De geluidsenergie of akoestisch is er een die geluidsgolven transporteert wanneer ze zich voortplanten in een medium, dat een gas kan zijn zoals lucht, een vloeistof of een vaste stof. Mensen en veel dieren gebruiken akoestische energie om in wisselwerking te staan met de omgeving.
Hiervoor hebben ze gespecialiseerde orgels, bijvoorbeeld de stembanden, die trillingen kunnen produceren. Deze trillingen worden in de lucht getransporteerd om andere gespecialiseerde organen te bereiken die verantwoordelijk zijn voor hun interpretatie..
De trillingen veroorzaken opeenvolgende compressies en uitzettingen in de lucht of het medium rondom de bron, die zich met een bepaalde snelheid voortplanten. Het zijn niet de deeltjes die reizen, maar ze zijn beperkt tot oscilleren met betrekking tot hun evenwichtspositie. Verstoring is wat wordt overgedragen.
Zoals bekend hebben bewegende objecten energie. De golven terwijl ze door het medium reizen, dragen dus ook de energie met zich mee die geassocieerd is met de beweging van de deeltjes (kinetische energie), en ook de energie die het medium intrinsiek bezit, bekend als potentiële energie..
Artikel index
Zoals bekend hebben bewegende objecten energie. Evenzo dragen de golven terwijl ze door het medium reizen de energie met zich mee die geassocieerd is met de beweging van de deeltjes (kinetische energie) en ook de vervormingsenergie van het medium of potentiële energie..
Uitgaande van een zeer klein deel van het medium, dat lucht kan zijn, elk deeltje met snelheid of, heeft kinetische energie K gegeven door:
K = ½ mutwee
Ook heeft het deeltje potentiële energie OF die afhangt van de volumeverandering die het ervaart, zijn Vo het eerste volume, V. het laatste deel en p druk, die afhankelijk is van positie en tijd:
Het minteken geeft een toename van potentiële energie aan, aangezien de golf zich voortplant op het volume-element dV wanneer gecomprimeerd, dankzij een positieve geluidsdruk.
De massa van het vloeistofelement in termen van de aanvankelijke dichtheid ρof en het eerste volume V.of het is:
mof= ρofV.of
En hoe massa wordt behouden (principe van behoud van massa):
ρV = ρofV.of = constant
Daarom is de totale energie als volgt:
De integraal kan worden opgelost met behulp van het principe van behoud van massa
mof = mF.
De afgeleide van een constante is 0, dus (ρV) ' = 0. Daarom:
dV = (-V / ρ) dρ
Isaac Newton stelde vast dat:
(dp / dρ) = ctwee
Waar c vertegenwoordigt de geluidssnelheid in de vloeistof in kwestie. Door het bovenstaande in de integraal te vervangen, wordt de potentiële energie van het medium verkregen:
pdp=%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%5Cleft&space;(%5Cfrac%7BV%7D%7B%5Crho&space;c%5E%7B2%7D%7D&space;%5Cright&space;)p%5E%7B2%7D)
Ja eenp nu alv zijn de amplitudes van de drukgolf respectievelijk snelheid, de gemiddelde energie ε van de geluidsgolf is:
Geluid kan worden gekenmerkt door een hoeveelheid genaamd intensiteit.
De intensiteit van geluid wordt gedefinieerd als de energie die in één seconde door de oppervlakte-eenheid gaat die loodrecht staat op de voortplantingsrichting van het geluid..
Omdat energie per tijdseenheid macht is P., de intensiteit van het geluid ik kan worden uitgedrukt als:
Elk type geluidsgolf heeft een karakteristieke frequentie en draagt een bepaalde energie. Dit alles bepaalt zijn akoestische gedrag. Omdat geluid zo belangrijk is voor het menselijk leven, worden de soorten geluiden ingedeeld in drie grote groepen, volgens het frequentiebereik dat hoorbaar is voor mensen:
- Infrageluid, waarvan de frequentie minder is dan 20 Hz.
- Hoorbaar spectrum, met frequenties van 20 Hz tot 20.000 Hz.
- Echografie, met frequenties hoger dan 20.000 Hz.
De toonhoogte van een geluid, dat wil zeggen of het hoog, laag of gemiddeld is, hangt af van de frequentie. Lagere frequenties worden geïnterpreteerd als basgeluiden, ongeveer tussen 20 en 400 Hz.
Frequenties tussen 400 en 1600 Hz worden als middentonen beschouwd, terwijl hoge tonen variëren van 1600 tot 20.000 Hz Hoge tonen zijn licht en doordringend, terwijl bas als dieper en dreunend wordt ervaren..
De geluiden die u elke dag hoort, zijn complexe overlays van geluiden met verschillende frequenties dicht bij elkaar..
