De ljudenergi eller akustisk är en som transporterar ljudvågor när de förökas i ett medium, vilket kan vara en gas såsom luft, en vätska eller ett fast ämne. Människor och många djur använder akustisk energi för att interagera med miljön.
För detta har de specialiserade organ, till exempel stämbanden, som kan producera vibrationer. Dessa vibrationer transporteras i luften för att nå andra specialorgan som ansvarar för deras tolkning..
Vibrationerna orsakar successiva kompressioner och expansioner i luften eller mediet som omger källan, som fortplantas med en viss hastighet. Det är inte partiklarna som reser, men de är begränsade till oscillerande med avseende på deras jämviktsposition. Störning är vad som överförs.
Nu, som är känt, har föremål som rör sig energi. Således bär vågorna när de färdas i mediet också med sig den energi som är associerad med partiklarnas rörelse (kinetisk energi) och även den energi som nämnda medium i sig besitter, känd som potentiell energi.
Artikelindex
Som känt har föremål som rör sig energi. På samma sätt bär vågorna när de färdas i mediet med sig energin associerad med partiklarnas rörelse (kinetisk energi) och även deformationsenergin hos mediet eller potentiell energi.
Om vi antar en mycket liten del av mediet, som kan vara luft, varje partikel med hastighet eller, har kinetisk energi K getts av:
K = ½ mutvå
Partikeln har också potentiell energi ELLER vilket beror på volymförändringen som den upplever Vo den ursprungliga volymen, V slutvolymen och sid tryck, vilket beror på position och tid:
Det negativa tecknet indikerar en ökning av potentiell energi, eftersom vågens förökning fungerar på volymelementet dV vid komprimering tack vare ett positivt ljudtryck.
Vätskeelementets massa i termer av den ursprungliga densiteten ρeller och den ursprungliga volymen Veller det är:
meller= ρellerVeller
Och hur massan bevaras (princip för bevarande av massan):
ρV = ρellerVeller = konstant
Därför är den totala energin så här:
Integralen kan lösas med principen om bevarande av massa
meller = mF
Derivat av en konstant är 0, så (ρV) ' = 0. Därför:
dV = (-V / ρ) dρ
Isaac Newton bestämde att:
(dp / dρ) = ctvå
Var c representerar ljudets hastighet i vätskan i fråga. Genom att ersätta ovanstående i integralen erhålls mediets potentiella energi:
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 Asid redanv är amplituderna för tryckvåg respektive hastighet, den genomsnittliga energin ε för ljudvågen är:
Ljud kan kännetecknas av en kvantitet som kallas intensitet.
Ljudets intensitet definieras som energin som passerar på en sekund genom den ytenhet som är vinkelrät mot ljudets utbredningsriktning.
Eftersom energi per tidsenhet är kraft P, ljudets intensitet Jag kan uttryckas som:
Varje typ av ljudvåg har en karakteristisk frekvens och bär en viss energi. Allt detta avgör dess akustiska beteende. Eftersom ljud är så viktigt för människors liv, klassificeras ljudtyperna i tre stora grupper, beroende på frekvensområdet som hörs för människor:
- Infraljud vars frekvens är mindre än 20 Hz.
- Ljudspektrum, med frekvenser från 20 Hz till 20 000 Hz.
- Ultraljud med frekvenser större än 20000 Hz.
Ljudets tonhöjd, det vill säga om det är högt, lågt eller medium, beror på frekvensen. Lägre frekvenser tolkas som basljud, ungefär mellan 20 och 400 Hz.
Frekvenser mellan 400 och 1600 Hz betraktas som mellantoner, medan höga sträckor sträcker sig från 1600 till 20 000 Hz. Höga ljud är ljusa och genomträngande, medan bas uppfattas som djupare och blomstrande..
Ljudet du hör varje dag är komplexa överlagringar av ljud med olika frekvenser i närheten..
Ljud har andra kvaliteter än frekvens, som kan fungera som kriterier för dess klassificering. Exempel på dem är klang, varaktighet och intensitet.
