قد تحدث اهتزازات صوتية. تحديد تردد الموجة الصوتية بطريقة الرنين. أين يمكن أن تحدث الاهتزازات الصوتية؟

الآلات والاكسسوارات:اتصال السفن مليئة

جزئيًا من الماء ، ومولد الصوت ،

جهاز FP - 42 أ ، راسم الذبذبات.

نظرية موجزة

يسمى الانحراف الدوري للجسم عن وضع التوازن بالتذبذب. تتميز التذبذبات الواقعة في النطاق من 20 إلى 20000 هرتز بخاصية التسبب في الإحساس بالصوت ويمكن تمييزها على هذا الأساس في مجموعة خاصة- مجموعة من الاهتزازات الصوتية (الاهتزازات الصوتية) تسمى الصوت. من وجهة نظر مادية ، لا تختلف اهتزازات هذه الترددات عن الاهتزازات الميكانيكية للترددات الأخرى.

ضع في اعتبارك آلية تكوين الموجة. يعمل الجسم المتذبذب في وسط مرن على ضبط جسيمات الوسيط المتصل به في حركة تذبذبية ، مما يؤدي إلى حدوث تشوهات دورية في عناصر الوسط المجاور لهذا الجسم. تؤدي التشوهات (على سبيل المثال ، الضغط أو التوتر) إلى ظهور قوى مرنة تميل إلى إعادة عناصر الوسط إلى حالتها الأصلية من التوازن ، أي هناك تذبذبات مرنة في الوسط ، لأن تتفاعل العناصر المجاورة للوسط مع بعضها البعض ، ثم يتم نقل هذه التشوهات المرنة من جزء من الوسط إلى آخر.

تسمى عملية انتشار الحركة التذبذبية في الوسط موجة أو عملية موجة.

الأمواج طولي، إذا كانت جسيمات الوسط تتأرجح على طول خطوط انتشار التذبذبات ، و مستعرض، إذا كانت جسيمات الوسط تتأرجح عموديًا على اتجاه انتشار الموجة. عندما تحدث الموجات الطولية ، يلعب تشوه التوتر والضغط المتناوبين دورًا. يلعب تشوه القص المتذبذب بشكل دوري دورًا في حدوث الموجات المستعرضة في الوسط.

في المواد الصلبة ، تنشأ تشوهات مرنة للتوتر والضغط والقص ، وبالتالي ، يمكن أن تنتشر الموجات الطولية والعرضية في المواد الصلبة. في السوائل والغازات فقط موجات طولية، تتكاثر في شكل ضغطات متناوبة وخلخلة (الاستثناء هو سطح السائل). نظرًا لأن تشوهات القص في السوائل والغازات غير مرنة ، فلا يمكن أن تظهر الموجات المستعرضة فيها. إذا قمت بإزاحة طبقة بالنسبة إلى أخرى ، فعندئذٍ ، على عكس المواد الصلبة ، لا تميل الطبقات التي تم إزاحتها إلى العودة إلى موضعها الأصلي.

تتميز الموجة التي تمر عبر نقطة معينة من الوسط باتجاه انتشار معين. تسمى منطقة الفضاء التي تتأرجح فيها جميع جسيمات الوسط بالمجال الموجي.

يسمى الحد الذي يفصل الجسيمات المتذبذبة عن الجسيمات التي لم تبدأ في التذبذب بعد جبهة الموجة.

جبهة الموجةيسمى موقع النقاط التي وصلت إليها التذبذبات في وقت معين.

لا ينبغي الخلط بين مفهوم جبهة الموجة ومفهوم سطح الموجة.

يتم استدعاء موضع النقاط المتذبذبة في نفس المرحلة سطح الموجة.

يمكن رسم سطح الموجة من خلال أي نقطة في الفضاء تغطيها عملية الموجة. وبالتالي ، هناك عدد لا حصر له من أسطح الموجات ، بينما توجد جبهة موجة واحدة فقط في أي وقت.

يمكن أن تكون أسطح الموجة بأي شكل. في أبسط الحالات ، يكون لها شكل مستو أو كرة. وفقًا لذلك ، في هذه الحالات تسمى الموجة مستوية أو كروية. في موجة مستوية أسطح الأمواجإنها نظام من الطائرات موازية لبعضها البعض ، في نظام كروي - نظام من المجالات متحدة المركز.

طالما الموجة موجودة ، تتأرجح الجسيمات حول مواضع توازنها ، مع تأرجح جسيمات مختلفة مع تحول طور.

المسافة بين أقرب جسيمات تتأرجح بالتساوي (في نفس المرحلة) تسمى الطول الموجي λ.

الطول الموجي يساوي المسافة التي تنتشر فيها الموجة في فترة

أين υ هي سرعة انتشار الموجة ، تي- فترة

تتميز أي موجة بثلاث كميات رئيسية: الطول الموجي λ ، السرعة υ والتردد

معادلة الموجة

دع نقطة ما O تشارك في حركة تذبذبية توافقية ذات سعة وتردد دائري (دوري) ω. ثم يمكن وصف إزاحته من موضع التوازن بالمعادلة:

سوف تصل التذبذبات المنتشرة في الوسط إلى النقطة أ، أرز. 2 ـ الكذب في المسافة صمن وجهة ا، مع مرور الوقت

. (2)

سرعة υ له علامة موجبة إذا كان اتجاه السرعة يتطابق مع اتجاه المحور صو - سالب إذا كانت السرعة موجهة ضد المحور.

إذا لم تتحلل الموجة من النقطة انحو النقطة أ، مفصولة عن اعلى مسافة ص، ثم إزاحة النقطة أيتم تحديدها بواسطة الصيغة (1) ، ولكن في وقت لاحق جديد (ستتأرجح النقطة الجديدة مع بعض التأخير بمرور الوقت) ، ثم

بالنظر إلى (2) ، نحصل على:

التعبير (3) هو معادلة موجة مستوية تنتشر على طول خط مستقيم OA، والتي تسمى بطريقة أخرى معادلة موجة متنقلة. إنه يحدد لأي لحظة من الزمن t الانحراف عن موضع توازن الجسيمات المتذبذبة.

نأخذ في الاعتبار العلاقات المعروفة

أين ν هو التردد ، هو فترة التذبذب.

وبعد ذلك يمكنك كتابة:

يمكن تحويل التعبير (3) إلى النموذج:

.

يمكن أن تتداخل الموجات الصوتية.

ضع في اعتبارك حالة تداخل موجتين من نفس التردد والطول والسعة تنتشر في اتجاهين متعاكسين. من الناحية التجريبية ، يمكن القيام بذلك إذا تم وضع حاجز عاكس جيدًا على مسار الموجة المتنقلة بشكل عمودي على اتجاه الانتشار. نتيجة لتداخل الموجة الساقطة والموجة المنعكسة ، تنشأ ما يسمى بالموجة الواقفة. نشتق المعادلة الموجة الدائمة.

يتم وصف الموجة الحادثة (المتنقلة) التي تنتشر على طول المحور r بالمعادلة:

وينعكس

بين قوسين (-) تغير إلى (+) نظرًا لحقيقة أن سرعة الموجة المنعكسة غيرت الاتجاه إلى الاتجاه المعاكس (تتحرك الموجة المنعكسة ضد المحور r).

يتم الحصول على معادلة الموجة الواقفة عن طريق إضافة معادلات الموجات المتنقلة والموجات المنعكسة:

بأخذ العامل المشترك a واستخدام صيغة مجموع جيب التمام ، نجد:

، لأن

الذي - التي .

ستتم كتابة معادلة الموجة الواقفة:

(4)

في هذه المعادلة ، المضاعف

بغض النظر عن الوقت ، يعبر عن السعة الناتجة أ

(5)

نظرًا لأن الوظيفة يمكن أن تأخذ قيمًا تتراوح من صفر إلى واحد ، فإن النقاط في الموجة الدائمة هي التي لها

سيكون لها السعة الأكبر:. تسمى هذه النقاط من الموجة الواقفة antinodes ، ويتم تحديد إحداثياتها من المساواة (6)

النقاط التي لها سعة مساوية للصفر وتسمى عقد الموجة الواقفة. تم العثور على إحداثياتهم من الحالة

من أين (8)

من العلاقات (7) و (8) يتبع ذلك أن المسافة بين العقد المجاورة (أو العقد العكسية المجاورة) في موجة واقفة تساوي. من (5) يتبع ذلك أن سعة الموجة الواقفة تعتمد على إحداثيات r لنقطة التذبذب ، أي النقاط المختلفة من الوسط لها اتساعات مختلفة ، والتي لا يتم ملاحظتها في موجة متنقلة.

في معادلة الموجة الدائمة ، علامة تغيرات المضاعف عند المرور عبر القيمة الصفرية ، وفقًا لهذا ، تختلف مرحلة التذبذب على الجانبين المتقابلين من العقدة بـ ، i. تتأرجح النقاط الموجودة على جوانب متقابلة من العقدة في الطور المضاد ، وتتأرجح جميع النقاط المحاطة بين عقدتين متجاورتين في الطور (أي في نفس المرحلة).

على التين. يوضح الشكل 4 سلسلة من لقطات انحرافات النقاط عن موضع التوازن. الأول يتوافق مع اللحظة التي تصل فيها الانحرافات إلى أكبر قيمة مطلقة لها. يتم عمل الرسومات التالية على فترات ربع سنوية.

الثاني يتوافق مع المرور المتزامن للجسيمات من خلال وضع التوازن. تتوافق الصورة الثالثة مع الانحراف المتزامن للجسيمات ، ولكن في الاتجاه المعاكس (تظهر الأسهم سرعات الجسيمات).

دعونا نفكر في العديد من الأمثلة على تذبذبات الأنظمة المستمرة. في الخيط الذي يتم شده من كلا الطرفين ، عند إثارة الاهتزازات المستعرضة ، يتم إنشاء موجات واقفة ، ويجب وضع العقد في الأماكن التي يتم فيها تثبيت الخيط. لذلك ، يتم إثارة مثل هذه الاهتزازات فقط في الوتر ، حيث يتناسب نصف طولها الموجي مع طول الوتر عددًا صحيحًا من المرات. هذا يعني الشرط

أين هو طول السلسلة و

بطريقة مماثلة ، يمكن للمرء أن يأخذ في الاعتبار التذبذبات الطبيعية لعمود هوائي محاط بأنبوب ذو نهايات مفتوحة. في هذه الحالة ، يتم تشكيل العقد العكسية للموجة الواقفة في النهايات ، لأن تنعكس الموجة من وسط أقل كثافة ، ولا تغير الطور في مكان الانعكاس. كما في الحالة السابقة ، سيتناسب عدد صحيح بطول عمود الهواء بالكامل

في نظام به ظروف مختلفة لانعكاس الموجة في النهايات ، على سبيل المثال ، في طبقة الهواء لأنبوب مغلق عند طرف واحد فقط ، من الممكن أيضًا إثارة التذبذبات الطبيعية. الموجات الواقفة في هذه الحالة لها عقدة عكسية في النهاية المفتوحة ، وعقدة موجة واقفة في النهاية المغلقة. على طول عمود الهواء بالكامل ، إما ، أو ، أو ، وما إلى ذلك ، سوف يتناسب ، أي يجب أن تستوفي أطوال الموجات الواقفة التي تم إنشاؤها في عمود هوائي مفتوح في أحد طرفيه الشرط:

يتم استخدام حالة حدوث موجة واقفة في عمود من الهواء لإيجاد تواتر هذه التذبذبات.

