Ciri -ciri tenaga, jenis, kegunaan, kelebihan, contohnya, contohnya

The Tenaga bunyi o Akustik adalah salah satu yang mengangkut gelombang bunyi ketika mereka tersebar dalam medium, yang boleh menjadi gas seperti udara, cecair atau pepejal. Manusia dan banyak haiwan menggunakan tenaga akustik untuk berhubung dengan alam sekitar.

Untuk ini mereka mempunyai organ khusus, contohnya tali vokal, mampu menghasilkan getaran. Getaran ini diangkut di udara untuk mencapai organ khusus lain yang bertanggungjawab untuk tafsiran mereka.

Tenaga akustik diterjemahkan ke dalam muzik melalui bunyi klarinet. Sumber: Pixabay

Getaran menyebabkan tekanan dan pengembangan berturut -turut di udara atau medium yang mengelilingi sumber, yang disebarkan dengan kelajuan beberapa. Bukan zarah yang bergerak, tetapi terhad kepada berayun berkenaan dengan kedudukan keseimbangan mereka. Gangguan adalah apa yang ditransmisikan.

Sekarang, seperti yang diketahui, objek yang bergerak mempunyai tenaga. Oleh itu, juga gelombang ketika mereka bergerak di tengah -tengah membawa mereka tenaga yang berkaitan dengan pergerakan zarah (tenaga kinetik), dan juga tenaga yang secara intrinsik mengatakan medium, yang dikenali sebagai tenaga berpotensi.

[TOC]

Ciri -ciri

Seperti yang diketahui, objek yang bergerak mempunyai tenaga. Jadi ombak ketika mereka bergerak di tengah, membawa mereka tenaga yang berkaitan dengan pergerakan zarah (tenaga kinetik) dan juga tenaga ubah bentuk dari potensi persekitaran atau tenaga.

Dengan mengandaikan sebahagian kecil medium, yang boleh menjadi udara, setiap zarah dengan kelajuan atau, Ia mempunyai tenaga kinetik K diberikan oleh:

K = ½ mu²

Di samping itu, zarah mempunyai tenaga yang berpotensi Atau yang bergantung pada perubahan dalam jumlah yang dialaminya, menjadi Vo Jumlah awal, V Jumlah akhir dan p Tekanan, yang bergantung pada kedudukan dan masa:

Tanda negatif menunjukkan peningkatan tenaga berpotensi, kerana gelombang dengan menyebarkan berfungsi pada elemen kelantangan Dv Semasa memampatkannya, terima kasih kepada tekanan akustik positif.

Jisim elemen bendalir dari segi ketumpatan awal ρ_{Sama ada} dan jumlah awal V_{Sama ada} adalah:

m_{Sama ada}= ρ_{Sama ada}V_{Sama ada}

Dan sebagai doh dipelihara (prinsip pemuliharaan massa):

ρv = ρ_{Sama ada}V_{Sama ada} = malar

Oleh itu jumlah tenaga kekal seperti berikut:

Mengira potensi tenaga

Integral dapat diselesaikan dengan bantuan prinsip pemuliharaan massa

m_{Sama ada} = m_F

Derivatif pemalar adalah 0, jadi (ρV) ' = 0. Oleh itu:

Dv = (-v/ρ) dρ

Isaac Newton memutuskan bahawa:

(dp/dρ) = c²

Di mana c mewakili kelajuan bunyi dalam cecair yang dipersoalkan. Dengan menggantikan perkara di atas, potensi tenaga medium diperoleh:

Akhirnya, jumlah tenaga akustik elemen kelantangan dinyatakan sebagai:

Untuk gelombang rata memang benar bahawa: P =  ± (ρc) u, Oleh itu tenaga tetap:

Seperti biasa, tenaga diukur dalam joules, dalam sistem antarabangsa. Mudah untuk mengesahkan bahawa hasil sebelumnya mempunyai dimensi tenaga (n.M = joule).

Ya_p sudah_v Ini adalah amplitud tekanan dan gelombang kelajuan masing -masing, tenaga purata ε gelombang bunyi adalah:

Intensiti bunyi

Suara boleh dicirikan oleh magnitud yang disebut intensiti.

Keamatan bunyi ditakrifkan sebagai tenaga yang berlaku dalam satu saat melalui unit permukaan yang berserenjang dengan arah penyebaran bunyi.

Sebagai tenaga per unit masa adalah kuasa P, keamatan bunyi Yo Ia boleh dinyatakan sebagai:

Ia boleh melayani anda: durometer: Apa itu, bagaimana kerja, bahagian, jenis

Di mana Dan adalah tenaga purata, Ke adalah kawasan dan t Sudah tiba masanya. Sekiranya permukaan sfera radio r sepatutnya mengelilingi sonora fuente, kawasannya 4πr², Keamatan bunyi tetap:

Lelaki

Setiap jenis gelombang bunyi mempunyai kekerapan ciri dan membawa tenaga tertentu. Semua ini menentukan tingkah laku akustiknya. Sebagai bunyi sangat penting untuk kehidupan manusia, jenis bunyi diklasifikasikan kepada tiga kumpulan besar, mengikut julat frekuensi yang boleh didengar untuk manusia:

- Infrasonido, yang kekerapannya kurang dari 20 Hz.

- Spektrum yang boleh didengar, dengan frekuensi dari 8 malam hingga 20.000 Hz.

- Ultrasound, dengan frekuensi lebih besar daripada 20.000 Hz.

Nada bunyi, iaitu, jika akut, serius atau sederhana, bergantung pada kekerapan. Frekuensi terendah ditafsirkan sebagai bunyi yang serius, kira -kira antara 20 dan 400 Hz.

Frekuensi antara 400 dan 1600 Hz dianggap sebagai nada tengah, manakala jarak akut dari 1600 hingga 20.000 Hz. Bunyi akut ringan dan menembusi, sementara bass dianggap lebih mendalam dan terlambat.

Bunyi yang didengar setiap hari adalah lapisan bunyi yang kompleks dengan pelbagai frekuensi seterusnya.

Suara mempunyai kualiti lain selain daripada kekerapan, yang boleh berfungsi sebagai kriteria untuk klasifikasi mereka. Contohnya adalah loceng, tempoh dan intensiti.

Penyamaan terdiri daripada penapis yang menghilangkan bunyi bising dan meningkatkan frekuensi tertentu untuk meningkatkan kualiti bunyi. Sumber: Pixabay.

Bunyi bising

Ia juga penting untuk membuat perbezaan antara bunyi atau bunyi yang dikehendaki dan tidak diingini. Oleh kerana ia sentiasa berusaha untuk menghapuskan bunyi, ini diklasifikasikan mengikut intensiti dan tempoh dalam:

- Bunyi yang berterusan.

- Bunyi bising yang berubah -ubah.

- Bunyi impulsif.

Atau dengan warna, dikaitkan dengan kekerapannya:

- Bunyi merah jambu (serupa dengan "Shhhhhh").

- Bunyi putih (serupa dengan "pssssss").

- Bunyi coklat (oleh Robert Brown, penemu Pergerakan Brownian, adalah bunyi yang sangat memihak frekuensi rendah).

Aplikasi

Penggunaan yang diberikan kepada tenaga akustik bergantung pada jenis gelombang bunyi yang digunakan. Dalam pelbagai gelombang yang boleh didengar, penggunaan bunyi sejagat adalah untuk membolehkan komunikasi yang rapat, bukan hanya antara orang, kerana haiwan juga menyampaikan bunyi pemancar.

Bunyi serba boleh. Masing -masing berbeza mengikut sumber yang memancarkannya. Dengan cara ini pelbagai bunyi dalam alam tidak terbatas: setiap suara manusia berbeza, serta bunyi ciri yang digunakan spesies haiwan untuk berkomunikasi antara satu sama lain.

Ramai haiwan menggunakan tenaga bunyi untuk ditempatkan di angkasa dan juga untuk menangkap mangsa mereka. Mereka memancarkan isyarat akustik dan mempunyai organ reseptor yang menganalisis isyarat yang dicerminkan. Dengan cara ini mereka mendapat maklumat mengenai jarak.

Manusia kekurangan organ yang diperlukan untuk menggunakan tenaga sonik dengan cara ini. Walau bagaimanapun, mereka telah membuat peranti bimbingan seperti Sónar, berdasarkan prinsip -prinsip yang sama, untuk memudahkan navigasi.

