Parametry fal dźwiękowych

Parametry fal dźwiękowych

Ta animacja wyjaśnia najważniejsze cechy fal za pomocą fal dźwiękowych.

Fizyka

Etykiety

fala, fala dźwiękowa, fale, częstotliwość, amplituda, fázis, fala mechaniczna, długość fali, dźwięk, hertz, fala elektromagnetyczna, prędkość dźwięku, Ściana fali, wibracja, drgania harmoniczne proste, rozproszyć prędkość, wiosna, ultradźwięki, infradźwięki, natężenie dźwięku, okresowość, Stan, fizyka, Fizyka, Mechanika

Powiązane treści

Pytania

  • Czy to prawda, że im głośniej krzyczymy, tym dźwięk szybciej się przemieszcza?
  • Czy to prawda, że prędkość fali zależy od częstotliwości?
  • Jak nazywa się jednostka częstotliwości?
  • Co to jest liczba drgań?
  • Jaki jest związek między częstotliwością a długością fali?
  • Jaki jest związek między częstotliwością a amplitudą?
  • Jak nazywa się jednostka amplitudy?
  • Gdzie szybciej przemieszcza się dźwięk: w wodzie czy w powietrzu?
  • Jaki jest związek między częstotliwością a prędkością fali?
  • Jak szybko przemieszcza się dźwięk w powietrzu o temperaturze 15 °C?
  • Co to jest ultradźwięk?
  • Jaka jest różnica faz między dwoma synchronicznie wibrującymi cząsteczkami?
  • Czy to prawda, że fale dźwiękowe poruszające się w gazach są zawsze wzdłużne?
  • Co to jest czoło fali?
  • Jaka jest długość fali dźwiękowej o 20 000 Hz, w powietrzu na poziomie morza? (c = f * λ)

Sceny

Powstawanie fali

  • czoło fali - Powierzchnia wibrująca o tej samej fazie drgań w przestrzeni objętej zaburzeniem falowym.
  • długość fali (λ) - Odległość między dwoma sąsiadującymi falami, oznaczana symbolem λ (lambda). W rzeczywistości długość fali dźwiękowej słyszalnej dla większości ludzi wynosi od 16 mm do 16 m, a jej prędkość to ok. 340 m/s.
  • cząsteczka - Poszczególne cząsteczki wykonują ruch drgający.
  • Prędkość fali - Ilość określająca ośrodek, i nie jest równoznaczna z prędkością cząsteczek.
  • Częstotliwość - Liczba drgań na sekundę.
  • Amplituda - Maksymalna wartość każdego z parametrów drgań. W przypadku dźwięku, amplituda jest zwykle identyfikowana z maksymalną wartością ciśnienia powietrza lub odchylenia. Amplituda jest bezpośrednio związana z intensywnością dźwięku. Nie zależy od częstotliwości i prędkości dźwięku.
  • amplituda
  • głośnik - Głośnik emituje podłużne fale dźwiękowe. Dźwięk, podobnie jak każda inna fala, charakteryzuje się długością, częstotliwością, prędkością i amplitudą fali.

Powstawanie fali

Fala tworzy się wtedy, gdy powstaje zaburzenie rozprzestrzeniające się w ośrodku lub przestrzeni. Fale mogą być bardzo zróżnicowane w zależności od właściwości ośrodka i źródła zaburzeń.

Najprostszym rodzajem fal są fale mechaniczne rozchodzące się w gazach, jak na przykład dźwięk rozchodzący się w powietrzu. Źródło dźwięku powoduje, że cząsteczki powietrza zaczynają drgać. Wtedy wibrujące cząsteczki zderzają się z sąsiednimi cząsteczkami również wprawiając je w ruch. Ten powtarzający się proces powoduje, że wibracje się rozprzestrzeniają.

