Ձայնային ալիքը որոշակի հաճախականության մեխանիկական երկայնական ալիք է: Հոդվածում կհասկանանք, թե ինչ են երկայնական և լայնակի ալիքները, ինչու չէ, որ ամեն մեխանիկական ալիք ձայնային է։ Պարզեք ալիքի արագությունը և ձայնի առաջացման հաճախականությունները: Եկեք պարզենք, թե արդյոք ձայնը նույնն է տարբեր միջավայրերում և սովորենք, թե ինչպես գտնել դրա արագությունը՝ օգտագործելով բանաձևը:
Ալիքը հայտնվում է
Պատկերացնենք ջրի մակերեսը, օրինակ՝ լճակը հանգիստ եղանակին: Եթե դուք քար եք նետում, ապա ջրի մակերեսին մենք կտեսնենք կենտրոնից շեղվող շրջանակներ: Իսկ ի՞նչ կլինի, եթե վերցնենք ոչ թե քար, այլ գնդակ ու տանենք տատանողական շարժման։ Շրջանակները մշտապես կստեղծվեն գնդակի թրթռումներից: Մենք կտեսնենք մոտավորապես նույնը, ինչ ցույց է տրված համակարգչային անիմացիայի մեջ:
Եթե բոցը իջեցնենք գնդից որոշ հեռավորության վրա, այն նույնպես տատանվելու է: Երբ ժամանակի ընթացքում տարածության մեջ տատանումները տարբերվում են, այս գործընթացը կոչվում է ալիք:
Ձայնի հատկությունները (ալիքի երկարություն, ալիքի արագություն և այլն) ուսումնասիրելու համար հարմար է հայտնի Rainbow խաղալիքը կամ Happy Rainbow-ը։
Զսպանակը ձգենք, թող հանդարտվի ու կտրուկ թափահարենք վեր ու վար։ Մենք կտեսնենք, որ մի ալիք առաջացավ, որը հոսում էր աղբյուրի երկայնքով, իսկ հետո հետ վերադարձավ։ Սա նշանակում է, որ դա արտացոլվում է խոչընդոտից։ Մենք դիտեցինք, թե ինչպես է ալիքը ժամանակի ընթացքում տարածվում աղբյուրի երկայնքով: Աղբյուրի մասնիկները շարժվում էին վեր ու վար իրենց հավասարակշռության համեմատ, և ալիքը վազում էր աջ ու ձախ: Նման ալիքը կոչվում է լայնակի ալիք: Նրանում դրա տարածման ուղղությունը ուղղահայաց է մասնիկների տատանման ուղղությանը։ Մեր դեպքում ալիքի տարածման միջավայրը զսպանակ էր։
Հիմա գարունը ձգենք, թող հանդարտվի ու ետ ու առաջ քաշի։ Կտեսնենք, որ նրա երկայնքով սեղմված են աղբյուրի պարույրները։ Ալիքը հոսում է նույն ուղղությամբ։ Մի տեղ զսպանակն ավելի սեղմված է, մյուսում՝ ավելի ձգված։ Նման ալիքը կոչվում է երկայնական: Նրա մասնիկների տատանման ուղղությունը համընկնում է տարածման ուղղության հետ։
Պատկերացնենք խիտ միջավայր, օրինակ՝ կոշտ մարմին։ Եթե կտրելով այն դեֆորմացնենք, ալիք կառաջանա։ Այն կհայտնվի միայն պինդ մարմիններում գործող առաձգական ուժերի շնորհիվ։ Այս ուժերը խաղում են վերականգնման և առաձգական ալիք առաջացնելու դեր:
Դուք չեք կարող դեֆորմացնել հեղուկը կտրելու միջոցով: Լայնակի ալիքը չի կարող տարածվել գազերում և հեղուկներում։ Մեկ այլ բան երկայնական է՝ այն տարածվում է բոլոր միջավայրերում, որտեղ գործում են առաձգական ուժեր։ Երկայնական ալիքում մասնիկները մոտենում են միմյանց, այնուհետև հեռանում են, և միջավայրն ինքնին սեղմվում և հազվադեպ է լինում:
Շատերը կարծում են, որ հեղուկներըանսեղմելի, բայց դա այդպես չէ: Եթե ներարկիչի մխոցը սեղմեք ջրով, այն մի փոքր կծկվի։ Գազերում հնարավոր է նաեւ սեղմում-առաձգական դեֆորմացիա։ Դատարկ ներարկիչի մխոցը սեղմելը սեղմում է օդը։
Արագություն և ալիքի երկարություն
Վերադառնանք անիմացիային, որը դիտարկել ենք հոդվածի սկզբում։ Պայմանական գնդակից շեղվող շրջաններից մեկի վրա կամայական կետ ենք ընտրում և հետևում դրան: Կետը հեռանում է կենտրոնից։ Արագությունը, որով այն շարժվում է, ալիքի գագաթի արագությունն է: Կարող ենք եզրակացնել. ալիքի բնութագրիչներից մեկը ալիքի արագությունն է։
Շարժապատկերը ցույց է տալիս, որ ալիքի գագաթները գտնվում են նույն հեռավորության վրա։ Սա ալիքի երկարությունն է՝ նրա մեկ այլ բնութագրիչ: Որքան հաճախ են ալիքները, այնքան ավելի կարճ է դրանց երկարությունը։
Ինչու ամեն մեխանիկական ալիք ձայնային չէ
Վերցրեք ալյումինե քանոն։
Դա ցայտուն է, ուստի լավ է փորձի համար: Քանոնը դնում ենք սեղանի եզրին ու ձեռքով սեղմում ենք, որ ուժեղ դուրս գա։ Մենք սեղմում ենք դրա եզրին և կտրուկ բաց թողնում - ազատ մասը կսկսի թրթռալ, բայց ձայն չի լինի: Եթե քանոնը մի փոքր երկարացնեք, կարճ եզրի թրթռումը ձայն կստեղծի:
Ի՞նչ է ցույց տալիս այս փորձը: Այն ցույց է տալիս, որ ձայնն առաջանում է միայն այն ժամանակ, երբ մարմինը բավական արագ է շարժվում, երբ միջավայրում ալիքի արագությունը բարձր է: Ներկայացնենք ալիքի ևս մեկ հատկանիշ՝ հաճախականությունը։ Այս արժեքը ցույց է տալիս, թե մարմնի վայրկյանում քանի թրթռում է կատարում: Երբ մենք օդում ալիք ենք ստեղծում, ձայնը տեղի է ունենում որոշակի պայմաններում, երբ բավարար էբարձր հաճախականություն։
Կարևոր է հասկանալ, որ ձայնը ալիք չէ, թեև այն կապված է մեխանիկական ալիքների հետ: Ձայնը այն զգացումն է, որն առաջանում է, երբ ձայնային (ակուստիկ) ալիքները մտնում են ականջ:
Եկեք վերադառնանք տիրակալին. Երբ մեծ մասը երկարացվում է, քանոնը տատանվում է և ձայն չի հանում։ Արդյո՞ք սա ալիք է ստեղծում: Իհարկե, բայց դա մեխանիկական ալիք է, ոչ թե ձայնային ալիք: Այժմ մենք կարող ենք սահմանել ձայնային ալիք: Սա մեխանիկական երկայնական ալիք է, որի հաճախականությունը գտնվում է 20 Հց-ից մինչև 20 հազար Հց միջակայքում: Եթե հաճախականությունը 20 Հց-ից պակաս է կամ 20 կՀց-ից ավելի, ապա մենք դա չենք լսի, չնայած թրթռումներ տեղի կունենան:
Ձայնի աղբյուր
Ցանկացած տատանվող մարմին կարող է լինել ակուստիկ ալիքների աղբյուր, նրան պետք է միայն առաձգական միջավայր, օրինակ՝ օդ։ Ոչ միայն պինդ մարմինը կարող է թրթռալ, այլ նաև հեղուկն ու գազը։ Օդը, որպես մի քանի գազերի խառնուրդ, կարող է լինել ոչ միայն տարածման միջոց, այն ինքնին ընդունակ է ակուստիկ ալիք առաջացնել: Հենց նրա թրթռումներն են ընկած փողային գործիքների ձայնի հիմքում։ Ֆլեյտան կամ շեփորը չեն թրթռում։ Հենց օդն է, որ հազվագյուտ է լինում և սեղմվում, որոշակի արագություն է հաղորդում ալիքին, որի արդյունքում մենք լսում ենք ձայնը։
