Odgłos kroków na deskach podłogi. Ryk samochodu na ulicy. Daleki odgłos samolotu.
To wszystko dźwięk. Dźwięk, który od razu rozpoznajesz, nawet kiedy nie widzisz jego źródła. Być może – podobnie jak w przypadku samolotu – jest to dźwięk, który powstaje dosłownie w odległości wielu kilometrów. Albo, jak kroki sąsiada z piętra wyżej, jest to dźwięk, który pochodzi z najbardziej przypadkowego źródła.
Nawet jeśli postawisz szklankę wody na stole, usłyszysz dźwięk. Możesz usłyszeć nawet dźwięk drapania się po głowie. Gdy piszesz na klawiaturze, też powstaje dźwięk.
Dźwięk jest dosłownie wszędzie. Prawie nie da się go uniknąć. Cały świat wydaje się w istocie nieustannie wibrować różnymi dźwiękami i odgłosami: ptaki i deszcz, głosy ludzi i wiatr. Jesteśmy stale otoczeni dźwiękami, które słyszymy i dźwiękami, których nie słyszymy.
Czym jest dźwięk? Co właściwie się dzieje, kiedy coś słyszysz? W jaki sposób dźwięk przebywa ogromne odległości, by dotrzeć do Twojego ucha?
Będziemy tutaj omawiać tego typu pytania. Zobaczymy też, czym jest ultradźwięk i jakie ma zastosowania.
Przyjrzyjmy się im bliżej.
Czym jest dźwięk?
Dźwięk to rodzaj fali, czyli zaburzenie w ośrodku przenoszące energię. Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o falach, sprawdź nasze artykuły o właściwościach fal, falach poprzecznych i falach podłużnych.
Fale dźwiękowe są rodzajem fal podłużnych – co oznacza, że sposób, w jaki zakłócają one swój ośrodek materialny, jest równoległy do kierunku przepływu energii. Fale poprzeczne z kolei powodują przemieszczenia prostopadłe do kierunku energii.
Wyobraź sobie więc samolot na niebie. Choć jest dość daleko, można go usłyszeć. Dzieje się tak, ponieważ jego silnik wytwarza wibracje, które rozprzestrzeniają energię wszędzie wokół. A ponieważ energia ta nie napotyka żadnego oporu, może dotrzeć aż do Twojego ucha. Dla tych, którzy chcą zgłębić naukowe tajniki dźwięku, fizyka korepetycje w Twojej okolicy mogą być pomocne. Wyszukaj w Google np. korepetycje fizyka Warszawa, aby znaleźć prywatnego nauczyciela w stolicy.
W skrócie, na tym właśnie polega nauka o dźwięku: ruchy energii wprawiają cząsteczki w drgania. Przyjrzyjmy się jednak temu zjawisku nieco bliżej.
Więcej informacji na ten temat natury fal i właściwości fal - znajdziesz w innych artykułach.
Czym jest źródło dźwięku?
Źródło dźwięku to miejsce, w którym dźwięk się zaczyna – czy to będzie pulsująca membrana głośnika, ludzka krtań czy też mechaniczne wirowanie i zgrzytanie maszyny. Miejsca te są źródłami fal dźwiękowych, które następnie zaczynają rozprzestrzeniać się poprzez medium.
Sposób ich działania zależy od specyfiki źródła. Tak więc w przypadku głośnika technologia wewnątrz głośnika zamienia energię elektryczną na drgania cząsteczek, co powoduje, że wszystkie cząsteczki wokół również zaczynają drgać. Natomiast powietrze przepływające przez gardło wprawia Twoją krtań w wibrację, która z kolei powoduje, że wszystko wokół niej również wibruje.
Jak widać, wszystkie dźwięki zaczynają się od wibracji – szczególnego rodzaju energii przekształcanego w energię kinetyczną. Gdy powstaną wibracje, mogą rozprzestrzenić się poprzez wiele różnych mediów, aż dotrą do Twoich uszu.
Dowiedz się więcej o falach poprzecznych i podłużnych!
Jak rozchodzą się fale dźwiękowe?
Gdy źródło dźwięku wibruje, wszystko wokół niego również wibruje – energia dźwięku rozchodzi się od źródła fali, ulegając zjawiskom takim jak inferencja i dyfrakcja.
Fala dźwiękowa jest rodzajem fali mechanicznej, co oznacza, że musi mieć ośrodek, przez który może przejść. Dźwięk nie może rozprzestrzeniać się w próżni, ponieważ do przeniesienia energii potrzebne są drgania atomów. Biorąc to pod uwagę, możemy zauważyć, że dźwięk rozchodzi się z różną prędkością w zależności od ośrodka, przez który podróżuje.
☄️ Dźwięk rozchodzi się w powietrzu z prędkością 340 metrów na sekundę.
🐢 Jednakże powietrze – biorąc pod uwagę fakt, że gaz jest stanem, w którym atomy są ułożone najsłabiej – jest ośrodkiem, w którym dźwięk rozchodzi się najwolniej.
