Formulat për llogaritjen e shpejtësisë së zërit. Më shumë rreth shpejtësisë

SHPEJTËSIA E TINGUT- shpejtësia e përhapjes së një vale elastike në mjedis. Përcaktohet nga elasticiteti dhe dendësia e mediumit. Për vrapim pa ndryshuar formë me shpejtësi Me në drejtim të boshtit X, presioni i zërit R mund të paraqitet në formë p = p(x - - ct), Ku t- koha. Për harmoni të rrafshët, valët në një medium pa dispersion dhe SZ. e shprehur me frekuencën w dhe k Floy c = w/k. Me shpejtësi Me përhapet faza harmonike. valët, pra Me thirrur edhe faza S. z. Në mediat në të cilat forma e një vale arbitrare ndryshon gjatë përhapjes, harmonike. valët megjithatë ruajnë formën e tyre, por shpejtësia fazore rezulton të jetë e ndryshme për frekuenca të ndryshme, d.m.th. shpërndarja e zërit.Në këto raste përdoret edhe koncepti shpejtësia e grupit. Në amplituda të mëdha, shfaqen efekte jolineare (shih. Akustika jolineare), duke çuar në një ndryshim në çdo valë, përfshirë ato harmonike: shpejtësia e përhapjes së çdo pike të profilit të valës varet nga presioni në këtë pikë, duke u rritur me rritjen e presionit, gjë që çon në shtrembërim të formës së valës.

Shpejtësia e zërit në gazra dhe lëngje. Në gaze dhe lëngje, zëri përhapet në formën e valëve vëllimore të ngjeshjes-shkarkimit. Nëse procesi i përhapjes ndodh në mënyrë adiabatike (që, si rregull, është rasti), d.m.th., ndryshimi i temperaturës në valën e zërit nuk ka kohë të nivelohet edhe pas 1 / 2 , periudha që nxehtësia nga zonat e nxehta (të ngjeshura) nuk ka kohë të kalojë në zonat e ftohta (të rralluara), atëherë S. z. e barabartë me , Ku Rështë presioni në substancë, është dendësia e saj dhe indeksi s tregon se derivati ​​merret në entropi konstante. Ky S. z. thirrur adiabatike. Shprehje për S. z. mund të shkruhet edhe në një nga format e mëposhtme:

Ku TE ferr - adiabatik. moduli i ngjeshjes së gjithanshme të materies, - adiabatik. kompresueshmëria, - izotermike kompresueshmëria, = - raporti i kapaciteteve të nxehtësisë në presion dhe vëllim konstant.

Në trupat e kufizuar, përveç valëve gjatësore dhe tërthore, ekzistojnë lloje të tjera të valëve. Kështu, përgjatë sipërfaqes së lirë të një trupi të ngurtë ose përgjatë kufirit të tij me një medium tjetër, ato përhapen valët akustike sipërfaqësore, shpejtësia e së cilës është më e vogël se shpejtësia e valëve trupore karakteristike për një material të caktuar. Për pllaka, shufra dhe materiale të tjera të forta akustike. valëpërcjellësit janë karakteristikë valë normale Shpejtësia e së cilës përcaktohet jo vetëm nga vetitë e substancës, por edhe nga gjeometria e trupit. Kështu, për shembull, S. z. për një valë gjatësore në një shufër me një st, përmasat tërthore të së cilës janë shumë më të vogla se gjatësia e valës së zërit, të ndryshme nga S. z. në një mjedis të pakufizuar me l(Tabela 3):

Metodat për matjen e S.z. mund të ndahet në rezonante, interferometrike, pulsuese dhe optike (shih. Difraksioni i dritës me ultratinguj).Naib. Saktësia e matjes arrihet duke përdorur metodat e fazës së pulsit. Optike metodat bëjnë të mundur matjen e S. z. në frekuenca hipersonike (deri në 10 11 -10 12 Hz). Saktësia abs. matjet S. z. në pajisjet më të mira përafërsisht. 10 -3%, ndërsa saktësia është relative. matje të rendit prej 10 -5% (për shembull, kur studiojmë varësinë Me në temperaturë ose magnetike fushat ose përqendrimi i papastërtive ose defekteve).

Matjet e S. z. përdoren për të përcaktuar shumës. vetitë e materies, të tilla si raporti i kapaciteteve të nxehtësisë për gazet, kompresueshmëria e gazeve dhe lëngjeve, moduli elastik i trupave të ngurtë, temperatura e Debye, etj. (shih. Akustika molekulare). Përcaktimi i ndryshimeve të vogla në S. z. është i ndjeshëm. Metoda e fiksimit të papastërtive në gazra dhe lëngje. Në trupat e ngurtë, matja e S. z. dhe varësia e saj nga të ndryshme faktorët (temperatura, fushat magnetike, etj.) ju lejon të studioni strukturën e materies: strukturën e brezit të gjysmëpërçuesve, strukturën e sipërfaqes Fermi në metale, etj.

