Најважније из лекције
Звук: Лонгитудинални механички талас чујног опсега од \( 16\text{ Hz} \) до \( 20\,000\text{ Hz} \). Испод је инфразвук, а изнад ултразвук.
Извор звука: Свако тело које осцилује (жица, ваздушни стуб, мембрана) и преноси осцилације на еластичну средину.
Брзина звука: Највећа је у чврстим телима (дијамант \(\approx 12\,000\text{ m/s}\), гвожђе \(\approx 5\,130\text{ m/s}\)), мања у течностима (вода \(\approx 1\,500\text{ m/s}\)), а најмања у гасовима (ваздух на \(20^\circ\text{C} \approx 340\text{ m/s}\)). У вакууму се звук не простире.
Акустика: Проучава понашање звука. У просторијама је важно избалансирати одбијање и апсорпцију звучних таласа ради јасноће звука.
Извор звука: Свако тело које осцилује (жица, ваздушни стуб, мембрана) и преноси осцилације на еластичну средину.
Брзина звука: Највећа је у чврстим телима (дијамант \(\approx 12\,000\text{ m/s}\), гвожђе \(\approx 5\,130\text{ m/s}\)), мања у течностима (вода \(\approx 1\,500\text{ m/s}\)), а најмања у гасовима (ваздух на \(20^\circ\text{C} \approx 340\text{ m/s}\)). У вакууму се звук не простире.
Акустика: Проучава понашање звука. У просторијама је важно избалансирати одбијање и апсорпцију звучних таласа ради јасноће звука.
Звук је лонгитудинални механички талас у ваздуху који људски орган слуха може да региструје, а чија се фреквенција налази у интервалу од \( 16\text{ Hz} \) до \( 20\,000\text{ Hz} \).
Инфразвук: Механички таласи чија је фреквенција нижа од \( 16\text{ Hz} \). Неке животиње (нпр. китови) користе инфразвук за споразумевање на великим удаљеностима.
Ултразвук: Механички таласи чија је фреквенција виша од \( 20\,000\text{ Hz} \). Ове таласе региструју животиње попут паса и мачака.
Акустика је грана физике која проучава настанак, простирање, одбијање и апсорпцију (упијање) звука.
Човек не може чути талас фреквенције \( 10\text{ Hz} \) (јер је то инфразвук) нити талас фреквенције \( 30\,000\text{ Hz} \) (јер је то ултразвук), већ само таласе у распону \( 16\text{ Hz} - 20\,000\text{ Hz} \).
Извор звука је свако тело које осцилује, под условом да се његове осцилације преносе на околну еластичну средину (ваздух).
Да бисмо чули звук, неопходна су три услова:
- Постојање извора који осцилује;
- Постојање материјалне средине кроз коју се механички талас преноси до уха;
- Фреквенција осциловања мора бити у границама чујности (\( 16\text{ Hz} - 20\,000\text{ Hz} \)).
Типични извори звука су:
- Затегнуте жице: код виолине, гитаре или клавира;
- Ваздушни стуб: ваздух који осцилује унутар дувачких инструмената (флаута, труба);
- Мембране и плочице: осциловање мембране звучника или микро-плочице у мобилном телефону под утицајем електричних сигнала.
Брзина звука зависи од физичких особина средине кроз коју се простире (агрегатног стања, густине, температуре, влажности и притиска).
Звук се најбрже простире кроз чврста тела, спорије кроз течности, а најспорије кроз гасове. У вакууму се звук уопште не простире јер нема честица које би преносиле осцилације.
\[ v_{\text{ваздух}} \approx 340\text{ m/s} = 1224\text{ km/h} \quad (\text{на температури око } 20^\circ\text{C}) \]
| Средина | Тип средине | Приближна брзина звука \( [ \text{m/s} ] \) |
|---|---|---|
| Дијамант | Чврсто тело | \( 12\,000 \) |
| Гвожђе / Челик | Чврсто тело | \( 5\,130 \) |
| Морска вода (\(25^\circ\text{C}\)) | Течност | \( 1\,533 \) |
| Ваздух (\(20^\circ\text{C}\)) | Гас | \( 343 \) |
Сви звучни таласи деле се на: просте тонове, музичке (сложене) тонове и шумове.
Прост тон: Звук константне фреквенције који настаје хармонијским осциловањем извора звука.
Када звук наиђе на препреку (зидове сале), део се апсорбује (упија), а део се одбија.
За салу у којој се велики део звука одбија каже се да је акустична. Међутим, превелика акустичност доводи до вишеструког одбијања и преклапања тонова, што омета разумљивост говора и музике.
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак):
Звучни извор осцилује фреквенцијом од \( 8\text{ Hz} \), а други извор фреквенцијом од \( 25\,000\text{ Hz} \). Како се називају ове врсте звучних таласа и да ли их људско ухо чује?
Објашњење:
1. Фреквенција од \( 8\text{ Hz} \) је мања од \( 16\text{ Hz} \), па спада у инфразвук.
2. Фреквенција од \( 25\,000\text{ Hz} \) је већа од \( 20\,000\text{ Hz} \), па спада у ултразвук.
Људско ухо чује само таласе од \( 16\text{ Hz} \) до \( 20\,000\text{ Hz} \), што значи да човек не може чути ниједан од ова два звука.
1. Фреквенција од \( 8\text{ Hz} \) је мања од \( 16\text{ Hz} \), па спада у инфразвук.
2. Фреквенција од \( 25\,000\text{ Hz} \) је већа од \( 20\,000\text{ Hz} \), па спада у ултразвук.
Људско ухо чује само таласе од \( 16\text{ Hz} \) до \( 20\,000\text{ Hz} \), што значи да човек не може чути ниједан од ова два звука.
Задатак 2 (средњи):
Током олује, посматрач је видео бљесак муње, а гром је чуо након \( 4\text{ s} \). На којој удаљености је дошло до електричног пражњења ако је брзина звука у ваздуху \( 340\text{ m/s} \)?
Дато је:
\( t = 4\text{ s} \)
\( v = 340\text{ m/s} \)
Рачун:
Пошто се светлост креће тренутно у односу на звук, удаљеност \( s \) налазимо преко формуле за једнолико кретање: \[ s = v \cdot t \] \[ s = 340\text{ m/s} \cdot 4\text{ s} = 1360\text{ m} \]
Одговор: Удаљеност места пражњења (удара грома) је \( 1360\text{ m} \) (односно \( 1{,}36\text{ km} \)).
\( t = 4\text{ s} \)
\( v = 340\text{ m/s} \)
Рачун:
Пошто се светлост креће тренутно у односу на звук, удаљеност \( s \) налазимо преко формуле за једнолико кретање: \[ s = v \cdot t \] \[ s = 340\text{ m/s} \cdot 4\text{ s} = 1360\text{ m} \]
Одговор: Удаљеност места пражњења (удара грома) је \( 1360\text{ m} \) (односно \( 1{,}36\text{ km} \)).
Задатак 3 (тежак):
Радник удари чекићем о један крај дугачке гвоздене цеви. Други радник на супротном крају цеви прислони уво уз цев и чује два удара у временском размаку од \( 0{,}5\text{ s} \). Колико је дугачка цев ако је брзина звука у гвожђу \( v_1 = 5130\text{ m/s} \), а у ваздуху \( v_2 = 340\text{ m/s} \)?
Објашњење и рачун:
Звук се кроз цев шири брже (\( v_1 \)), а кроз ваздух спорије (\( v_2 \)). Дужина цеви је \( s \).
Време путовања кроз гвожђе је \( t_1 = \frac{s}{v_1} \), а кроз ваздух \( t_2 = \frac{s}{v_2} \).
Временска разлика је: \[ \Delta t = t_2 - t_1 = \frac{s}{v_2} - \frac{s}{v_1} = s \cdot \left( \frac{1}{v_2} - \frac{1}{v_1} \right) \] \[ \Delta t = s \cdot \frac{v_1 - v_2}{v_1 \cdot v_2} \]
Одавде је дужина цеви \( s \): \[ s = \frac{\Delta t \cdot v_1 \cdot v_2}{v_1 - v_2} \] \[ s = \frac{0{,}5\text{ s} \cdot 5130\text{ m/s} \cdot 340\text{ m/s}}{5130\text{ m/s} - 340\text{ m/s}} = \frac{872100}{4790} \approx 182\text{ m} \]
Одговор: Дужина гвоздене цеви износи приближно \( 182\text{ m} \).
Звук се кроз цев шири брже (\( v_1 \)), а кроз ваздух спорије (\( v_2 \)). Дужина цеви је \( s \).
Време путовања кроз гвожђе је \( t_1 = \frac{s}{v_1} \), а кроз ваздух \( t_2 = \frac{s}{v_2} \).
Временска разлика је: \[ \Delta t = t_2 - t_1 = \frac{s}{v_2} - \frac{s}{v_1} = s \cdot \left( \frac{1}{v_2} - \frac{1}{v_1} \right) \] \[ \Delta t = s \cdot \frac{v_1 - v_2}{v_1 \cdot v_2} \]
Одавде је дужина цеви \( s \): \[ s = \frac{\Delta t \cdot v_1 \cdot v_2}{v_1 - v_2} \] \[ s = \frac{0{,}5\text{ s} \cdot 5130\text{ m/s} \cdot 340\text{ m/s}}{5130\text{ m/s} - 340\text{ m/s}} = \frac{872100}{4790} \approx 182\text{ m} \]
Одговор: Дужина гвоздене цеви износи приближно \( 182\text{ m} \).
