ENERHIYA NG TUNOG: MGA KATANGIAN, URI, GAMIT, PAKINABANG, HALIMBAWA - PISIKAL - 2025

Ang tunog ng enerhiya o tunog na nagdadala ng mga tunog ng tunog habang kumakalat sila sa isang daluyan, na maaaring isang gas tulad ng hangin, isang likido o isang solid. Ang mga tao at maraming mga hayop ay gumagamit ng acoustic energy upang makipag-ugnay sa kapaligiran.

Para sa mga ito mayroon silang mga dalubhasang mga organo, halimbawa ang mga vocal cord, na may kakayahang gumawa ng mga panginginig ng boses. Ang mga panginginig ng boses na ito ay dinadala sa hangin upang maabot ang iba pang dalubhasang mga organo na namamahala sa kanilang interpretasyon.

Ang enerhiya ng tunog ay isinalin sa musika sa pamamagitan ng tunog ng clarinet. Pinagmulan: Pixabay

Ang mga panginginig ng boses ay nagdudulot ng sunud-sunod na mga compress at pagpapalawak sa hangin o daluyan na pumapalibot sa pinagmulan, na kumalat sa isang tiyak na bilis. Hindi ito ang mga partikulo na naglalakbay, ngunit mag-oscillate lamang na may paggalang sa kanilang posisyon ng balanse. Ang kaguluhan ay kung ano ang ipinadala.

Ngayon, tulad ng kilala, ang mga bagay na gumagalaw ay may lakas. Sa gayon, din ang mga alon habang naglalakbay sila sa daluyan ay nagdadala sa kanila ng enerhiya na nauugnay sa paggalaw ng mga particle (kinetic energy), at din ang enerhiya na nagsabing ang medium ay hindi nagtataglay, na kilala bilang potensyal na enerhiya.

katangian

Tulad ng kilala, ang mga bagay na gumagalaw ay may lakas. Gayundin, ang mga alon habang naglalakbay sila sa daluyan, nagdadala sa kanila ng enerhiya na nauugnay sa paggalaw ng mga particle (kinetic energy) at din ang deformation energy ng medium o potensyal na enerhiya.

Sa pag-aakala ng isang napakaliit na bahagi ng daluyan, na maaaring maging hangin, ang bawat butil na may bilis na u, ay may kinetic energy K na ibinigay ni:

Bilang karagdagan, ang butil ay may potensyal na enerhiya U na nakasalalay sa pagbabago sa dami ng nararanasan nito, kung saan ang Vo ang paunang dami, ang V ang pangwakas na dami at p ang presyon, na nakasalalay sa posisyon at oras:

Ang negatibong tanda ay nagpapahiwatig ng isang pagtaas sa potensyal na enerhiya, dahil ang paglaganap ng alon ay gumagana sa dami ng elemento ng dV kapag pinipilit ito, salamat sa isang positibong presyon ng tunog.

Ang masa ng elemento ng likido sa mga tuntunin ng paunang density ρ _o at ang unang dami ng V _o ay:

At kung paano pinangalagaan ang masa (prinsipyo ng pag-iingat ng masa):

Samakatuwid ang kabuuang enerhiya ay tulad nito:

Kinakalkula ang potensyal na enerhiya

Ang integral ay malulutas gamit ang prinsipyo ng pag-iingat ng masa

Ang hinuha ng isang pare-pareho ay 0, kaya (ρ V) '= 0. Samakatuwid:

Ipinasiya ni Isaac Newton na:

(dp / dρ) = c ²

Kung saan c ay kumakatawan sa bilis ng tunog sa likido na pinag-uusapan. Sa pamamagitan ng paghahalili sa itaas sa integral, ang potensyal na enerhiya ng daluyan ay nakuha:

Kung ang A _p at A _v ay ang mga bilis ng alon ng presyon at bilis, ayon sa pagkakabanggit, ang average na enerhiya ε ng tunog ng tunog ay:

Ang tunog ay maaaring makilala sa pamamagitan ng isang dami na tinatawag na intensity.

Ang intensity ng tunog ay tinukoy bilang ang enerhiya na pumasa sa isang segundo sa lugar ng yunit na patayo sa direksyon ng pagpapalaganap ng tunog.

Dahil ang enerhiya sa bawat yunit ng oras ay ang lakas P, ang lakas ng tunog ay maipahayag ko bilang:

Ang bawat uri ng tunog ng tunog ay may dalas na katangian at nagdadala ng isang tiyak na enerhiya. Ang lahat ng ito ay tumutukoy sa pag-uugali ng tunog. Tulad ng napakahalaga ng tunog sa buhay ng tao, ang mga uri ng tunog ay naiuri sa tatlong malalaking pangkat, ayon sa saklaw ng mga frequency na naririnig sa mga tao:

- Ang impeksyon, na ang dalas ay mas mababa sa 20 Hz.

