Geluidenergenkenmerken, typen, gebruik, voordelen, voorbeelden

De Geluidsenergie o Akoestisch is er een die geluidsgolven transporteert wanneer ze zich in een medium verspreiden, wat een gas kan zijn zoals lucht, een vloeistof of een vaste stof. Mensen en veel dieren gebruiken akoestische energie om zich te verhouden tot het milieu.

Hiervoor hebben ze gespecialiseerde organen, bijvoorbeeld stembanden, die in staat zijn om trillingen te produceren. Deze trillingen worden in de lucht getransporteerd om andere gespecialiseerde organen te bereiken die verantwoordelijk zijn voor hun interpretatie.

Akoestische energie vertaalt zich in muziek door het klarinetgeluid. Bron: Pixabay

Vibraties veroorzaken opeenvolgende compressies en uitbreidingen in de lucht of het medium rond de bron, die zich met enige snelheid voortplanten. Het zijn niet de deeltjes die reizen, maar beperkt zijn tot oscilleren ten opzichte van hun evenwichtspositie. De verstoring is wat wordt verzonden.

Nu, zoals bekend, hebben de objecten die bewegen energie. Dus ook de golven terwijl ze in het midden reizen, dragen de energie mee die wordt geassocieerd met de beweging van de deeltjes (kinetische energie), en ook de energie die intrinsiek medium heeft gezegd, bekend als potentiële energie.

[TOC]

Kenmerken

Zoals bekend, hebben de objecten die bewegen energie. Dus de golven terwijl ze in het midden reizen, dragen de energie mee die wordt geassocieerd met de beweging van de deeltjes (kinetische energie) en ook de vervormingsergie van de potentiële omgeving of energie.

Uitgaande van een zeer klein deel van het medium, dat de lucht kan zijn, elk deeltje met snelheid of, Het heeft kinetische energie K gegeven door:

K = ½ MU²

Bovendien 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 De druk, die afhankelijk is van de positie en tijd:

Het negatieve teken duidt op een toename van potentiële energie, omdat de golf door verspreiding werkt op het volume -element Dv Bij het comprimeren ervan, dankzij positieve akoestische druk.

De massa van het vloeistofelement in termen van de initiële dichtheid ρ_of en het eerste volume V_of is:

M_of= ρ_ofV_of

En zoals het deeg behouden blijft (Mass Conservation Principle):

ρv = ρ_ofV_of = constant

Daarom blijft de totale energie als volgt:

Het berekenen van potentiële energie

Integraal kan worden opgelost met behulp van het principe van massabesparing

M_of = m_F

De afgeleide van een constante is 0, dus (ρV) ' = 0. Daarom:

Dv = (-v/ρ) dρ

Isaac Newton bepaalde dat:

(dp/dρ) = c²

Waar C vertegenwoordigt de snelheid van het geluid in de betreffende vloeistof. Door het bovenstaande te vervangen, wordt de potentiële energie van het medium verkregen:

Ten slotte wordt de totale akoestische energie van een volume -element uitgedrukt als:

Voor een platte golf is het waar dat: P =  ± (ρc) u, Daarom blijft de energie bestaan:

Zoals altijd wordt energie gemeten in Joules, in het internationale systeem. Het is gemakkelijk om te verifiëren dat het vorige resultaat energiedimensies heeft (n.M = Joule).

Ja_P al_v Dit zijn respectievelijk de amplitudes van de druk- en snelheidsgolf, de gemiddelde energie ε van de geluidsgolf is:

Geluidsintensiteit

Het geluid kan worden gekenmerkt door een grootte die wordt genoemd intensiteit.

De intensiteit van het geluid wordt gedefinieerd als de energie die in een seconde plaatsvindt door de oppervlakte -eenheid die loodrecht staat op de richting van de geluidspropagatie.

Omdat energie per tijdseenheid vermogen is P, de intensiteit van het geluid Je Het kan worden uitgedrukt als:

Het kan u van dienst zijn: Durometer: waar is het voor, hoe werkt, onderdelen, typen

Waar EN is de gemiddelde energie, NAAR is het gebied en T Het is de tijd. Als een bolvormig oppervlak van Radio R de Sonora Fuente moet omringen, wiens gebied 4πr is², De intensiteit van het geluid blijft:

Jongens

Elk type geluidsgolf heeft een karakteristieke frequentie en draagt ​​een bepaalde energie. Dit alles bepaalt het akoestische gedrag. Omdat geluid zo belangrijk is voor het menselijk leven, worden de soorten geluiden ingedeeld in drie grote groepen, volgens het hoorbare frequentiebereik voor mensen:

- Infrasonido, wiens frequentie minder is dan 20 Hz.

- Hoorbaar spectrum, met frequenties variërend van 20.00 uur tot 20.000 Hz.

- Echografie, met frequenties groter dan 20.000 Hz.

De toon van een geluid, dat wil zeggen, als het acuut, serieus of medium is, hangt af van de frequentie. De laagste frequenties worden geïnterpreteerd als serieuze geluiden, ongeveer tussen 20 en 400 Hz.