Jeśli kierunek ruchu cząsteczek jest równoległy do kierunku propagacji fali, mówimy o fali wzdłużnej. W powietrzu dźwięk zawsze rozprzestrzenia się jako fala wzdłużna. Zagęszczone a następnie rozrzedzone powietrze tworzy czoła fali. Odległość między sąsiadującymi czołami fali nazywa się długością fali. Jeśli prędkość rozchodzenia się dźwięku wzrasta, wzrasta też długość fali.

Prędkość fali

  • czoło fali - Powierzchnia wibrująca o tej samej fazie drgań w przestrzeni objętej zaburzeniem falowym.
  • długość fali (λ) - Odległość między dwoma sąsiadującymi falami, oznaczana symbolem λ (lambda). W rzeczywistości długość fali dźwiękowej słyszalnej dla większości ludzi wynosi od 16 mm do 16 m, a jej prędkość to ok. 340 m/s.
  • cząsteczka - Poszczególne cząsteczki wykonują ruch drgający.
  • Prędkość fali - Ilość określająca ośrodek, i nie jest równoznaczna z prędkością cząsteczek.
  • Częstotliwość - Liczba drgań na sekundę.
  • Amplituda - Maksymalna wartość każdego z parametrów drgań. W przypadku dźwięku, amplituda jest zwykle identyfikowana z maksymalną wartością ciśnienia powietrza lub odchylenia. Amplituda jest bezpośrednio związana z intensywnością dźwięku. Nie zależy od częstotliwości i prędkości dźwięku.
  • amplituda
  • głośnik - Głośnik emituje podłużne fale dźwiękowe. Dźwięk, podobnie jak każda inna fala, charakteryzuje się długością, częstotliwością, prędkością i amplitudą fali.

Prędkość fali

Prędkość fali, to prędkość z jaką rozprzestrzeniają się czoła fali w ośrodku. Prędkość ta nie jest równoznaczna z prędkością, z jaką poruszają się same cząsteczki. Prędkość propagacji dźwięku zależy głównie od jakości materiału ośrodka, ale mogą na nią oddziaływać również inne parametry typowe dla ośrodka, takie jak temperatura.

Prędkość fali dźwięku w powietrzu o temperaturze 0 °C wynosi ok. 1200 km/h, podczas gdy w temperaturze -57 °C jedynie 1060 km/h. W stałym ośrodku prędkość dźwięku może być od tych wartości wielokrotnie większa.

Częstotliwość

  • czoło fali - Powierzchnia wibrująca o tej samej fazie drgań w przestrzeni objętej zaburzeniem falowym.
  • długość fali (λ) - Odległość między dwoma sąsiadującymi falami, oznaczana symbolem λ (lambda). W rzeczywistości długość fali dźwiękowej słyszalnej dla większości ludzi wynosi od 16 mm do 16 m, a jej prędkość to ok. 340 m/s.
  • cząsteczka - Poszczególne cząsteczki wykonują ruch drgający.
  • Prędkość fali - Ilość określająca ośrodek, i nie jest równoznaczna z prędkością cząsteczek.
  • Częstotliwość - Liczba drgań na sekundę.
  • Amplituda - Maksymalna wartość każdego z parametrów drgań. W przypadku dźwięku, amplituda jest zwykle identyfikowana z maksymalną wartością ciśnienia powietrza lub odchylenia. Amplituda jest bezpośrednio związana z intensywnością dźwięku. Nie zależy od częstotliwości i prędkości dźwięku.
  • amplituda
  • głośnik - Głośnik emituje podłużne fale dźwiękowe. Dźwięk, podobnie jak każda inna fala, charakteryzuje się długością, częstotliwością, prędkością i amplitudą fali.

Częstotliwość

Liczbę czół fali, które docierają do obserwatora w ciągu jednej sekundy, nazywamy częstotliwością. Nazywamy to też liczbą drgań.

W przypadku fal dźwiękowych, im większa jest częstotliwość dźwięku, tym wyższe dźwięki słyszymy. Częstotliwość dźwięku głębokiego (basowego) jest niższa.

