Jak poruszają się fale dźwiękowe?

9. nauka stopień, nieco bardziej zaawansowany

Fale dźwiękowe są zasadniczo zmianami ciśnienia, które istnieją w tym przykładzie w powietrzu, które składa się z cząsteczek. Aby pomóc sobie wyobrazić naturę fal dźwiękowych, wyobraź sobie siebie w wannie z wodą z plastikową zabawką unoszącą się przed tobą. Jeśli tworzysz fale, popychając rękę po powierzchni wody, fale popychają łódź i przesuwają ją z jednego końca wanny na drugi. Teraz pomyśl o falach i łodzi tak, jakby były dźwiękiem. Jeśli fale się poruszą, łódź również się rusza (co jest dźwiękiem). Im większa fala, tym bardziej łódź porusza się w górę i w dół i podróżuje dalej, ponieważ fale dźwiękowe, podobnie jak drgające cząsteczki, rozpraszają się na odległość. Teraz, jeśli jesteś w dużej puli, potrzebujesz większych fal, aby popchnąć łódź (dźwięk) na drugi koniec.

Czas zagrać w domino

Kiedy wibracja powoduje drgania cząsteczek, nie jest to pierwsza wzbudzona cząsteczka, która dociera do twojego ucha, pomijając wszystkie inne cząsteczki. Zamiast tego, kiedy ta cząsteczka jest podekscytowana i podskakuje, zaczyna łączyć wszystkie cząsteczki wokół niej, które z kolei są połączone z następującymi. Teraz umieść kawałki domina w linii, na tyle blisko, aby po upadku pierwszego padła na sekundę, a potem na trzecią i tak dalej. Teraz popchnij pierwszy, a to spowoduje spadek całej linii. Teraz zamiast linii prostej, ułóż wzór w Y używając niektórych elementów. W górnej części Y rozpoczynaj dwie kolejne gałęzie, a na górze tych gałęzi zrób to samo, aż zabraknie ci kawałków. Znowu zestrzel pierwszy kawałek i obserwuj jak wszyscy inni upadają i składają drzewo w Y, które zbudowałeś. To pokazuje bardziej precyzyjnie, jak fale dźwiękowe nie poruszają się tylko w linii prostej, ale także w kształcie kulistym lub stożkowym.

Czas na przechowywanie zabawek

Aby dźwięk mógł podróżować, potrzebuje medium zawierającego cząsteczki. Może to być woda, stal, beton lub cokolwiek, co ma wystarczająco blisko siebie cząsteczki, aby mogły wibrować i przekazywać dźwięk. W rzeczywistości im bliżej są molekuły, tym szybciej dźwięk będzie się przemieszczał. Z tego powodu, kiedy przykładasz ucho do torów pociągu, słyszysz, jak się zbliża, zanim usłyszysz dźwięk w powietrzu. Molekuły stali są ze sobą dużo bardziej zwarte niż w powietrzu. Jest to również powód, dla którego nie ma dźwięku w przestrzeni. Cząsteczki w przestrzeni są tak odległe od siebie, że gdy jeden z nich zbliża się do wibracji, zaczyna tańczyć z falą hałasu, ale nie ma innych cząsteczek, które mogłyby przejść przez wibracje. W szczególności nie ma środków, za pomocą których fale dźwiękowe mogą podróżować.

Na uniwersytecie

Kiedy fale dźwiękowe przemieszczają się ze źródła, są one znane jako fale kompresji. Ze względu na wzbudzony stan cząsteczek, kompresują się podczas wibracji. Jednak po ustaniu wibracji cząsteczki, które pozostają w tyle, zatrzymują wibracje, ponieważ przeniosły energię. Ci, którzy pozostali, doświadczają rzadkości. Jest to bardziej techniczne wyjaśnienie tego, co naukowcy mają na myśli mówiąc o falach dźwiękowych. To wygląda tak i można go przedstawić jako dwuwymiarową grafikę.

Dlaczego słyszymy rzeczy

Kiedy te wibrujące cząsteczki docierają do ucha zewnętrznego, wchodzą do lejka do ucha wewnętrznego, gdzie cienka, wydłużona membrana "zatrzymuje" wibracje, które są fluktuacjami ciśnienia powietrza. Ciało następnie tłumaczy je na sygnały elektryczne, które są przekazywane do mózgu, który kończy je odszyfrowywać. To dość złożony proces, ale to jest podstawa.