Gelombang suara adalah gelombang longitudinal mekanis dengan frekuensi tertentu. Pada artikel ini kita akan memahami apa itu gelombang longitudinal dan transversal, mengapa tidak setiap gelombang mekanik adalah suara. Cari tahu kecepatan gelombang dan frekuensi di mana suara terjadi. Mari kita cari tahu apakah suaranya sama di lingkungan yang berbeda dan pelajari cara mencari kecepatannya menggunakan rumus.
Gelombang muncul
Mari kita bayangkan sebuah permukaan air, misalnya sebuah kolam di cuaca yang tenang. Jika Anda melempar batu, maka di permukaan air kita akan melihat lingkaran menyimpang dari pusat. Dan apa yang akan terjadi jika kita tidak mengambil batu, tetapi bola dan membawanya ke dalam gerakan osilasi? Lingkaran akan terus-menerus dihasilkan oleh getaran bola. Kita akan melihat kira-kira sama seperti yang ditunjukkan pada animasi komputer.
Jika kita menurunkan pelampung pada jarak tertentu dari bola, pelampung juga akan berosilasi. Ketika fluktuasi menyimpang dalam ruang dari waktu ke waktu, proses ini disebut gelombang.
Untuk mempelajari sifat-sifat suara (panjang gelombang, kecepatan gelombang, dll.), mainan Rainbow yang terkenal, atau Happy Rainbow, cocok.
Ayo regangkan pegas, biarkan tenang dan goyangkan ke atas dan ke bawah dengan tajam. Kita akan melihat bahwa gelombang muncul, yang mengalir di sepanjang mata air, dan kemudian kembali lagi. Ini berarti bahwa hal itu tercermin dari hambatan. Kami mengamati bagaimana gelombang merambat di sepanjang mata air dari waktu ke waktu. Partikel pegas bergerak ke atas dan ke bawah relatif terhadap keseimbangannya, dan gelombang mengalir ke kiri dan ke kanan. Gelombang seperti ini disebut gelombang transversal. Di dalamnya, arah rambatnya tegak lurus dengan arah osilasi partikel. Dalam kasus kami, media perambatan gelombang adalah pegas.
Sekarang mari kita regangkan pegas, biarkan tenang dan tarik maju mundur. Kita akan melihat bahwa gulungan pegas dikompresi di sepanjang itu. Gelombang berjalan dalam arah yang sama. Di satu tempat pegas lebih dikompresi, di tempat lain pegas lebih diregangkan. Gelombang seperti itu disebut longitudinal. Arah osilasi partikelnya bertepatan dengan arah rambat.
Mari kita bayangkan medium padat, misalnya, benda kaku. Jika kita merusaknya dengan geser, gelombang akan muncul. Ini akan muncul karena gaya elastis yang hanya bekerja pada benda padat. Gaya-gaya ini berperan memulihkan dan menghasilkan gelombang elastis.
Anda tidak dapat mengubah bentuk cairan dengan menggeser. Gelombang transversal tidak dapat merambat dalam gas dan cairan. Hal lain adalah longitudinal: menyebar di semua lingkungan di mana gaya elastis bekerja. Dalam gelombang longitudinal, partikel saling mendekat, lalu menjauh, dan medium itu sendiri dikompresi dan dihaluskan.
Banyak orang berpikir bahwa cairantidak dapat dimampatkan, tetapi ini tidak terjadi. Jika Anda menekan plunger jarum suntik dengan air, itu akan menyusut sedikit. Dalam gas, deformasi tekan-tarik juga dimungkinkan. Menekan plunger jarum suntik kosong akan menekan udara.
Kecepatan dan panjang gelombang
Mari kembali ke animasi yang kita bahas di awal artikel. Kami memilih titik sewenang-wenang di salah satu lingkaran yang menyimpang dari bola bersyarat dan mengikutinya. Titik bergerak menjauh dari pusat. Kecepatan geraknya adalah kecepatan puncak gelombang. Dapat kita simpulkan: salah satu ciri gelombang adalah cepat rambatnya.
Animasi menunjukkan bahwa puncak gelombang terletak pada jarak yang sama. Ini adalah panjang gelombang - karakteristik lain darinya. Semakin sering ombaknya, semakin pendek panjangnya.
Mengapa tidak setiap gelombang mekanik berbunyi
Ambil penggaris aluminium.
Ini melenting, jadi bagus untuk pengalaman. Kami meletakkan penggaris di tepi meja dan menekannya dengan tangan kami sehingga menonjol kuat. Kami menekan tepinya dan melepaskannya dengan tajam - bagian yang bebas akan mulai bergetar, tetapi tidak akan ada suara. Jika Anda memperpanjang penggaris sedikit saja, getaran tepi pendek akan menghasilkan suara.