مصدر الصوت في هذا العمل هو مولد الصوت. لتحديد الطول الموجي للصوت المنبعث من المولد ، يتم استخدام الموجات الواقفة ، والتي تتشكل في أنبوب زجاجي ، يتم إغلاقه في أحد طرفيه بواسطة حاجز متحرك. إذا تم وضع هاتف متصل بمولد صوت في الطرف المفتوح للأنبوب ، فإن اهتزازات غشاءه تنتقل إلى عمود الهواء في الأنبوب. سيصدر عمود الهواء صدى فقط إذا تزامنت فترة تذبذباته الطبيعية مع فترة تذبذب الصوت المنبعث من المولد (ظاهرة الرنين). سوف تصل موجة صوتية من هاتف موجود في الطرف المفتوح للأنبوب ، تنتشر عبر الهواء ، إلى الحاجز الموجود في الطرف الثاني من الأنبوب ، وتغير الطور إلى الطور المضاد وتتجه نحو الموجة المتنقلة. سوف تخلق الموجات المتنقلة والمنعكسة موجة ثابتة. تتشكل العقدة دائمًا على سطح الحاجز ، ويتم دائمًا تكوين عقدة عكسية عند الطرف المفتوح للأنبوب. اعتمادًا على ارتفاع عمود الهواء ، وكذلك على تواتر اهتزازات الغشاء ، سيتم وضع عدد أو آخر من العقد والعقد العكسية للموجة الواقفة في الأنبوب. يتم تضخيم صوت الغشاء عندما يكون في العدادات العكسية لموجة واقفة. يحتوي طول أقصر عمود هوائي له صدى مع غشاء الهاتف على عقدة عند الانسداد وعقدة عكسية في الطرف المفتوح للأنبوب ؛ لذلك ، طوله يساوي ربع طول الموجة الصوتية في الهواء. إذا كان الأنبوب طويلًا بدرجة كافية ، فيمكن تكرار الرنين في الأنبوب عندما يكون ارتفاع عمود الهواء مساويًا لثلاثة أو خمسة أو عدد فردي آخر من أرباع طول موجة الصوت في الهواء. وتجدر الإشارة إلى أن الطرف المفتوح للأنبوب يحتوي دائمًا على بعض الإزاحة للعقدات العكسية. لأخذها في الاعتبار ، يتم إدخال ما يسمى بالتصحيح المفتوح أثناء القياس ، والذي لا يعتمد على الطول الموجي وهو 0.6R تقريبًا ، حيث R هو نصف قطر الأنبوب. إذا - طول العمود الأول ، أقصر عمود من الهواء ، يعطي صدى ؛ هو طول الثانية ، إذن

من هنا. باستبدال هذا التعبير في (10) ، نحصل على صيغة العمل:

أين هي سرعة الصوت عند درجة حرارة معينة. لتحديد سرعة الصوت عند درجة حرارة معينة راستخدم الصيغة

حيث = 332 هي سرعة الصوت عند

استبدال هذا في العمل

(12)

1 خيار عمل

وصف الجهاز

يظهر جهاز تحديد طول الموجة الصوتية في الشكل. 7. هذه عبارة عن أوعية متصلة ، تتكون من أنابيب زجاجية A و B متصلة بواسطة أنبوب مطاطي. يتم تثبيت الأنبوبين A و B على رف عمودي بقالب سنتيمتر ، ويمكن نقل الوعاء B بسهولة وتركيبه في أي مكان على الرف. يصب الماء في أوعية متصلة. يعمل مستوى الماء في الأنبوب A كحاجز متحرك. فوق النهاية المفتوحة لهذا الأنبوب ، يتم تثبيت غشاء الهاتف ، والذي يهتز بنفس تردد تردد الصوت المنبعث من المولد.

استكمال العمل

قم بتشغيل مولد الصوت بضبطه على تردد معين. ارفع الوعاء B بحيث يرتفع مستوى الماء في الأنبوب A إلى حافته العلوية.

عن طريق تحريك الوعاء B ، ابحث عن مثل هذا الموضع لمستوى الماء في الأنبوب A ، حيث يتردد صدى عمود الهواء فيه بتردد تذبذب معين. هذا سوف يتوافق مع موجة ثابتة ثابتة. في هذه الحالة ، يتم تشكيل عقدة عكسية عند الطرف المفتوح للأنبوب ، والذي يتم اكتشافه عن طريق تضخيم الصوت. للقياس في حدود 0.5 سم ، حدد طول عمود الهواء الرنين. فلتكن. ترك الوعاء B ، ابحث عن الطول الثاني لعمود الرنين. يتم تحديد كل طول لعمود الهواء ثلاث مرات. يجب إجراء قياسات مماثلة لترددين تذبذبين آخرين.

حدد درجة الحرارة التي يتم إجراء التجربة عندها. سجل نتائج القياس في جدول.

