Zvuk
Zdroj zvuku [upraviť]
Zdroj zvukového vlnenia sa nazýva zdroj zvuku a prostredie, v ktorom sa vlnenie šíri, nazývame vodič zvuku. Vodič zvuku, obvykle vzduch, zprostredkuje spojenie medzi zdrojom zvuku a prijímačom (detektorom), ktorým je obvykle ucho alebo technické zariadenia (mikrofón). Zvuky sa šíria v každom hmotnom prostredí, napr. aj vodou a pevnými látkami. Podľa schopnosti látky viesť, resp. pohlcovať zvuk hovoríme o dobrých a zlých vodičoch zvuku.
Zdrojom zvuku je kmitajúce teleso. Záleží však aj na jeho schopnosti tento zvuk odovzdať (preniesť) na okolité prostredie. Dôležitou vlastnosťou je tvar telesa a tvar jeho okolia. Struna napnutá mezi dvoma pevnými bodami telesa s veľkou hmotnosťou nie je dobrý zdroj zvuku, pretože pri kmitaní struny vzniká pretlak v smere jej pohybu, ale súčasne i podtlak na opačnej strane. Vzniká akustický skrat. Preto sa v strunových nástrojoch používa rezonančná doska, ktorá je v skutočnosti zdrojom zvuku gitary.
Zdrojom zvuku sú okrem telies s vlastným kmitaním aj umelé zdroje, ktoré kmitajú tzv. vynúteným kmitaním (reproduktor, hlasivky, krídelká svrčka a pod.)
Zvuk je každé pozdĺžne mechanické vlnenie v látkovom prostredí, ktoré je schopné vyvolať v ľudskom uchu sluchový vnem. Frekvencia tohto vlnenia leží približne v rozsahu 20 Hz až 20 kHz (záleží na individuálnych danostiach človeka), mimo týchto hraníc človek zvuk nevníma. V širšom zmysle je možné považovať za zvuk aj vlnenie mimo tohto rozsahu, teda infrazvuk a ultrazvuk.
Zvuk je teda časť spektra mechanického vlnenia vzduchu, ktorú je schopný vnímať človek; v širšom ponímaní, ktorú je schopný vnímať živočích.Zvuk s frekvenciou nižšou než 20 Hz (ktorý počuje napr. slon) nazývame infrazvuk. Zvuk s frekvenciou vyššou ako 20 kHz (napr. delfín alebo netopiere vnímajú zvuk až do frekvencií okolo 150 kHz) nazývame ultrazvuk.
Už podľa Aristotela je zvuk druh pohybu vzduchu; zvuk je podľa neho dvojaký, a síce skutočný zvuk a možný zvuk.
SIRENIE ZVUKU A VZNIK:Zvuk vzniká kmitaním hmoty, ktorá toto kmitanie odovzdáva hmotným časticiam v prostredí, ktoré ho obklopuje napr. vzduchu, vode, kovu atď. Vo vzduchu nastáva zhusťovanie a zrieďovanie častíc, ktoré postupujú ako zvuková vlna rýchlosťou, ktorú označujeme rýchlosťou zvuku. Počet týchto zhustení a zriedení za sekundu sa nazýva frekvencie (staršie označenie kmitočet).
Zvuk sa šíri jedine v hmotnom prostredí. Z toho vyplýva, že vo vákuu nemôže nastať šírenie zvuku, pretože vákuum neobsahuje žiadne hmotné častice
Odhaľujeme tajomstvá zvuku
Keď rozprávame alebo spievame, sme zdrojom zvuku a ani si pritom neuvedomujeme, aké fyzikálne deje v našom hrdle prebiehajú. Ak chytíme do rúk list papiera a postavíme si ho tesne pred ústa, asi tak, ako keď veľmi krátkozraký človek číta noviny a zaspievame hlbší tón, pocítime v prstoch chvenie papiera. Toto chvenie je svedectvom toho, že zvuk úzko súvisí s kmitaním. Chvenie možno pozorovať aj priamo na krku, ak si ho chytíme prstami v oblasti hrtanu.
Tajomstvo vzniku zvuku nám môže prezradiť aj obyčajné celuloidové pravítko. Ak jeho určitú časť pritlačíme k stolu a prečnievajúci koniec vychýlime a uvoľníme, môže pri kmitaní vydávať zvuk - určitý tón. Výšku tónu môžeme meniť zmenou dĺžky prečnievajúceho konca. Čím je tento koniec kratší, tým je frekvencia kmitov väčšia a tón je vyšší. No a práve kmitanie je fyzikálnou podstatou väčšiny zdrojov zvuku. Zdroje zvuku vysielajú zvuk vďaka kmitaniu určitých telies, napr. membrán, hlasiviek a podobne. V niektorých prípadoch sa však rozkmitať aj samotný vzduchový stĺpec bez toho, že by muselo kmitať nejaké teleso.
Prenos chvenia pomocou napnutej nite v detskom telefóne je iste každému dobre známy. Do jednej z krabičiek hovoríme (mikrofón), čím rozochvievame membránu - dno krabičky. Kmitanie tohto dna sa pomocou napnutej nite prenáša na dno druhej, rovnakej krabičky (slúchadlo), ku ktorej prikladáme ucho a telefón funguje. Ak niť uvoľníme, telefonovanie nie je možné. Nenapnutá niť chvenie neprenáša.
Obr.1
Rozochvievanie papiera blízko úst pri speve ukazuje, že chvenie sa prenáša nielen pomocou nite, ale aj vzduchom. Zvuk je vlastne mechanická vlna postupujúca vzduchom alebo iným pružným prostredím.
