Opracowanie edukacyjne
Co trzeba wiedzieć przed quizem?
Drgania są ruchem powtarzającym się wokół położenia równowagi, a fala rozchodzącym się zaburzeniem, które przenosi energię. Dźwięk jest falą mechaniczną w ośrodku. Okres, częstotliwość, amplituda, długość i prędkość fali opisują różne cechy; ich rozróżnienie pozwala wyjaśnić instrumenty, echo, ultrasonografię i ochronę słuchu. Obserwacja wykresu położenia w czasie pozwala odczytać wielkości drgań bez zgadywania ich na podstawie samego wyglądu źródła. W każdym pomiarze należy objąć kilka cykli, podać jednostki i ocenić niepewność czasu.
Po tej lekcji potrafisz
- opisać drgania
- stosować T i f
- wyjaśnić rozchodzenie fali
- łączyć cechy dźwięku z falą
Ruch drgający
Położenie równowagi jest stanem, wokół którego ciało wykonuje ruch tam i z powrotem. Amplituda to największe wychylenie, a okres czas pełnego cyklu. Częstotliwość podaje liczbę cykli w sekundzie i ma jednostkę herc.
Okres i częstotliwość są odwrotne: f=1/T. Pomiar wielu drgań i podzielenie czasu przez ich liczbę zmniejsza wpływ reakcji osoby ze stoperem. Większa amplituda nie oznacza automatycznie większej częstotliwości.
Fala mechaniczna
Fala mechaniczna wymaga ośrodka. Cząstki drgają wokół położeń równowagi, przekazując zaburzenie sąsiadom; nie podróżują trwale wraz z grzbietem fali. Fala przenosi energię bez transportowania całej materii ośrodka.
Długość fali λ jest odległością między punktami drgającymi w tej samej fazie, na przykład kolejnymi grzbietami. Zależność v=fλ łączy prędkość rozchodzenia, częstotliwość i długość. Przy przejściu do innego ośrodka częstotliwość źródła pozostaje, a mogą zmienić się prędkość i długość.
Dźwięk
Drgające źródło powoduje zmiany ciśnienia rozchodzące się w gazie, cieczy lub ciele stałym. W próżni dźwięk nie biegnie. Wysokość tonu wiąże się przede wszystkim z częstotliwością, a większa amplituda i energia zwykle powodują większą głośność.
Barwa pozwala odróżniać źródła grające ten sam ton i wynika z udziału składowych harmonicznych oraz przebiegu dźwięku. Głośność jest wrażeniem człowieka, a poziom dźwięku mierzoną wielkością. Długie narażenie na hałas może uszkadzać słuch także bez bólu.
Zjawiska i zastosowania
Odbicie dźwięku prowadzi do echa, gdy opóźnienie jest wystarczająco duże. Rezonans występuje, gdy wymuszenie ma częstotliwość bliską częstotliwości własnej, co zwiększa amplitudę. Może wzmacniać instrument, ale też zagrażać konstrukcji.
Infradźwięki leżą poniżej, a ultradźwięki powyżej zakresu słyszalnego człowieka. Ultradźwięki stosuje się w diagnostyce i sonarze. Granice słyszenia są przybliżone i indywidualne; określenie ultra nie oznacza bardzo głośny, lecz bardzo wysoką częstotliwość.
Chronologia
| Data | Wydarzenie |
|---|---|
| 1 | rozpoznaj ruch okresowy |
| 2 | odczytaj amplitudę i okres |
| 3 | zastosuj f=1/T lub v=fλ |
| 4 | zinterpretuj energię i cechę dźwięku |
Najważniejsze pojęcia
- amplituda
- maksymalne wychylenie
- okres
- czas jednego cyklu
- częstotliwość
- liczba cykli na sekundę
- długość fali
- odległość punktów o tej samej fazie
Najczęstsze pomyłki
- Amplituda nie jest częstotliwością.
- Fala nie przenosi trwale całego ośrodka.
- Ultradźwięki nie oznaczają automatycznie dużej głośności.
Podsumowanie do zapamiętania
- Drgania zachodzą wokół równowagi.
- f=1/T.
- Fala przenosi energię.
- Wysokość dźwięku zależy od częstotliwości.