Sebaliknya, ultrasound adalah gelombang bunyi yang aplikasinya terkenal. Dalam bidang perubatan mereka digunakan untuk mendapatkan imej dari pedalaman tubuh manusia. Mereka juga merupakan sebahagian daripada rawatan beberapa keadaan seperti lumbago dan tendonitis.

Beberapa aplikasi tenaga akustik

- Dengan ultrasound tinggi, batu atau pengiraan yang terbentuk di buah pinggang dan pundi hempedu boleh dimusnahkan kerana pemendakan garam mineral di organ -organ ini.

Boleh melayani anda: silikon oksida (SiO2): struktur, sifat, kegunaan, memperoleh

- Dalam ultrasounds geofizik digunakan sebagai kaedah prospek. Prinsipnya serupa dengan kaedah seismik. Mereka boleh digunakan dalam aplikasi yang terdiri daripada menentukan bentuk pelepasan lautan kepada saksi untuk mengira modul elastik.

- Dalam teknologi makanan mereka digunakan untuk menghapuskan mikroorganisma yang tahan terhadap suhu tinggi, serta untuk meningkatkan beberapa tekstur dan kualiti makanan.

Kelebihan

Tenaga akustik mempunyai kelebihan yang sebahagian besarnya disebabkan oleh skopnya yang rendah. Contohnya, tidak mahal untuk menghasilkan dan tidak menjana jenis kimia atau lain -lain, kerana ia menghilang di tengah -tengah dengan cepat.

Bagi sumber tenaga akustik, mereka banyak. Sebarang objek yang mampu bergetar dapat menjadi sumber bunyi.

Apabila digunakan dalam aplikasi perubatan, contohnya mendapatkan imej dengan ultrasound, ia mempunyai kelebihan tidak menggunakan radiasi pengion, seperti x -rays atau tomografi. Fakta bahawa radiasi pengion dapat menyebabkan kerosakan sel.

Penggunaan mereka juga memerlukan langkah -langkah perlindungan yang diperlukan semasa radiasi pengionan digunakan. Pasukan juga lebih murah.

Juga, tenaga ultrasonik adalah kaedah yang tidak bertahan untuk menghapuskan pengiraan buah pinggang dan hempedu yang disebutkan di atas, dengan itu mengelakkan prosedur pembedahan.

Pada dasarnya ia tidak menjana pencemaran sama ada di udara atau di perairan. Tetapi diketahui bahawa terdapat pencemaran bunyi di lautan, kerana aktiviti manusia seperti memancing intensif, prospek geofizik dan pengangkutan.

Kekurangan

Sukar untuk memikirkan kelemahan bahawa fenomena yang semulajadi seperti bunyi.

Salah satu dari yang sedikit adalah bunyi intensiti yang hebat dapat merosakkan struktur gendang telinga, dan dari masa ke masa membuat orang yang terdedah secara berterusan kehilangan kepekaan mereka.

Persekitaran yang sangat bising akhirnya menyebabkan tekanan dan ketidakselesaan pada orang. Kelemahan lain mungkin adalah hakikat bahawa tenaga akustik tidak berfungsi untuk memindahkan objek, sangat sukar untuk memanfaatkan getaran untuk mempengaruhi objek pepejal.

Ini kerana bunyi selalu memerlukan kewujudan cara untuk menyebarkan, dan oleh itu ia mudah dilemahkan. Iaitu, tenaga bunyi diserap di tengah -tengah lebih cepat daripada jenis gelombang lain, contohnya elektromagnetik.

Atas sebab ini tenaga gelombang bunyi agak pendek di udara. Bunyi diserap oleh struktur dan objek apabila ia menyebar, dan tenaganya secara beransur -ansur menghilangkan panas.

Sudah tentu, ini berkaitan dengan pemuliharaan tenaga: tenaga tidak dimusnahkan tetapi perubahan bentuk. Getaran molekul di udara tidak hanya berubah menjadi perubahan tekanan yang menimbulkan bunyi. Getaran juga menimbulkan panas.

Penyerapan Bunyi dalam Bahan

Apabila gelombang bunyi mempengaruhi bahan seperti dinding bata, contohnya, sebahagian daripada tenaga dicerminkan. Bahagian lain hilang dalam haba, terima kasih kepada getaran molekul kedua -dua udara dan bahan; Dan akhirnya pecahan yang tersisa melintasi bahan.

