Fale dźwiękowe

Co to są fale dźwiękowe? Fale dźwiękowe to rodzaj fal ciśnienia. Ośrodki w których mogą się poruszać, to ośrodki sprężyste (ciało stałe, ciecz, gaz). Zaburzenia te polegają na przenoszeniu energii mechanicznej przez drgające cząstki ośrodka (zgęszczenia i rozrzedzenia) bez zmiany ich średniego położenia. Drgania mają kierunek oscylacji zgodny z kierunkiem ruchu fali (fala podłużna).

Ze względu na zakres częstotliwości można rozróżnić cztery rodzaje tych fal: infradźwięki - poniżej 20 Hz, dźwięki słyszalne 20 Hz - 20 kHz - słyszy je większość ludzi, ultradźwięki - powyżej 20 kHz, hiperdźwięki - powyżej 10^10 Hz.

SKALA DECYBELOWA 0- szept ledwie słyszalny- próg słyszalności 10- szelest liści 20- szept 40- normalna rozmowa 50- 60 głosy zwierząt 60- 70 głośna rozmowa 70- froterka elektryczna 80- rozpędzony pociąg 90- ruch uliczny o dużym natężeniu 100- młot pneumatyczny 110- wielka orkiestra symfoniczna, grająca fortissimo 120- grzmot nad głową, koncert muzyki rockowej 130- startujący odrzutowiec 140- start samolotu ponaddźwiękowego- próg bólu 180- startująca rakieta

Docieranie fal dzwiękowych Po dotarciu do ucha fala ciśnieniowa powoduje drgania elementów narządu słuchu odbierane jako wrażenie dźwiękowe. Jednak dzieje się tak tylko wtedy, gdy częstotliwość fali jest wyższa od około 16Hz i niższa od około 20000Hz. Tylko takie fale są interpretowane przez ludzki narząd słuchu jako dźwięki, czyli jedynie takie człowiek może usłyszeć. Dlatego fale mechaniczne o tych częstotliwościach wyodrębnia się jako oddzielną grupę zwaną falami dźwiękowymi lub w skrócie- dźwiękami. Graniczne częstotliwości są w pewnym stopniu uwarunkowane indywidualnymi cechami człowieka, takimi jak wiek czy muzykalność. Z punktu widzenia fizyki fale ciśnieniowe o częstotliwości mniejszej niż około 16Hz i większej niż około 20000Hz nie różnią się niczym od dźwięków.

Kilka pojęć związanych z falami dzwiękowymi Amplituda - największe wychylenie ciała z położenia równowagi. Ruch drgający - ruch polegający na okresowych zmianach położenia układu (lub ciała) . Częstotliwość - liczba okresów (drgań) w jednostce czasu. Częstotliwość drgań własnych (częstotliwość swobodna) - częstotliwość, z jaką drga dane ciało raz wprawione w ruch i pozostawione samo sobie.

c.d. Herc (1 Hz) - jednostka częstotliwości. Fala podłużna - fala, w której drgania odbywają się w kierunku równoległym do kierunku jej rozprzestrzeniania się. Fala poprzeczna - fala, w której drgania odbywają się w kierunku prostopadłym do kierunku jej rozprzestrzeniania się. Długość fali - droga, jaką pokonuje fala w czasie, gdy cząsteczka drgająca wykonuje jedno pełne drganie. Rezonans mechaniczny - zjawisko pobudzenia do drgań ciała o określonej częstotliwości własnej przez inne ciało drgające z taką samą częstotliwością.

Przestroga Wokół nas jest niestety coraz więcej hałasu, a nie wszyscy wiedzą, że może on szkodzić naszemu zdrowiu. Dlatego musisz bronić się przed hałasem i walczyć z nim. · Nie słuchaj za głośno radia czy programu telewizyjnego. Może inni nie mają ochoty go słuchać. · Staraj się cicho zamykać drzwi. · Kiedy bawisz się, pomyśl, czy nie przeszkadzasz innym. · Mów cicho, nie krzycz. · Unikaj hałaśliwych miejsc. · Nie siedź blisko odbiorników radiowych i telewizyjnych. · Jeśli słuchasz walkmana, to słuchaj go niezbyt głośno.

Ciekawostki Przesuwając palcem po klawiaturze fortepianu, słyszymy całą gamę dźwięków o różnej wysokości. Dźwięki niskie (grube) powstają przy niewielkiej liczbie drgań powietrza w jednostce czasu, dźwięki wysokie (cienkie) przy dużej liczbie tych drgań. Najniższym dźwiękiem słyszalnym dla przeciętnego człowieka jest 16Hz, a najwyższym 20000Hz. Dolna granica zmienia się z wiekiem nieznacznie, natomiast górna obniża się systematycznie od wieku dojrzałości. Ponieważ jednak skala muzyczna mieści się w granicach od 16 do około 4000Hz, obniżenie się górnej granicy słyszalności nie wpływa na odbiór wrażeń muzycznych i funkcjonowanie w życiu codziennym.

