ხმის ტალღა არის გარკვეული სიხშირის მექანიკური გრძივი ტალღა. სტატიაში გავიგებთ, რა არის გრძივი და განივი ტალღები, რატომ არ არის ყველა მექანიკური ტალღა ბგერა. გაარკვიეთ ტალღის სიჩქარე და სიხშირეები, რომლებზეც გამოდის ხმა. მოდით გავარკვიოთ არის თუ არა ხმა ერთნაირი სხვადასხვა გარემოში და ვისწავლოთ როგორ ვიპოვოთ მისი სიჩქარე ფორმულის გამოყენებით.
ტალღა გამოჩნდება
მოდით წარმოვიდგინოთ წყლის ზედაპირი, მაგალითად, აუზი მშვიდ ამინდში. თუ ქვას ისვრით, მაშინ წყლის ზედაპირზე დავინახავთ წრეებს, რომლებიც განსხვავდებიან ცენტრიდან. და რა მოხდება, თუ ქვას კი არა, ბურთს ავიღებთ და რხევად მოძრაობაში მოვიყვანთ? წრეები მუდმივად წარმოიქმნება ბურთის ვიბრაციებით. ჩვენ დავინახავთ დაახლოებით იგივეს, რაც ნაჩვენებია კომპიუტერულ ანიმაციაში.
თუ ათწილადას ჩამოვწევთ ბურთიდან გარკვეულ მანძილზე, ისიც ირხევა. როდესაც რყევები სივრცეში დროთა განმავლობაში განსხვავდება, ამ პროცესს ტალღა ეწოდება.
ბგერის თვისებების შესასწავლად (ტალღის სიგრძე, ტალღის სიჩქარე და ა.შ.) შესაფერისია ცნობილი Rainbow სათამაშო ან Happy Rainbow.
გავაჭიმოთ ზამბარა, დავმშვიდდეთ და მკვეთრად შეანჯღრიოთ ზევით-ქვევით. ჩვენ დავინახავთ, რომ გაჩნდა ტალღა, რომელიც გადიოდა წყაროს გასწვრივ, შემდეგ კი უკან დაბრუნდა. ეს ნიშნავს, რომ ის აისახება დაბრკოლებიდან. ჩვენ დავაკვირდით, როგორ გავრცელდა ტალღა გაზაფხულის გასწვრივ დროთა განმავლობაში. გაზაფხულის ნაწილაკები წონასწორობის მიმართ მაღლა და ქვევით მოძრაობდნენ და ტალღა მოძრაობდა მარცხნივ და მარჯვნივ. ასეთ ტალღას განივი ტალღა ეწოდება. მასში მისი გავრცელების მიმართულება პერპენდიკულარულია ნაწილაკების რხევის მიმართულებაზე. ჩვენს შემთხვევაში, ტალღის გავრცელების საშუალება იყო ზამბარა.
ახლა გავწელოთ ზამბარა, დავმშვიდდეთ და წინ და უკან გავიწიოთ. დავინახავთ, რომ ზამბარის ხვეულები შეკუმშულია მის გასწვრივ. ტალღა მიემართება იმავე მიმართულებით. ერთ ადგილას ზამბარა უფრო შეკუმშულია, მეორეში უფრო დაჭიმული. ასეთ ტალღას გრძივი ეწოდება. მისი ნაწილაკების რხევის მიმართულება ემთხვევა გავრცელების მიმართულებას.
წარმოვიდგინოთ მკვრივი გარემო, მაგალითად, ხისტი სხეული. თუ დეფორმაციას მოვახდენთ ცვეთას, წარმოიქმნება ტალღა. ის გამოჩნდება დრეკადობის ძალების გამო, რომლებიც მოქმედებს მხოლოდ მყარ სხეულებში. ეს ძალები ასრულებენ ელასტიური ტალღის აღდგენისა და წარმოქმნის როლს.
თქვენ არ შეგიძლიათ სითხის დეფორმირება ათვლის გზით. განივი ტალღა არ შეიძლება გავრცელდეს აირებსა და სითხეებში. კიდევ ერთი რამ არის გრძივი: ის ვრცელდება ყველა გარემოში, სადაც მოქმედებს დრეკადი ძალები. გრძივი ტალღის დროს ნაწილაკები ერთმანეთს უახლოვდებიან, შემდეგ შორდებიან და თავად საშუალო შეკუმშული და იშვიათია.