- Naririnig na spectrum, na may mga dalas mula 20 Hz hanggang 20,000 Hz.

- Ultratunog, na may mga dalas na higit sa 20,000 Hz.

Ang pitch ng isang tunog, iyon ay, kung ito ay mataas, mababa o medium, nakasalalay sa dalas. Ang mas mababang mga frequency ay binibigyang kahulugan bilang mga tunog ng bass, humigit-kumulang sa pagitan ng 20 at 400 Hz.

Ang mga frequency sa pagitan ng 400 at 1600 Hz ay ​​itinuturing na mga midtones, habang ang taas ay mula sa 1600 hanggang 20,000 Hz. Ang mga mataas na tunog na tunog ay magaan at tinusok, habang ang bass ay nakikita bilang mas malalim at umuusbong.

Ang mga tunog na naririnig mo araw-araw ay kumplikadong overlay ng mga tunog na may iba't ibang mga frequency sa malapit.

Ang tunog ay may mga katangian maliban sa dalas, na maaaring magsilbing pamantayan para sa pag-uuri nito. Ang mga halimbawa nito ay timbre, tagal at intensity.

Ang equalizer ay binubuo ng mga filter na nag-aalis ng ingay at nagpapalakas ng ilang mga frequency upang mapabuti ang kalidad ng tunog. Pinagmulan: Pixabay.

Ingay

Mahalaga rin na gumawa ng pagkakaiba sa pagitan ng mga nais na tunog at hindi kanais-nais na tunog o ingay. Dahil ang ingay ay laging hinahangad na maalis, inuri ito ayon sa intensity at panahon sa:

- Patuloy na ingay.

- Ang tunog ng ingay.

- Nakakainis na ingay.

O sa pamamagitan ng mga kulay, na naka-link sa kanilang dalas:

- Pink na ingay (katulad ng isang "shhhhhh").

- Puting ingay (katulad ng isang "psssssss").

- Ang ingay ng kayumanggi (ni Robert Brown, ang tumuklas ng paggalaw ng Brownian, ay isang ingay na labis na pinapaboran ang mga mababang frequency).

Aplikasyon

Ang paggamit na ibinibigay sa enerhiya ng tunog ay nakasalalay sa uri ng tunog na ginamit na alon. Sa saklaw ng mga naririnig na alon, ang unibersal na paggamit ng tunog ay upang payagan ang malapit na komunikasyon, hindi lamang sa pagitan ng mga tao, dahil ang mga hayop ay nakikipag-usap din sa pamamagitan ng paglabas ng mga tunog.

Ang mga tunog ay maraming nalalaman. Ang bawat isa ay naiiba ayon sa pinagmulan na naglalabas nito. Sa ganitong paraan ang iba't ibang mga tunog sa kalikasan ay walang hanggan: ang bawat boses ng tao ay naiiba, pati na rin ang mga katangian ng tunog na ginagamit ng mga species ng hayop upang makipag-usap sa bawat isa.

Maraming mga hayop ang gumagamit ng enerhiya ng tunog upang mahanap ang kanilang mga sarili sa espasyo at din upang makuha ang kanilang biktima. Nagpapalabas sila ng mga senyas ng acoustic at may mga organo ng receptor na pinag-aaralan ang mga nakalarawan na signal. Sa ganitong paraan nakakakuha sila ng impormasyon tungkol sa mga distansya.

Ang mga tao ay kulang sa mga organo na kinakailangan upang magamit ang sonic energy sa ganitong paraan. Gayunpaman, lumikha sila ng mga aparato sa orientation tulad ng sonar, batay sa mga parehong prinsipyong ito, upang mapadali ang pag-navigate.

Sa kabilang banda, ang mga ultrasounds ay tunog ng alon na ang mga aplikasyon ay mahusay na kilala. Sa gamot ginagamit ang mga ito upang makakuha ng mga imahe ng interior ng katawan ng tao. Ang mga ito ay bahagi din ng paggamot ng ilang mga kondisyon tulad ng lumbago at tendonitis.

Ang ilang mga aplikasyon ng enerhiya ng tunog

- Sa mataas na enerhiya na ultratunog, ang mga bato o calculi na bumubuo sa mga bato at gallbladder ay maaaring masira dahil sa pag-ulan ng mga asing-gamot sa mineral sa mga organo na ito.