Lit.: Landau L. D., L i f sh i c E. M., Teoria e elasticitetit, botimi 4, M., 1987; ato, Hidrodinamika, botimi i 4-të, M., 1988; Bergman L., dhe aplikimi i tij në shkencë dhe teknologji, përkth. nga gjermanishtja, botimi i dytë, M., 1957; Mikhailov I. G., Solovyov V. A., Syrnikov Yu P., Bazat e akustikës molekulare, M., 1964; Tabelat për llogaritjen e shpejtësisë së zërit në ujin e detit, L., 1965; Akustika fizike, ed. W. Mason, përkth. nga anglishtja, vëll 1, pjesa A, M., 1966, ch. 4; t 4, pjesa B, M., 1970, ch. 7; Kolesnikov A.E., Matjet me ultratinguj, botimi i dytë, M., 1982; T r u e l l R., E l b a u m Ch., Ch i k B., Metodat tejzanor në fizikën e gjendjes së ngurtë, përkth. nga anglishtja, M., 1972; Kristalet akustike, ed. M. P. Shaskolskoy, M., 1982; Krasilnikov V.A., Krylov V.V., Hyrje në akustikën fizike, M., 1984. A. L. Polyakova.

Qëllimi i punës: Përcaktimi i gjatësisë së valës në këmbë dhe shpejtësisë së zërit në ajër.

Pajisjet dhe aksesorët: rezonator me telefon dhe mikrofon, gjenerator zëri, oshiloskop, vizore matës.

Hyrje teorike

Tingulli është valë elastike që përhapet në gaze, lëngje dhe trupa të ngurtë dhe që perceptohet nga veshi i njerëzve dhe kafshëve. Veshi i njeriut është i aftë të perceptojë zërin me frekuenca nga 16 Hz deri në 20 kHz. Tingulli me frekuenca nën 16 Hz quhet infratingull, dhe mbi 20 kHz quhet ultratinguj. Shkenca e zërit quhet akustikë.

Nëse një burim lëkundjeje vendoset në një mjedis elastik, atëherë grimcat në kontakt me të do të hiqen nga pozicioni i ekuilibrit dhe do të fillojnë të lëkunden. Dridhjet e këtyre grimcave transmetohen nga forcat elastike në grimcat fqinje të mediumit, dhe prej tyre te të tjerat, më të largëta nga burimi i dridhjeve. Pas ca kohësh, procesi oscilues do të mbulojë të gjithë mediumin. Përhapja e dridhjeve në një mjedis elastik quhet valë ose një proces me valë.

Ekzistojnë valë gjatësore (grimcat lëkunden përgjatë drejtimit të përhapjes së valës) dhe valë tërthore (grimcat lëkunden pingul me këtë drejtim). Valët gjatësore janë kondensime dhe rrallime të alternuara. Valë të tilla përhapen në mjedise në të cilat forcat elastike lindin gjatë deformimeve shtypëse dhe tërheqëse, por nuk kanë stres prerës (d.m.th., në trupat e ngurtë, lëngje dhe gazra). Një shembull i valëve gjatësore janë valët e zërit. Valët tërthore përhapen në mjedise në të cilat forcat elastike gjenerohen nga deformimi i prerjes (d.m.th., në trupa të ngurtë ose në disa raste të veçanta, siç janë valët në një ndërfaqe të lëngshme-gaz). Shpejtësia e përhapjes së valëve gjatësore dhe tërthore varet nga vetitë elastike të mediumit. Pra, në 20 ºС shpejtësia e zërit në ajër është 343 m/s, në ujë - 1480 m/s, në çelik - rreth 6000 m/s.

Shpejtësia e zërit në gaze teorikisht mund të llogaritet duke përdorur formulën:

ku  është indeksi adiabatik (raporti i kapacitetit të nxehtësisë në presion konstant ndaj kapacitetit të nxehtësisë në vëllim konstant), R- konstante e gazit molar, T- temperatura termodinamike, M– masa molare e gazit. Kështu, shpejtësia e zërit në gazra rezulton të jetë e të njëjtit rend me shpejtësinë mesatare të lëvizjes termike të molekulave.

Ekuacioni i një vale udhëtuese që përhapet përgjatë një koordinate x, ka formën:

 = A cos( t – kx), (2)

ku  është zhvendosja e grimcave të mediumit nga pozicioni i ekuilibrit; A– amplituda e valës;  – frekuenca e lëkundjeve ciklike; t- koha; k- numri i valës,
( – gjatësia valore).

Një valë në këmbë është një gjendje e veçantë lëkundëse e një mediumi që ndodh kur mbivendosen dy valë udhëtuese të kundërta (për shembull, të drejtpërdrejta dhe të reflektuara) me të njëjtën amplitudë dhe frekuencë. Një valë në këmbë është një rast i veçantë i ndërhyrjes valore.