Zdrojom zvuku môže byť v podstate každé pružné teleso. Z každého predmetu, ktorý vykonáva kmitavý pohyb s frekvenciou 20 až 20 000 Hz, sa do okolia šíria mechanické vlny, ktoré človek vníma ako zvuk. Takýmto chvejúcim sa predmetom môže byť zvonček rozochvievajúci sa nárazmi srdca na vlastné telo, ale aj struna, pružné pierko, jazýček harmoniky, klarinetu a pod. Zdrojom zvuku sú však aj kvapky padajúce do vody, teda kvapalina. Chvejúci sa vzduchový stĺpec píšťaly je tiež zdrojom zvuku. Vzduch je tiež pružným prostredím. Nuž niet divu, že sa dokáže rozochvieť aj sám - bez prítomnosti chvejúcich sa pevných telies.
Zvuk vysiela aj kmitajúca pinzeta, dokonca aj taká kuchynská, ktorá sa používa pri manipulácii so zákuskami. Ľubka na fotografii počas pokusu konštatovala, že tento kuchynský nástroj vydáva veľmi hlboký tón. Jeho frekvencia bude zrejme niekde na okraji akustických frekvencií, teda blízko 20 Hz. Pri nižších frekvenciách by sme už v podobnej situácii zvukový dojem vôbec nemali. Nižšie frekvencie prislúchajú infrazvuku.
Vieme, že zvuk je kmitanie vzduchu, ktoré vnímame uchom a v mozgu vyvoláva sluchový vnem.
Vo vzduchu, v ktorom sa ľudia bežne pohybujú, počujeme zvuk bez problémov (samozrejme, ak nemáme problémy zo sluchom).
Z toho vyplýva, že zvuk sa vo vzduchu šíri.
Pri búrke môžeme niekedy pozorovať blesky skôr, ako počujeme hrmenie. Je to preto, lebo svetlo sa šíri vo vzduchu podstatne rýchlejšie ako zvuk. Preto blesk pozorujeme takmer okamžite a hrmenie až neskôr. Čas, ktorý uplynie medzi spozorovaním blesku a zahrmením, je vlastne čas, ktorý je nevyhnutný na to, aby sa zvuk zapríčinený bleskom dostal k nášmu uchu.
Týmto javom sa zaoberali fyzici už v 17. storočí. Na meranie rýchlosti zvuku použili delo, ktoré umiestnili do určitej odmeranej vzdialenosti od pozorovateľa. Pri pokuse odmerali čas, ktorý uplynul od spozorovania záblesku pri výstrele a počutím zvuku výstrelu.
Meraním zistili, že rýchlosť šírenia zvuku vo vzduchu je približne 340 m/s.
Pri neskorších meraniach v laboratóriách vedci zistili, že rýchlosť zvuku vo vzduchu závisí od teploty vzduchu.
· pri teplote 0°C je rýchlosť približne 332 m/s,
· pri teplote 20°C je rýchlosť približne 344 m/s.
Z toho vyplýva, že pri zvýšení teploty vzduchu o 1°C sa rýchlosť zvuku zvýši približne o 0,6 m/s.
Pri výpočtoch používame hodnotu rýchlosti zvuku 340 m/s.
Príklad: Vypočítajte v akej vzdialenosti sa zablyslo, ak sme počuli hrmenie 8 sekúnd po blesku.
Riešenie:
t = 8 s;
v = 340 m/s;
s = ? km
Za predpokladu, že zvuk sa šíri vo vzduchu priamočiaro, môžeme použiť na výpočet známe vzorce pre výpočet rýchlosti, dráhy a času pohybu.
s = v . t dosadíme s = 340 m/s . 8 s dostaneme s = 2720 m = 2,72 km
Zablyslo sa vo vzdialenosti 2,72 km.
Pri kúpaní a ponáraní sme mohli zistiť, že zvuk sa šíri aj vo vode.
Rýchlosť zvuku vo vode odmerali prvýkrát na Ženevskom jazere v roku 1827. Na jazere boli dva člny vzdialené od seba presne danú vzdialenosť v km, pričom na jednom z nich bolo aj zariadenie, ktoré súčasne s tým, ako kladivo udrelo na zvon pod vodou, vyslalo aj svetelný signál.
Pri otvorení vodovodného kohútika sa niekedy vodovodná rúrka rozkmitá. Zvuk, ktorý pri jej chvení vzniká, môžeme počuť po celom dome - prenáša sa vodou aj potrubím.
Z týchto a ešte aj iných pokusov vyplýva, že zvuk sa šíri vo vzduchu, plynoch, kvapalinách a v pružných pevných látkach.
Napríklad rýchlosť zvuku vo vode je 1500 m/s, vo vodnej pare 400 m/s, v ľade 3200 m/s, v oceli dokonca až 5000 m/s.
Niektoré látky, ako sú napríklad molitan, piliny, kartón, nevedú zvuk dobre. Tieto látky sa v praxi požívajú na zvukovú izoláciu budov, strojov a rôznych technických zariadení. Nazývame ich zvukové izolanty. Napríklad v nahrávacích štúdiách sú takýmito izolantmi obložené steny aj strop.
Jednoduchým pokusom môžeme zistiť, či sa zvuk šíri vo vákuu (vzduchoprázdne).
Do sklenej nádoby, z ktorej odčerpáme vzduch, dáme budík nastavený na budenie a nádobu uzavrieme. Keď začne budík zvoniť, pozorujeme pohyb zvončeka, ale nepočujeme nič.
Z toho vyplýva, že vo vákuu sa zvuk nešíri.
Vieme, že zvuk je kmitanie vzduchu respektíve iného média a vo vzduchoprázdne nemá vlastne, čo kmitať.