Apa yang ditunjukkan oleh pengalaman ini? Ini menunjukkan bahwa suara hanya terjadi ketika sebuah benda bergerak cukup cepat ketika kecepatan gelombang dalam medium tinggi. Mari kita perkenalkan satu lagi karakteristik gelombang - frekuensi. Nilai ini menunjukkan berapa banyak getaran per detik yang dibuat tubuh. Ketika kita membuat gelombang di udara, suara terjadi dalam kondisi tertentu - ketika cukupfrekuensi tinggi.
Penting untuk dipahami bahwa suara bukanlah gelombang, meskipun berkaitan dengan gelombang mekanik. Suara adalah sensasi yang terjadi ketika gelombang suara (akustik) masuk ke telinga.
Ayo kembali ke penguasa. Ketika bagian yang lebih besar diperpanjang, penggaris berosilasi dan tidak mengeluarkan suara. Apakah ini menciptakan gelombang? Tentu, tapi itu gelombang mekanik, bukan gelombang suara. Sekarang kita dapat mendefinisikan gelombang suara. Ini adalah gelombang longitudinal mekanis, yang frekuensinya berkisar antara 20 Hz hingga 20 ribu Hz. Jika frekuensinya kurang dari 20 Hz atau lebih dari 20 kHz, maka kita tidak akan mendengarnya, meskipun akan terjadi getaran.
Sumber suara
Benda yang bergetar dapat menjadi sumber gelombang akustik, hanya membutuhkan media elastis, misalnya udara. Tidak hanya benda padat yang dapat bergetar, tetapi juga benda cair dan gas. Udara sebagai campuran beberapa gas tidak hanya dapat menjadi media propagasi - ia sendiri mampu menghasilkan gelombang akustik. Getarannyalah yang mendasari suara alat musik tiup. Suling atau terompet tidak bergetar. Ini adalah udara yang dimurnikan dan dikompresi, memberikan kecepatan tertentu pada gelombang, sebagai akibatnya kita mendengar suara.
Menyebarkan suara di lingkungan yang berbeda
Kami menemukan bahwa zat yang berbeda terdengar: cair, padat, gas. Hal yang sama berlaku untuk kemampuan menghantarkan gelombang akustik. Bunyi merambat dalam media elastis apa pun (cair, padat, gas), kecuali ruang hampa. Di ruang kosong, katakanlah di bulan, kita tidak akan mendengar suara benda bergetar.
Sebagian besar suara yang dirasakan manusia berasal dari udara. Ikan, ubur-ubur mendengar gelombang akustik yang menyebar melalui air. Kita, jika menyelam di bawah air, juga akan mendengar suara perahu motor yang lewat. Selain itu, panjang gelombang dan kecepatan gelombang akan lebih tinggi daripada di udara. Artinya, suara motor akan menjadi yang pertama didengar oleh seseorang yang menyelam di bawah air. Nelayan yang duduk di perahunya di tempat yang sama, akan mendengar suara itu nanti.
Pada benda padat, suara merambat lebih baik, dan kecepatan gelombang lebih tinggi. Jika Anda meletakkan benda keras, terutama logam, ke telinga Anda dan mengetuknya, Anda akan mendengar dengan sangat baik. Contoh lain adalah suara Anda sendiri. Ketika kita pertama kali mendengar ucapan kita, yang sebelumnya direkam pada perekam suara atau dari video, suara itu tampak asing. Mengapa ini terjadi? Karena dalam hidup kita tidak banyak mendengar getaran suara dari mulut kita seperti getaran gelombang yang melewati tulang tengkorak kita. Suara yang dipantulkan dari rintangan ini agak berubah.
Kecepatan suara
Kecepatan gelombang suara, jika kita menganggap suara yang sama, akan berbeda di lingkungan yang berbeda. Semakin padat medium, semakin cepat suara mencapai telinga kita. Kereta bisa pergi begitu jauh dari kita sehingga suara roda belum terdengar. Namun, jika Anda menempelkan telinga ke rel, kami dapat dengan jelas mendengar gemuruhnya.
Ini menunjukkan bahwa gelombang suara merambat lebih cepat dalam zat padat daripada di udara. Angka tersebut menunjukkan kecepatan suara di lingkungan yang berbeda.
Persamaan gelombang
Kecepatan, frekuensi dan panjang gelombang saling berhubungan. Untuk benda yang bergetar pada frekuensi tinggi, gelombangnya lebih pendek. Bunyi berfrekuensi rendah dapat didengar pada jarak yang lebih jauh karena memiliki panjang gelombang yang lebih panjang. Ada dua persamaan gelombang. Mereka menggambarkan saling ketergantungan karakteristik gelombang satu sama lain. Mengetahui dua kuantitas dari persamaan, Anda dapat menghitung yang ketiga:
с=×, di mana c adalah kecepatan, adalah frekuensi, adalah panjang gelombang.
Persamaan gelombang akustik kedua:
s=/ T, di mana T adalah periode, yaitu waktu yang membuat tubuh melakukan satu getaran.