Le të shqyrtojmë shtimin e dy valëve kundërpërhapëse me të njëjtën amplitudë dhe frekuencë. Një valë e drejtpërdrejtë përshkruhet nga ekuacioni

 1 = A cos( t – kx), (3)

në ekuacionin e valës së reflektuar koordinata x shenjë e kundërt:

 2 = A cos( t + kx). (4)

Le të shtojmë ekuacionet (3) dhe (4):

 =  1 +  2 = A cos( t – kx) + A cos( t + kx)

dhe, duke përdorur formulën për shumën e kosinuseve të dy këndeve, marrim ekuacionin e valës në këmbë:

 = 2 A cos x cos t. (5)

Shprehja para cos t, paraqet amplituda e valës në këmbë:

A Art. V. =  2 A cos x . (6)

Amplituda e dridhjeve të grimcave mesatare në një valë në këmbë varet nga koordinatat e grimcave x dhe për këtë arsye ndryshon nga pika në pikë. Amplituda e një vale në këmbë është maksimale (vende të tilla gjeometrike quhen antinyje) me kusht

cos x=  1,

x =   n, (7)

ku janë koordinatat e antinyjeve?

x pn =  . (8)

Amplituda e një vale në këmbë merr vlera zero (pika të tilla quhen nyje) sipas kushtit

cos x = 0,

x=  (2 n + 1), (9)

nga janë koordinatat e nyjeve?

x nyjë = 
. (10)

Në formulat (7) - (10) n= 0, 1, 2, 3…. Distanca midis nyjeve ngjitur ose antinyjeve ngjitur është /2, dhe nyjet fqinje dhe antinyjet janë zhvendosur me /4. Pikat e vendosura në nyje nuk lëkunden.

Distanca midis dy nyjeve ose antinyjeve ngjitur quhet gjatësi vale në këmbë. Prandaj, gjatësia e valës në këmbë është e barabartë me gjysmën e gjatësisë së valës udhëtuese:

 st = . (njëmbëdhjetë)

Le të ndërtojmë një grafik të një vale në këmbë. Duke përdorur ekuacionin (5), ne llogarisim zhvendosjet  për momente fikse kohore t = 0, T/8, T/4, 3T/8, T/2. Në secilin prej ekuacioneve rezultuese  = f(x) zëvendësoni koordinatat x= 0, /4, /2, 3/4, , 5/4…. Rezultatet e llogaritjes janë dhënë më poshtë.

Varësitë që rezultojnë  = f(x) janë paraqitur në Fig. 1 dhe përfaqësojnë një lloj "foto të çastit" të një valë në këmbë.

Një valë në këmbë ka këto karakteristika:

amplituda e dridhjeve të grimcave është e ndryshme në vende të ndryshme në medium;

brenda një seksioni të mediumit nga një nyje në tjetrën, të gjitha grimcat lëkunden në një fazë, kur kalojnë nëpër një nyje, faza e lëkundjes ndryshon në të kundërtën;

ndryshe nga një valë udhëtuese, ajo nuk transferon energji.

Vëzhguesi përdori një orë për të shënuar kohën e kaluar midis shfaqjes së blicit dhe momentit kur u dëgjua zëri. Koha që iu desh dritës për të kaluar këtë distancë u neglizhua. Për të eliminuar sa më shumë ndikimin e erës, nga secila anë kishte një top dhe një vëzhgues dhe çdo top qëllonte afërsisht në të njëjtën kohë.

Është marrë vlera mesatare e dy matjeve kohore dhe në bazë të saj. Doli të ishte afërsisht e barabartë me 340 ms -1. Disavantazhi i madh i kësaj metode matjeje ishte se arma nuk ishte gjithmonë pranë!

Shumë të ekzaminuar përshkruajnë një metodë të ngjashme. Një student qëndron në njërën anë të fushës së futbollit me një pistoletë startuese dhe tjetri qëndron në anën tjetër me një kronometër. Distanca midis tyre matet me kujdes me një masë shirit. Nxënësi ndez kronometrin kur sheh tym që del nga fuçi dhe e ndalon kur dëgjon zërin. E njëjta gjë bëhet kur ndërrojnë vendet për të kompensuar efektet e erës. Pastaj përcaktohet koha mesatare.

Meqenëse zëri udhëton në 340 ms -1, një kronometër ka të ngjarë të mos jetë mjaft i saktë. Preferohet të operohet në centisekonda ose milisekonda.

Matja e shpejtësisë së zërit duke përdorur jehonën

Kur prodhohet një tingull i shkurtër i mprehtë, si një duartrokitje, impulsi i valës mund të reflektohet nga një pengesë e madhe, si një mur, dhe të dëgjohet nga një vëzhgues. Ky impuls i reflektuar quhet jehonë. Le të imagjinojmë që një person qëndron në një distancë prej 50 m nga muri dhe bën një duartrokitje. Kur dëgjohet jehona, tingulli ka përshkuar 100 m. Matja e këtij intervali me kronometër nuk do të jetë shumë e saktë. Megjithatë, nëse një person i dytë mban një kronometër dhe personi i parë duartroket, atëherë koha për një numër të madh tingujsh jehonë mund të merret me saktësi të arsyeshme.

Supozoni se distanca në të cilën personi që duartroket është para murit është 50 m, dhe intervali kohor ndërmjet duartrokitjes së parë dhe njëqind e parë është 30 s, atëherë:

shpejtësia e zërit= distanca e përshkuar / koha e një duartrokitjeje = 100 m: 30 / 100 s = 333 ms -1

Matja e shpejtësisë së zërit duke përdorur një oshiloskop

Një mënyrë më e sofistikuar për të matur drejtpërdrejt shpejtësinë e zërit është përdorimi i një oshiloskopi. Altoparlanti lëshon pulse në intervale të rregullta dhe ato regjistrohen nga një oshiloskop me rreze katodë (shih figurën). Kur një puls merret nga mikrofoni, ai gjithashtu do të regjistrohet nga oshiloskopi. Nëse dihen karakteristikat e kohës së oshiloskopit, mund të gjendet intervali kohor midis dy pulseve.

Distanca midis altoparlantit dhe mikrofonit matet. Shpejtësia e zërit mund të gjendet duke përdorur formulën shpejtësia = distanca / koha.

Shpejtësia e zërit në media të ndryshme

Shpejtësia e zërit është më e lartë në trupat e ngurtë sesa në lëngje dhe më e lartë në lëngje sesa në gaze. Eksperimentet e kaluara në liqenin e Gjenevës kanë treguar se shpejtësia e zërit në ujë është dukshëm më e lartë se në ajër. Në ujë të ëmbël, shpejtësia e zërit është 1410 ms -1, në ujin e detit - 1540 ms -1. Në hekur, shpejtësia e zërit është afërsisht 5000 ms -1.

Duke dërguar sinjale zanore dhe duke shënuar intervalin kohor përpara mbërritjes së sinjalit të reflektuar (jehona), është e mundur të përcaktohet thellësia e detit dhe vendndodhja e shkopinjve të peshqve. Gjatë luftës, tingujt me frekuencë të lartë u përdorën për zbulimin e minave. Lakuriqët gjatë fluturimit përdorin një formë të veçantë jehone për të zbuluar pengesat. Lakuriku lëshon një tingull me frekuencë të lartë që kërcen nga një objekt në rrugën e tij. Miu dëgjon jehonën, e lokalizon objektin dhe e shmang atë.

Shpejtësia e zërit në ajër varet nga kushtet atmosferike. Shpejtësia e zërit është proporcionale me rrënjën katrore të presionit të ndarë me densitetin. Ndryshimet në presion nuk ndikojnë në shpejtësinë e zërit në ajër. Kjo është për shkak se një rritje e presionit sjell një rritje përkatëse në densitet dhe raporti i presionit ndaj densitetit mbetet konstant.

Shpejtësia e zërit në ajër (si në çdo gaz) ndikohet nga ndryshimet e temperaturës. Ligjet për gazrat tregojnë se raporti i presionit ndaj densitetit është proporcional me . Kështu, shpejtësia e zërit është proporcionale me √T. Është më e lehtë të thyesh barrierën e zërit në lartësi më të larta, sepse atje temperatura është më e ulët.

Shpejtësia e zërit ndikohet nga ndryshimet në lagështi. Dendësia e avullit të ujit është më e vogël se dendësia e ajrit të thatë në të njëjtin presion. Natën, kur lagështia rritet, zëri udhëton më shpejt. Tingujt dëgjohen më qartë në një natë të qetë dhe me mjegull.

Kjo është pjesërisht për shkak të lagështisë së shtuar dhe pjesërisht për shkak se në këto kushte zakonisht ka një përmbysje të temperaturës, në të cilën tingujt përthyhen në atë mënyrë që të mos shpërndahen.

Tingulli kuptohet si valë elastike që shtrihen brenda rrezes së dëgjueshmërisë së veshit të njeriut, në diapazonin e lëkundjeve nga 16 Hz deri në 20 kHz. Lëkundjet me një frekuencë nën 16 Hz i quajtur infratinguj, mbi 20 kHz- ultratinguj.