Ձայնի տարածում տարբեր միջավայրերում
Պարզեցինք, որ տարբեր նյութեր են հնչում՝ հեղուկ, պինդ, գազային։ Նույնը վերաբերում է ակուստիկ ալիք վարելու ունակությանը: Ձայնը տարածվում է ցանկացած առաձգական միջավայրում (հեղուկ, պինդ, գազային), բացառությամբ վակուումի։ Դատարկ տարածության մեջ, ասենք լուսնի վրա, մենք թրթռացող մարմնի ձայն չենք լսի։
Մարդկանց կողմից ընկալվող ձայների մեծ մասը օդում է: Ձկները, մեդուզաները լսում են ակուստիկ ալիք, որը շեղվում է ջրի միջով: Մենք, եթե սուզվենք ջրի տակ, կլսենք նաև կողքով անցնող մոտորանավակի աղմուկը։ Ավելին, ալիքի երկարությունը և ալիքի արագությունը ավելի բարձր կլինեն, քան օդում։ Սա նշանակում է, որ շարժիչի ձայնն առաջինը կլսի ջրի տակ սուզվողը։ Ձկնորսը, ով նստած է իր նավակի մեջ նույն տեղում, ավելի ուշ կլսի աղմուկը։
Պինդ մարմիններում ձայնն ավելի լավ է տարածվում, իսկ ալիքի արագությունն ավելի բարձր է: Եթե կոշտ առարկա, հատկապես մետաղական, դնեք ականջին և դիպչեք դրան, շատ լավ կլսեք։ Մեկ այլ օրինակ ձեր սեփական ձայնն է: Երբ մենք առաջին անգամ լսում ենք մեր խոսքը, որը նախկինում ձայնագրվել է ձայնագրիչով կամ տեսագրությունից, ձայնը խորթ է թվում: Ինչու է դա տեղի ունենում: Որովհետև կյանքում մենք լսում ենք ոչ այնքան ձայնային թրթռումներ մեր բերանից, որքան ալիքների թրթռումները, որոնք անցնում են մեր գանգի ոսկորներով: Այս խոչընդոտներից արտացոլված ձայնը որոշակիորեն փոխվում է:
Ձայնի արագություն
Ձայնային ալիքի արագությունը, եթե դիտարկենք նույն ձայնը, տարբեր միջավայրերում տարբեր կլինի: Որքան ավելի խիտ է միջավայրը, այնքան ավելի արագ է ձայնը հասնում մեր ականջին: Գնացքը կարող է մեզանից այնքան հեռու գնալ, որ անիվների ձայնը դեռ չի լսվի։ Այնուամենայնիվ, եթե ականջդ դնես ռելսերին, մենք հստակ լսում ենք դղրդյունը։
Սա ցույց է տալիս, որ ձայնային ալիքներն ավելի արագ են շարժվում պինդ մարմիններում, քան օդում: Նկարը ցույց է տալիս ձայնի արագությունը տարբեր միջավայրերում։
Ալիքի հավասարում
Արագությունը, հաճախականությունը և ալիքի երկարությունը փոխկապակցված են: Բարձր հաճախականությամբ թրթռացող մարմինների համար ալիքն ավելի կարճ է: Ցածր հաճախականության ձայները կարելի է լսել ավելի մեծ հեռավորության վրա, քանի որ դրանք ավելի երկար ալիքի երկարություն ունեն: Կան երկու ալիքային հավասարումներ. Նրանք ցույց են տալիս ալիքների բնութագրերի փոխկախվածությունը միմյանցից: Իմանալով հավասարումներից ցանկացած երկու մեծություն՝ կարող եք հաշվել երրորդը՝
с=ν × λ, որտեղ c-ն արագությունն է, ν-ը հաճախականությունն է, λ-ն ալիքի երկարությունն է:
Երկրորդ ակուստիկ ալիքի հավասարում.
s=λ / T, որտեղ T-ն այն ժամանակաշրջանն է, այսինքն՝ ժամանակը, որի ընթացքում մարմինը կատարում է մեկ տատանում:
