ФИЗИКА Час број 10 Понедељак, 1. децембар, Животиње: Људско ухо:

Transcript

1 ФИЗИКА Час број 0 Понедељак,. децембар, 008 Акустика Физичке карактеристике звучних таласа Брзина звука Висина и боја Интензитет (јачина) звука Физиолошке карактеристике звука Инфразвук и ултразвук Акустика Област физике проучава појаву, настанак, простирање и опште карактеристике звучних таласа као и њихову интеракцију са еластичном средином (медијумопреносиоцем таласа) Звук? Механички талас који настаје у еластичним срединама (чврста, течна, гасовита) чије се осцилације могу регистровати чулом слуха. Опсег фреквенци: Hz < ν < 0 3 Hz Људско ухо региструје: Hz звук Испод 6 Hz инфразвук Изнад Hz ултразвук За простирање је неопходан извор и еластична средина (у вакуумунемапростирањазвука) Звучни извор- сваки механички осцилатор који осцилује правилно у еластичној средини: жице, учвршћени штапови, мембране, ваздушни стуб,... Људско ухо: Већина људи чује звуке од 6Hz до 0,000 Hz. Животиње: Код животиња доња и горња граница нису као код људи. 3 Осциловање затегнуте жице Основна карактеристика жице- попречне димензије занемарљиве у односу на дужину O l x Деформација иде до крајева жице, одбија се уз промену фазе за π, слажу се упадни и одбијени талас и формира стојећи, чворови су у x = 0, x = l. Услов образовања стојећег таласа је l = n n =,,3,K Осциловање затегнуте жице Талас је трансверзалан Основни тон је за n =, n =,3, виши хармоници. Брзина звучног таласа је F u = T фреквенца µ ν = c = F µ l n n l F µ Промена дужине жице код гитаре мења фреквенцију Дебљежицесеобавијајутањимдадабисеповећаламасапојединици дужине, тј. смањила фреквенција = 5 6

2 Осциловање штапа/шипке Трансферзалне и лонгитудиналне осцилације Учвршћен на једном крају или у средини l = (n + ) c ν = ( n + ) l n - број чворова 3 l = (n + ) c ν = ( n + ) l l = n nc ν = l Осциловање ваздушног стуба У цевима настају само лонгитудинални таласи (угасу) Цев може бити отворена само на једном или на оба краја 7 8 Цеви затворене на једном крају 5/ 3/ У затвореним цевима резонанца се дешава на непарним ¼ таласне дужине Чвор: на затвореном крају, трбух на отвореном Плоче и мембране Сложене су - у правца се дешавају осцилације, димензионални стојећи таласи. (звучници, микрофони) / 9 0 Брзина звука Фазнабрзиназвучногталаса c = ν, ν = const. Брзина зависи од таласне дужине а ова од еластичних особина средине. Што су израженије већа је брзина простирања Звук ниже фреквенце има већу талaсну дужину од високофреквентног звука, јер су оба једнаке брзине. Ниско-фреквентни звук је емитован великим woofer звучником, висoкофреквентни звук је емитован малим tweeter звучником H O молекули су ближи једни другима Молекули гаса су мање густо упаковани

3 Брзина звука Одређивање брзине звука метода еха Табеле Брзина звука 3 За чврста и течна тела l c = t c = За гасове E V ρ c = Pκ ρ Зависност брзине од температуре 3 c = c0 + αt α = o 73 C Музички инструменти : Могу се сврстати у три класе: Са жицама које осцилују Са стубовима ваздуха који осцилују ударачки Физиолошке карактеристике звука Звучни талас у ушној шкољки изазива принудне осцилације Онесепреносепрекокошчица(чекић, наковањ и узенгија) Долазе на мембрану која затвара унутрашње ухо које је испуњено течношћу Дуж канала ун. уха налазе се завршеци око 3500 нервних ћелија На основу надражаја нервних ћелија формира се осећај звука Субјективне караткеристике-осећај за : висину, боју тона, ниво јачине (гласности) звука, Како чујемо? Нерви шаљу електричне сигнале у мозак на даљу анализу Фреквентна анализа звука и конвертовање у електричне сигнале Висина тона: Субјективној карактеристици осећаја висине тона одговара као физичка карактеристика фреквенција Висок тон = висока фреквенција Низак тон =ниска фреквенција Звук побуђује бубну опну на -Дец-08 осциловање Физика, 008 Чекић, наковањ, узенгија, појачавају звук механички око 0x Hz 500 Hz 000 Hz 8 3

