Звук як явище фізичне являє собою коливальні рухи матеріальних тіл - твердих, газоподібних або рідких. Виникнення слухових відчуттів людини пов'язане, як правило, саме з коливаннями повітря. Ось тому в безповітряному середовищі передача звуку стає неможливою. Коливання повітря, що сприймаються органом слуху людини як звук, в природних умовах мають дуже широкий діапазон величин тиску, в зв'язку з цим прийнято користуватися логарифмічною шкалою, висловлюючи рівень інтенсивності в белах (Б) або децибелах (дБ). Децибел - одиниця рівня інтенсивності, що дорівнює десятикратному десятковому логарифму відношення інтенсивності одного звуку до деякої іншої інтенсивності звуку, умовно прийнятої за рівень відліку і близькою до граничної. Зустрічаються в природі звуки характеризуються приблизно таким співвідношенням: Коливання, що мають інтенсивності, що виходять за межі даного діапазону, як звук вже не сприймаються, тобто вони або зовсім не чути і не викликають ніяких відчуттів, або сприймаються тактильними і больовими рецепторами і дають відчуття тиску або болю, що витісняють слухові відчуття. Звук як коливальний процес характеризується також частотою, яка по суті являє собою опис змін звукового тиску в часі. Якщо ці зміни мають правильний синусоїдальний характер, то говорять про чистому тоні. В реальних умовах до такого чистого основного тону, як правило, домішується ще кілька додаткових тонів, які надають звуку його часто неповторну індивідуальність. Звук вважається чистим, якщо додаткові тони по своїй акустичної енергії не перевищують 10 відсотків. У житті нам нерідко доводиться стикатися з природними чистими звуками. Це звуки, що видаються птахами і звірами, це і звуки, що виходять при проголошенні нами голосних. Звуки, в яких не можна виділити основного тону і в яких відповідно коливання звукового тиску описуються більш складною, ніж синусоїдальна, залежністю, позначають як шуми. І якщо акустична енергія розподілена рівномірно по всьому спектру, то говорять про «білому» шумі. Орган слуху людини сприймає коливання повітря (при достатньому рівні інтенсивності) в діапазоні від 16 герц до 20 кілогерц, і відповідно ці частоти в фізиці і техніці позначають як звукові, а менше 16 герц - як інфразвук і більше 20 кілогерц - як ультразвук. Людина інфра-та ультразвукові коливання не чує, хоч би великої інтенсивності вони не були. Але це зовсім не означає, що такі види енергії взагалі на людину не діють. Вони являють собою типовий приклад подразників, які ми з вами визначили раніше як «внерецепторние», тобто які не викликають специфічних відчуттів. Людина ж починає відчувати їх опосередковано в результаті взаємодії, і нерідко несприятливого, з тканинами нашого тіла. Звук як коливальний процес характеризується також довжиною хвилі, яка кількісно при незмінній частоті може змінюватися в залежності від швидкості поширення звуку. Ця швидкість в повітрі при температурі 0 градусів за шкалою Цельсія і нормальному атмосферному тиску становить 332 метра в секунду, зростаючи при підвищенні тиску і температури повітря. У більш щільному середовищі швидкість поширення звуку значно вище, складаючи при цьому: в граніті - 6000 метрів в секунду, в склі - 5500 метрів в секунду, в алюмінії - 5140 метрів в секунду, в залозі і стали - 5000 метрів в секунду, в твердих породах дерева (в поздовжньому напрямку) - 4000 метрів в секунду, в міді - 3560 метрів в секунду і в воді (при температурі 19 градусів за шкалою Цельсія) - 1461 метр в секунду. Таким чином, звукові коливання однієї і тієї ж частоти в різних середовищах мають різну довжину хвилі. Це виявляється небайдужим для нашого слуху і обумовлює деякі особливості слухового сприйняття при перебуванні людини під водою. А тепер розглянемо механізм сприйняття звуку.
Объяснение:
Фізична природа звуку
ответ разместил: Гость
Под средней длиной свободного пробега понимают среднее расстояние, которое проходит молекула между двумя последовательными соударениями. за секунду молекула в среднем проходит расстояние, численно равное ее средней скорости . если за это же время она испытает в среднем столкновений с другими молекулами, то ее средняя длина свободного пробега , очевидно, будет равна (3.1.1) предположим, что все молекулы, кроме рассматриваемой, неподвижны. молекулы будем считать шарами с диаметром d. столкновения будут происходить всякий раз, когда центр неподвижной молекулы окажется на расстоянии меньшем или равном d от прямой, вдоль которой двигается центр рассматриваемой молекулы. при столкновениях молекула изменяет направление своего движения и затем движется прямолинейно до следующего столкновения. поэтому центр движущейся молекулы ввиду столкновений движется по ломаной линии (рис. 1). рис. 1 молекула столкнется со всеми неподвижными молекулами, центры которых находятся в пределах ломаного цилиндра диаметром 2d. за секунду молекула проходит путь, равный . поэтому число происходящих за это время столкновений равно числу молекул, центры которых внутрь ломаного цилиндра, имеющего суммарную длину и радиус d. его объем примем равным объему соответствующего спрямленного цилиндра, т. е. равным если в единице объема газа находится n молекул, то число столкновений рассматриваемой молекулы за одну секунду будет равно (3.1.2) в действительности движутся все молекулы. поэтому число столкновений за одну секунду будет несколько большим полученной величины, так как вследствие движения окружающих молекул рассматриваемая молекула испытала бы некоторое число соударений даже в том случае, если бы она сама оставалась неподвижной. предположение о неподвижности всех молекул, с которыми сталкивается рассматриваемая молекула, будет снято, если в формулу (3.1.2) вместо средней скорости представить среднюю скорость относительного движения рассматриваемой молекулы. в самом деле, если налетающая молекула движется со средней относительной скоростью , то молекула, с которой она сталкивается, оказывается покоящейся, что и предполагалось при получении формулы (3.1.2). поэтому формулу (3.1.2) следует написать в виде: (3.1.3) предположим, что скорости молекул до столкновения были и тогда из треугольника скоростей имеем (рис. 2) (3.1.4) так как углы и скорости и , с которыми сталкиваются молекулы, очевидно, являются независимыми случайными величинами, то среднее рис. 2 от произведения этих величин равно произведению их средних. поэтому (3.1.5) с учетом последнего равенства формулу (3.1.4) можно переписать в виде: (3.1.6) так как cредняя квадратичная скорость пропорциональна средней скорости, (3.1.7) т. е. .поэтому соотношение (3.1.6) можно представить так: (3.1.8) с учетом последнего выражения формула для средней длины свободного пробега приобретает вид: (3.1.9) для идеального газа . поэтому (3.1.10) отсюда видно, что при изотермическом расширении (сжатии) средняя длина свободного пробега растет (убывает).как было отмечено во введении, эффективный диаметр молекул убывает с ростом температуры. поэтому при заданной концентрации молекул средняя длина свободного пробега увеличивается с ростом температуры. вычисление средней длины свободного пробега для азота (d = 3•10-10 м), находящегося при нормальных условиях (р = 1,01•105 па, т = 273,15 к) дает: , а для числа столкновений за одну секунду: . таким образом, средняя длина свободного пробега молекул при нормальных условиях составляет доли микрон, а число столкновений – несколько миллиардов в секунду. поэтому процессы выравнивания температур (теплопроводность), скоростей движения слоев газа (вязкое трение) и концентраций (диффузия) являются достаточно медленными, что подтверждается опытом.