Frequenties tussen 400 en 1600 Hz worden beschouwd als middelste tonen, terwijl acuut variëren van 1600 tot 20.000 Hz. De acute geluiden zijn licht en doordringend, terwijl de bas als dieper en te laat wordt ervaren.

De geluiden die dagelijks worden gehoord, zijn complexe overlays van geluiden met verschillende volgende frequenties.

Het geluid heeft andere kwaliteiten behalve de frequentie, die kunnen dienen als criteria voor hun classificatie. Voorbeeld van hen zijn de bel, duur en intensiteit.

Equalizer bestaat uit filters die ruis elimineren en bepaalde frequenties verbeteren om de geluidskwaliteit te verbeteren. Bron: Pixabay.

Lawaai

Het is ook belangrijk om het onderscheid te maken tussen de gewenste en ongewenste geluiden of ruis. Omdat het altijd probeert ruis te elimineren, wordt dit geclassificeerd volgens de intensiteit en periode in:

- Continu geluid.

- Fluctuerend geluid.

- Impulsief geluid.

Of door kleuren, gekoppeld aan de frequentie ervan:

- Roze ruis (vergelijkbaar met een "Shhhhhh”).

- Witte ruis (vergelijkbaar met een "PSSSSSS”).

- Brown Noise (door Robert Brown, de ontdekker van de Brownse beweging, is een geluid dat lage frequenties aanzienlijk bevordert).

Toepassingen

Het gebruik dat wordt gegeven aan akoestische energie hangt af 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, omdat dieren ook communiceren uit emitterende geluiden.

Geluiden zijn veelzijdig. Elk verschilt volgens 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 geluidsenergie om zich in de ruimte te bevinden en ook om hun prooi te vangen. Ze stoten akoestische signalen uit en hebben receptororganen die de gereflecteerde signalen analyseren. Op deze manier krijgen ze informatie over afstanden.

Mensen missen de organen die nodig zijn om op deze manier sonische energie te gebruiken. Ze hebben echter begeleidingsapparaten gecreëerd zoals Sónar, op basis van dezelfde principes, om navigatie te vergemakkelijken.

Aan de andere kant zijn echografie geluidsgolven waarvan de toepassingen bekend zijn. In de geneeskunde worden ze gebruikt om beelden uit het interieur van het menselijk lichaam te verkrijgen. Ze maken ook deel uit van de behandeling van sommige aandoeningen zoals lumbago en peesonitis.

Enkele toepassingen van akoestische energie

- Met echografie met hoge energie kunnen stenen of berekeningen die zich vormen in de nieren en galblaas worden vernietigd vanwege de neerslag van minerale zouten in deze organen.

Kan u van dienst zijn: siliciumoxide (SiO2): structuur, eigenschappen, gebruik, verkrijgen

- In geofysica worden echo's gebruikt als prospectiemethoden. De principes zijn vergelijkbaar met die van seismische methoden. Ze kunnen worden gebruikt in toepassingen die variëren van het bepalen van de vorm van de oceanische verlichting tot getuigen om de elastische modules te berekenen.

- In voedseltechnologie worden ze gebruikt om micro -organismen te elimineren die resistent zijn tegen hoge temperaturen, en om sommige voedselstructuren en kwaliteiten te verbeteren.

Voordelen

Akoestische energie heeft voordelen die grotendeels te wijten zijn aan de lage reikwijdte. Het is bijvoorbeeld niet duur om te produceren en genereert geen chemische of andere typen, omdat het snel in het midden verdwijnt.

Wat betreft akoestische energiebronnen, ze zijn er talrijk. Elk object dat kan trillen kan een geluidsbron worden.

Bij gebruik in medische toepassingen, bijvoorbeeld het verkrijgen van afbeeldingen per echografie, heeft het het voordeel dat het geen ioniserende straling gebruikt, zoals x -reeks of tomografie. Het is een feit dat ioniserende straling celschade kan veroorzaken.

Hun gebruik vereist ook de beschermingsmaatregelen die nodig zijn bij het ioniseren van straling worden toegepast. De teams zijn ook goedkoper.

Ook is ultrasone energie een niet -invasieve methode om de bovengenoemde nier- en galwegen te elimineren, waardoor chirurgische procedures worden vermeden.

In principe genereert het geen verontreiniging in de lucht of in de wateren. Maar het is bekend dat er geluidsvervuiling is in de zeeën, vanwege menselijke activiteiten zoals intensief vissen, geofysisch prospectie en transport.

Nadelen

Het is moeilijk om na te denken over de nadelen die een fenomeen zo natuurlijk als geluid kan hebben.

Een van de weinigen is dat grote intensiteitsgeluiden de structuur van het trommelvlies kunnen beschadigen en na verloop van tijd continu blootgestelde mensen hun gevoeligheid verliezen.

Zeer luidruchtige omgevingen veroorzaken uiteindelijk stress en ongemak bij mensen. Een ander nadeel is misschien het feit dat akoestische energie niet dient om objecten te verplaatsen, omdat ze erg moeilijk zijn om te profiteren van trillingen om vaste objecten te beïnvloeden.