Jednostką do pomiaru częstotliwości jest herc (Hz). Na przykład, jeśli słyszymy dźwięk 1000 Hz, oznacza to, że w ciągu jednej sekundy dociera do naszego ucha 1000 fali o tej samej fazie drgań.

Im większa jest prędkość fali i im mniejsza długość fali, tym większa jest jej częstotliwość.

Relacje między tymi trzema parametrami można opisać następującym wzorem:
c = f * λ
(Gdzie c to prędkość fali, f to częstotliwość i λ to długość fali).

Ucho ludzkie może wykryć fale dźwiękowe o częstotliwości od 20 Hz do 20 000 Hz. Bardzo głębokie dźwięki o częstotliwości niższej niż 20 Hz to infradźwięki. Na przykład słonie używają infradźwięków do komunikowania się między sobą.
Bardzo wysokie dźwięki o częstotliwości powyżej 20 000 Hz to ultradźwięki. Nietoperze i delfiny używają ultradźwięków do orientacji w przestrzeni.

Amplituda

  • czoło fali - Powierzchnia wibrująca o tej samej fazie drgań w przestrzeni objętej zaburzeniem falowym.
  • długość fali (λ) - Odległość między dwoma sąsiadującymi falami, oznaczana symbolem λ (lambda). W rzeczywistości długość fali dźwiękowej słyszalnej dla większości ludzi wynosi od 16 mm do 16 m, a jej prędkość to ok. 340 m/s.
  • cząsteczka - Poszczególne cząsteczki wykonują ruch drgający.
  • Prędkość fali - Ilość określająca ośrodek, i nie jest równoznaczna z prędkością cząsteczek.
  • Częstotliwość - Liczba drgań na sekundę.
  • Amplituda - Maksymalna wartość każdego z parametrów drgań. W przypadku dźwięku, amplituda jest zwykle identyfikowana z maksymalną wartością ciśnienia powietrza lub odchylenia. Amplituda jest bezpośrednio związana z intensywnością dźwięku. Nie zależy od częstotliwości i prędkości dźwięku.
  • amplituda
  • głośnik - Głośnik emituje podłużne fale dźwiękowe. Dźwięk, podobnie jak każda inna fala, charakteryzuje się długością, częstotliwością, prędkością i amplitudą fali.

Amplituda

Intensywność słyszalnego przez nasze ucho dźwięku nie zależy od częstotliwości czy szybkości propagacji fali. Siłę dźwięku określa amplituda drgań, czyli z jakim maksymalnym odchyleniem drgają cząsteczki ośrodka, w którym rozchodzi się fala.

W przypadku fal nie mechanicznych amplituda nie może być interpretowana jako maksymalne odchylenie, dlatego może się odnosić do maksymalnej wartości innego parametru. W przypadku fal elektromagnetycznych amplitudę można zinterpretować jako maksymalną siłę pola lub maksymalne napięcie.

Jeśli czoła fal tworzą linię prostą lub płaszczyznę, wtedy amplituda drgań nie zmniejsza się podczas propagacji. Zazwyczaj jednak fala tworzy kuliste czoła fali, dlatego energia przenoszona przez falę rozprzestrzenia się na większym obszarze w przestrzeni i jej amplituda maleje, gdy oddala się od źródła zaburzeń.

Faza

  • Fazy fali - Różnica faz między synchronicznie oscylującymi cząsteczkami wynosi 0. Dla cząsteczek, które przemieszczają się w przeciwnych kierunkach, różnica faz wynosi 180 °.

Faza

Wibracja jest procesem cyklicznym, który można połączyć z ruchem kołowym, zatem obecna pozycja cząsteczek w obrębie cyklu może być określona pod kątem fazowym od 0-360° stopni. Przemieszczenie cząsteczki w stosunku do jej pozycji spoczynku zależy od jej aktualnej fazy w danym cyklu.

