Մեր շուրջը շատ մարդիկ կան ձայնային աղբյուրներ.երաժշտական ​​և տեխնիկական գործիքներ, մարդու ձայնալարեր, ծովային ալիքներ, քամին և այլն։ Ձայն կամ, այլ կերպ ասած, ձայնային ալիքներ– սրանք միջավայրի մեխանիկական թրթռումներ են 16 Հց – 20 կՀց հաճախականությամբ(տե՛ս § 11-ա):

Դիտարկենք փորձը. Զարթուցիչը օդային պոմպի զանգի տակ գտնվող բարձիկի վրա դնելով, մենք կնկատենք, որ տկտկոցը կդառնա ավելի հանգիստ, բայց դեռ լսելի կլինի: Զանգի տակից օդը հանելով՝ մենք ընդհանրապես կդադարենք ձայնը լսել։ Այս փորձը հաստատում է, որ ձայնը տարածվում է օդով և չի անցնում վակուումում:

Օդում ձայնի արագությունը համեմատաբար բարձր է. այն տատանվում է 300 մ/վ-ից –50°C-ից մինչև 360 մ/վրկ՝ +50°C-ում: Սա 1,5 անգամ ավելի արագ է, քան մարդատար ինքնաթիռի արագությունը։ Ձայնը զգալիորեն ավելի արագ է տարածվում հեղուկներում և նույնիսկ ավելի արագ՝ պինդ մարմիններում: Պողպատե ռելսում, օրինակ, ձայնի արագությունը » 5000 մ/վ է:

Նայեք օդի ճնշման տատանումների գրաֆիկներին «A» և «O» հնչյունները երգող մարդու բերանում: Ինչպես տեսնում եք, թրթռումները բարդ են՝ բաղկացած մի քանի թրթռումներից, որոնք դրված են միմյանց վրա: Միեւնույն ժամանակ, հստակ տեսանելի հիմնական տատանումները,որի հաճախականությունը գրեթե անկախ է խոսակցական ձայնից: Տղամարդու ձայնի համար սա մոտավորապես 200 Հց է, կանացի ձայնի համար՝ 300 Հց:

l max = 360 m/s՝ 200 Hz » 2 m, l min = 300 m/s: 300 Hz » 1 m.

Այսպիսով, ձայնի ձայնի ալիքի երկարությունը կախված է օդի ջերմաստիճանից և ձայնի հիմնական հաճախականությունից: Հիշելով դիֆրակցիայի մասին մեր գիտելիքները՝ մենք կհասկանանք, թե ինչու են մարդկանց ձայները լսվում անտառում, նույնիսկ եթե դրանք արգելափակված են ծառերով. 1-2 մ ալիքի երկարությամբ ձայները հեշտությամբ թեքում են ծառերի բների շուրջ, որոնց տրամագիծը մեկ մետրից պակաս է:

Եկեք կատարենք փորձ, որը հաստատում է, որ ձայնի աղբյուրները իսկապես տատանվող մարմիններ են:

Վերցնենք սարքը պատառաքաղ– մետաղական ճեղապարսատիկ, որը տեղադրված է առանց առջևի պատի տուփի վրա՝ ձայնային ալիքների ավելի լավ ճառագայթման համար: Եթե ​​մուրճով հարվածեք լարման պատառաքաղի ծայրերին, այն կստեղծի «մաքուր» ձայն, որը կոչվում է. երաժշտական ​​հնչերանգ(օրինակ՝ առաջին օկտավայի «Ա» նշումը՝ 440 Հց հաճախականությամբ): Եկեք տեղափոխենք հնչյունային պատառաքաղը դեպի թեթև գնդակը լարով, և այն անմիջապես կցատկի դեպի կողմը: Դա տեղի է ունենում հենց ճեղապարսատիկի ծայրերի հաճախակի թրթռումների պատճառով:

Մարմնի թրթռման հաճախականությունը կախված է նրա առաձգականությունն ու չափը։Որքան մեծ է մարմնի չափը, այնքան ցածր է հաճախականությունը: Ուստի, օրինակ, մեծ ձայնալարերով փղերն արձակում են ցածր հաճախականության ձայներ (բաս), իսկ մկները, որոնց ձայնալարերը շատ ավելի փոքր են, բարձր հաճախականությամբ ձայներ են արձակում (ճռռոց)։

