Što su zvučni valovi?

Akustika je grana fizike koja se bavi mehaničkim valovima. Ovo proučavanje zvučnih valova započelo je opažanjima najistaknutijih umova znanosti. Talijanski fizičar iz 15. stoljeća Galileo Galilei napravio je značajno zapažanje o odnosu između frekvencije vala i njegove visine.

Francuski matematičar Marin Mersenne prvi je 1640. godine zabilježio brzinu zvuka kroz zrak. Razumijevanje zvučnih valova i vibracija jaka je grana akustike, jer pokriva gotovo sve aspekte modernog društva, posebno kada je riječ o sluhu i komunikaciji. , kamen temeljac opstanka.

Kako ljudi čuju

Iz vanjskog uha zvuk ulazi u ušni kanal i odvodi do bubnjića, koji vibrira od dolaznih valova. Tri kosti u uhu, malleus, incus i stapes, primaju vibracije i pojačavaju ih prije nego što ih pošalju u pužnicu, strukturu ispunjenu tekućinom u unutarnjem uhu. Tekućina unutar pužnice se mreška, a stereocilije, strukture nalik dlačicama, smještene na različitim dijelovima bazilarne membrane, dižu zvukove. Vrhovi stereocilije se otvaraju i neurotransmiteri stvaraju električne signale koji se prenose do slušnog živca, koji ih prenosi u mozak radi prepoznavanja.

Keith Sutherland nova serija

Što je brže: zvuk kroz vodu ili zrak?

Zvuk djeluje na površinu predmeta tako da različito reagira na različite medije. Vibracije uzrokuju udarne čestice, gdje svaki sudar prenosi energiju s jedne čestice na drugu. Neki ovaj proces uspoređuju sa štafetnom utrkom, gdje je energija poput palice koja se prenosi s trkača na trkača. Zrak je plin koji nema otpor, pa je lako pokrenuti val, ali neće biti brz. Budući da je voda gušća od zraka, potrebno je više truda da se val pokrene. Ali kada se pokrene, energija koja se prenosi s jedne čestice na drugu pomaže da se zvučni valovi kreću najmanje četiri puta brže nego kroz zrak.

Probijanje brzine zvuka

Pri 68 stupnjeva Fahrenheita, brzina zvuka je 767 mph ili 1125 ft/s. Kako se brzina objekta povećava, lokalna brzina zvučnih valova se nakuplja ispred njega, stvarajući ono što neki ljudi nazivaju barijerom. Kada objekt dosegne određeno ubrzanje, probija se kroz valove, nadmašujući sve zvučne valove i nastali tlak. Rezultat koji se čuje na tlu je eksplozija poznata kao zvučni bum.

Uzrok grmljavine

Neki vjeruju da su munje i gromovi odvojeni fenomeni, kada su proizvod uzroka i posljedice. Munja je kombinacija svjetlosti, topline i energije. Dok se kreće, pregrijava okolni zrak, koji se širi tako brzo da stvara tip zvučnog udara koji se naziva grmljavina.

Ernst Chladni

Fizičar i glazbenik iz osamnaestog stoljeća, rođen u Njemačkoj, Ernst Chladni, bio je zainteresiran za glazbu i znanost, ali je bio prisiljen studirati pravo, zbog neodobravanja svog oca. Diplomirao je pravo i nakon smrti oca osjećao se slobodnim da slijedi svoje izvorne interese. Nadovezujući se na rad engleskog fizičara iz sedamnaestog stoljeća, Roberta Hookea, Chladni je izumio metodu za vizualizaciju zvučnih valova na metalu, nazvanu Chladnijeve ploče, njegova demonstracija privukla je pažnju i naklonost Napoleona Bonapartea. Zbog svog rada na ovom polju, mnogima je poznat kao otac akustike.

Mjerenje zvuka

Zvučni val se sastoji od frekvencije i amplitude. Frekvencija mjeri broj zvučnih vibracija u sekundi, dok amplituda mjeri snagu vala. Decibeli, dB, označavaju energiju zvučnih valova. Nula decibela je najmekši zvuk koji se može detektirati, a svako povećanje od 3 decibela udvostručuje intenzitet zvuka. Normalan govor je otprilike 65 dBA, ali trajne razine veće od 85 dBA mogu oštetiti sluh. Na primjer, tipičan rock koncert je 120 dBA zvučnog tlaka koji može oštetiti stereocilije za manje od jedne minute.

Putuje li zvuk ravno?

Prisutnost objekata na njegovom putu može utjecati na kretanje zvučnih valova. Na primjer, kada zvuk udari u tvrdi predmet, reflektira se, stvarajući jeku. Mekši predmeti apsorbiraju zvukove kako bi spriječili dalje putovanje. Dok zvučni valovi putuju u ravnim linijama, ovisi o tome što im je na putu. Korištenje ovih karakteristika odjeka i apsorpcije pomaže znanstvenicima da istraže dubine oceana.

diy TV zid

Psihoakustika

Studija o tome kako ljudi percipiraju određene zvukove naziva se psihoakustika. Što mozak radi s onim što uši čuju, stvar je mnogih čimbenika, uključujući vrijeme i učestalost. Psihoakustika proučava kako se zvučni valovi pretvaraju u neuronske podražaje, kao i komercijalnije primjene, kao što su tehnike kompresije podataka i smanjenje audio buke u telekomunikacijama. Ljudske uši imaju frekvencijski raspon od 20 Hz do 20.000 Hz, koji se s godinama smanjuje. Ovo polje može pomoći kliničarima da bolje razumiju dinamiku gubitka sluha.

Eholokacija

Koriste ga dupini, šišmiši i kitovi, eholokacija koristi zvučne valove za proizvodnju odjeka. Jeka se odbija, vraća se u uši životinje, pomažući joj da odredi udaljenost, veličinu i oblik. Za ljude, eholokacija može učiniti istu stvar. Slijepi i slabovidni stvaraju zvukove kuckanjem svojim štapovima ili pucketanjem prstiju, što im može pomoći u orijentaciji i snalaženju u svijetu.

Istraživanje kako zvuk pomaže pamćenju

Theta valovi su električni impulsi između 4 i 7 Hz koji pomažu izazvati opuštanje. Znanstvenici testiraju uređaj za uvlačenje koji koristi kombinaciju zvuka i svjetla kako bi poboljšao aktivnost theta valova i poboljšao pamćenje. Rezultati su pokazali da su povećana memorija i theta aktivnost trajale neko vrijeme nakon što je uređaj isključen.