Dit komt omdat het geluid altijd het bestaan ​​vereist van een middel om zich te verspreiden, en daarom wordt het gemakkelijk verzwakt. Dat wil zeggen, geluidsenergie wordt sneller in het midden geabsorbeerd dan die van andere soorten golven, bijvoorbeeld elektromagnetisch.

Om deze reden is de energie van de geluidsgolven relatief kort in de lucht. Het geluid wordt geabsorbeerd door structuren en objecten terwijl het zich verspreidt, en de energie ervan verdwijnt geleidelijk in warmte.

Natuurlijk houdt dit verband 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 aanleiding geven tot het geluid. Trillingen geven ook aanleiding tot warmte.

Geluidsabsorptie in materialen

Wanneer geluidsgolven een materiaal zoals een bakstenen muur beïnvloeden, wordt bijvoorbeeld een deel van de energie weerspiegeld. Een ander deel wordt gedissipeerd in warmte, dankzij de moleculaire trilling van zowel lucht als materiaal; En ten slotte kruist de resterende fractie het materiaal.

Aldus kunnen geluidsgolven worden weerspiegeld op dezelfde manier als het licht dat doet. De weerspiegeling van geluid staat bekend als "echo". Hoe rigide en uniform het oppervlak, hoe groter het vermogen om te reflecteren.

Kan u van dienst zijn: rode dwerg

In feite zijn er oppervlakken die in staat zijn om meerdere reflecties te produceren die worden genoemd Galm. Meestal gebeurt dit in kleine ruimtes en wordt vermeden door isolerend materiaal te plaatsen, zodat op deze manier de uitgestoten golven en die weerspiegelden overlappende hoorzitting niet overlappen.

Tijdens zijn verspreiding zal de akoestische golf al deze opeenvolgende verliezen ervaren totdat de energie eindelijk volledig in het midden wordt opgenomen. Wat betekent dat het is omgezet in calorische energie.

Er is een grootte om het vermogen van een materiaal te kwantificeren om geluid te absorberen. Wordt absorptiecoëfficiënt genoemd. Het wordt aangeduid als α, en het is de reden tussen de geabsorbeerde energie EN_buikspieren en de INTERNEMEN ENERGIE EN_Inc, Allen verwijzen naar het betreffende materiaal. Het drukt wiskundig zo uit:

α = E_buikspieren/EN_Inc

De maximale waarde van α is 1 (absorbeert het geluid volledig) en het minimum is 0 (laat alle geluidsstijgen).

Geluid kan een nadeel zijn bij vele gelegenheden wanneer de stilte de voorkeur heeft. Auto's zijn bijvoorbeeld geïnstalleerde geluiddempers om het geluid van de motor te kussen. Aan andere apparaten zoals waterpompen en elektrische planten ook.

Akoestische isolatie is belangrijk in een opnamestudie. Bron: Pixabay.

GELUID ENGERE VOORBEELDEN

Geluidenergie is overal. Hier is een eenvoudig voorbeeld dat de eigenschappen van geluid en zijn energie illustreert vanuit het kwantitatieve oogpunt.

Oefening opgelost

Een massa van 0,1 g massa valt van een hoogte van 1 m. Ervan uitgaande dat 0,05 % van zijn energie een geluidspuls wordt van duur 0.1 s Schateer wat de maximale afstand is waarop de val van de pin kan worden gehoord. Neem als een minimale hoorbare geluidsintensiteit 10^-8 W/m².

Oplossing

De eerder gegeven vergelijking voor geluidsintensiteit zal worden gebruikt:

Een goede vraag is waar de energie van geluid vandaan komt in dit geval, die wiens intensiteit het menselijk oor detecteert.

Het antwoord is in zwaartekracht potentieel energie. Juist omdat de pin van een bepaalde hoogte valt, waarop hij potentiële energie had, omdat het valt, transformeert deze energie in kinetische energie.

En zodra het de grond beïnvloedt, wordt de energie overgebracht naar de luchtmoleculen die de plaats van de val omringen, die aanleiding geeft tot het geluid.

Gravitationele potentieel energie OF is:

U = mgh

Waar M Het is het deeg van de pin, G Het is de versnelling van de zwaartekracht en H Het is de hoogte waaruit het viel. Als u deze numerieke waarden vervangt, maar niet voordat u de overeenkomstige conversies in het internationale systeem van eenheden maakt, hebt u:

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 % transformeert om aanleiding te geven tot de geluidspuls, dat wil zeggen tot de pin tintineo wanneer deze tegen de vloer botst. Daarom is de geluidsenergie:

EN_geluid= 4.9 x 10^-7 J

Uit de intensiteitsvergelijking wordt de radio gewist R en de geluidsenergiewaarden worden vervangen en_geluid En de tijd die de pols duurde: 0.1 s volgens de verklaring.

Daarom is de maximale afstand waarop de val van de pin hoorbaar is 6.24 m rond.

Referenties

1. Giancoli, D.  2006. Fysica: principes met toepassingen. Zesde editie. Prentice Hall. 332 - 359.
2. Kinsler, L. (2000). Fundamentals of Acoustic. 4e ed. Wiley & Sons. 124-125.