Det är också viktigt att skilja mellan önskade ljud och oönskade ljud eller buller. Eftersom buller alltid försöker elimineras klassificeras det efter intensitet och period i:
- Kontinuerligt buller.
- Fluktuerande ljud.
- Impulsivt ljud.
Eller efter färger, kopplade till deras frekvens:
- Rosa brus (liknar ett “shhhhhh”).
- Vitt brus (liknar ett ”psssssss”).
- Brunt brus (av Robert Brown, upptäckaren av Brownian-rörelse, är buller som gynnar låga frekvenser).
Användningen av akustisk energi beror på vilken typ av ljudvåg som används. Inom hörbara vågor är den universella användningen av ljud att möjliggöra nära kommunikation, inte bara mellan människor, eftersom djur också kommunicerar genom att avge ljud.
Ljuden är mångsidiga. Var och en skiljer sig åt beroende på källan som släpper ut den. På detta sätt är mångfalden av ljud i naturen oändlig: varje mänsklig röst är olika, liksom de karakteristiska ljud som djurarter använder för att kommunicera med varandra..
Många djur använder ljudets energi för att lokalisera sig i rymden och också för att fånga sitt byte. De avger akustiska signaler och har receptororgan som analyserar de reflekterade signalerna. På detta sätt får de information om avstånden.
Människor saknar de organ som är nödvändiga för att använda sonisk energi på detta sätt. De har dock skapat orienteringsenheter som ekolod, baserat på samma principer, för att underlätta navigering..
Å andra sidan är ultraljud ljudvågor vars applikationer är välkända. I medicin används de för att få bilder av människokroppens inre. De är också en del av behandlingen av vissa tillstånd som lumbago och tendinit.
- Med ultraljud med hög energi kan stenar eller kalksten som bildas i njurarna och gallblåsan på grund av utfällningen av mineralsalter i dessa organ förstöras..
- I geofysik används ultraljud som prospekteringsmetoder. Dess principer liknar de för seismiska metoder. De kan användas i applikationer som sträcker sig från att bestämma havets form till lättnad till att beräkna elastiska moduler.
- Inom livsmedletekniken används de för att eliminera mikroorganismer som är resistenta mot höga temperaturer, samt för att förbättra vissa texturer och kvaliteter hos maten.
Akustisk energi har fördelar som till stor del beror på dess begränsade räckvidd. Det är till exempel billigt att producera och genererar inte kemiskt eller annat avfall, eftersom det snabbt försvinner i mediet.
När det gäller källorna till akustisk energi är de många. Alla föremål som kan vibrera kan bli en ljudkälla.
När det används i medicinska applikationer, såsom ultraljud, har det fördelen att det inte använder joniserande strålning, såsom röntgen eller tomografi. Det är ett faktum att joniserande strålning kan orsaka cellskador.
Användningen kräver inte de skyddsåtgärder som behövs när joniserande strålning appliceras. Utrustning är också billigare.
På samma sätt är ultraljudsenergi en icke-invasiv metod för att eliminera de ovan nämnda njurarna och gallstenarna och därmed undvika kirurgiska ingrepp..
I princip genererar den inte föroreningar varken i luften eller i vattnet. Men det är känt att det finns buller i havet till följd av mänskliga aktiviteter som intensivt fiske, geofysisk prospektering och transport..
Det är svårt att tänka på de nackdelar som ett fenomen så naturligt som ljud kan ha.
Ett av få är att höga ljud kan skada trumhinnans struktur och orsaka att ständigt utsatta människor förlorar sin känsla över tiden..
Mycket bullriga miljöer orsakar stress och obehag för människor. En annan nackdel är kanske det faktum att akustisk energi inte används för att flytta föremål, vilket gör det mycket svårt att dra nytta av vibrationer för att påverka fasta föremål..
Detta beror på att ljud alltid kräver att det finns ett medium för att kunna föröka sig, och därför dämpas det lätt. Det vill säga ljudenergi absorberas snabbare i mediet än för andra typer av vågor, till exempel elektromagnetisk.