Առաձգականությունից և չափից է կախված ոչ միայն այն, թե ինչպես կհնչի մարմինը, այլև այն, թե ինչպես է այն ընկալելու ձայները և արձագանքելու դրանց: Տատանումների ամպլիտուդի կտրուկ աճի երևույթը, երբ արտաքին ազդեցության հաճախականությունը համընկնում է մարմնի բնական հաճախականության հետ, կոչվում է. ռեզոնանս (լատ. «ողջամիտ» - արձագանքում եմ): Եկեք փորձ կատարենք ռեզոնանսը դիտարկելու համար։

Եկեք կողք կողքի տեղադրենք երկու նույնական թյունինգ պատառաքաղներ, դրանք շրջելով դեպի միմյանց այն տուփերի այն կողմերում, որտեղ պատեր չկան: Եկեք մուրճով հարվածենք ձախ լարման պատառաքաղին։ Մի վայրկյանում մենք այն կխեղդենք մեր ձեռքերով։ Մենք կլսենք երկրորդ լարման պատառաքաղի ձայնը, որին մենք չխփեցինք։ Նրանք ասում են, որ ճիշտ թյունինգ պատառաքաղ ռեզոնանսվում է,այն է՝ ձայնային ալիքների էներգիան գրավում է ձախ լարման պատառաքաղից, ինչի արդյունքում մեծացնում է սեփական թրթռումների ամպլիտուդը։

Տատանումներ– սրանք շարժումներ կամ գործընթացներ են, որոնք բնութագրվում են ժամանակի ընթացքում որոշակի կրկնվողությամբ:

Տատանումների ժամանակաշրջանՏ- ժամանակային ընդմիջում, որի ընթացքում տեղի է ունենում մեկ ամբողջական տատանում:

Տատանումների հաճախականությունը– ամբողջական տատանումների քանակը միավոր ժամանակում: SI համակարգում այն ​​արտահայտվում է հերցով (Հց):

Տատանումների ժամանակաշրջանը և հաճախականությունը կապված են հարաբերությամբ

Հարմոնիկ թրթռումներ- սրանք տատանումներ են, որոնցում տատանվող մեծությունը փոխվում է սինուսի կամ կոսինուսի օրենքի համաձայն: Օֆսեթը տրվում է

Տատանումների լայնություն (ա), պարբերություն (բ) և փուլ(հետ) երկու տատանվող մարմին

Մեխանիկական ալիքներ

Ալիքների մեջ կոչվում են պարբերական խանգարումներ, որոնք ժամանակի ընթացքում տարածվում են տարածության մեջ։ Ալիքները բաժանված են երկայնական և լայնակի.

Օդի առաձգական ալիքները, որոնք մարդկանց մոտ լսողական սենսացիաներ են առաջացնում, կոչվում են ձայնային ալիքներ կամ պարզապես ձայն: Ձայնային հաճախականության միջակայքը 20 Հց-ից 20 կՀց է: 20 Հց-ից պակաս հաճախականությամբ ալիքները կոչվում են ինֆրաձայն, իսկ 20 կՀց-ից ավելի հաճախականությամբ՝ ուլտրաձայնային: Ձայնի փոխանցման համար որոշակի առաձգական միջավայրի առկայությունը պարտադիր է:

Ձայնի բարձրությունը որոշվում է ձայնային ալիքի ինտենսիվությամբ, այսինքն՝ ալիքի փոխանցած էներգիայով մեկ միավոր ժամանակում։

Ձայնային ճնշումը կախված է ձայնային ալիքում ճնշման տատանումների ամպլիտուդից:

Ձայնի բարձրությունը (տոնը) որոշվում է թրթռման հաճախականությամբ։ Տղամարդու ցածր ձայնի (բասի) տիրույթը մոտավորապես 80-ից 400 Հց է: Կանացի բարձր ձայնի (սոպրանո) տիրույթը 250-ից 1050 Հց է:

Ձայնը առաջանում է առաձգական միջավայրերում և մարմիններում մեխանիկական թրթռումներից, որոնց հաճախականությունները գտնվում են 20 Հց-ից մինչև 20 կՀց միջակայքում, և որոնք մարդու ականջը կարող է ընկալել:

Համապատասխանաբար, նշված հաճախականություններով այս մեխանիկական թրթռումը կոչվում է ձայնային և ակուստիկ: Անլսելի մեխանիկական թրթռումները ձայնային տիրույթից ցածր հաճախականություններով կոչվում են ինֆրաձայնային, իսկ ձայնի տիրույթից բարձր հաճախականությունների դեպքում՝ ուլտրաձայնային։

Եթե ​​հնչող մարմինը, օրինակ՝ էլեկտրական զանգը, դրված է օդային պոմպի զանգի տակ, ապա օդը դուրս մղելուն պես ձայնը ավելի ու ավելի կթուլանա և վերջապես ամբողջովին կդադարի: Հնչող մարմնից թրթռումների փոխանցումը տեղի է ունենում օդի միջոցով: Նկատենք, որ հնչող մարմինն իր տատանումների ժամանակ հերթափոխով սեղմում է մարմնի մակերեսին հարող օդը և, ընդհակառակը, այս շերտում ստեղծում է վակուում։ Այսպիսով, օդում ձայնի տարածումը սկսվում է թրթռացող մարմնի մակերեսին օդի խտության տատանումներից։

Երաժշտական ​​հնչերանգ. Ծավալը և բարձրությունը

Այն ձայնը, որը մենք լսում ենք, երբ դրա աղբյուրը կատարում է ներդաշնակ տատանում, կոչվում է երաժշտական ​​հնչերանգ կամ, կարճ ասած, հնչերանգ:

Ցանկացած երաժշտական ​​հնչերանգում ականջով կարող ենք առանձնացնել երկու հատկություն՝ ձայնը և բարձրությունը:

Ամենապարզ դիտարկումները մեզ համոզում են, որ ցանկացած բարձրության տոնայնությունը որոշվում է թրթռումների ամպլիտուդով: Հարվածելուց հետո կամերտոնի ձայնը աստիճանաբար մարում է: Սա տեղի է ունենում տատանումների մարման հետ մեկտեղ, այսինքն. դրանց ամպլիտուդի նվազմամբ։ Հարմարեցման պատառաքաղին ավելի ուժեղ հարվածելով, այսինքն. Թրթռումներին ավելի մեծ ամպլիտուդ տալով՝ մենք կլսենք ավելի ուժեղ ձայն, քան թույլ հարվածով։ Նույնը կարելի է նկատել լարով և ընդհանրապես ցանկացած ձայնային աղբյուրի դեպքում։

Եթե ​​վերցնենք տարբեր չափերի մի քանի թյունինգ պատառաքաղներ, ապա դժվար չի լինի դրանք դասավորել ականջով` բարձրության բարձրացման կարգով: Այսպիսով, դրանք կդասավորվեն չափերով. ամենամեծ թյունինգը տալիս է ամենացածր ձայնը, ամենափոքրը՝ ամենաբարձր ձայնը։ Այսպիսով, տոնի բարձրությունը որոշվում է թրթռման հաճախականությամբ: Որքան բարձր է հաճախականությունը և, հետևաբար, որքան կարճ է տատանումների ժամանակաշրջանը, այնքան բարձր է մենք լսում ձայնը:

Ակուստիկ ռեզոնանս

Ռեզոնանսային երևույթները կարող են դիտվել ցանկացած հաճախականության մեխանիկական տատանումների, մասնավորապես ձայնային թրթիռների ժամանակ։

Եկեք իրար կողքի դնենք երկու նույնական թյունինգ պատառաքաղներ՝ արկղերի անցքերով, որոնց վրա դրանք ամրացված են, դեմ դիմաց։ Արկղերն անհրաժեշտ են, քանի որ դրանք ուժեղացնում են թյունինգ պատառաքաղների ձայնը: Դա տեղի է ունենում լարման պատառաքաղի և տուփի մեջ փակված օդի սյուների միջև ռեզոնանսի պատճառով. ուստի տուփերը կոչվում են ռեզոնատորներ կամ ռեզոնանսային տուփեր:

Եկեք հարվածենք թյունինգի պատառաքաղներից մեկին և այնուհետև մատներով խլացնենք այն: Մենք կլսենք, թե ինչպես է հնչում երկրորդ թյունինգի պատառաքաղը։