4 Октава: Цео опсег тонова које прима човечје ухо подељен је на интервале - октаве Октава интервал висине тона чији је однос крајњих фреквенција. Звучно подручје има 0 октава. Једна октава се налази у оквиру седам белих и пет црних дирки на клавиру. 5 Hz 50 Hz 500 Hz 000 Hz октава октава октава 9 0 Висина тона: Звук инструмената има сложену таласну форму комбинација таласа разних фреквенци Најнижа фреквенција= Основна, дефинише висину Више фреквенције = Хармоници, одређују боју тона. Оне су целобројнии умножак основне фреквенције. Боја тона Хармоници жице која осцилује: Иако клавир и кларинет могу да одсвирају исте ноте, оне се разликују. Обично су ноте компоноване од парцијалних тонова (хармоника). Ови парцијални тонови се мешају и продукују резултујући тон. 3

5 Звучни таласи који нису просте синусне функције - Фурије анализа Размотримо звучне таласе исте фреквенце које производе разни инструменти Звучна виљушка И клавир и кларинет могу да произведу ноту исту френквенце али се разликују по унутрашњој структури Флаута Кларинет 5 6 Хармонијска анализа откривање хармоника који су садржани у сложеном таласу Појачавање : резонаторским кутијама 7 Селектују и појачавају одређене хармонике и производе звук 8 Резонатори Мод број Акустична гитара

6 Мод број Мод број Комплекснији модови 33 3 I L = k log I 0 k - константа Бел и децибел Ниво јачине звука Вредности I између прагова чујности и бола се разликују 0 3 пута! Осим тога, одговор ува на јачину звука није линеаран него логаритамски Ниво јачине звука упоређују се два звучна извора различитих интензитета од којих је интензитет једног референтан и за њега се узима интензитет на прагу чујности I 0 = 0 - W/m k = [B] -бел k =0 [db] - децибел

7 Нивои дозвољене јачине звука Инфразвук Фреквенција испод области чујности (испод 6 Hz) нискофреквентни механички таласи Извори: вештачки (SUS мотори, дрхтање турбина,...); природни (земљотреси, ерупције вулкана, удар морских таласа,...) Биолошко дејство слично дејству ултразвука утиче на пропустљивост ћелијских мембрана (од Hz до 6 Hz), или доводи до релаксације мишића и нормализовања мишићног тонуса (од 6 Hz до Hz) Примењује се у физиотерапији у циљу микромасаже ткива Дуготрајно излагање може да има штетне последице: унутраршње крварење, обољење унутрашњих органа па чак исмрт Ултразвук Ултразвук - примена Механички таласи фреквенце веће од 0 khz до GHz, (не чује се) Природни извори: животиње (слепи миш, мачка, делфин, глодари, птице иинсекти), шум ветра и мора, олујна пражњења, снежне лавине, Вештачки извори: механички (Галтонова пиштаљка за псе), електромагнетни (сирене, генератори, турбине,...) Основне карактеристике високе фреквенције/мале таласне дужине (7 mm-0,µm), велики интензитет у снажним генераторима 0 6 W/m. Прва практична примена -. светски рат - Sound Navigation and Ranging (SONAR) подводна навигација и комуникација пoмоћу звука Испитивање подводних објеката и рељефа, за мерење подводних дубина, откривање јата риба, Основна дејства ултразвука на биолошке системе механичко, топлотно, физичко-хемијско Механичко дејство: последица компресије и дилатације ткива. Повећава пропустљивост ћелијских мембрана и убрзава размену материје. Дејство може да буде и разорно Топлотнодејство: услед апсорбовања механичке енергије у датом систему која се претвара у топлотну. Долазидо локалног повишења температуре. И ово изазива повећање пропустљивости Физичко-хемијско дејство: последица механичких и топлотних ефеката оксидационо-редукциони процеси, денатуризација протеина, инактивација ензима, деполимеризација високополимерних молекула,... 7