Fale dźwiękowe przemieszczają się znacznie szybciej przez ciała stałe niż ciecze i gazy. Dla porównania prędkość dźwięku w aluminium wynosi 6300 m/s. To dwadzieścia prawie razy szybciej niż w powietrzu. Tak naprawdę wiesz to intuicyjnie – ponieważ gdy przyłożysz głowę do stołu i ktoś w niego zapuka, dźwięk będzie o wiele głośniejszy, niż gdybyś siedział prosto.
Dzieje się tak, ponieważ cząsteczki w ciałach stałych są na ogół znacznie bliżej siebie niż w powietrzu – dzięki czemu energia jest znacznie łatwiej przenoszona z jednej cząsteczki do drugiej.
Echo
Kiedy jednak następuje zmiana ośrodka, przez który rozchodzi się dźwięk, część dźwięku ulega odbiciu – powstaje tzw. echo.
Jeśli więc krzyczysz w tunelu, dźwięk rozchodzi się w powietrzu – a część z niego powraca do uszu po kontakcie z powierzchnią styku dwóch mediów, powietrza i ściany.
Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej na temat odbicia, przygotowaliśmy artykuł na temat odbicia i załamania.
Co zmienia wysokość i ton dźwięku?
Wiemy już, czym jest dźwięk: jest to drganie w jakimś ośrodku. Pozostaje jednak ważne pytanie: Dlaczego słyszymy różne dźwięki o różnym poziomie głośności? Jak to się dzieje, że słuchając muzyki, słyszymy całą gamę różnych wysokości i tonów?
Aby zrozumieć odpowiedź, musisz pamiętać, że fale dźwiękowe nie są pojedynczymi, identycznymi zjawiskami. Zamiast tego istnieje całe spektrum różnych fal dźwiękowych, o nieskończonej różnorodności rozmiarów i prędkości.
Częstotliwość to słowo odnoszące się do liczby oscylacji fali – czyli przechodzenia od grzbietu do doliny lub od zagęszczenia do rozrzedzenia i z powrotem – w danym czasie. Im wyższa częstotliwość – tzn. im szybciej fala oscyluje, tym wyższy dźwięk słyszymy.
Amplituda jest z kolei słowem określającym wielkość przemieszczenia, jakie powoduje fala. Im większa amplituda – czyli im więcej energii przekazuje fala – tym głośniejszy jest dźwięk.
A tony?
Nie wyjaśnia to jednak tonu dźwięku ani tego, dlaczego gitara brzmi inaczej niż fortepian, ani tego, dlaczego Twój głos brzmi inaczej niż głos innej osoby.
Ten fakt zawdzięcza swoje wyjaśnienie temu, że fale dźwiękowe są złożone.
Jeśli grasz na strunie gitary, nie jest produkowany tylko jeden rodzaj fali dźwiękowej – nie jest to jedna fala o jednej ustalonej amplitudzie lub częstotliwości. Zamiast tego struna ta wytworzy fale o różnych rozmiarach i prędkościach – a to właśnie konkretna kombinacja tych elementów wytwarza ten specyficzny dźwięk.
Czym są ultradźwięki?
Ultradźwięki mogą wydawać się czymś bardziej interesującym. Jednakże ultradźwięki i dźwięki to w zasadzie to samo.
Różnica polega na tym, że ultradźwiękami nazywamy fale dźwiękowe o częstotliwościach, których ludzkie ucho nie słyszy. Jeżeli zakres słyszalności człowieka rozciąga się od dwudziestu herców do dwudziestu tysięcy herców (gdzie herce są miarą częstotliwości fali), ultradźwięki to fale o częstotliwości powyżej dwudziestu tysięcy.
Mówiąc szczerze, jest mnóstwo dźwięków, które można zaklasyfikować jako „ultra”. Tak naprawdę ultradźwięków jest więcej niż samego dźwięku. Ale ponieważ jesteśmy ludźmi, skupiamy się na dźwiękach, które jesteśmy w stanie usłyszeć.
Psy z kolei, choć nie rozważają dźwięków od strony naukowej – przynajmniej o ile nam wiadomo – słyszą o wiele szerszy zakres dźwięków niż ludzie. Ich zasięg jest w rzeczywistości dwa razy większy od naszego – co sprawia, że rozróżnienie pomiędzy dźwiękiem i ultradźwiękami dla nich jest raczej arbitralne.
Do czego wykorzystujemy ultradźwięki? Jak działa ultrasonografia?
Najczęstsze zastosowanie ultradźwięków służy do tworzenia obrazów dzieci w łonie matki.
Technologia ta stała się możliwa dzięki procesowi odbicia.
Ultradźwięki są skuteczne, ponieważ w organizmie człowieka znajduje się wiele różnych substancji: tłuszcz, mięśnie i kości.
Dzięki zastosowaniu narzędzia, które może zarówno emitować, jak i wykrywać fale dźwiękowe, użycie ultradźwięków może zasadniczo tworzyć obrazy poprzez odbieranie odbić – lub echa – od powierzchni pomiędzy różnymi warstwami materiału.
Tak więc na styku tłuszczu i mięśni część emitowanych fal dźwiękowych zostaje odbita i wykryta. Na styku mięśni i kości dzieje się to samo. Wszystko to można następnie zapisać na komputerze i na podstawie wykrycia utworzyć obraz.
Lubisz ten artykuł? Oceń nas!
Loading...