Վերցնենք երկու տարբեր թյունինգ պատառաքաղ, այսինքն. տարբեր բարձրություններով և կրկնել փորձը: Այժմ թյունինգ պատառաքաղներից յուրաքանչյուրն այլևս չի արձագանքի մեկ այլ կարգավորիչի ձայնին:

Դժվար չէ բացատրել այս արդյունքը։ Մեկ լարման պատառաքաղի թրթռումները օդի միջով գործում են որոշակի ուժով երկրորդ լարման պատառաքաղի վրա՝ ստիպելով այն կատարել իր հարկադիր թրթռումները: Քանի որ լարման պատառաքաղ 1-ը կատարում է ներդաշնակ տատանում, ապա լարման պատառաքաղ 2-ի վրա ազդող ուժը կփոխվի ներդաշնակ տատանման օրենքի համաձայն լարման պատառաքաղ 1-ի հաճախականությամբ: Եթե ուժի հաճախականությունը տարբեր է, ապա հարկադիր տատանումները այնքան թույլ կլինեն: որ մենք նրանց չենք լսի։

Աղմուկներ

Մենք լսում ենք երաժշտական ​​ձայն (նոտա), երբ թրթռումը պարբերական է: Օրինակ, այս տեսակի ձայնը արտադրվում է դաշնամուրի լարով: Եթե ​​միաժամանակ մի քանի ստեղներ եք խփում, այսինքն. մի քանի նոտա հնչեցնել, այնուհետև երաժշտական ​​ձայնի զգացողությունը կմնա, բայց բաղաձայն (ականջի համար հաճելի) և դիսոնանտ (տհաճ) նոտաների տարբերությունը հստակ կհայտնվի: Ստացվում է, որ այն նշումները, որոնց կետը փոքր թվերի հարաբերակցության մեջ է, համահունչ են։ Օրինակ, համահունչը ստացվում է 2:3 (հինգերորդ), 3:4 (քվանտա), 4:5 (հիմնական երրորդ) հարաբերակցությամբ և այլն: Եթե ​​ժամանակաշրջանները կապված են որպես մեծ թվեր, օրինակ 19:23, ապա արդյունքը դիսոնանս է` երաժշտական, բայց տհաճ ձայն: Մենք էլ ավելի կհեռանանք տատանումների պարբերականությունից, եթե միաժամանակ բազմաթիվ ստեղներ խփենք։ Ձայնն արդեն աղմուկի նման կլինի:

Աղմուկը բնութագրվում է տատանումների ձևի ուժեղ ոչ պարբերականությամբ. կամ երկար տատանում է, բայց ձևով շատ բարդ (ֆշշոց, ճռռոց), կամ անհատական ​​արտանետումներ (կտտոցներ, թակոցներ): Այս տեսակետից աղմուկները պետք է ներառեն նաև բաղաձայններով արտահայտված հնչյուններ (ֆշշոց, լաբալ և այլն)։

Բոլոր դեպքերում աղմուկի թրթռումները բաղկացած են տարբեր հաճախականությամբ ներդաշնակ տատանումների հսկայական քանակից:

Այսպիսով, ներդաշնակ թրթռման սպեկտրը բաղկացած է մեկ հաճախականությունից: Պարբերական տատանումների համար սպեկտրը բաղկացած է մի շարք հաճախականություններից՝ հիմնականը և դրա բազմապատիկները: Համահունչ համահունչներում մենք ունենք սպեկտր, որը բաղկացած է մի քանի նման հաճախականություններից, որոնցից հիմնականները կապված են որպես փոքր ամբողջ թվեր: Դիսոնանս բաղաձայններում հիմնարար հաճախականություններն այլևս նման պարզ հարաբերությունների մեջ չեն: Որքան շատ են տարբեր հաճախականություններ սպեկտրում, այնքան մենք մոտենում ենք աղմուկին: Տիպիկ աղմուկներն ունեն սպեկտրներ, որոնցում չափազանց շատ հաճախականություններ կան:

Ֆիզիկայի թեստ Մեխանիկական թրթիռներ և ալիքներ Ձայն 9-րդ դասարանի աշակերտների համար՝ պատասխաններով. Թեստը ներառում է 2 տարբերակ՝ յուրաքանչյուրը 12 առաջադրանքով։