2 عمل خيار

وصف الجهاز FP - 42 أ

الجهاز عبارة عن أنبوب أفقي على حامل ، تتحرك بداخله كبسولة DEMSh-1 A. يوجد سدادة مع كبسولة MD-201 أخرى أمام الطرف المفتوح للأنبوب ، ويمكن للسدادة إغلاق فتحة الأنبوب. يتم تزويد إحدى الكبسولات (الهاتف) بجهد تردد صوتي من مولد الصوت ZG-1. يتم تغذية الاهتزازات الصوتية التي يتم تحويلها بواسطة كبسولة أخرى (ميكروفون) إلى إشارة كهربائية إلى الإخراج الرأسي لجهاز الذبذبات الإلكتروني من نوع EOT. من خلال تدوير المقبض الموجود على اليمين ، يتم نقل الكبسولة إلى الأنبوب ويتم العثور على مواضعها التي يكون فيها اتساع الإشارة على شاشة راسم الذبذبات أقصى حد. يتوافق هذا الموضع مع المسافة بين البادئات (إذا كان الأنبوب مغلقًا) أو بين التمهيدي وحافة الأنبوب (إذا كان الأنبوب مفتوحًا) ، وهو مضاعف لعدد نصف الموجات. يتم تعريف طول الصوت الذي تم الفوز به على أنه ضعف الفرق في القراءات على المقياس بين حد أقصى متتالي.

الإجابات: 1) 0.44 م ؛ 2) 2.35 م ؛ 3) 0.8 م ؛ 4) 1.32 م ؛ 5) 0.75 م.

2. حدد الطول الموجي λ إذا كانت المسافة ∆ℓ بين العقد الأولى والرابعة للموجة الواقفة 30 سم.

الإجابات: 1) 23.8 سم ؛ 2) 15.8 سم ؛ 3) 30 سم ؛ 4) 20 سم ؛ 5) 18 سم.

3. تنتشر الاهتزازات الصوتية في الماء بسرعة 1480 م / ث ، وفي الهواء بسرعة 340 م / ث. كم مرة يتغير الطول الموجي لموجة الصوت عندما ينتقل الصوت من الهواء إلى الماء.

الإجابات: 1) 7.32 ؛ 2) 4.35 ؛ 3) 9.3 ؛ 4) 2.78 ؛ 5) 5.26.

4. أوجد فرق الطور بين نقطتين من الموجة الصوتية ، مفصولين عن بعضهما البعض على مسافة 25 سم ، إذا كان تردد التذبذب 680 هرتز. سرعة الصوت في الهواء 340 م / ث.

الإجابات: 1) / 2 ؛ 2) بي ؛ 3) 2 π ؛ 4) بي ؛ 5) ص.

5. المسافة بين العقدتين العكسية الثانية والسادسة للموجة الواقفة 20 سم ، حدد طول الموجة الواقفة.

الإجابات: 1) 0.22 م ؛ 2) 0.1 م ؛ 3) 0.33 م ؛ 4) 0.42 م ؛ 5) 0.11 م.

6. سرعة الصوت في الماء 1450 م / ث. في أي مسافة من بعضها البعض على طول اتجاه انتشار الموجة هي النقاط التي تتأرجح في أطوار معاكسة إذا كان تردد التذبذب 731 هرتز.

الإجابات: 1) 0.533 م ؛ 2) 0.78 م ؛ 3) 0.63 م ؛ 4) 0.992 م ؛ 5) 1.10 م.

أسئلة التحكم

1. ما يسمى التذبذب الميكانيكي؟

2. ما تسمى الاهتزازات الصوت؟

3. ما يسمى الدورة ، التردد ، الطور ، الإزاحة ، سعة الحركة التذبذبية؟

4. ما يسمى الطول الموجي؟ وهي موجات تسمى الموجات المستعرضة والطولية.

5. ما هي ظاهرة التدخل؟

6. ما هي الموجة الواقفة. اكتب معادلة الموجة الواقفة.

7. ما يسمى العقدة ، العقدة العكسية للموجة الواقفة؟

8. ما هي ظاهرة الرنين الصوتي؟

9. اكتب معادلة لاعتماد سرعة الصوت على درجة الحرارة.