ბევრი ფიქრობს, რომ სითხეებიშეკუმშვადი, მაგრამ ეს ასე არ არის. თუ შპრიცის დგუშის წყლით დააჭერთ, ის ოდნავ შეკუმშდება. აირებში შესაძლებელია კომპრესიულ-დაჭიმვის დეფორმაციაც. ცარიელი შპრიცის დგუშის დაჭერით ჰაერი შეკუმშულია.
სიჩქარე და ტალღის სიგრძე
დავუბრუნდეთ ანიმაციას, რომელიც განვიხილეთ სტატიის დასაწყისში. ჩვენ ვირჩევთ თვითნებურ წერტილს ერთ-ერთ წრეზე, რომელიც განსხვავდება პირობითი ბურთიდან და მივყვებით მას. წერტილი შორდება ცენტრიდან. სიჩქარე, რომლითაც ის მოძრაობს, არის ტალღის მწვერვალის სიჩქარე. შეგვიძლია დავასკვნათ: ტალღის ერთ-ერთი მახასიათებელია ტალღის სიჩქარე.
ანიმაცია გვიჩვენებს, რომ ტალღის მწვერვალები განლაგებულია იმავე მანძილზე. ეს არის ტალღის სიგრძე - მისი კიდევ ერთი მახასიათებელი. რაც უფრო ხშირია ტალღები, მით უფრო მოკლეა მათი სიგრძე.
რატომ არ არის ყველა მექანიკური ტალღა ხმა
აიღეთ ალუმინის სახაზავი.
ეს მბზინავია, ამიტომ კარგია გამოცდილებისთვის. სახაზავს მაგიდის კიდეზე ვდებთ და ხელით ვაჭერთ ისე, რომ ძლიერად გამოვიდეს. მის კიდეს ვაჭერთ და მკვეთრად ვათავისუფლებთ - თავისუფალი ნაწილი დაიწყებს ვიბრაციას, მაგრამ ხმა არ იქნება. თუ სახაზავს ოდნავ გააგრძელებთ, მოკლე კიდის ვიბრაცია შექმნის ხმას.
რას აჩვენებს ეს გამოცდილება? ის აჩვენებს, რომ ხმა წარმოიქმნება მხოლოდ მაშინ, როდესაც სხეული საკმაოდ სწრაფად მოძრაობს, როდესაც ტალღის სიჩქარე საშუალოზე მაღალია. შემოვიღოთ ტალღის კიდევ ერთი მახასიათებელი - სიხშირე. ეს მნიშვნელობა გვიჩვენებს, თუ რამდენ ვიბრაციას ახდენს სხეული წამში. როდესაც ჩვენ ვქმნით ტალღას ჰაერში, ხმა წარმოიქმნება გარკვეულ პირობებში - როდესაც საკმარისიამაღალი სიხშირე.
მნიშვნელოვანია გვესმოდეს, რომ ხმა არ არის ტალღა, თუმცა ის დაკავშირებულია მექანიკურ ტალღებთან. ხმა არის შეგრძნება, რომელიც წარმოიქმნება ყურში ხმის (აკუსტიკური) ტალღების შეღწევისას.
დავუბრუნდეთ მმართველს. როდესაც უფრო დიდი ნაწილი გაშლილია, მმართველი ირხევა და ხმას არ იღებს. ეს ქმნის ტალღას? რა თქმა უნდა, მაგრამ ეს არის მექანიკური ტალღა და არა ხმის ტალღა. ახლა ჩვენ შეგვიძლია განვსაზღვროთ ხმის ტალღა. ეს არის მექანიკური გრძივი ტალღა, რომლის სიხშირე 20 ჰც-დან 20 ათას ჰც-მდეა. თუ სიხშირე 20 ჰც-ზე ნაკლებია ან 20 კჰც-ზე მეტი, მაშინ მას ვერ გავიგებთ, თუმცა ვიბრაცია მოხდება.
ხმის წყარო
ნებისმიერი რხევადი სხეული შეიძლება იყოს აკუსტიკური ტალღების წყარო, მას მხოლოდ ელასტიური საშუალება სჭირდება, მაგალითად, ჰაერი. არა მხოლოდ მყარ სხეულს შეუძლია ვიბრაცია, არამედ სითხესა და გაზსაც. ჰაერი, როგორც რამდენიმე აირის ნარევი, შეიძლება იყოს არა მხოლოდ გავრცელების საშუალება - მას თავად შეუძლია აკუსტიკური ტალღის წარმოქმნა. სწორედ მისი ვიბრაციები უდევს საფუძვლად ჩასაბერი ინსტრუმენტების ხმას. ფლეიტა ან საყვირი არ ვიბრირებს. ეს არის ჰაერი, რომელიც იშვიათდება და შეკუმშულია, აძლევს ტალღას გარკვეულ სიჩქარეს, რის შედეგადაც გვესმის ხმა.