1 տարբերակ

1. Ազատ տատանումներով լարերի վրա գտնվող գնդակը ծայրահեղ ձախ դիրքից դեպի ծայր աջ շարժվում է 0,1 վրկ-ում: Որոշեք գնդակի տատանումների ժամանակաշրջանը:

1) 0,1 վրկ
2) 0,2 վրկ
3) 0,3 վրկ
4) 0,4 վրկ

2. Նկարը ցույց է տալիս ժամանակին զսպանակից կախված գնդակի կենտրոնի կոորդինատների կախվածությունը: Տատանումների հաճախականությունն է

1) 0,25 Հց
2) 0,5 Հց
3) 2 Հց
4) 4 Հց

3. Քանի՞ ամբողջական տատանում կկատարի նյութական կետը 10 վրկ-ում, եթե տատանումների հաճախականությունը 220 Հց է:

1) 22
2) 88
3) 440
4) 2200

4. Ո՞ր ուղղություններով են տատանումները տեղի ունենում երկայնական ալիքում:

1) բոլոր ուղղություններով

5. Ծովում մոտակա ալիքների գագաթների միջև հեռավորությունը 6 մ է, երբ ալիքները հարվածում են նավի կորպուսին, եթե դրանց արագությունը 3 մ/վ է:

1) 0,5 վրկ
2) 2 վրկ
3) 12 վ
4) 32 վ

6. Մի մարդ կայծակի բռնկումից 10 վայրկյան անց լսել է ամպրոպի ձայնը։ Որոշեք օդում ձայնի արագությունը, եթե կայծակը հարվածել է դիտորդից 3,3 կմ հեռավորության վրա:

1) 0,33 մ/վրկ
2) 33 մ/վրկ
3) 330 մ/վրկ
4) 33 կմ/վրկ

7. Ո՞ր միջավայրում են ձայնային ալիքները շարժվում նվազագույն արագությամբ:

1) պինդ մարմիններում
2) հեղուկների մեջ
3) գազերում
4) Ամենուր նույնը

8. Ինչպե՞ս են կոչվում այն ​​մեխանիկական թրթռումները, որոնց հաճախականությունը 20 Հց-ից պակաս է:

1) ձայն
2) Ուլտրաձայնային
3) Ինֆրաձայնային

9. Որոշեք օդում ձայնային ալիքի երկարությունը, եթե ձայնի աղբյուրի հաճախականությունը 200 Հց է: Օդում ձայնի արագությունը 340 մ/վ է։

1) 1,7 մ
2) 0,59 մ
3) 540 մ
4) 68000 մ

10. Ինչպե՞ս կփոխվի ձայնային ալիքի երկարությունը, երբ նրա աղբյուրի տատանումների հաճախականությունը նվազում է 2 անգամ։

1) կավելանա 2 անգամ
2) կնվազի 2 անգամ
3) Չի փոխվի
4) 4 անգամ կնվազի

11. Մարդու ականջի կողմից ընկալվող թրթռումների հաճախականության վերին սահմանը երեխաների համար 22 կՀց է, իսկ տարեցների համար՝ 10 կՀց։ Օդում ձայնի արագությունը 340 մ/վ է։ 20 մմ ալիքի երկարությամբ ձայն

1) միայն երեխան կլսի
2) կլսի միայն տարեցը
3) կլսեն և՛ երեխան, և՛ տարեցը
4) ոչ երեխա, ոչ էլ տարեց մարդ չի լսի

12. Զենքի կրակոցից առաջացած արձագանքը կրակողին հասել է կրակոցից 2 վրկ հետո։ Որոշե՛ք այն խոչընդոտի հեռավորությունը, որտեղից առաջացել է անդրադարձը, եթե օդում ձայնի արագությունը 340 մ/վ է։

1) 170 մ
2) 340 մ
3) 680 մ
4) 1360 մ

Տարբերակ 2

1. Ազատ տատանումներով պարանի վրա գտնվող գնդակը ծայրահեղ ձախ դիրքից հասնում է հավասարակշռության դիրքի 0,2 վրկ-ում: Որքա՞ն է գնդակի տատանումների ժամանակաշրջանը:

1) 0,2 վրկ
2) 0,4 վրկ
3) 0,6 վ
4) 0.8 վ

2. Նկարը ցույց է տալիս ժամանակին զսպանակից կախված գնդակի կենտրոնի կոորդինատների կախվածությունը: Տատանումների ամպլիտուդը հավասար է

1) 10 սմ
2) 20 սմ
3) -10 սմ
2) -20 սմ

3. Մարդու զարկերակը չափելիս 2 րոպեում արձանագրվել է արյան 150 պուլսացիա։ Որոշեք սրտի մկանների կծկման հաճախականությունը:

1) 0,8 Հց
2) 1 Հց
3) 1,25 Հց
4) 75 Հց

4. Ո՞ր ուղղություններով են տատանվում լայնակի ալիքները:

1) բոլոր ուղղություններով
2) ալիքի տարածման ուղղությամբ
3) ալիքի տարածման ուղղությանը ուղղահայաց
4) ինչպես ալիքի տարածման ուղղությամբ, այնպես էլ ալիքի տարածմանը ուղղահայաց

5. 4 Հց հաճախականությամբ ալիքը լարով անցնում է 6 մ/վ արագությամբ։ Ալիքի երկարությունն է

1) 0,75 մ
2) 1,5 մ
3) 24 մ
4) լուծելու համար բավարար տվյալներ չկան

6. Ինչպե՞ս կփոխվի ալիքի երկարությունը, երբ նրա աղբյուրի տատանումների հաճախականությունը նվազում է 2 անգամ:

1) կավելանա 2 անգամ
2) կնվազի 2 անգամ
3) Չի փոխվի
4) 4 անգամ կնվազի

7. Ո՞ր միջավայրում չեն շարժվում ձայնային ալիքները:

1) պինդ մարմիններում
2) հեղուկների մեջ
3) գազերում
4) վակուումում

8. Ինչպե՞ս են կոչվում այն ​​մեխանիկական թրթռումները, որոնց հաճախականությունը գերազանցում է 20000 Հց-ը:

1) ձայն
2) Ուլտրաձայնային
3) Ինֆրաձայնային
4) Պատասխաններից ոչ մեկը ճիշտ չէ

9. Կարգավորող պատառաքաղն արձակում է 0,5 մ երկարությամբ ձայնային ալիք։ Ձայնի արագությունը 340 մ/վ է։ Որքա՞ն է կարգավորիչի թրթռման հաճախականությունը:

1) 17 Հց
2) 680 Հց
3) 170 Հց
4) 3400 Հց

10. Մարդու ականջը կարող է ընկալել 20 Հց-ից մինչև 20000 Հց հաճախականությամբ ձայներ: Ո՞ր ալիքի երկարության միջակայքն է համապատասխանում ձայնային տատանումների լսելիության տիրույթին: Հաշվի առեք օդում ձայնի արագությունը 340 մ/վ:

1) 20 մ-ից մինչև 20000 մ
2) 6800 մ-ից մինչեւ 6800000 մ
3) 0,06 մ-ից մինչեւ 58,8 մ
4) 0.017 մ-ից մինչև 17 մ

11. Ի՞նչ փոփոխություններ է նկատում մարդը ձայնում, երբ ձայնային ալիքում թրթռումների ամպլիտուդը մեծանում է:

1) Բարձրացրեք խաղադաշտը
2) խաղադաշտի իջեցում
3) Բարձրացնել ծավալը
4) Ձայնի իջեցում

12. Ի՞նչ հեռավորության վրա է գտնվում այսբերգը նավից, եթե սոնարով ուղարկված ուլտրաձայնային ազդանշանը հետ է ստացվել 4 վրկ հետո: Ջրում ուլտրաձայնի արագությունը հավասար է 1500 մ/վ։

1) 375 մ
2) 750 ս
3) 3000 մ
4) 6000 մ

Ֆիզիկայի թեստի պատասխաններ Մեխանիկական տատանումներ և ալիքներ Ձայն
1 տարբերակ
1-2
2-1
3-4
4-2
5-2
6-3
7-3
8-3
9-1
10-1
11-1
12-2
Տարբերակ 2
1-4
2-1
3-3
4-3
5-2
6-1
7-4
8-2
9-2
10-4
11-3
12-3