Cząsteczki drgające w tej samej fazie poruszają się w sposób zsynchronizowany, dlatego różnica fazowa między nimi wynosi 0. Jeśli różnica fazowa między drgającymi cząsteczkami wynosi 180°, wtedy zawsze poruszają się one w przeciwnych kierunkach (są w antyfazie). Jeśli różnica fazowa wynosi 90°, wtedy różnice pomiędzy ich ruchami wynoszą ćwiartkę sekundy.

Narracja

Powstawanie fali

Fala tworzy się wtedy, gdy powstaje zaburzenie rozprzestrzeniające się w ośrodku lub przestrzeni. Fale mogą być bardzo zróżnicowane w zależności od właściwości ośrodka i źródła zaburzeń.

Najprostszym rodzajem fal są fale mechaniczne rozchodzące się w gazach, jak na przykład dźwięk rozchodzący się w powietrzu. Źródło dźwięku powoduje, że cząsteczki powietrza zaczynają drgać. Wtedy wibrujące cząsteczki zderzają się z sąsiednimi cząsteczkami również wprawiając je w ruch. Ten powtarzający się proces powoduje, że wibracje się rozprzestrzeniają.

Jeśli kierunek ruchu cząsteczek jest równoległy do kierunku propagacji fali, mówimy o fali wzdłużnej. W powietrzu dźwięk zawsze rozprzestrzenia się jako fala wzdłużna. Zagęszczone a następnie rozrzedzone powietrze tworzy czoła fali. Odległość między sąsiadującymi czołami fali nazywa się długością fali. Jeśli prędkość rozchodzenia się dźwięku wzrasta, wzrasta też długość fali.

Prędkość fali

Prędkość fali, to prędkość z jaką rozprzestrzeniają się czoła fali w ośrodku. Prędkość ta nie jest równoznaczna z prędkością, z jaką poruszają się same cząsteczki. Prędkość propagacji dźwięku zależy głównie od jakości materiału ośrodka, ale mogą na nią oddziaływać również inne parametry typowe dla ośrodka, takie jak temperatura.

Prędkość fali dźwięku w powietrzu o temperaturze 0 °C wynosi ok. 1200 km/h, podczas gdy w temperaturze -57 °C jedynie 1060 km/h. W stałym ośrodku prędkość dźwięku może być od tych wartości wielokrotnie większa.

Częstotliwość

Liczbę czół fali, które docierają do obserwatora w ciągu jednej sekundy, nazywamy częstotliwością. Nazywamy to też liczbą drgań. W przypadku fal dźwiękowych, im większa jest częstotliwość dźwięku, tym wyższe dźwięki słyszymy. Częstotliwość dźwięku głębokiego (basowego) jest niższa.

Jednostką do pomiaru częstotliwości jest herc (Hz). Na przykład, jeśli słyszymy dźwięk 1000 Hz, oznacza to, że w ciągu jednej sekundy dociera do naszego ucha 1000 fali o tej samej fazie drgań.

Im większa jest prędkość fali i im mniejsza długość fali, tym większa jest jej częstotliwość.

Ucho ludzkie może wykryć fale dźwiękowe o częstotliwości od 20 Hz do 20 000 Hz. Bardzo głębokie dźwięki o częstotliwości niższej niż 20 Hz to infradźwięki. Na przykład słonie używają infradźwięków do komunikowania się między sobą.
Bardzo wysokie dźwięki o częstotliwości powyżej 20 000 Hz to ultradźwięki. Nietoperze i delfiny używają ultradźwięków do orientacji w przestrzeni.

Amplituda

Intensywność słyszalnego przez nasze ucho dźwięku nie zależy od częstotliwości czy szybkości propagacji fali. Siłę dźwięku określa amplituda drgań, czyli z jakim maksymalnym odchyleniem drgają cząsteczki ośrodka, w którym rozchodzi się fala.

W przypadku fal nie mechanicznych amplituda nie może być interpretowana jako maksymalne odchylenie, dlatego może się odnosić do maksymalnej wartości innego parametru. W przypadku fal elektromagnetycznych amplitudę można zinterpretować jako maksymalną siłę pola lub maksymalne napięcie.

