גל קול הוא גל אורך מכני בתדר מסוים. במאמר נבין מהם גלים אורכיים ורוחביים, מדוע לא כל גל מכני הוא קול. גלה את מהירות הגל ואת התדרים שבהם מתרחש צליל. בואו לגלות אם הצליל זהה בסביבות שונות ונלמד כיצד למצוא את מהירותו באמצעות הנוסחה.
Wave מופיע
בואו נדמיין משטח מים, למשל בריכה במזג אוויר רגוע. אם תזרוק אבן, אז על פני המים נראה עיגולים שמתפצלים מהמרכז. ומה יקרה אם ניקח לא אבן, אלא כדור ונביא אותו לתנועה תנודה? המעגלים יופקו כל הזמן על ידי תנודות הכדור. נראה בערך אותו הדבר כפי שמוצג בהנפשה הממוחשבת.
אם נוריד את המצוף במרחק מה מהכדור, הוא גם יתנדנד. כאשר תנודות מתפצלות במרחב לאורך זמן, תהליך זה נקרא גל.
כדי ללמוד את תכונות הקול (אורך גל, מהירות גל וכו'), מתאים צעצוע הקשת המפורסם, או הקשת Happy Rainbow.
בוא נמתח את הקפיץ, ניתן לו להירגע וננער אותו מעלה ומטה בחדות. נראה שהופיע גל שרץ לאורך המעיין, ואז חזר בחזרה. זה אומר שזה משתקף מהמכשול. ראינו כיצד הגל מתפשט לאורך המעיין לאורך זמן. חלקיקי המעיין נעו מעלה ומטה ביחס לשיווי המשקל שלהם, והגל עבר ימינה ושמאלה. גל כזה נקרא גל רוחבי. בו, כיוון ההתפשטות שלו מאונך לכיוון התנודה של החלקיקים. במקרה שלנו, מדיום התפשטות הגלים היה מעיין.
עכשיו בואו נמתח את הקפיץ, ניתן לו להירגע ונמשוך קדימה ואחורה. נראה שסלילי הקפיץ דחוסים לאורכו. הגל עובר באותו כיוון. במקום אחד הקפיץ דחוס יותר, במקום אחר נמתח יותר. גל כזה נקרא אורכי. כיוון התנודה של חלקיקיו עולה בקנה אחד עם כיוון ההתפשטות.
בוא נדמיין מדיום צפוף, למשל, גוף קשיח. אם נעוות אותו על ידי גזירה, יתעורר גל. הוא יופיע עקב הכוחות האלסטיים הפועלים רק במוצקים. כוחות אלו ממלאים תפקיד של שיקום ויוצרים גל אלסטי.
אי אפשר לעוות נוזל בגזירה. גל רוחבי אינו יכול להתפשט בגזים ובנוזלים. דבר נוסף הוא אורכי: הוא מתפשט בכל הסביבות שבהן פועלים כוחות אלסטיים. בגל אורך, החלקיקים מתקרבים זה לזה, ואז מתרחקים, והמדיום עצמו נדחס ומאדיר.
אנשים רבים חושבים שנוזליםבלתי דחוס, אבל זה לא המקרה. אם תלחץ על הבוכנה של המזרק עם מים, הוא יתכווץ מעט. בגזים, יתכן גם עיוות מתיחה דחיסה. לחיצה על הבוכנה של מזרק ריק דוחסת את האוויר.
מהירות ואורך גל
בואו נחזור לאנימציה שחשבנו עליה בתחילת המאמר. אנו בוחרים נקודה שרירותית על אחד המעגלים המתפצלים מהכדור המותנה ועוקבים אחריו. הנקודה מתרחקת מהמרכז. המהירות בה הוא נע היא מהירות פסגת הגל. אנו יכולים להסיק: אחד המאפיינים של הגל הוא מהירות הגל.
ההנפשה מראה שפסגות הגל ממוקמות באותו מרחק. זהו אורך הגל - עוד מאפיין שלו. ככל שהגלים תכופים יותר, כך אורכם קצר יותר.
למה לא כל גל מכני הוא קול
קח סרגל אלומיניום.
זה קופצני, אז זה טוב לחוויה. אנחנו מניחים את הסרגל על קצה השולחן ולוחצים עליו ביד כדי שיבלוט חזק. אנו לוחצים על הקצה שלו ומשחררים אותו בחדות - החלק החופשי יתחיל לרטוט, אבל לא יהיה צליל. אם תרחיב מעט את הסרגל, הרטט של הקצה הקצר ייצור צליל.
