Ljudenergiegenskaper, typer, användningar, fördelar, exempel

De Sund energi o Acoustic är en som transporterar ljudvågor när de sprids i ett medium, vilket kan vara en gas som luft, en vätska eller en fast. Människor och många djur använder akustisk energi för att relatera till miljön.

För detta har de specialiserade organ, till exempel röstsladdar, som kan producera vibrationer. Dessa vibrationer transporteras i luften för att nå andra specialiserade organ som är ansvariga för deras tolkning.

Akustisk energi översätter till musik genom klarinettljudet. Källa: Pixabay

Vibrationer orsakar successiva kompressioner och utvidgningar i luften eller mediet som omger källan, som förökas med viss hastighet. Det är inte partiklarna som reser, men är begränsade till att svänga med avseende på deras jämviktsposition. Störningen är vad som överförs.

Nu, som känt, har föremålen som rör sig energi. Således bär också vågorna när de reser i mitten med sig energin som är förknippad med partiklarnas rörelse (kinetisk energi), och även den energi som i sig har sagt medium, känd som potentiell energi.

[TOC]

Egenskaper

Som känt har föremålen som rör sig energi. Så vågorna när de reser i mitten, bär med sig energin förknippad med rörelsen av partiklar (kinetisk energi) och även deformationsenergin i den potentiella miljön eller energin.

Antagande av en mycket liten del av mediet, som kan vara luften, varje partikel med hastighet eller, Den har kinetisk energi K getts av:

K = ½ mu²

Dessutom har partikeln potentiell energi ELLER vilket beror på förändringen i volym som den upplever, att vara Vo Den ursprungliga volymen, V Den slutliga volymen och p Trycket, som beror på position och tid:

Det negativa tecknet indikerar en ökning av potentiell energi, eftersom vågen genom att sprida fungerar på volymelementet Dv När du komprimerar det, tack vare ett positivt akustiskt tryck.

Vätskelementets massa i termer av den initiala densiteten ρ_antingen och den initiala volymen V_antingen är:

m_antingen= ρ_antingenV_antingen

Och eftersom degen bevaras (masskonserveringsprincip):

ρv = ρ_antingenV_antingen = konstant

Därför kvarstår den totala energin på följande sätt:

Beräkning av potentiell energi

Integrerad kan lösas med hjälp av principen om massbevarande

m_antingen = m_F

Derivatet av en konstant är 0, så (ρV) ' = 0. Därför:

Dv = (-v/ρ) dρ

Isaac Newton bestämde att:

(dp/dρ) = c²

Var c representerar ljudets hastighet i den aktuella vätskan. Genom att ersätta ovanstående erhålls mediets potentiella energi:

Slutligen uttrycks den totala akustiska energin för ett volymelement som:

För en platt våg är det sant att: P =  ± (ρc) u, Därför kvarstår energin:

Som alltid mäts energi i Joules, i det internationella systemet. Det är lätt att verifiera att det föregående resultatet har energimått (n.M = joule).

Ja_p redan_v Dessa är amplituderna för tryck- och hastighetsvågen respektive, den genomsnittliga energin för ljudvågen är:

Ljudintensitet

Ljudet kan kännetecknas av en storlek som kallas intensitet.

Ljudets intensitet definieras som energin som händer på en sekund genom ytenheten som är vinkelrätt mot ljudförökningsriktningen.

Eftersom energi per tidsenhet är kraft P, ljudets intensitet Yo Det kan uttryckas som:

Det kan tjäna dig: durometer: Vad är det för, hur fungerar, delar, typer

Var OCH är den genomsnittliga energin, TILL är området och t Det är dags. Om en sfärisk yta av radio R ska omge Sonora Fuente, vars område är 4πr², Ljudets intensitet kvarstår:

Grabbar

Varje typ av ljudvåg har en karakteristisk frekvens och bär en viss energi. Allt detta bestämmer dess akustiska beteende. Eftersom ljud är så viktigt för människolivet, klassificeras typer av ljud i tre stora grupper, enligt det hörbara frekvensområdet för människor:

- Infrasonido, vars frekvens är mindre än 20 Hz.

- Hörbart spektrum, med frekvenser från 20 till 20.000 Hz.

- Ultraljud, med frekvenser större än 20.000 Hz.

Tonen i ett ljud, det vill säga om det är akut, allvarligt eller medium, beror på frekvensen. De lägsta frekvenserna tolkas som allvarliga ljud, ungefär mellan 20 och 400 Hz.

