Potujoče longitudinalno valovanje fb
 

Longitudinalno valovanje zvoka




Friderika Lavrič, avtor/ica gradiva, nudi inštrukcije fizike v naslednjih krajih: Ljubljana.

Skype Učitelj/ica omogoča inštrukcije tudi prek Skypa.


Kaj je zvok?



Zvok je vzdolžno ali longitudinalno valovanje zračnih delcev.


Kot primer vzemimo zvočnik kot izvir zvoka: pri premiku membrane desno od mirovne lege A (glej sliko) nastane zgoščina molekul zraka (večja gostota zraka) in posledično povečan zračni tlak. Ko se premika membrana v levo, povzroča razredčino (gostota zraka se zmanjša) in znižanje zračnega tlaka. Nihanje membrane y(t) prehiteva p(t) za kot , kot kaže slika:


Longitudinalno velovanje zvoka



Na sprejemni strani poteka proces v obratni smeri: povečan in zmanjšan zračni tlak povzročata nihanje bobniča v ušesu ali membrane mikrofona.


Longitudinalno ali vzdolžno valovanje zračnih delcev je nihanje delcev v smeri širjenja valovanja. Zaradi longitudinalnega valovanja se zrak redči in zgošča, zračni tlak pa veča in pada.



Zvok, ki ga lahko slišimo, je v frekvenčnem področju 20 Hz do 20 kHz. Zvok z nižjimi frekvencami je infrazvok, z višjimi pa ultrazvok.


Potujoči longitudinalni val



Zgoščine in razredčine se širijo v okolico s hitrostjo zvoka c. V času naredijo pot , v času enega nihaja pa pot, ki je enaka valovni dolžini valovanja:




Upoštevali smo, da sta frekvenca in perioda recipročni:




Pri določeni frekveci bo valovna dolžina odvisna samo od hitrosti zvoka. Iz enačbe (1) izrazimo še frekvenco:




Tlak, ki ga povzroča potujoči zvočni val je odvisen od razdalje in od časa. Zapišemo ga v obliki:




Potujoče longitudinalno valovanje



Hitrost zvoka



Zvok se ne širi samo po zraku, pač pa po vsaki snovi, ki se pod vplivom tlaka lahko stisne. Stisljivost snovi izračunamo po enačbi:




Stisljivost snovi in modul elastičnosti E sta obratno sorazmerna.


Hitrost valovanja smo izpeljali v gradivu Potujoče transverzalno valovanje in je:




ali z uporabo enačbe (2):




Hitrost zvoka v zraku izračunamo s pomočjo enačbe (3) in z uporabo plinskih zakonov. Brez izpeljave zapišimo rezultat:




Tu je razmerje med specifično toploto pri stalnem tlaku in specifično toploto pri stalnem volumnu. Pri dvoatomskih molekulah, iz katerih je večinoma sestavljen zrak je njegova vrednost 1,40.


M je kilomolska masa zraka (M=29 kg), R splošna plinska konstanta in T absolutna temperatura.


Primer

Primer je brezplačno dostopen prijavljenim uporabnikom.
 
 
Prijavi se za brezplačen dostop do primera »


Vidimo, da je v zraku hitrost zvoka sorazmerna korenu iz absolutne temperature. Faktor sorazmernosti izračunamo iz enačbe (4) in dobimo:





glavni avtor in urednik gradiva: Satcitananda podjetje za proizvodnjo, trgovino in izobraževanje d.o.o., Ljubljana