מה מראה החוויה הזו? זה מדגים שקול מתרחש רק כאשר גוף זז מהר מספיק כאשר מהירות הגל במדיום גבוהה. הבה נציג עוד מאפיין אחד של הגל - התדר. ערך זה מראה כמה רעידות בשנייה הגוף עושה. כאשר אנו יוצרים גל באוויר, קול מתרחש בתנאים מסוימים – כשמספיקתדר גבוה.
חשוב להבין שקול אינו גל, למרות שהוא קשור לגלים מכניים. צליל הוא התחושה המתרחשת כאשר גלי קול (אקוסטיים) נכנסים לאוזן.
בוא נחזור לשליט. כאשר החלק הגדול יותר מורחב, הסרגל מתנודד ואינו משמיע צליל. האם זה יוצר גל? בטח, אבל זה גל מכני, לא גל קול. כעת אנו יכולים להגדיר גל קול. זהו גל אורך מכני, שתדירותו היא בטווח שבין 20 הרץ ל-20 אלף הרץ. אם התדר קטן מ-20 הרץ או יותר מ-20 קילו-הרץ, אז לא נשמע אותו, למרות שיתרחשו רעידות.
מקור קול
כל גוף מתנודד יכול להיות מקור לגלים אקוסטיים, הוא זקוק רק למדיום אלסטי, למשל, אוויר. לא רק גוף מוצק יכול לרטוט, אלא גם נוזל וגז. אוויר כתערובת של מספר גזים יכול להיות לא רק תווך התפשטות - הוא עצמו מסוגל לייצר גל אקוסטי. הרעידות שלו הן שעומדות בבסיס הצליל של כלי נשיפה. החליל או החצוצרה אינם רוטטים. האוויר הוא הנדיר ודחוס, נותן מהירות מסוימת לגל, וכתוצאה מכך אנו שומעים את הקול.
הפצת סאונד בסביבות שונות
גילינו שנשמעים חומרים שונים: נוזל, מוצק, גזי. כך גם לגבי היכולת להוביל גל אקוסטי. צליל מתפשט בכל תווך אלסטי (נוזלי, מוצק, גזי), למעט ואקום. בחלל ריק, נגיד על הירח, לא נשמע קול של גוף רוטט.
רוב הצלילים הנקלטים על ידי בני אדם הם מוטסים. דגים, מדוזות שומעות גל אקוסטי מתפצל במים. אנחנו, אם נצלול מתחת למים, נשמע גם רעש של סירת מנוע שעוברת במקום. יתרה מכך, אורך הגל ומהירות הגל יהיו גבוהים יותר מאשר באוויר. המשמעות היא שקול המנוע יהיה הראשון להישמע על ידי אדם שצולל מתחת למים. הדייג, שיושב בסירתו באותו מקום, ישמע את הרעש מאוחר יותר.
במוצקים, הקול עובר אפילו טוב יותר, ומהירות הגלים גבוהה יותר. אם תניח חפץ קשיח, במיוחד מתכת, לאוזן ותקיש עליו, תשמע טוב מאוד. דוגמה נוספת היא הקול שלך. כאשר אנו שומעים לראשונה את הדיבור שלנו, שהוקלט בעבר ברשמקול או מסרטון, הקול נראה זר. למה זה קורה? כי בחיים אנחנו לא שומעים תנודות קול מהפה שלנו כמו תנודות של גלים שעוברים דרך עצמות הגולגולת שלנו. הצליל שמשתקף מהמכשולים האלה משתנה במקצת.
מהירות צליל
מהירותו של גל קול, אם ניקח בחשבון את אותו צליל, תהיה שונה בסביבות שונות. ככל שהמדיום צפוף יותר, כך הצליל מגיע מהר יותר לאוזן שלנו. הרכבת יכולה להתרחק מאיתנו עד כדי כך שקול הגלגלים לא יישמע עדיין. עם זאת, אם תצמיד את אוזנך למסילה, נוכל לשמוע בבירור את הרעש.
זה מצביע על כך שגלי קול נעים מהר יותר במוצקים מאשר באוויר. האיור מציג את מהירות הקול בסביבות שונות.
משוואת גל
מהירות, תדר ואורך גל קשורים זה בזה. עבור גופים הרוטטים בתדר גבוה, הגל קצר יותר. ניתן לשמוע צלילים בתדר נמוך ממרחק גדול יותר מכיוון שיש להם אורך גל ארוך יותר. יש שתי משוואות גלים. הם ממחישים את התלות ההדדית של מאפייני גל זה מזה. לדעת כל שתי כמויות מהמשוואות, אתה יכול לחשב את השלישית:
с=ν × λ, כאשר c היא המהירות, ν היא התדר, λ הוא אורך הגל.
משוואת גל אקוסטית שניה:
s=λ / T, כאשר T היא התקופה, כלומר הזמן שבו הגוף מבצע תנודה אחת.