10. ما هو شرط ظهور الموجة الواقفة؟

11. كيف تتقلب نقاط الموجة الواقفة:

12. أ) المبرمة بين عقدتين متجاورتين ؛

13. ب) الاستلقاء على جانبي العقدة؟

14. اشتقاق صيغة العمل.

الأدب

1. Saveliev I.V.دورة الفيزياء العامة ، المجلد 2. م: نوكا ، 1989. ص 274-277 ، 289-291.

2. زيسمان ج.أ ، تودس أو م.دورة في الفيزياء العامة ، المجلد الأول ، نووكا ، 1972.

3. تروفيموفا ت.دورة فيزياء. م: المدرسة العليا ، 2002 ، ص 284 - 291.

معمل 1.18

إذن ، الصوت عبارة عن اهتزازات ميكانيكية تنتشر في وسط مرن - غازات وسوائل ومواد صلبة. ولكن يبدو لنا هنا أننا بحاجة إلى توضيح واحد. لطالما كان من المعتاد استدعاء الصوت فقط ما نسمعه. لذا فإن كلمة "صوت" لها معنيان رئيسيان. في حالة واحدة ، هو مصطلح يشير إلى ظاهرة فيزيائية ، وهذه الظاهرة موجودة في الطبيعة بشكل مستقل عنا ؛ في حالة أخرى ، نسمي هذه الكلمة ، في جوهرها ، إدراكنا لظاهرة فيزيائية - ما نسمعه ، وما نتفاعل معه بطريقة أو بأخرى. لهذا السبب ، كما ذكرنا سابقًا ، ظهر تقسيم الأصوات إلى مسموعة وغير مسموعة ، يجب أن أقول أن التقسيم ليس صارمًا تمامًا ، فقط لأننا ندرك الأصوات بشكل مختلف - من حيث الحجم والنغمة والارتفاع و "اللون" صوت - جرس. من هذا يتضح أن إدراكنا الذاتي لا يمكن أن يكون بمثابة أساس موضوعي لتقييم المعلمات الفيزيائية للصوت.
فكر في ماهية الصوت من وجهة نظر موضوعية. هنا ، على سبيل المثال ، حصل على راديو. ينقل مخروط السماعة اهتزازاته إلى جزيئات الهواء المحيطة. في لحظة تذبذب الناشر ، يتم تحريك أصغر جزيئات الهواء ، الجزيئات ، التي يتم تحفيزها بالدفع. لكن الجزيئات لا تذهب بعيدا. يميلون إلى الأمام بشكل حاد ، ويختلطون مع جزيئات طبقات الهواء الموجودة أمامهم ، و "يضغطون" عليهم. لذلك ، في طبقات الهواء المجاورة ، للحظة غير ذات أهمية ، سيكون هناك العديد من الجزيئات أكثر مما كانت عليه من قبل. وبالتالي ، سيزداد الضغط عليهم مؤقتًا ، وسيصبح الهواء أكثر كثافة. عندما يتحرك الناشر في الاتجاه المعاكس ، يؤدي إزاحة الجزيئات إلى حقيقة أنه في الطبقة الموجودة بجوار الطبقة المضغوطة ، سيكون هناك نقص في الجزيئات للحظة. نتيجة لذلك ، بجانب الطبقة السميكة ، تظهر طبقة من الضغط المتزايد ، طبقة مخلخلة ، ذات ضغط منخفض.
أثناء عمل جهاز الاستقبال اللاسلكي ، سينتشر فيل التكثيف والتفريغ ، أي الاهتزازات المرنة للوسط (في هذه الحالة ، الهواء) ، أبعد وأبعد. الدخول إلى الأذن البشرية ، والتناوب بين الضغط والخلخلة يسبب إحساسًا بالصوت. وبالتالي ، فإن ما نسميه الصوت هو تعاقب سريع للضغط المتناوب وخلخلة الهواء. في هذه الحالة ، لا تتحرك جزيئات الهواء بانتشار الصوت. عندما يتم دفعها بواسطة الهواء المضغوط ، فإنها تتأرجح فقط ، وتتحرك بالتناوب ذهابًا وإيابًا على مسافات قصيرة جدًا. لا توجد اهتزازات معزولة لجسم واحد. في كل وسيط ، نتيجة للتفاعل بين الجسيمات ، تنتقل الاهتزازات إلى المزيد والمزيد من الجسيمات الجديدة ، بينما يظل الوسط نفسه بلا حراك ، وتنتشر فيه الموجات الصوتية.