- Sa geophysics, ginagamit ang ultratunog bilang mga prospect na pamamaraan. Ang mga prinsipyo nito ay katulad ng mga pamamaraan ng seismic. Maaari silang magamit sa mga aplikasyon na nagmula sa pagtukoy ng hugis ng karagatan upang makapagpahinga sa pagkalkula ng nababanat na moduli.

- Sa teknolohiya ng pagkain ginagamit ang mga ito upang maalis ang mga microorganism na lumalaban sa mataas na temperatura, pati na rin upang mapabuti ang ilang mga texture at katangian ng pagkain.

Kalamangan

Ang enerhiya ng tunog ay may mga kalamangan na higit sa lahat dahil sa maikling saklaw nito. Halimbawa, ang murang makagawa at hindi makagawa ng kemikal o iba pang mga basura, dahil mabilis itong kumakalat.

Tulad ng para sa mga mapagkukunan ng acoustic energy, marami sila. Ang anumang bagay na may kakayahang mag-vibrate ay maaaring maging mapagkukunan ng tunog.

Kapag ginamit sa mga medikal na aplikasyon, halimbawa ng pag-imaging ng ultratunog, mayroon itong kalamangan na hindi gumamit ng ionizing radiation, tulad ng x-ray o tomography. Ito ay isang katotohanan na ang ionizing radiation ay maaaring maging sanhi ng pagkasira ng cell.

Ang paggamit nito ay hindi nangangailangan ng mga panukalang proteksyon na kinakailangan kapag inilalapat ang ionizing radiation. Mas mura rin ang mga kit.

Gayundin, ang enerhiya ng ultrasonic ay isang hindi nagsasalakay na pamamaraan upang maalis ang nabanggit na mga bato at mga gallstones, sa gayon pag-iwas sa mga pamamaraan ng kirurhiko.

Sa prinsipyo ay hindi ito bumubuo ng polusyon sa hangin man o sa tubig. Ngunit kilala na mayroong polusyon sa ingay sa mga dagat, na sanhi ng mga aktibidad ng tao tulad ng masinsinang pangingisda, geophysical prospect at transportasyon.

Mga Kakulangan

Mahirap isipin ang tungkol sa mga kahinaan na isang pangkaraniwang bagay bilang natural na maaaring magkaroon ng tunog.

Ang isa sa ilang ay ang mga malakas na tunog ay maaaring makapinsala sa istraktura ng eardrum, at sa paglipas ng panahon ay patuloy na mailantad ang mga taong nawawala ang kanilang pakiramdam.

Napakalaking maingay na mga kapaligiran ay nagtatapos na nagiging sanhi ng stress at kakulangan sa ginhawa sa mga tao. Ang isa pang kawalan ay marahil ang katotohanan na ang tunog ng tunog ay hindi ginagamit upang ilipat ang mga bagay, na napakahirap na samantalahin ang mga panginginig ng boses upang makaapekto sa mga solidong bagay.

Ito ay dahil ang tunog ay palaging nangangailangan ng pagkakaroon ng isang daluyan upang makapagpalaganap, at samakatuwid ito ay madaling napatunayan. Sa madaling salita, ang enerhiya ng tunog ay hinihigop sa daluyan nang mas mabilis kaysa sa iba pang mga uri ng alon, halimbawa ng mga electromagnetic.

Para sa kadahilanang ito ang enerhiya ng mga tunog ng tunog ay medyo maiksi sa hangin. Ang tunog ay hinihigop ng mga istruktura at mga bagay habang kumakalat ito, at ang enerhiya nito ay unti-unting nagkalat sa init.

Siyempre, nauugnay ito sa pag-iingat ng enerhiya: ang enerhiya ay hindi nawasak ngunit ang mga pagbabago ay nabuo. Ang mga panginginig ng boses ng mga molekula sa hangin ay hindi lamang nagbabago sa mga pagbabago sa presyon na nagbibigay ng tunog. Nagbibigay din ang init ng init.

Ang pagsipsip ng tunog sa mga materyales

Kapag ang mga alon ng tunog ay tumama sa isang materyal tulad ng isang pader ng ladrilyo, halimbawa, ang isang bahagi ng enerhiya ay makikita. Ang isa pang bahagi ay dissipated sa init, salamat sa panginginig ng boses ng molekula ng parehong hangin at materyal; at sa wakas ang natitirang bahagi ay dumaan sa materyal.

Sa gayon, ang mga tunog ng alon ay maaaring maipakita sa parehong paraan na ginagawa ng ilaw. Ang salamin ng tunog ay kilala bilang "echo". Ang mas mahigpit at uniporme sa ibabaw, mas malaki ang kakayahang sumalamin.