Në krahasim me ajrin, uji ka densitet më të madh dhe më pak kompresueshmëri. Në këtë drejtim, shpejtësia e zërit në ujë është katër herë e gjysmë më e madhe se në ajër dhe është 1440 m/sek. Frekuenca e dridhjeve të zërit (lakuriq) lidhet me gjatësinë e valës (lambda) nga relacioni: c= lambda-nu. Tingulli udhëton në ujë pa shpërndarje. Shpejtësia e zërit në ujë ndryshon në varësi të dy parametrave: dendësisë dhe temperaturës. Një ndryshim i temperaturës me 1° sjell një ndryshim përkatës në shpejtësinë e zërit me 3,58 m për sekond. Nëse monitoroni shpejtësinë e përhapjes së zërit nga sipërfaqja në fund, rezulton se së pari, për shkak të uljes së temperaturës, zvogëlohet shpejt, duke arritur një minimum në një thellësi të caktuar, dhe më pas, me thellësi, fillon të rritet me shpejtësi. për shkak të një rritje të presionit të ujit, i cili, siç dihet, rritet me afërsisht 1 atm për çdo 10 m thellësitë.

Duke filluar në një thellësi prej rreth 1200 m, ku temperatura e ujit mbetet praktikisht konstante, shpejtësia e zërit ndryshon për shkak të ndryshimeve në presion. "Në një thellësi prej rreth 1200 m (për Atlantikun), ekziston një vlerë minimale për shpejtësinë e zërit; Në thellësi më të mëdha, për shkak të rritjes së presionit, shpejtësia e zërit rritet përsëri. Meqenëse rrezet e zërit gjithmonë përkulen drejt zonave të mjedisit ku shpejtësia e tyre është më e ulët, ato përqendrohen në shtresën me shpejtësinë minimale të zërit” (Krasilnikov, 1954). Kjo shtresë, e zbuluar nga fizikanët sovjetikë L.D. Rosenberg dhe L.M. Brekhovskikh, quhet "kanali i zërit nënujor". Tingulli që hyn në kanalin e zërit mund të udhëtojë në distanca të mëdha pa dobësim. Kjo veçori duhet mbajtur parasysh kur merret parasysh sinjalizimi akustik i peshqve në det të thellë.

Thithja e zërit në ujë është 1000 herë më pak se në ajër. Një burim tingulli në ajër me fuqi 100 kW në ujë mund të dëgjohet në një distancë deri në 15 km; në ujë burimi i zërit është 1 kW mund të dëgjohet në një distancë prej 30-40 km. Tingujt e frekuencave të ndryshme absorbohen ndryshe: tingujt me frekuencë të lartë përthithen më fort dhe tingujt me frekuencë të ulët thithen më shpejt. Thithja e ulët e zërit në ujë bëri të mundur përdorimin e tij për sonar dhe sinjalizues. Hapësirat ujore janë të mbushura me një numër të madh tingujsh të ndryshëm. Tingujt e trupave ujorë të Oqeanit Botëror, siç tregohet nga hidroakusticisti amerikan Wenz (Wenz, 1962), lindin në lidhje me faktorët e mëposhtëm: zbaticat dhe rrjedhat, rrymat, era, tërmetet dhe cunami, aktiviteti industrial njerëzor dhe jeta biologjike. . Natyra e zhurmës së krijuar nga faktorë të ndryshëm ndryshon si në grupin e frekuencave të zërit ashtu edhe në intensitetin e tyre. Në Fig. Figura 2 tregon varësinë e spektrit dhe nivelit të presionit të tingujve të Oqeanit Botëror nga faktorët që i shkaktojnë ato.

Në pjesë të ndryshme të Oqeanit Botëror, përbërja e zhurmës përcaktohet nga komponentë të ndryshëm. Përbërja e tingujve ndikohet shumë nga fundi dhe brigjet.

Kështu, përbërja dhe intensiteti i zhurmës në pjesë të ndryshme të Oqeanit Botëror janë jashtëzakonisht të ndryshme. Ekzistojnë formula empirike që tregojnë varësinë e intensitetit të zhurmës së detit nga intensiteti i faktorëve që i shkaktojnë ato. Megjithatë, për qëllime praktike, zhurma e oqeanit zakonisht matet në mënyrë empirike.

Duhet theksuar se ndër tingujt e Oqeanit Botëror, më intensivët janë tingujt industrialë të krijuar nga njeriu: zhurma e anijeve, peshkatareve etj. Sipas Shane (1964), intensiteti i tyre është 10-100 herë më i lartë se të tjerët. tingujt e oqeanit botëror. Megjithatë, siç mund të shihet nga Fig. 2, përbërja e tyre spektrale është disi e ndryshme nga përbërja spektrale e tingujve të shkaktuar nga faktorë të tjerë.

Kur përhapen në ujë, valët e zërit mund të reflektohen, përthyhen, absorbohen, përjetojnë difraksion dhe ndërhyrje.

Kur takojnë një pengesë në rrugën e tyre, valët e zërit mund të reflektohen prej saj nëse gjatësia e valës së tyre është (lambda) më e vogël se madhësia e pengesës, ose e rrethojnë (difraktojnë) atë në rastin kur gjatësia valore e tyre është më e madhe se pengesa. Në këtë rast, ju mund të dëgjoni se çfarë po ndodh pas pengesës pa parë drejtpërdrejt burimin. Kur bien në një pengesë, valët e zërit në një rast mund të reflektohen, në një tjetër - të depërtojnë në të (të përthithura prej saj). Sasia e energjisë së valës së reflektuar varet nga sa ndryshojnë nga njëra-tjetra të ashtuquajturat rezistenca akustike të mediave "р1с1" dhe "р2с2", në ndërfaqen e të cilave bien valët e zërit. Rezistenca akustike e një mediumi nënkupton produktin e densitetit të një mjedisi të caktuar p dhe shpejtësinë e përhapjes së zërit Me në të. Sa më i madh të jetë ndryshimi në rezistencën akustike të medias, aq më e madhe do të reflektohet energjia nga ndërfaqja midis dy mediave dhe anasjelltas. Në rastin e, për shembull, tingullit që bie nga ajri, rs nga të cilat 41, në ujë, rs që është 150,000, pasqyrohet sipas formulës:

Në lidhje me këtë, tingulli depërton shumë më mirë në një trup të ngurtë nga uji sesa nga ajri. Nga ajri në ujë, zëri depërton mirë nëpër shkurre ose kallamishte që dalin mbi sipërfaqen e ujit.

Për shkak të reflektimit të zërit nga pengesat dhe natyrës së tij valore, mund të ndodhë shtimi ose zbritja e amplitudave të presioneve të zërit të frekuencave identike që arrijnë në një pikë të caktuar të hapësirës. Një pasojë e rëndësishme e kësaj shtese (ndërhyrjeje) është formimi i valëve në këmbë pas reflektimit. Nëse, për shembull, vibroni një pirun akordimi, duke e afruar dhe më larguar nga muri, mund të dëgjoni një rritje dhe ulje të volumit të tingullit për shkak të shfaqjes së antinyjeve dhe nyjeve në fushën e zërit. Në mënyrë tipike, valët në këmbë formohen në kontejnerë të mbyllur: në akuariume, pishina, etj., Kur burimi tingëllon për një kohë relativisht të gjatë.

Në kushte reale të detit ose të një trupi tjetër natyror uji, gjatë përhapjes së zërit, vërehen fenomene të shumta komplekse që lindin për shkak të heterogjenitetit të mjedisit ujor. Përhapja e zërit në rezervuarët natyrorë ndikohet shumë nga fundi dhe ndërfaqet (ujë - ajër), heterogjeniteti i temperaturës dhe kripës, presioni hidrostatik, flluskat e ajrit dhe organizmat planktonikë. Ndërfaqja midis ujit dhe ajrit dhe pjesës së poshtme, si dhe heterogjeniteti i ujit, çojnë në fenomenet e përthyerjes (lakimi i rrezeve të zërit) ose reverberimi (reflektimi i shumëfishtë i rrezeve të zërit).

Flluskat e ujit, planktoni dhe lëndë të tjera të pezulluara kontribuojnë në thithjen e zërit në ujë. Një vlerësim sasior i këtyre faktorëve të shumtë ende nuk është zhvilluar. Është e nevojshme që ato të merren parasysh gjatë kryerjes së eksperimenteve akustike.

Le të shqyrtojmë tani dukuritë që ndodhin në ujë kur zëri lëshohet në të.

Le të imagjinojmë një burim tingulli si një sferë pulsuese në hapësirën e pafundme. Energjia akustike e emetuar nga një burim i tillë zbutet në proporcion të zhdrejtë me katrorin e distancës nga qendra e tij.

Energjia e valëve të zërit që rezultojnë mund të karakterizohet nga tre parametra: shpejtësia, presioni dhe zhvendosja e grimcave vibruese të ujit. Dy parametrat e fundit janë me interes të veçantë kur merren parasysh aftësitë e dëgjimit të peshkut, kështu që ne do të ndalemi në to në mënyrë më të detajuar.

Sipas Harris dhe Berglijk (1962), përhapja e valëve të presionit dhe efektet e zhvendosjes përfaqësohen ndryshe në akustikë të afërt (në një distancë prej më pak se një gjatësi vale të zërit) dhe të largët (në një distancë prej më shumë se një gjatësi vale tingulli). fushë.

Në fushën e largët akustike, presioni zbutet në përpjesëtim të zhdrejtë me distancën nga burimi i zërit. Në këtë rast, në fushën e largët akustike, amplitudat e zhvendosjes janë drejtpërdrejt proporcionale me amplitudat e presionit dhe lidhen me njëra-tjetrën me formulën:

Ku R - Presioni akustik në din/cm2;

d- sasia e zhvendosjes së grimcave në cm.

Në fushën e afërt akustike, marrëdhënia midis amplitudave të presionit dhe zhvendosjes është e ndryshme:

Ku R- Presioni akustik në din/cm2;

d - madhësia e zhvendosjes së grimcave të ujit në cm;

f - frekuenca e lëkundjeve në Hz;

rs- rezistenca akustike e ujit e barabartë me 150,000 g/cm 2 sek 2;

lambda- gjatësia e valës së zërit në m; r - largësia nga qendra e sferës pulsuese;

i= SQR i

Formula tregon se amplituda e zhvendosjes në fushën e afërt akustike varet nga gjatësia e valës, zëri dhe largësia nga burimi i zërit.