Fale elektromagnetyczne

Co to jest fala elektromagnetyczna? Promieniowanie elektromagnetyczne (fala elektromagnetyczna) rozchodzące się w przestrzeni zaburzenie pola elektromagnetycznego, zaburzenie to ma charakter fali poprzecznej w której składowa elektryczna i magnetyczna prostopadłe do siebie i kierunku ruchu, nawzajem się przekształcają. Zmieniające się pole elektryczne wytwarza pole magnetyczne, a zmieniajace się pole magnetyczne wytwarza pole elektryczne.

Własności promieniowania Promieniowanie elektromagnetyczne rozchodząc się objawia swe własności falowe zachowujac się jak każda fala, ulegając interferencji, dyfrakcji, spełniając prawo odbicia i załamania. Rozchodzenie się fali w ośrodkach silnie zależy od ośrodków oraz częstotliwości fali. Fala rozchodząc się w ośrodku pobudza do drgań cząsteczki, atomy i elektrony zawarte w ośrodku, które są źródłami fal wtórnych, zmieniając w stosunku do próżni warunki rozchodzenia się fali. Powstawanie i pochłanianie promieniowania elektromagnetycznego wiąże się ze zmianą ruchu ładunku elektrycznego. Własności promieniowania elektromagnetycznego silnie zależą od długości fali (częstotliwości promieniowania) i dlatego dokonano podziału promieniowania elektromagnetycznego ze względu na jego częstotliwość.

Widmo fal elektromagnetycznych Fale elektromagnetyczne zależnie od długości fali (częstotliwości) przejawiają się jako (od fal najdłuższych do najkrótszych): fale radiowe, podczerwień, światło widzialne, ultrafiolet, promieniowanie rentgenowskie (promieniowanie X), promieniowanie gamma. Kwantem fali elektromagnetycznej jest foton. Na diagramie literom odpowiadają rodzaje fale: A - fale radiowe bardzo długie B - fale radiowe C - mikrofale D - podczerwień E - światło widzialne F - ultrafiolet G - promieniowanie rentgenowskie (promieniowanie X) H - promieniowanie gamma I - widmo światła widzialnego

Widmo fal elektromagnetycznych

Rodzaje promieniowania elektromagnetycznego

Fale radiowe Fale radiowe (promieniowanie radiowe) - promieniowanie elektromagnetyczne o częstotliwości 3 kHz - 3 THz (3*103 - 3*1012 Hz). Zakres częstotliwości często jest podawany znacznie szerszy. Zależnie od długości dzielą się na pasma radiowe. Żródłami naturalnymi są wyładowania atmosferyczne, gwiazdy, a sztucznymi nadajniki, silniki komutatorowe, komputery.

Mikrofale Mikrofale to rodzaj promieniowania elektromagnetycznego o długości fali pomiędzy podczerwienią i falami radiowymi, co oznacza zakres 1mm-30cm (częstotliwość 1-300 GHz). Mikrofale odkrył James Clerk Maxwell w 1864 roku.   Zastosowania: kuchenka mikrofalowa używa magnetronu do wytwarzania fal o częstotliwości ok 2,4 GHz, co pozwala na gotowanie jedzenia; taki rodzaj promieniowania działa na cząsteczki wody, które zaczynają drgać wytwarzając przez to ciepło. maser to urządzenie podobne do lasera, tyle że działa w zakresie mikrofalowym mikrofale pozwalają na transmisję danych do satelitów, bo nie są pochłaniane przez atmosferę radar telefony komórkowe standardu GSM pracują w częstotliwościach 870-960 MHz oraz 1710-1880 MHz system globalnego pozycjonowania (GPS) wykorzystuje fale o częstotliwości 1575 MHz bezprzewodowe sieci komputerowe (WLAN) albo bluetooth użwaja mikrofal w zakresie 2,4 GHz transmisja danych w telewizji kablowej albo poprzez internetowe modemy kablowe (DSL) odbywa się w tym samym zakresie, tyle że medium jest kabel, a nie powietrze Większość zastosowań opiera się na zakresie fal od 1 do 40 GHz.