Sa katunayan, may mga ibabaw na may kakayahang gumawa ng maraming pagmuni-muni na tinatawag na mga reverberations. Kadalasan nangyayari ito sa mga maliliit na puwang at maiiwasan sa pamamagitan ng paglalagay ng insulating material, upang sa ganitong paraan, ang mga naipalabas at naipakita na mga alon ay hindi mag-overlap, na nagiging mahirap sa pandinig.

Sa lahat ng pagpapalaganap nito, ang acoustic wave ay makakaranas ng lahat ng mga sunud-sunod na pagkalugi na ito hanggang sa wakas ang enerhiya ay ganap na nasisipsip sa daluyan. Na nangangahulugan na ito ay nabago sa enerhiya ng init.

Mayroong isang kalakhang upang matukoy ang kakayahan ng isang materyal na sumipsip ng tunog. Ito ay tinatawag na koepisyent ng pagsipsip. Ito ay tinukoy bilang α, at ito ay ang ratio sa pagitan ng hinihigop na enerhiya E _abs at ang insidente ng enerhiya E _inc , lahat ay tinukoy sa materyal na pinag-uusapan. Ito ay ipinahayag sa matematika tulad nito:

α = E _abs / E _inc

Ang maximum na halaga ng α ay 1 (ganap na sumisipsip ng tunog) at ang minimum ay 0 (hinahayaan ang lahat ng tunog sa pamamagitan).

Ang tunog ay maaaring maging isang kawalan ng maraming mga pagkakataon kapag ang katahimikan ay ginustong. Halimbawa, ang mga kotse ay nilagyan ng mga silencer upang mamasa-masa ang mga ingay ng makina. Sa iba pang mga aparato tulad ng mga bomba ng tubig at mga halaman ng kapangyarihan din.

Mahalaga ang pagkakabukod ng tunog sa isang studio ng pag-record. Pinagmulan: Pixabay.

Mga halimbawa ng enerhiya ng tunog

Ang enerhiya ng tunog ay nasa lahat ng dako. Narito ang isang simpleng halimbawa na naglalarawan ng mga katangian ng tunog at enerhiya nito mula sa isang dami ng pananaw.

Nalutas ang ehersisyo

Ang isang pin ng masa na 0.1 g ay bumaba mula sa taas na 1m. Sa pag-aakalang ang 0.05% ng enerhiya ay na-convert sa isang tunog na tibok ng tunog na 0.1 s, tinantiya ang maximum na distansya kung saan maririnig ang pin drop. Kunin bilang pinakamaliit na tunog na naririnig ng 10 ^-8 W / m ² .

Solusyon

Ang equation na ibinigay sa itaas ay gagamitin para sa intensity ng tunog:

Ang isang magandang katanungan ay kung saan nagmula ang enerhiya ng tunog sa kasong ito, na ang kasidhian ay nakita ng intensity ng tao.

Ang sagot ay nasa potensyal na potensyal na enerhiya. Tumpak dahil ang pin ay bumagsak mula sa isang tiyak na taas, kung saan ito ay may potensyal na enerhiya, dahil nahulog ito nagbabago ang lakas na ito sa enerhiya na kinetic.

At sa sandaling tumama ito sa lupa, ang enerhiya ay inilipat sa mga molekula ng hangin na nakapaligid sa site ng pag-crash, na nagbibigay ng pagtaas sa tunog.

Ang gravitational potensyal na enerhiya U ay:

Kung saan ang masa ng pin, g ay ang pagbilis ng grabidad, at h ang taas kung saan ito nahulog. Pagsusulat ng mga numerong halagang ito, ngunit hindi bago gawin ang kaukulang mga conversion sa International System ng mga yunit, mayroon kaming:

U = 0.1 x 10 ^-3 x 9.8 x 1 J = 0.00098 J

Sinabi ng pahayag na tungkol sa enerhiya na ito, ang 0.05% lamang ang nabago upang magbigay ng pagtaas ng tunog ng pulso, iyon ay, sa pag-ikot ng pin kapag tumama ito sa lupa. Samakatuwid ang tunog ng enerhiya ay:

E _tunog = 4.9 x 10 ^-7 J

Mula sa intensity equation, ang radius R ay na-clear at ang mga halaga ng tunog ng enerhiya E _tunog at ang oras na tumagal ang pulso ay nahalili : 0.1 s ayon sa pahayag.

Samakatuwid ang maximum na distansya kung saan ang pin drop ay maririnig ay 6.24 m sa lahat ng mga direksyon.

Mga Sanggunian

1. Giancoli, D. 2006. Pisika: Mga Prinsipyo na may Aplikasyon. Ika-anim na Edisyon. Prentice Hall. 332-359.
2. Kinsler, L. (2000). Mga Batayan ng Acoustic. Ika-4 na Ed. Wiley & Sons. 124-125.