Në distanca më të shkurtra se gjatësia e valës së zërit në fjalë, amplituda e zhvendosjes zvogëlohet në përpjesëtim të zhdrejtë me katrorin e distancës:

Ku A - rrezja e sferës pulsuese;

D- rritja e rrezes së sferës për shkak të pulsimit; r - largësia nga qendra e sferës.

Peshqit, siç do të tregohet më poshtë, kanë dy lloje të ndryshme marrësish. Disa prej tyre perceptojnë presionin, ndërsa të tjerët perceptojnë zhvendosjen e grimcave të ujit. Prandaj, ekuacionet e mësipërme kanë një rëndësi të madhe për vlerësimin e saktë të përgjigjeve të peshkut ndaj burimeve të zërit nënujor.

Në lidhje me emetimin e zërit, vërejmë edhe dy dukuri të tjera që lidhen me emetuesit: fenomenin e rezonancës dhe drejtimin e emetuesve.

Emetimi i zërit nga një trup ndodh për shkak të dridhjeve të tij. Çdo trup ka frekuencën e vet të dridhjeve, e përcaktuar nga madhësia e trupit dhe vetitë e tij elastike. Nëse një trup i tillë vendoset në dridhje, frekuenca e të cilit përkon me frekuencën e vet, ndodh fenomeni i një rritje të konsiderueshme të amplitudës së dridhjes - rezonancë. Përdorimi i konceptit të rezonancës bën të mundur karakterizimin e disa prej vetive akustike të emetuesve dhe marrësve të peshkut. Emetimi i zërit në ujë mund të jetë i drejtuar ose jo i drejtuar. Në rastin e parë, energjia e zërit përhapet kryesisht në një drejtim të caktuar. Një grafik që shpreh shpërndarjen hapësinore të energjisë së zërit të një burimi të caktuar tingulli quhet diagrami i tij i drejtimit. Rrezatimi i drejtimit vërehet kur diametri i emetuesit është dukshëm më i madh se gjatësia e valës së zërit të emetuar.

Në rastin e rrezatimit jo-drejtues, energjia e zërit ndryshon në mënyrë të barabartë në të gjitha drejtimet. Ky fenomen ndodh kur gjatësia e valës së zërit të emetuar tejkalon diametrin e emetuesit lambda>2A. Rasti i dytë është më tipik për emetuesit nënujorë me frekuencë të ulët. Në mënyrë tipike, gjatësitë e valëve të tingujve me frekuencë të ulët janë dukshëm më të mëdha se madhësia e emetuesve nënujorë të përdorur. I njëjti fenomen është tipik për emetuesit e peshkut. Në këto raste, emetuesit nuk kanë modele drejtimi. Në këtë kapitull u vunë re vetëm disa veti të përgjithshme fizike të tingullit në mjedisin ujor në lidhje me bioakustikën e peshqve. Disa çështje më specifike të akustikës do të diskutohen në seksionet përkatëse të librit.

Si përfundim, ne do të shqyrtojmë sistemet e matjes së zërit të përdorur nga autorë të ndryshëm. Tingulli mund të shprehet me intensitetin, presionin ose nivelin e presionit.

Intensiteti i zërit në njësi absolute matet ose me numër erg/sek-cm 2, ose W/cm2. Në të njëjtën kohë 1 erg/sek=10 -7 e martë.

Presioni i zërit matet në bare

Ekziston një lidhje midis intensitetit të zërit dhe presionit të zërit:

duke përdorur të cilat mund t'i konvertoni këto vlera njëra në tjetrën.

Jo më rrallë, veçanërisht kur merret parasysh dëgjimi i peshkut, për shkak të gamës së madhe të vlerave të pragut, presioni i zërit shprehet në njësi logaritmike relative të decibelit, db. Nëse presioni i zërit i një tingulli R, dhe P o tjetër, atëherë ata besojnë se tingulli i parë është më i fortë se i dyti by kdb dhe llogarisni atë duke përdorur formulën:

Shumica e studiuesve e marrin vlerën e pragut të dëgjimit njerëzor të barabartë me 0.0002 si leximin zero të presionit të zërit P o bar për frekuencën 1000 Hz.

Avantazhi i një sistemi të tillë është mundësia e krahasimit të drejtpërdrejtë të dëgjimit të njerëzve dhe peshqve, disavantazhi është vështirësia e krahasimit të rezultateve të marra në zërin dhe dëgjimin e peshkut.

