Најважније из лекције
Звук је лонгитудинални механички талас који захтева материјалну средину за простирање (не шири се кроз вакуум).
Чујни опсег: Од \( 20\text{ Hz} \) до \( 20\,000\text{ Hz} \). Испод је инфразвук, а изнад ултразвук.
Брзина звука: Највећа у чврстим телима, мања у течностима, најмања у гасовима (ваздух: \(\approx 340\text{ m/s}\)). Веза величина: \( u = \lambda \cdot \nu \).
Карактеристике звука: Јачина (зависи од амплитуде, јединица \(\text{dB}\)), висина (зависи од фреквенције), боја (зависи од облика извора и виших хармоника).
Звучна резонанција: Појачање звука услед изједначавања фреквенција извора и резонатора (нпр. резонаторска кутија гитаре).
Чујни опсег: Од \( 20\text{ Hz} \) до \( 20\,000\text{ Hz} \). Испод је инфразвук, а изнад ултразвук.
Брзина звука: Највећа у чврстим телима, мања у течностима, најмања у гасовима (ваздух: \(\approx 340\text{ m/s}\)). Веза величина: \( u = \lambda \cdot \nu \).
Карактеристике звука: Јачина (зависи од амплитуде, јединица \(\text{dB}\)), висина (зависи од фреквенције), боја (зависи од облика извора и виших хармоника).
Звучна резонанција: Појачање звука услед изједначавања фреквенција извора и резонатора (нпр. резонаторска кутија гитаре).
Звук је лонгитудинални механички талас који настаје осциловањем (вибрирањем) извора звука и који се може регистровати чулом слуха.
Извор звука је свако тело које осцилује одговарајућом фреквенцијом (затегнута жица, гласне жице, мембрана бубња, ваздушни стуб у дувачким инструментима, звучна виљушка).
Звук се преноси кроз све агрегатне средине (чврсту, течну и гасовиту), али се не може простирати кроз вакуум јер не постоје честице преко којих би се механички талас преносио.
Зашто се у свемирском простору (вакууму) не може чути звук експлозије?
Звук је механички талас коме је за простирање неопходна материјална средина (честице које осцилују). Пошто у вакууму нема честица, звучни таласи се не могу ширити.
Човек нормалног слуха региструје звучне таласе фреквенције од \( 20 \text{ Hz} \) до \( 20\,000 \text{ Hz} \) (\( 20 \text{ kHz} \)).
| Врста таласа | Опсег фреквенције | Карактеристике и примери |
|---|---|---|
| Инфразвук | \( \nu < 20 \text{ Hz} \) | Настаје при кретању великих маса (ветар, земљотреси); чују га слонови; код људи може изазвати нелагодност. |
| Чујни звук | \( 20 \text{ Hz} \le \nu \le 20\,000 \text{ Hz} \) | Звук који региструје људско ухо (говор, музика, шумови). |
| Ултразвук | \( \nu > 20\,000 \text{ Hz} \) | Користе га слепи мишеви и делфини за ехолокацију; примена у медицини (дијагностика), техници (чишћење, мерење дубина). |
Звучни талас има фреквенцију од \( 15 \text{ Hz} \). Да ли овај талас спада у чујни звук, ултразвук или инфразвук?
Пошто је фреквенција \( 15 \text{ Hz} < 20 \text{ Hz} \), овај талас спада у инфразвук и људско ухо га не може чути.
Брзина звука зависи од особина и температуре средине кроз коју се талас простире. Звук се најбрже простире кроз чврста тела, спорије кроз течности, а најспорије кроз гасове:
\[ u_{\text{чврсто}} > u_{\text{течно}} > u_{\text{гасовито}} \]
\[ u = \lambda \cdot \nu = \frac{\lambda}{T} \]
\( u \) – брзина звука (\(\text{m/s}\)), \( \lambda \) – таласна дужина (\(\text{m}\)), \( \nu \) – фреквенција (\(\text{Hz}\)), \( T \) – период осциловања (\(\text{s}\))
Брзина звука у ваздуху на температури од \( 20\text{ }^\circ\text{C} \) износи приближно \( 340 \frac{\text{m}}{\text{s}} \) до \( 343 \frac{\text{m}}{\text{s}} \).
Због велике разлике између брзине светлости (\( 300\,000 \frac{\text{km}}{\text{s}} \)) и брзине звука у ваздуху (\( \approx 340 \frac{\text{m}}{\text{s}} \)), при олуји најпре видимо муњу, а тек након неког времена чујемо гром.