من الأسهل فهم مفهوم الموجات الصوتية إذا اعتبرنا مصدرًا على شكل كرة تتوسع وتقلص بشكل دوري بدلاً من مصدر صوت حقيقي. تضغط الكرة ، المتسعة ، على الطبقة المجاورة مباشرة للوسط ، والتي بدورها تنقل هذا الضغط إلى الطبقة التالية. يمر هذا الضغط عبر الوسط بأكمله. في اللحظة التالية ، تنقبض الكرة ، وتحصل الجزيئات المضغوطة للوسط المجاور لها على فرصة الابتعاد عن بعضها البعض. التمدد يمر أيضًا عبر المساحة بأكملها.
من وجهة نظر مادية ، الصوت هو تناوب الضغط وخلخلة الوسط ، منتشرًا في جميع الاتجاهات.
وخير مثال على ذلك هو الأمواج على سطح الماء. إذا رميت حجرًا في الماء ، سيظهر أولاً انخفاض ، ثم ارتفاع ، ثم تظهر الأمواج ، والتي تتعاقب بالتناوب بين التلال والقيعان. تزداد على طول الجبهة ، وتنتشر في جميع الاتجاهات ، لكن الجسيمات الفردية لا تتحرك مع الموجات ، ولكنها تتأرجح فقط ضمن حدود صغيرة حول بعض المواقع غير المتغيرة. يمكنك التحقق من ذلك ، على سبيل المثال ، من خلال مشاهدة الفلين وهو يرتد على الأمواج. سوف ترتفع وتنخفض ، أي أنها ستتأرجح ، مروراً بموجة متحركة تحتها *. على سطح الماء ، يتبع قمة الموجة انخفاض ، وفي الهواء الذي ينتشر فيه الصوت ، يتم استبدال تكاثف الجزيئات بالخلخلة. في كلتا الحالتين ، تؤدي الجسيمات الفردية للمادة حركات تذبذبية. نظرًا للتشابه في حركة جزيئات الهواء والماء ، يُطلق على الضغط المتناوب والخلخلة في الهواء موجات صوتية. عندما تصل الموجة الصوتية إلى نقطة معينة في الفضاء ، تبدأ جسيمات المادة في التذبذب ، والتي لم تكن تؤدي قبل ذلك حركات منظمة. أي جسم متحرك ، بما في ذلك الجسم المتأرجح ، قادر على القيام بعمل ، أي لديه طاقة. لذلك ، فإن انتشار الموجة الصوتية يكون مصحوبًا بانتشار الطاقة.
لإظهار جوهر الحركة التذبذبية بوضوح ، يلجأون عادةً إلى البندول. ونحن سوف تفعل الشيء نفسه.
إذا انحرف البندول (أو وزن معلق على خيط) عن وضع التوازن ثم تم تحريره ، فسوف يتأرجح بحرية. تحت تأثير الجاذبية ، يعود البندول إلى موضعه الأصلي ، ويمر نقطة البداية بالقصور الذاتي ويرتفع ، بينما تبطئ الجاذبية حركته. عند نقطة الانحراف الأقصى ، سيتوقف البندول للحظة ويبدأ في التحرك في الاتجاه المعاكس. تتكرر دورات اهتزازات البندول باستمرار ، ونحن شهود على الحركة التذبذبية.
أجهزة السمع البشرية قادرة على إدراك الأصوات بتردد 15-20 ذبذبة في الثانية إلى 16-20 ألف *. وفقًا لذلك ، تسمى الاهتزازات الميكانيكية ذات الترددات المشار إليها صوتًا أو صوتيًا.
القضايا التي تتعامل معها الصوتيات متنوعة للغاية. يرتبط بعضها بخصائص وخصائص أجهزة السمع.
تدرس الصوتيات العامة أصل الصوت وانتشاره وامتصاصه.