Oleh itu, gelombang bunyi dapat dicerminkan dengan cara yang sama yang dilakukan oleh cahaya. Refleksi bunyi dikenali sebagai "echo". Semakin tegar dan seragam permukaan, semakin besar keupayaan untuk mencerminkan.

Boleh melayani anda: kerdil merah

Malah, terdapat permukaan yang mampu menghasilkan pelbagai refleksi yang dipanggil Reverberations. Biasanya ini berlaku di ruang kecil dan dielakkan dengan meletakkan bahan penebat, sehingga dengan cara ini, gelombang yang dipancarkan dan yang dicerminkan tidak bertindih menghalang pendengaran.

Sepanjang penyebarannya, gelombang akustik akan mengalami semua kerugian berturut -turut ini sehingga akhirnya tenaga diserap sepenuhnya di tengah. Yang bermaksud bahawa ia telah berubah menjadi tenaga kalori.

Terdapat magnitud untuk mengukur keupayaan bahan untuk menyerap bunyi. Dipanggil pekali penyerapan. Ia dilambangkan sebagai α, dan itu adalah alasan antara Tenaga yang diserap Dan_Abs dan juga tenaga kejadian Dan_INC, Semua merujuk kepada bahan yang dipersoalkan. Ia menyatakan secara matematik seperti ini:

α = e_Abs/Dan_INC

Nilai maksimum α ialah 1 (sepenuhnya menyerap bunyi) dan minimum ialah 0 (biarkan semua lulus bunyi).

Suara boleh menjadi kelemahan pada banyak kesempatan apabila kesunyian lebih disukai. Contohnya, kereta dipasang penyenyap untuk bunyi bising enjin. Ke peranti lain seperti pam air dan loji elektrik juga.

Pengasingan akustik penting dalam kajian rakaman. Sumber: Pixabay.

Contoh tenaga bunyi

Tenaga Bunyi ada di mana -mana. Berikut adalah contoh mudah yang menggambarkan sifat bunyi dan tenaga dari sudut pandangan kuantitatif.

Latihan diselesaikan

Pin 0.1 g jisim jatuh dari ketinggian 1m. Dengan mengandaikan bahawa 0.05 % tenaga menjadi nadi bunyi 0.1 s, Anggarkan Berapakah jarak maksimum di mana kejatuhan pin dapat didengar. Ambil sebagai intensiti bunyi yang boleh didengar minimum 10^-8 W/m².

Penyelesaian

Persamaan yang diberikan sebelum ini untuk keamatan bunyi akan digunakan:

Soalan yang baik adalah di mana tenaga bunyi datang dari dalam kes ini, yang keamatannya mengesan telinga manusia.

Jawapannya adalah tenaga potensi graviti. Tepat kerana pin jatuh dari ketinggian tertentu, yang mana ia mempunyai tenaga yang berpotensi, kerana ia jatuh mengubah tenaga ini menjadi tenaga kinetik.

Dan apabila ia memberi kesan kepada tanah, tenaga dipindahkan ke molekul udara yang mengelilingi tempat kejatuhan, yang menimbulkan bunyi.

Tenaga potensi graviti Atau adalah:

U = mgh

Di mana m Itu adalah doh pin, g Ia adalah pecutan graviti dan h Ia adalah ketinggian dari mana ia jatuh. Menggantikan nilai -nilai berangka ini, tetapi tidak sebelum membuat penukaran yang sepadan dalam sistem unit antarabangsa, anda mempunyai:

U = 0.1 x 10^-3 x 9.8 x 1 j = 0.00098 J

Kenyataan itu mengatakan bahawa tenaga ini, hanya 0.05 % berubah untuk menimbulkan nadi bunyi, iaitu, ke pin tintineo ketika ia bertembung melawan lantai. Oleh itu tenaga bunyi adalah:

Dan_Bunyi= 4.9 x 10^-7 J

Dari persamaan intensiti radio dibersihkan R dan nilai tenaga bunyi diganti dan_Bunyi Dan masa yang berlangsung nadi: 0.1 s Menurut kenyataan itu.

Oleh itu jarak maksimum yang mana kejatuhan pin akan didengar adalah 6.24 m sekitar.

Rujukan

1. Giancoli, d.  2006. Fizik: Prinsip dengan aplikasi. Edisi keenam. Prentice Hall. 332 - 359.
2. Kinsler, l. (2000). Asas akustik. Edisi ke -4. Wiley & Sons. 124-125.