Geluid heeft andere eigenschappen dan frequentie, die als criterium voor de classificatie kunnen dienen. Voorbeelden hiervan zijn het timbre, de duur en de intensiteit.
Het is ook belangrijk om onderscheid te maken tussen gewenste geluiden en ongewenste geluiden of ruis. Omdat ruis altijd wordt gezocht om te worden geëlimineerd, wordt het ingedeeld naar intensiteit en periode in:
- Continu lawaai.
- Fluctuerend geluid.
- Impulsief geluid.
Of door kleuren, gekoppeld aan hun frequentie:
- Roze ruis (vergelijkbaar met een "shhhhhh.
- Witte ruis (vergelijkbaar met een "psssssss.
- Bruine ruis (door Robert Brown, de ontdekker van de Brownse beweging, is ruis die de voorkeur geeft aan lage frequenties).
Het gebruik dat aan akoestische energie wordt besteed, is afhankelijk van het type geluidsgolf dat wordt gebruikt. In het bereik van hoorbare golven is het universele gebruik van geluid om nauwe communicatie mogelijk te maken, niet alleen tussen mensen, aangezien dieren ook communiceren door geluid uit te zenden.
De geluiden zijn veelzijdig. Elk verschilt afhankelijk van de bron die het uitzendt. Op deze manier is de verscheidenheid aan geluiden in de natuur oneindig: elke menselijke stem is anders, evenals de karakteristieke geluiden die diersoorten gebruiken om met elkaar te communiceren..
Veel dieren gebruiken de energie van geluid om zichzelf in de ruimte te lokaliseren en ook om hun prooi te vangen. Ze zenden akoestische signalen uit en hebben receptororganen die de gereflecteerde signalen analyseren. Op deze manier krijgen ze informatie over de afstanden.
Mensen missen de organen die nodig zijn om op deze manier sonische energie te gebruiken. Ze hebben echter oriëntatieapparatuur zoals sonar gemaakt, gebaseerd op dezelfde principes, om navigatie te vergemakkelijken..
Anderzijds zijn ultrageluiden geluidsgolven waarvan de toepassingen algemeen bekend zijn. In de geneeskunde worden ze gebruikt om afbeeldingen van het inwendige van het menselijk lichaam te verkrijgen. Ze maken ook deel uit van de behandeling van sommige aandoeningen zoals spit en tendinitis.
- Met hoogenergetische echografie kunnen de stenen of stenen die zich in de nieren en galblaas vormen als gevolg van het neerslaan van minerale zouten in deze organen, worden vernietigd..
- In de geofysica wordt echografie gebruikt als zoekmethoden. De principes zijn vergelijkbaar met die van seismische methoden. Ze kunnen worden gebruikt in toepassingen variërend van het bepalen van de vorm van de oceaan tot reliëf tot het berekenen van elastische moduli.
- In de voedseltechnologie worden ze gebruikt om micro-organismen te elimineren die bestand zijn tegen hoge temperaturen, en om bepaalde texturen en kwaliteiten van voedsel te verbeteren..
Akoestische energie heeft voordelen die grotendeels te wijten zijn aan het beperkte bereik. Het is bijvoorbeeld goedkoop te produceren en genereert geen chemisch of ander afval, omdat het snel in het medium verdwijnt.
De bronnen van akoestische energie zijn talrijk. Elk object dat kan trillen, kan een bron van geluid worden.
Bij gebruik in medische toepassingen, zoals echografie, heeft het het voordeel dat er geen ioniserende straling wordt gebruikt, zoals röntgenstralen of tomografie. Het is een feit dat ioniserende straling celbeschadiging kan veroorzaken.
Het gebruik ervan vereist niet de beschermingsmaatregelen die nodig zijn bij het toepassen van ioniserende straling. Apparatuur is ook goedkoper.
Evenzo is ultrasone energie een niet-invasieve methode om de bovengenoemde nier- en galstenen te elimineren, waardoor chirurgische ingrepen worden vermeden..
Het veroorzaakt in principe geen vervuiling, noch in de lucht, noch in het water. Maar het is bekend dat er geluidsoverlast is in de zeeën door menselijke activiteiten zoals intensieve visserij, geofysische prospectie en transport..
Het is moeilijk om na te denken over de nadelen die een zo natuurlijk fenomeen als geluid kan hebben.
Een van de weinige is dat harde geluiden de structuur van het trommelvlies kunnen beschadigen, waardoor mensen die voortdurend worden blootgesteld hun gevoel na verloop van tijd verliezen..
Zeer luidruchtige omgevingen veroorzaken uiteindelijk stress en ongemak voor mensen. Een ander nadeel is misschien het feit dat akoestische energie niet wordt gebruikt om objecten te verplaatsen, waardoor het erg moeilijk is om te profiteren van trillingen om vaste objecten te beïnvloeden..