ხმის გავრცელება სხვადასხვა გარემოში
ჩვენ აღმოვაჩინეთ, რომ სხვადასხვა ნივთიერება ჟღერს: თხევადი, მყარი, აირისებრი. იგივე ეხება აკუსტიკური ტალღის გატარების უნარს. ხმა ვრცელდება ნებისმიერ ელასტიურ გარემოში (თხევადი, მყარი, აირისებრი), გარდა ვაკუუმისა. ცარიელ სივრცეში, ვთქვათ მთვარეზე, ჩვენ არ გვესმის ვიბრაციული სხეულის ხმა.
ადამიანების მიერ აღქმული ხმების უმეტესობა ჰაეროვანია. თევზებს, მედუზებს ესმით აკუსტიკური ტალღა, რომელიც წყალში გადადის. ჩვენ, თუ წყალქვეშ ჩავყვინთავთ, მოტორიანი ნავის ხმასაც გავიგებთ. უფრო მეტიც, ტალღის სიგრძე და ტალღის სიჩქარე უფრო მაღალი იქნება, ვიდრე ჰაერში. ეს ნიშნავს, რომ ძრავის ხმა პირველი იქნება, რომელსაც წყალქვეშ ჩაყვინთვის პირი მოისმენს. მეთევზე, რომელიც იმავე ადგილას ზის თავის ნავში, ხმაურს მოგვიანებით გაიგებს.
მყარ სხეულებში ხმა კიდევ უფრო კარგად მოძრაობს და ტალღის სიჩქარე უფრო მაღალია. თუ მყარ საგანს, განსაკუთრებით მეტალს, ყურთან მიადებთ და მასზე დააჭერთ, ძალიან კარგად მოისმენთ. კიდევ ერთი მაგალითია თქვენი საკუთარი ხმა. როდესაც პირველად გვესმის ჩვენი გამოსვლა, რომელიც ადრე იყო ჩაწერილი ხმის ჩამწერზე ან ვიდეოდან, ხმა თითქოს უცხოა. Რატომ ხდება ეს? რადგან ცხოვრებაში ჩვენ გვესმის არა იმდენად ხმოვანი ვიბრაცია ჩვენი პირიდან, რამდენადაც ტალღების ვიბრაცია, რომელიც გადის ჩვენი თავის ქალას ძვლებში. ამ დაბრკოლებებიდან ასახული ხმა გარკვეულწილად იცვლება.
ხმის სიჩქარე
ხმოვანი ტალღის სიჩქარე, თუ განვიხილავთ ერთსა და იმავე ხმას, განსხვავებული იქნება სხვადასხვა გარემოში. რაც უფრო მკვრივია საშუალო, მით უფრო სწრაფად აღწევს ხმა ჩვენს ყურამდე. მატარებელი შეიძლება ისე შორს წავიდეს ჩვენგან, რომ ბორბლების ხმა ჯერ არ ისმოდეს. თუმცა, თუ ყურს ლიანდაგს მიადებ, აშკარად გვესმის ხმაური.
ეს ვარაუდობს, რომ ბგერის ტალღები უფრო სწრაფად მოძრაობენ მყარ სხეულებში, ვიდრე ჰაერში. ნახაზი აჩვენებს ხმის სიჩქარეს სხვადასხვა გარემოში.
ტალღის განტოლება
სიჩქარე, სიხშირე და ტალღის სიგრძე ურთიერთდაკავშირებულია. სხეულებისთვის, რომლებიც ვიბრირებენ მაღალი სიხშირით, ტალღა უფრო მოკლეა. დაბალი სიხშირის ბგერები უფრო დიდ მანძილზე ისმის, რადგან მათ აქვთ უფრო გრძელი ტალღის სიგრძე. არსებობს ორი ტალღის განტოლება. ისინი ასახავს ტალღის მახასიათებლების ურთიერთდამოკიდებულებას ერთმანეთისგან. განტოლებიდან ნებისმიერი ორი სიდიდის გაცნობით, შეგიძლიათ გამოთვალოთ მესამე:
с=ν × λ, სადაც c არის სიჩქარე, ν არის სიხშირე, λ არის ტალღის სიგრძე.
მეორე აკუსტიკური ტალღის განტოლება:
s=λ / T, სადაც T არის პერიოდი, ანუ დრო, რომლის დროსაც სხეული აკეთებს ერთ რხევას.