Vlerat aktuale të presionit të zërit të krijuar nga peshqit janë katër deri në gjashtë renditje të madhësisë më të larta se niveli zero i pranuar (0.0002 bar), dhe nivelet e pragut të dëgjimit të peshqve të ndryshëm qëndrojnë si mbi dhe nën referencën zero konvencionale.

Prandaj, për lehtësinë e krahasimit të tingujve dhe dëgjimit të peshqve, autorët amerikanë (Tavolga a. Wodinsky, 1963, etj.) përdorin një sistem referimi të ndryshëm.

Niveli zero i referencës merret si një presion zëri prej 1 bar, që është në 74 db më të larta se sa ishte pranuar më parë.

Më poshtë është një raport i përafërt i të dy sistemeve.

Vlerat aktuale sipas sistemit të referencës amerikane janë shënuar me një yll në tekst.

Sot, shumë banorë të rinj, kur arredojnë një apartament, detyrohen të kryejnë punë shtesë, duke përfshirë izolimin e zërit të shtëpisë së tyre, sepse... Materialet standarde të përdorura bëjnë të mundur që vetëm pjesërisht të fshehni atë që po ndodh në shtëpinë tuaj dhe të mos interesoheni për komunikimin e fqinjëve kundër vullnetit tuaj.

Në trupat e ngurtë, ajo ndikohet të paktën nga dendësia dhe elasticiteti i substancës që i reziston valës. Prandaj, kur pajisni ambientet, shtresa ngjitur me murin mbajtës është e papërshkueshme nga zëri me "mbivendosje" në pjesën e sipërme dhe të poshtme. Kjo ju lejon të reduktoni decibel ndonjëherë me më shumë se 10 herë. Pastaj vendosen dyshekë bazalti dhe sipër vendosen fletë gipsi, të cilat pasqyrojnë tingullin nga banesa. Kur një valë zanore "fluturon" në një strukturë të tillë, ajo dobësohet në shtresat e izolatorit, të cilat janë poroze dhe të buta. Nëse tingulli është i fortë, materialet që e thithin atë mund edhe të nxehen.

Substancat elastike, si uji, druri dhe metalet, transmetojnë mirë, ndaj dëgjojmë "këndimin" e bukur të instrumenteve muzikore. Dhe disa popuj në të kaluarën përcaktuan afrimin e, për shembull, kalorësve, duke vënë veshin në tokë, i cili gjithashtu është mjaft elastik.

Shpejtësia e zërit në km varet nga karakteristikat e mediumit në të cilin ai përhapet. Në veçanti, procesi mund të ndikohet nga presioni i tij, përbërja kimike, temperatura, elasticiteti, dendësia dhe parametra të tjerë. Për shembull, në një fletë çeliku një valë zanore udhëton me një shpejtësi prej 5100 metra në sekondë, në xhami - rreth 5000 m / s, në dru dhe granit - rreth 4000 m / s. Për të kthyer shpejtësinë në kilometra në orë, duhet të shumëzoni shifrat me 3600 (sekonda në orë) dhe të ndani me 1000 (metra për kilometër).

Shpejtësia e zërit në km në një mjedis ujor është e ndryshme për substancat me kripësi të ndryshme. Për ujë të freskët në një temperaturë prej 10 gradë Celsius është rreth 1450 m/s, dhe në një temperaturë prej 20 gradë Celsius dhe presion të njëjtë tashmë është rreth 1490 m/s.

Një mjedis i kripur karakterizohet nga një shpejtësi dukshëm më e lartë e dridhjeve të zërit.

Përhapja e zërit në ajër varet gjithashtu nga temperatura. Me një vlerë 20 për këtë parametër, valët e zërit udhëtojnë me një shpejtësi prej rreth 340 m/s, që është rreth 1200 km/h. Dhe në zero gradë shpejtësia ngadalësohet në 332 m/s. Duke u kthyer te izolatorët e apartamenteve tona, mund të mësojmë se në një material të tillë si tapa, i cili përdoret shpesh për të reduktuar nivelet e zhurmës së jashtme, shpejtësia e zërit në km është vetëm 1800 km/h (500 metra në sekondë). Kjo është dhjetë herë më e ulët se kjo karakteristikë në pjesët e çelikut.

Vala e zërit është një dridhje gjatësore e mediumit në të cilin ajo përhapet. Kur, për shembull, melodia e një pjese muzikore kalon nëpër ndonjë pengesë, niveli i volumit të saj ulet, sepse ndryshon në të njëjtën kohë, frekuenca mbetet e njëjtë, falë së cilës ne dëgjojmë zërin e një gruaje si të një gruaje dhe të një burri si të një burri. Vendi më interesant është ku shpejtësia e zërit në km është afër zeros. Ky është një vakum në të cilin valët e këtij lloji pothuajse nuk përhapen. Për të demonstruar se si funksionon kjo, fizikanët vendosin një orë zileje nën një kapuç nga i cili pompohet ajri. Sa më i hollë të jetë ajri, aq më e qetë dëgjohet zilja.