Какво представляват звуковите вълни?

Акустиката е клон на физиката, който се занимава с механични вълни. Това изследване на звуковите вълни започна с наблюдения на най-забележителните умове на науката. Италианският физик от петнадесети век Галилео Галилей направи важно наблюдение за връзката между честотата на вълната и нейната височина.

Френският математик Марин Мерсен е първият, който записва скоростта на звука във въздуха през 1640 г. Разбирането на звуковите вълни и вибрации е силен клон на акустиката, тъй като обхваща почти всички аспекти на съвременното общество, особено когато става въпрос за слуха и комуникацията , крайъгълни камъни на оцеляването.

Как хората чуват

От външното ухо звукът навлиза в ушния канал и се отклонява към тъпанчето, което вибрира от входящите вълни. Трите кости в ухото, малеусът, инкубацията и стремето, приемат вибрациите и ги усилват, преди да ги изпратят към кохлеята, пълна с течност структура във вътрешното ухо. Течността вътре в кохлеята се вълнува, а стереоцилиите, подобни на косми структури, разположени в различни области на базиларната мембрана, издигат звуците. Върховете на стереоцилиите се отварят и невротрансмитерите създават електрически сигнали, които се предават на слуховия нерв, който ги прехвърля в мозъка за разпознаване.

media com сделки

Кое е по-бързо: звук през вода или въздух?

Звукът действа върху повърхността на обект, което го кара да реагира различно с различни медии. Вибрацията се причинява от удрящи се частици, при което всеки сблъсък предава енергия от една частица на друга. Някои оприличават този процес на щафетно състезание, където енергията е като палка, която се прехвърля от бегач на бегач. Въздухът е газ, който няма съпротивление, така че е лесно да се започне вълна, но няма да е бърза. Тъй като водата е по-плътна от въздуха, са необходими повече усилия, за да започне вълна. Но след като започне, енергията, прехвърлена от една частица към друга, помага на звуковите вълни да се движат поне четири пъти по-бързо, отколкото във въздуха.

Нарушаване на скоростта на звука

При 68 градуса по Фаренхайт скоростта на звука е 767 mph или 1125 ft/s. С увеличаване на скоростта на обекта местната скорост на звуковите вълни се натрупва пред него, създавайки това, което някои хора наричат ​​бариера. Когато обектът достигне определено ускорение, той пробива през вълните, изпреварвайки всички звукови вълни и натрупаното налягане. Резултатът, чут на земята, е експлозията, известна като звуковия бум.

Причината за гръмотевиците

Някои смятат, че светкавиците и гръмотевиците са отделни явления, когато са продукт на причина и следствие. Мълния е комбинация от светлина, топлина и енергия. Докато се движи, той прегрява околния въздух, който се разширява толкова бързо, че създава вида звуков удар, наречен гръм.

Ернст Хладни

Роденият в Германия физик и музикант от осемнадесети век Ернст Хладни се интересува от музика и наука, но е принуден да учи право поради неодобрението на баща си. Той получава диплома по право и след смъртта на баща си се чувства свободен да преследва първоначалните си интереси. Въз основа на работата на английския физик от седемнадесети век Робърт Хук, Хладни изобретява метод за визуализиране на звукови вълни върху метал, наречен плочи на Хладни, неговата демонстрация привлича вниманието и благосклонността на Наполеон Бонапарт. За цялата си работа в тази област той е известен на мнозина като бащата на акустиката.

Измерване на звук

Звуковата вълна се състои от честота и амплитуда. Честотата измерва броя на звуковите вибрации в секунда, докато амплитудата измерва колко мощна е вълната. Децибелите, dB, означават енергията на звуковите вълни. Нула децибела е най-мекият откриваем звук и всяко увеличение с 3 децибела удвоява интензитета на звука. Нормалното говорене е приблизително 65 dBA, но продължителните нива по-високи от 85 dBA могат да увредят слуха. Например, типичен рок концерт е 120 dBA звуково налягане, което може да увреди стереоцилиите за по-малко от една минута.

Звукът пътува ли право?

Наличието на обекти по пътя му може да повлияе на движението на звуковата вълна. Например, когато звукът удари твърд обект, той се отразява, образувайки ехо. По-меките предмети поглъщат звуците, за да спрат да пътува по-нататък. Докато звуковите вълни се движат по прави линии, това зависи от това, което е по пътя им. Използването на тези характеристики на ехо и абсорбция помага на учените да изследват океанските дълбочини.

защо листата на доматеното ми растение се къдрят

Психоакустика

Изучаването на това как хората възприемат определени звуци се нарича психоакустика. Това, което мозъкът прави с това, което чуват ушите, е въпрос на много фактори, включително време и честота. Психоакустиката изучава как звуковите вълни се превръщат в невронни стимули, както и по-комерсиални приложения, като техники за компресиране на данни и намаляване на аудио шума в телекомуникациите. Човешките уши имат честотен диапазон от 20 Hz до 20 000 Hz, който намалява с възрастта. Това поле може да помогне на клиницистите да разберат по-добре динамиката на загубата на слуха.

Ехолокация

Използвана от делфини, прилепи и китове, ехолокацията използва звукови вълни за производство на ехо. Ехото отскача, връща се към ушите на животното, помагайки му да определи разстоянието, размера и формата. За хората ехолокацията може да направи същото. Слепите и с увредено зрение създават звуци, като почукват с бастуните или щракат с пръсти, което може да им помогне да се ориентират и да се ориентират в света.

Проучване как звукът помага на паметта

Тета вълните са електрически импулси между 4 и 7 Hz, които помагат за предизвикване на релаксация. Учените тестват устройство за увличане, което използва комбинацията от звук и светлина, за да подобри активността на тета вълните и да подобри паметта. Резултатите показват, че увеличената памет и тета активността продължават известно време след изключване на устройството.