλασης ήχου. Πιθανότατα έχετε ακούσει την ηχώ σας να ταξιδεύει πολύ πιο μακριά από το συνηθισμένο, αν έχετε βρεθεί ποτέ μέσα σε μια σπηλιά ή φαράγγι. Αυτό συμβαίνει επειδή οι τεράστιοι τοίχοι βράχου αναπηδούν τον ήχο σας πίσω σε εσάς.

Τύποι ηχητικών κυμάτων

Γενικά υπάρχουν δύο τύποι ηχητικών κυμάτων:

Διαμήκη κύματα

Ένα διαμήκη κύμα προκύπτει όταν η κίνηση των σωματιδίων του μέσου είναι παράλληλη προς την κατεύθυνση μεταφοράς ενέργειας. Επειδή τα σωματίδια που μεταφέρουν τον ήχο δονούνται παράλληλα με την κατεύθυνση κίνησης του ηχητικού κύματος, τα ηχητικά κύματα στον αέρα και τα υγρά είναι διαμήκη κύματα. Ομοίως, όταν χτυπηθεί μια διχάλα συντονισμού, το ηχητικό κύμα ταξιδεύει στην ίδια κατεύθυνση με τα σωματίδια του αέρα.

Εγκάρσιο κύμα

Τα εγκάρσια κύματα έχουν ταλαντώσεις που ταξιδεύουν κάθετα προς την κατεύθυνση του κύματος. Τα ηχητικά κύματα δεν είναι εγκάρσια κύματα αφού οι ταλαντώσεις τους είναι παράλληλες με την κατεύθυνση μετάδοσης ενέργειας. Ωστόσο, σε εξαιρετικά συγκεκριμένες καταστάσεις, τα ηχητικά κύματα μπορούν να γίνουν εγκάρσια κύματα. Τα εγκάρσια κύματα, γνωστά και ως κύματα διάτμησης, ταξιδεύουν με πιο αργό ρυθμό από τα διαμήκη κύματα και μπορούν να παραχθούν μόνο σε στερεά. Το πιο συνηθισμένο παράδειγμα εγκάρσιων κυμάτων στη φύση είναι τα κύματα του ωκεανού.

Φύση και χαρακτηριστικά του ηχητικού κύματος

Τα ηχητικά κύματα είναι γενικά διαμήκη κύματα.

Τα διαμήκη κύματα περιγράφουν τα ηχητικά κύματα στον αέρα (και σε οποιοδήποτε άλλο ρευστό μέσο). Τα ηχητικά κύματα προκαλούν τα σωματίδια στο μέσο μέσω του οποίου μεταδίδεται ο ήχος να δονούνται σε κατεύθυνση παράλληλη με την κίνηση του ηχητικού κύματος.

Χαρακτηριστικά

Μήκος κύματος

Το μήκος κύματος είναι η μικρότερη απόσταση στην οποία ένα ηχητικό κύμα μπορεί να επαναληφθεί. Είναι, με άλλα λόγια, το μήκος ενός μόνο πλήρους κύματος. Ένα ελληνικό γράμμα χρησιμοποιείται για να το αναπαραστήσει (λάμδα). Το συνολικό μήκος μιας συμπίεσης και μιας επακόλουθης αραίωσης ενός ηχητικού κύματος είναι γνωστό ως μήκος κύματος.

Πλάτος

Όταν ένα κύμα διασχίζει ένα μέσο, ​​τα σωματίδια του μέσου μετατοπίζονται προσωρινά από τις αρχικές, μη διαταραγμένες θέσεις τους. Όταν ένα κύμα διέρχεται από ένα μέσο, ​​το πλάτος του κύματος είναι η μέγιστη μετατόπιση των σωματιδίων από τις αρχικές τους μη διαταραγμένες θέσεις. Το πλάτος, στην πραγματικότητα, χρησιμοποιείται για να δείξει το μέγεθος του κύματος. Το μέτρο (m) είναι η μονάδα μέτρησης του πλάτους SI, ωστόσο μερικές φορές μετριέται σε εκατοστά.

Χρονική περίοδος

Ο χρόνος που χρειάζεται για να ολοκληρωθεί ένα πλήρες κύμα ή κύκλος αναφέρεται ως η χρονική περίοδος του κύματος. Μια πλήρης δόνηση του δονούμενου σώματος παράγει τώρα ένα πλήρες κύμα. Ως αποτέλεσμα, ο χρόνος που χρειάζεται για να ολοκληρωθεί μια δόνηση αναφέρεται ως χρονική περίοδος. Αντιπροσωπεύεται από το γράμμα T.  Το δεύτερο είναι η μονάδα μέτρησης χρονικής περιόδου (s).

Συχνότητα

Η συχνότητα ενός κύματος ορίζεται ως ο αριθμός πλήρων κυμάτων ή κύκλων που παράγονται σε ένα δευτερόλεπτο. Ο αριθμός των δονήσεων ανά δευτερόλεπτο ονομάζεται συχνότητα επειδή ένα ολόκληρο κύμα παράγεται από μια πλήρη δόνηση του δονούμενου σώματος. Η μονάδα SI του είναι hertz ή Hz.

Συμπέρασμα

Σε αυτό το άρθρο μελετήσαμε τον ήχο, τα ηχητικά κύματα και τα χαρακτηριστικά τους. Ο ήχος είναι η αίσθηση που αντιλαμβάνονται τα αυτιά μας. Είναι ένα είδος ενέργειας που μας επιτρέπει να ακούμε. Στην καθημερινή μας ζωή, ακούμε διάφορους ήχους.

Ένα κύμα είναι μια δονητική διαταραχή σε ένα μέσο που μεταφέρει ενέργεια από το ένα σημείο στο άλλο χωρίς τα δύο σημεία να έρχονται σε άμεση επαφή. Ένα κύμα δημιουργείται από τις δονήσεις των σωματιδίων του μέσου μέσω του οποίου ταξιδεύει.