Av denna anledning är ljudvågornas energi relativt kort räckvidd i luften. Ljud absorberas av strukturer och föremål när det sprids, och dess energi försvinner gradvis till värme..
Naturligtvis är detta relaterat till bevarande av energi: energi förstörs inte utan förändrar form. Vibrationerna från molekylerna i luften omvandlas inte bara till tryckförändringar som ger upphov till ljud. Vibrationer ger också upphov till värme.
När ljudvågor slår till exempel på ett material som en tegelvägg, reflekteras en del av energin. En annan del sprids i värme tack vare den molekylära vibrationen i både luften och materialet; och slutligen passerar den återstående fraktionen genom materialet.
Således kan ljudvågor reflekteras på samma sätt som ljuset gör. Ljudets reflektion är känd som "eko". Ju styvare och enhetligare ytan är, desto större förmåga att reflektera..
Faktum är att det finns ytor som kan producera flera reflektioner efterklang. Vanligtvis inträffar detta i små utrymmen och undviks genom att placera isoleringsmaterial så att de emitterade och reflekterade vågorna inte överlappar varandra, vilket gör det svårt att höra..
Under hela dess utbredning kommer den akustiska vågen att uppleva alla dessa successiva förluster tills slutligen energin helt absorberas i mediet. Vilket innebär att den har omvandlats till värmeenergi.
Det finns en storlek för att kvantifiera förmågan hos ett material att absorbera ljud. Det kallas absorptionskoefficienten. Det betecknas som α och är förhållandet mellan absorberad energi OCHmagmuskler och den incidentenergi OCHinc, alla hänvisar till materialet i fråga. Det uttrycks matematiskt så här:
a = Emagmuskler/OCHinc
Det maximala värdet på α är 1 (absorberar ljudet helt) och det minsta är 0 (släpper igenom allt ljud).
Ljud kan vara en nackdel vid många tillfällen när tystnad föredras. Till exempel är bilar utrustade med ljuddämpare för att dämpa motorljud. Till andra enheter som vattenpumpar och kraftverk också.
Ljudenergi finns överallt. Här är ett enkelt exempel som illustrerar ljudets egenskaper och dess energi ur en kvantitativ synvinkel.
En stift med en massa på 0,1 g faller från en höjd av 1 m. Om vi antar att 0,05% av dess energi omvandlas till en ljudpuls med varaktighet 0,1 s, beräknar du det maximala avståndet vid vilket stiftfallet kan höras. Ta som minsta ljudstyrka 10-8 W / mtvå.
Ekvationen ovan kommer att användas för ljudets intensitet:
En bra fråga är var ljudenergin kommer ifrån i det här fallet, den vars intensitet det mänskliga örat känner av.
Svaret ligger i gravitationell potentiell energi. Just för att stiften faller från en viss höjd, vid vilken den hade potentiell energi, när den faller omvandlar den denna energi till kinetisk energi.
Och när den väl träffar marken överförs energin till luftmolekylerna som omger fallets plats, vilket ger upphov till ljudet..
Potentiell gravitationsenergi ELLER det är:
U = mgh
Var m är stiftets massa, g är tyngdacceleration och h är höjden från vilken den föll. Genom att ersätta dessa numeriska värden, men inte innan motsvarande omvandlingar görs i det internationella systemet för enheter, har vi:
U = 0,1 x 10-3 x 9,8 x 1 J = 0,00098 J
Uttalandet säger att av denna energi transformeras endast 0,05% för att ge upphov till ljudpulsen, det vill säga stiften av stiftet när den träffar golvet. Därför är ljudenergin:
OCHljud= 4,9 x 10-7 J
Från intensitetsekvationen löser vi radien R och ljudenergivärdena E ersättsljud och tiden som pulsen varade: 0,1 s enligt uttalandet.
Därför är det maximala avståndet vid vilket tappfallet kommer att höras 6,24 m i alla riktningar..
Ingen har kommenterat den här artikeln än.