Jeśli czoła fal tworzą linię prostą lub płaszczyznę, wtedy amplituda drgań nie zmniejsza się podczas propagacji. Zazwyczaj jednak fala tworzy kuliste czoła fali, dlatego energia przenoszona przez falę rozprzestrzenia się na większym obszarze w przestrzeni i jej amplituda maleje, gdy oddala się od źródła zaburzeń.

Faza

Wibracja jest procesem cyklicznym, który można połączyć z ruchem kołowym, zatem obecna pozycja cząsteczek w obrębie cyklu może być określona pod kątem fazowym od 0-360° stopni. Przemieszczenie cząsteczki w stosunku do jej pozycji spoczynku zależy od jej aktualnej fazy w danym cyklu.

Cząsteczki drgające w tej samej fazie poruszają się w sposób zsynchronizowany, dlatego różnica fazowa między nimi wynosi 0. Jeśli różnica fazowa między drgającymi cząsteczkami wynosi 180°, wtedy zawsze poruszają się one w przeciwnych kierunkach (są w antyfazie). Jeśli różnica fazowa wynosi 90°, wtedy różnice pomiędzy ich ruchami wynoszą ćwiartkę sekundy.

Powiązane treści

Jak działa głośnik?

Głośnik za pomocą indukcji elektromagnetycznej wywołuje drgania powietrza.

Korelacja pomiędzy ruchem drgającym harmonicznym a jednostajnym ruchem po okręgu

Rzut prostopadły ciała wykonującego jednostajny ruch po okręgu wykonuje ruch drgający harmoniczny.

Powstawanie dźwięku

Podczas wydawania dźwięku powietrze wydychane z płuc wprowadza w drganie struny głosowe.

Concorde (1969)

Pierwsze loty rejsowe naddźwiękowego samolotu pasażerskiego rozpoczęły się w 1976 roku.

Pociąg TGV POS

Prędkość podróżna szybkiego pociągu jeżdżącego na linii Paryż - południowe Niemcy sięga 320 km/h.

Trzęsienie ziemi

Trzęsienie ziemi należy do najbardziej niszczycielskich zjawisk naturalnych.

Tsunami

Ogromna fala oceaniczna o wysokości nawet kilkudziesięciu metrów o niszczycielskim działaniu.

Bębny

Instrument muzyczny, którego dźwięk wydobywany jest przez uderzanie w membrany. Znanych jest wiele rodzajów bębnów.

B-2 Spirit (USA, 1989)

Amerykański ciężki samolot bombowy o obniżonej wykrywalności brał udział w wojnie w Jugosławii, Afganistanie i w Iraku.

Efekt Dopplera

Znane zjawisko, gdy dźwięk zbliżającego się źródła dźwięku jest wyższy od źródła dźwięku oddalającego się.

Fale grawitacyjne (LIGO)

Fale grawitacyjne to zmarszczki w czasoprzestrzeni, których źródłem jest ciało o ogromnej masie poruszające się z dużym przyspieszeniem.

Gitara

Instrument o zmiennej formie, należący do grupy instrumentów strunowych szarpanych.

Jak działa sonar?

Sonar tworzy obraz na podstawie odbitych, wcześniej wysłanych fal dźwiękowych.

Radar (Zoltan Bay)

W 1946 roku przy pomocy tego urządzenia udało się odebrać echo radarowe księżyca.

Rodzaje fal

Fale odgrywają bardzo ważną rolę w wielu dziedzinach naszego życia.

Butlonos

Butlonosy są ssakami morskimi, które orientują się w terenie za pomocą echolokacji.

Dzwonek elektryczny

Urządzenie działające przy wykorzystaniu elektromagnesu.

Podkowiec mały

Nietoperze polują i orientują się w terenie za pomocą ultradźwięków.

Słoń afrykański

Największe zwierzę lądowe na Ziemi.

Ucho, proces słyszenia

Nasz narząd słuchu przekształca drgania powietrza w impulsy nerwowe, które następnie są przetwarzane przez mózg.

Added to your cart.