Frekvenser mellan 400 och 1600 Hz betraktas som mellantoner, medan akut sträcker sig från 1600 till 20.000 Hz. De akuta ljuden är lätta och penetrerande, medan basen uppfattas som djupare och försenade.

Ljuden som hörs dagligen är komplexa överlägg av ljud med olika nästa frekvenser.

Ljudet har andra egenskaper bortsett från frekvensen, som kan fungera som kriterier för deras klassificering. Exempel på dem är klockan, varaktigheten och intensiteten.

Equalizer består av filter som eliminerar brus och förbättrar vissa frekvenser för att förbättra ljudkvaliteten. Källa: Pixabay.

Ljud

Det är också viktigt att göra skillnaden mellan önskade och oönskade ljud eller brus. Eftersom det alltid försöker eliminera brus klassificeras detta enligt intensitet och period i:

- Kontinuerligt ljud.

- Fluktuerande brus.

- Impulsivt brus.

Eller efter färger, kopplade till dess frekvens:

- Rosa brus (liknande en "Shhhhhh”).

- Vitt brus (liknande en "pssssss”).

- Brunbrus (av Robert Brown, upptäckaren av den browniska rörelsen, är ett brus som gynnar låga frekvenser i hög grad)).

Ansökningar

Användningen som ges till akustisk energi beror på vilken typ av ljudvåg som används. I utbudet av hörbara vågor är den universella användningen av ljud att tillåta nära kommunikation, inte bara mellan människor, eftersom djur också kommunicerar emitterande ljud.

Ljud är mångsidiga. Var och en skiljer sig efter källan som avger den. På detta sätt är olika ljud i naturen oändlig: varje mänsklig röst är annorlunda, liksom de karakteristiska ljuden som djurarter använder för att kommunicera med varandra.

Många djur använder ljudenergi för att vara belägna i rymden och även för att fånga sitt byte. De avger akustiska signaler och har receptororgan som analyserar de reflekterade signalerna. På detta sätt får de information om avstånd.

Människor saknar de organ som krävs för att använda sonisk energi på detta sätt. De har emellertid skapat vägledningsenheter som Sónar, 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 från människokroppens inre. De är också en del av behandlingen av vissa tillstånd som lumbago och tendonit.

Vissa tillämpningar av akustisk energi

- Med högenergi ultraljud, stenar eller beräkningar som bildas i njurarna och gallblåsan kan förstöras på grund av utfällningen av mineralsalter i dessa organ.

Kan tjäna dig: kiseloxid (SiO2): struktur, egenskaper, användningar, erhållning

- I geofysik används ultraljud som prospekteringsmetoder. Dess principer liknar de med seismiska metoder. De kan användas i applikationer som sträcker sig från att bestämma formen på den oceaniska lättnaden till vittnen för att beräkna de elastiska modulerna.

- I matteknologi används de för att eliminera mikroorganismer som är resistenta mot höga temperaturer, samt för att förbättra vissa matstrukturer och egenskaper.

Fördelar

Akustisk energi har fördelar som till stor del beror på dess låga räckvidd. Till exempel är det inte dyrt att producera och genererar inte kemiska eller andra typer, eftersom det snabbt sprids i mitten.

När det gäller akustiska energikällor är de många. Alla objekt som kan vibrera kan bli en ljudkälla.

När det används i medicinska tillämpningar, till exempel att få bilder med ultraljud, har det fördelen att inte använda joniserande strålning, såsom x -rays eller tomografi. Det är ett faktum att joniserande strålning kan orsaka cellskador.

Deras användning kräver också de skyddsåtgärder som behövs när jonisering av strålning tillämpas. Lagen är också billigare.

Ultraljudsenergi är också en icke -invasiv metod för att eliminera de ovannämnda njur- och gallberäkningarna och därmed undvika kirurgiska ingrepp.

I princip genererar det inte förorening varken i luften eller i vattnet. Men det är känt att det finns bullerföroreningar i havet på grund av mänskliga aktiviteter som intensivt fiske, geofysisk prospektering och transport.

Nackdelar

Det är svårt att tänka på nackdelarna som ett fenomen så naturligt som ljud kan ha.

En av få är att stora intensitetsljud kan skada trumhinnans struktur, och med tiden gör att kontinuerligt exponerade människor tappar sin känslighet.

Mycket bullriga miljöer i slutändan orsakar stress och obehag hos människor. En annan nackdel är kanske det faktum att akustisk energi inte tjänar till att flytta föremål, som är mycket svår att dra nytta av vibrationer för att påverka fasta föremål.