تتعامل الصوتيات الفيزيائية مع دراسة الاهتزازات الصوتية نفسها ، وفي العقود الأخيرة احتضنت اهتزازات تتجاوز حدود السمع (الصوتيات الفائقة). في الوقت نفسه ، تستخدم على نطاق واسع مجموعة متنوعة من الطرق لتحويل الاهتزازات الميكانيكية إلى اهتزازات كهربائية والعكس صحيح. وفيما يتعلق بالاهتزازات الصوتية ، فإن مهام الصوتيات الفيزيائية تشمل دراسة الظواهر الفيزيائية التي تحدد صفات معينة للصوت التي يمكن سماعها عن طريق الأذن ، وتتناول Electroacoustics استقبال الأصوات وإرسالها واستقبالها وتسجيلها باستخدام الأجهزة الكهربائية.
تدرس علم الصوتيات المعمارية انتشار الصوت في الغرف ، وتأثير حجم وشكل الغرف على الصوت ، وخصائص المواد التي تغطي الجدران والأسقف ، وما إلى ذلك.
يستكشف علم الصوتيات الموسيقية طبيعة الأصوات الموسيقية ، بالإضافة إلى التوليفات والأنظمة الموسيقية. نميز ، على سبيل المثال ، الأصوات الموسيقية (الغناء ، والصفير ، والرنين ، وسبر الأوتار) والضوضاء (طقطقة ، وطرق ، وصرير ، وهسهسة ، ورعد). الأصوات الموسيقية أبسط من الضوضاء. يمكن أن ينتج عن مزيج من الأصوات الموسيقية إحساس بالضوضاء ، ولكن لن ينتج عن أي مزيج من الأصوات صوتًا موسيقيًا.
تتعامل Hydroacoustics مع دراسة الظواهر التي تحدث في البيئة المائية المرتبطة بانبعاث واستقبال وانتشار الموجات الصوتية. ويشمل تطوير وإنشاء أجهزة صوتية مخصصة للاستخدام في البيئة المائية.
تدرس الصوتيات الجوية العمليات الصوتية في الغلاف الجوي ، ولا سيما انتشار الموجات الصوتية ، وظروف انتشار الصوت فوق بعيد المدى.
يستكشف الصوتيات الفسيولوجية قدرات أجهزة السمع وهيكلها وعملها. يدرس إنتاج الأصوات بواسطة أجهزة الكلام وإدراك أجهزة السمع للأصوات. في السنوات الأخيرة ، فيما يتعلق بتطور علم التحكم الآلي ، واجهت الصوتيات الفيزيولوجية مشكلة معقدة للغاية ولكنها مهمة للغاية لتحليل وتوليف الكلام الصوتي البشري. يعد إنشاء أنظمة قادرة على تحليل الكلام البشري مرحلة مهمة في تصميم الآلات ، وخاصة المتلاعبات الروبوتية وأجهزة الكمبيوتر الإلكترونية ، مطيعة للتعليمات الشفوية للمشغلين. يمكن أن يعطي جهاز تركيب الكلام تأثيرًا اقتصاديًا كبيرًا. إذا لم يتم إرسال إشارات الكلام نفسها عبر قنوات الهاتف بعيدة المدى ، ولكن يتم الحصول على الرموز نتيجة لتحليلها ، ويتم تصنيع الكلام عند إخراج الخطوط ، يمكن إرسال معلومات أكثر عدة مرات عبر نفس القناة. صحيح أن المشترك لن يسمع الصوت الحقيقي للمحاور ، لكن الكلمات ستكون هي نفسها التي تم التحدث بها في الميكروفون. بالطبع ، هذا ليس مناسبًا تمامًا للمحادثات العائلية ، ولكنه مناسب للمحادثات التجارية ، وهم الذين يثقلون قنوات الاتصال.
تدرس الأصوات البيولوجية قضايا الاتصال الصوتي والموجات فوق الصوتية للحيوانات وتدرس آلية الموقع الذي تستخدمه ، كما تستكشف مشاكل الضوضاء والاهتزاز ومكافحتها من أجل تحسين البيئة.

"الصوت ، الموجات فوق الصوتية ، الموجات فوق الصوتية"