Dit komt omdat geluid altijd het bestaan van een medium vereist om zich te kunnen voortplanten, en daarom wordt het gemakkelijk verzwakt. Dat wil zeggen dat geluidsenergie sneller in het medium wordt geabsorbeerd dan die van andere soorten golven, bijvoorbeeld elektromagnetische golven.
Om deze reden is de energie van geluidsgolven in lucht relatief kort. Geluid wordt geabsorbeerd door structuren en objecten terwijl het zich voortplant, en de energie verdwijnt geleidelijk in warmte..
Dit heeft natuurlijk te maken met het behoud van energie: energie wordt niet vernietigd maar verandert van vorm. De trillingen van de moleculen in de lucht worden niet alleen omgezet in drukveranderingen die tot geluid leiden. Trillingen geven ook aanleiding tot warmte.
Wanneer geluidsgolven bijvoorbeeld een materiaal zoals een bakstenen muur raken, wordt een deel van de energie gereflecteerd. Een ander deel wordt in warmte afgevoerd, dankzij de moleculaire vibratie van zowel de lucht als het materiaal; en tenslotte passeert de resterende fractie het materiaal.
Zo kunnen geluidsgolven op dezelfde manier worden gereflecteerd als licht. De weerkaatsing van geluid staat bekend als "echo". Hoe stijver en uniformer het oppervlak, hoe groter het reflectievermogen..
In feite zijn er oppervlakken die in staat zijn om meerdere zogenaamde reflecties te produceren weerkaatsingen. Meestal gebeurt dit in kleine ruimtes en wordt dit vermeden door het plaatsen van isolatiemateriaal, zodat op deze manier de uitgezonden en gereflecteerde golven niet overlappen, waardoor het moeilijk te horen is..
Tijdens al zijn voortplanting zal de akoestische golf al deze opeenvolgende verliezen ondergaan totdat uiteindelijk de energie volledig in het medium is geabsorbeerd. Wat betekent dat het is omgezet in warmte-energie.
Er is een omvang om het vermogen van een materiaal om geluid te absorberen te kwantificeren. Het heet de absorptiecoëfficiënt. Het wordt aangeduid als α en is de verhouding tussen de geabsorbeerde energie ENbuikspieren en de invallende energie ENinc, allemaal verwijzend naar het materiaal in kwestie. Het wordt wiskundig als volgt uitgedrukt:
α = Ebuikspieren/ENinc
De maximale waarde van α is 1 (absorbeert geluid volledig) en de minimale waarde is 0 (laat al het geluid door).
Geluid kan in veel gevallen een nadeel zijn wanneer stilte de voorkeur heeft. Zo zijn auto's uitgerust met geluiddempers om motorgeluiden te dempen. Ook naar andere apparaten zoals waterpompen en energiecentrales.
Geluidsenergie is overal. Hier is een eenvoudig voorbeeld dat de eigenschappen van geluid en zijn energie vanuit een kwantitatief oogpunt illustreert.
Een speld met een massa van 0,1 g valt van een hoogte van 1 meter. Stel dat 0,05% van zijn energie wordt omgezet in een geluidspuls met een duur van 0,1 s, schat dan de maximale afstand waarop de pin valt te horen is. Neem als minimum hoorbare geluidsintensiteit 10-8 W / mtwee.
De bovenstaande vergelijking wordt gebruikt voor de intensiteit van het geluid:
Een goede vraag is waar de geluidsenergie in dit geval vandaan komt, de energie waarvan het menselijk oor detecteert.
Het antwoord ligt in potentiële zwaartekrachtenergie. Juist omdat de pin van een bepaalde hoogte valt, waarop hij potentiële energie had, zet hij deze energie bij het vallen om in kinetische energie.
En zodra het de grond raakt, wordt de energie overgedragen aan de luchtmoleculen die de plaats van de val omringen, waardoor het geluid ontstaat..
Gravitatie potentiële energie OF het is:
U = mgh
Waar m is de massa van de pin, g is de versnelling van de zwaartekracht en h is de hoogte van waaruit het viel. Als we deze numerieke waarden vervangen, maar niet voordat we de overeenkomstige conversies in het internationale systeem van eenheden hebben uitgevoerd, hebben we:
U = 0,1 x 10-3 x 9,8 x 1 J = 0,00098 J
De verklaring zegt dat van deze energie slechts 0,05% wordt getransformeerd om de geluidspuls te veroorzaken, dat wil zeggen het rinkelen van de pin wanneer deze de grond raakt. Daarom is de geluidsenergie:
ENgeluid= 4,9 x 10-7 J
Uit de intensiteitsvergelijking lossen we op voor de straal R en de geluidsenergiewaarden E worden vervangengeluid en de tijd dat de puls duurde: 0,1 s volgens de verklaring.
Daarom is de maximale afstand waarop de pin valt hoorbaar is 6,24 m in alle richtingen..
Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.