Podczerwień Podczerwień (IR) to promieniowanie elektromagnetyczne mieszczące się w zakresie długości fal pomiędzy światłem widzialnym i mikrofalami. Oznacza to zakres od 700nm do 1 mm. Podczerwień często dzieli się na bliską (NIR, 0,7-5µm), średnią (MIR 5-30µm) oraz daleką (FIR 30 - 1000 µm), ale są to tylko umowne granice. Podczerwień często wiąże się z ciepłem, co wynika z faktu, że obiekty w temperaturze pokojowej samoistnie emitują promieniowanie o takiej długości.   Zastosowania: Są dwa sposoby wykorzystania podczerwieni. Można zbudować bierny detektor, który odbiera to promieniowanie i na jego podstawie zbiera informacje o temperaturze emitujących je przedmiotów. Zasada ta umożliwia zbudowanie noktowizora, który pozwala widzieć w ciemności obiekty cieplejsze od otoczenia. Inne zastosowanie to pirometr służący do zdalnego pomiaru temperatury. Druga metoda wykorzystania podczerwieni polega na sztucznej emisji tego promieniowania i obserwacji zwróconego z detektora sygnału. Najpopularniejszym źródłem podczerwieni jest fotodiodaLED, ale czasami wykorzystuje się też półprzewodnikowe lasery podczerwone. Oto kilka przykładów zastosowania: odczyt płyt CD laserem o długościach 650 - 790nm, pomiar odległości - dalmierz podczerwony w zakresie 0,25 -1,5 m przekaz danych w światłowodzie - prędkości powyżej 1 Gb/s przekaz danych w powietrzu, zdalne sterowanie z pilota komunikacja w standardzie IrDA

Światło widzialne Światłem widzialnym nazywamy tę część promieniowania elektromagnetycznego, która jest odbierana przez siatkówkę oka ludzkiego. Zawiera się ona w przybliżeniu w zakresie długości fal 380-780 nm. Światło widzialne wraz z sąsiednimi zakresami, czyli ultrafioletem (o długościach mniejszych od światła widzialnego), oraz podczerwienią (o długościach większych) zalicza się z fizycznego punktu widzenia do światła.

Ultrafiolet Ultrafiolet (UV) to promieniowanie elektromagnetyczne o długości fali krótszej niż światło widzialne i dłuższej niż promieniowanie X. Oznacza to zakres długości od 10 nm do 380 nm. Słowo "ultrafiolet" oznacza "powyżej fioletu" i utworzone jest z łacińskiego słowa "ultra" (ponad) i słowa "fiolet" oznaczającego barwę o najmniejszej długości fali w świetle widzialnym.   Zakresy promieniowania ultrafioletowego Wyróżnia się dwa schematy podziału promieniowania ultrafioletowego na zakresy: techniczny daleki ultrafiolet - długość 10-200 nm bliski ultrafiolet - długość 200-380 nm ze względu na działanie na człowieka UV-C - długość 10-280nm UV-B - długość 280-315nm UV-A - długość 315-380nm

Promieniowanie X Promieniowanie X to rodzaj promieniowania elektromagnetycznego, którego długość fali mieści się w zakresie od 5 pm do 10 nm. Promieniowanie X znajduje się pomiędzy ultrafioletem i promieniowaniem gamma. Zakresy promieniowania X: twarde promieniowanie X - długość od 5 pm do 100 pm miękkie promieniowanie X - długość od 0,1 nm do 10 nm   Źródła promieniowania Promieniowanie X jest wytwarzane przez rozpędzone elektrony, które uderzają w elektrody w lampie rentgenowskiej. Promieniowanie i medycyna Promieniowanie X jest wykorzystywane do uzyskiwania zdjęć rentgenowskich, które pozwalają na diagnostykę złamań kości. Naświetlanie promieniami X zabija komórki nowotworowe, co wykorzystuje się w radioterapii. Jednak przyjęcie dużej dawki promieniowania X może powodować oparzenia i chorobę popromienną.

Promieniowanie gamma Promieniowanie gamma to wysokoenergetyczna forma promieniowania elektromagnetycznego o długości fali poniżej 10 pm. Fale elektromagnetyczne większej długości fali to promieniowania X. Zgodnie z teorią fotonową można obliczyć, że foton promieniowania gamma ma energię większą niż 100 keV. Promieniowanie gamma jest zaliczane do promieniowania jonizującego razem z promieniowaniem alfa oraz promieniowaniem beta. Nazwa promieniowania gamma pochodzi od greckiej litery γ. Rozróżnienie promieniowania gamma oraz promieniowania X opiera się na ich źródłach a nie na długości fali. Źródła promieniowania gamma: Reakcja rozpadu - jądra atomowe izotopów promieniotwórczych ulegają rozpadowi, co powoduje emisję fotonu gamma. Reakcja syntezy - dwa jądra atomowe zderzają się tworząc nowe jądro i emitując foton gamma. Anihilacja - zderzenie cząstki i antycząstki, np elektronu i pozytronu powoduje anihilację obu tych cząstek i emisję dwóch fotonów gamma. Zastosowania: Promienie gamma mogą służyć do sterylizacji wyposażenia medycznego, jak również produktów spożywczych. W medycynie używa się ich w radioterapii do leczenia raka.

Wykorzystane źródła www.wikipedia.pl http://www.sciaga.pl http://www.mojaenergia.pl http://notatki.studenckie.com http://www.fizyka.net.pl

Opracowała: Paulina Bochnak