Detta beror på att ljudet alltid kräver att det finns ett sätt att spridas, och därför är det lätt dämpat. Det vill säga ljudenergi absorberas i mitten snabbare än för andra typer av vågor, till exempel elektromagnetiska.

Av denna anledning är ljudvågans energi relativt kort i luften. Ljudet absorberas av strukturer och föremål när det sprider sig, och dess energi sprids gradvis i värme.

Naturligtvis är detta relaterat till bevarande av energi: Energi förstörs inte utan ändrar form. Vibrationerna från molekylerna i luften förvandlas inte bara till tryckförändringar som ger upphov till ljudet. Vibrationer ger också upphov till värme.

Ljudabsorption i material

När ljudvågor påverkar ett material som en tegelvägg, till exempel, återspeglas en del av energin. En annan del sprids i värme tack vare molekylvibrationen i både luft och material; Och slutligen korsar den återstående fraktionen materialet.

Således kan ljudvågor återspeglas på samma sätt som ljuset gör. Reflektionen av ljud kallas "Echo". Ju mer styv och enhetlig ytan, desto större är förmågan att reflektera.

Kan tjäna dig: röd dvärg

Det finns faktiskt ytor som kan producera flera reflektioner som heter Efterklang. Vanligtvis inträffar detta i små utrymmen och undviks genom att placera isoleringsmaterial, så att vågorna på detta sätt släpps ut och de återspeglade överlappar inte för att hindra hörseln.

Under hela sin förökning kommer den akustiska vågen att uppleva alla dessa successiva förluster tills slutligen energin absorberas helt i mitten. Vilket innebär att det har förvandlats till kalorinergi.

Det finns en storlek för att kvantifiera ett materialers förmåga att absorbera ljud. Kallas absorptionskoefficient. Det betecknas som α, och det är orsaken mellan absorberad energi OCH_magmuskler och den incidentenergi OCH_inkl, Alla hänvisar till materialet i fråga. Det uttrycker matematiskt så här:

α = e_magmuskler/OCH_inkl

Det maximala värdet på a är 1 (absorberar helt ljudet) och minsta är 0 (låt allt ljudet passera).

Ljud kan vara en nackdel vid många tillfällen när tystnad föredras. Till exempel är bilar installerade ljuddämpare för att dämpa motorbrus. Till andra enheter som vattenpumpar och elektriska växter också.

Akustisk isolering är viktig i en inspelningsstudie. Källa: Pixabay.

Exempel på ljudenergi

Ljudenergi finns överallt. Här är ett enkelt exempel som illustrerar ljudets egenskaper och dess energi ur den kvantitativa synvinkeln.

Träning löst

En 0,1 g stift av massan faller från en höjd av 1 m. Förutsatt att 0,05 % av sin energi blir en ljudpuls av varaktighet 0.1 s, uppskattar vad som är det maximala avståndet vid vilket stiftets fall kan höras. Ta som en minsta hörbar ljudintensitet 10^-8 W/m².

Lösning

Den ekvation som tidigare ges för ljudintensitet kommer att användas:

En bra fråga är var ljudet kommer från i detta fall, vars intensitet upptäcker det mänskliga örat.

Svaret är i gravitationspotential energi. Precis för att stiftet faller från en viss höjd, till vilken den hade potentiell energi, eftersom den faller förvandlar denna energi till kinetisk energi.

Och när den påverkar marken överförs energin till luftmolekylerna som omger höstens plats, vilket ger upphov till ljudet.

Potentiell gravitationsenergi ELLER är:

U = mgh

Var m Det är degen på stiftet, g Det är tyngdkraftens acceleration h Det är höjden från vilken den föll. Ersätta dessa numeriska värden, men inte innan du gör motsvarande omvandlingar i det internationella enhetssystemet har du:

U = 0.1 x 10^-3 x 9.8 x 1 j = 0.00098 J

Uttalandet säger att av denna energi bara 0.05 % förvandlar för att ge upphov till ljudpulsen, det vill säga till stiftet Tintineo när den kolliderar mot golvet. Därför är ljudenergin:

OCH_ljud= 4.9 x 10^-7 J

Från intensitetsekvationen rensas radion R och ljudenergivärdena ersätts och_ljud Och tiden som varade i pulsen: 0.1 s enligt uttalandet.

Därför är det maximala avståndet till vilket stiftets fall är hörbart 6.24 m runt.

Referenser

1. Giancoli, D.  2006. Fysik: Principer med applikationer. Sjätte upplagan. Prentice hall. 332 - 359.
2. Kinsler, L. (2000). Grundläggande akustiska. 4: e upplagan. Wiley & Sons. 124-125.