Јачина звука: Одређена је амплитудом осциловања извора.
- Објективна јачина представља енергију коју талас пренесе у јединици времена кроз јединичну површину (\(\frac{\text{W}}{\text{m}^2}\)).
- Субјективна (релативна) јачина звука изражава се у децибелима (\(\text{dB}\)). Најмања јачина коју човек чује је праг чујности (\(0\text{ dB}\)), а највећа је граница бола (\(\approx 130\text{ dB}\)).
Висина звука: Одређена је фреквенцијом осциловања. Већа фреквенција даје виши тон (пиштав звук), а мања фреквенција дубљи тон (бас).
Боја звука: Својство по којем разликујемо звуке исте јачине и висине који потичу из различитих извора (нпр. исти тон одсвиран на клавиру и гитари или различити људски гласови).
Звучна резонанција је појава наглог појачања јачине звука која настаје када се фреквенција извора звука изједначи са сопственом фреквенцијом осциловања резонатора (нпр. ваздушног стуба или резонаторске кутије).
Жица на акустичној гитари сама по себи производи слаб звук. Када се постави на шупље дрвено тело (резонаторску кутију), осциловање жице побуђује ваздух унутар кутије, фреквенције се усклађују и долази до звучне резонанције – звук постаје знатно јачи.
Акустика је наука о настанку, простирању, особинама и примени звука.
Бука представља сваки нежељени, прекомерни звук. Дуготрајна изложеност буци оштећује слух и нервни систем. Мере заштите укључују звучну изолацију објеката, заштитне баријере поред путева и ношење антифон слушалица/чепића.
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): Која физичка величина одређује висину тона, а која његову јачину?
Висину звука одређује фреквенција осциловања извора звука (већа фреквенција значи виши тон).
Јачину звука одређује амплитуда осциловања извора (већа амплитуда значи јачи звук).
Јачину звука одређује амплитуда осциловања извора (већа амплитуда значи јачи звук).
Задатак 2 (средњи): Звучни извор осцилује фреквенцијом од \( 680 \text{ Hz} \). Израчунај таласну дужину звучног таласа који се шири кроз ваздух, ако је брзина звука у ваздуху \( 340 \frac{\text{m}}{\text{s}} \).
Познато је:
\[ \nu = 680\text{ Hz} \]
\[ u = 340\frac{\text{m}}{\text{s}} \]
Из формуле за брзину таласа \( u = \lambda \cdot \nu \), таласна дужина је:
\[ \lambda = \frac{u}{\nu} = \frac{340\frac{\text{m}}{\text{s}}}{680\text{ Hz}} = 0{,}5\text{ m} \]
Одговор: Таласна дужина звука износи \( 0{,}5\text{ m} \).
Задатак 3 (средњи): Дечак је видео блесак муње, а прасак грома чуо након \( 4\text{ s} \). На којој удаљености је ударио гром ако се звук кроз ваздух креће брзином од \( 340 \frac{\text{m}}{\text{s}} \)?
Познато је:
\[ t = 4\text{ s} \]
\[ u = 340\frac{\text{m}}{\text{s}} \]
Удаљеност израчунавамо помоћу обрасца за пређени пут при равномерном кретању:
\[ s = u \cdot t = 340\frac{\text{m}}{\text{s}} \cdot 4\text{ s} = 1360\text{ m} = 1{,}36\text{ km} \]
Одговор: Гром је ударио на удаљености од \( 1360\text{ m} \).
Задатак 4 (тежак): Звучни талас фреквенције \( 500\text{ Hz} \) прелази из ваздуха (где му је брзина \( 340 \frac{\text{m}}{\text{s}} \)) у воду (где му је брзина \( 1500 \frac{\text{m}}{\text{s}} \)). Колико пута се промени таласна дужина звука при овом преласку? (Напомена: фреквенција таласа се не мења при преласку из једне средине у другу).
Таласна дужина у ваздуху:
\[ \lambda_1 = \frac{u_1}{\nu} = \frac{340}{500} = 0{,}68\text{ m} \]
Таласна дужина у води:
\[ \lambda_2 = \frac{u_2}{\nu} = \frac{1500}{500} = 3\text{ m} \]
Однос таласних дужина је:
\[ \frac{\lambda_2}{\lambda_1} = \frac{u_2}{u_1} = \frac{1500}{340} \approx 4{,}41 \]
Одговор: Таласна дужина се повећа приближно \( 4{,}41 \) пута, јер се брзина звука у води толико пута повећала при непромењеној фреквенцији.
