Lydenergiegenskaper, typer, bruksområder, fordeler, eksempler

De Lydenergi O akustisk er en som transporterer lydbølger når de sprer seg i et medium, som kan være en gass som luft, en væske eller et fast stoff. Mennesker og mange dyr bruker akustisk energi for å forholde seg til miljøet.

For dette har de spesialiserte organer, for eksempel stemmebånd, i stand til å produsere vibrasjoner. Disse vibrasjonene transporteres i luften for å nå andre spesialiserte organer som er ansvarlige for deres tolkning.

Akustisk energi oversettes til musikk gjennom klarinettlyden. Kilde: Pixabay

Vibrasjoner forårsaker påfølgende kompresjoner og utvidelser i luften eller mediet som omgir kilden, som forplanter seg med litt hastighet. Det er ikke partiklene som reiser, men er begrenset til å svinge med hensyn til deres likevektsposisjon. Forstyrrelsen er det som overføres.

Nå, som kjent, har objektene som beveger seg energi. Dermed bærer også bølgene når de reiser i midten med seg energien som er forbundet med bevegelsen av partiklene (kinetisk energi), og også energien som iboende har sagt medium, kjent som potensiell energi.

[TOC]

Kjennetegn

Som kjent har objektene som beveger seg energi. Så bølgene når de reiser i midten, bærer med seg energien som er forbundet med bevegelsen av partiklene (kinetisk energi) og også deformasjonsenergien i det potensielle miljøet eller energien.

Forutsatt en veldig liten del av mediet, som kan være luften, hver partikkel med hastighet eller, Den har kinetisk energi K gitt av:

K = ½ mu²

I tillegg har partikkelen potensiell energi ELLER som avhenger av volumendringen den opplever, å være Vo Det første volumet, V Det endelige volumet og p Trykket, som avhenger av posisjon og tid:

Det negative tegnet indikerer en økning i potensiell energi, siden bølgen ved spredning fungerer på volumelementet Dv Når du komprimerer det, takket være positivt akustisk trykk.

Massen til væskeelementet når det gjelder den innledende tettheten ρ_enten og det første volumet V_enten er:

m_enten= ρ_entenV_enten

Og som deigen er bevart (massekonserveringsprinsipp):

ρv = ρ_entenV_enten = konstant

Derfor forblir den totale energien som følger:

Beregne potensiell energi

Integral kan løses ved hjelp av prinsippet om massebevaring

m_enten = m_F

Derivatet av en konstant er 0, så (ρV) ' = 0. Derfor:

Dv = (-v/ρ) dρ

Isaac Newton bestemte at:

(dp/dρ) = c²

Hvor c representerer lydhastigheten i væsken det gjelder. Ved å erstatte det ovennevnte oppnås den potensielle energien til mediet:

Til slutt uttrykkes den totale akustiske energien til et volumelement som:

For en flatbølge er det sant at: P =  ± (ρc) u, Derfor gjenstår energien:

Som alltid måles energi i Joules, i det internasjonale systemet. Det er lett å bekrefte at det forrige resultatet har energimensjoner (n.M = joule).

Ja_p allerede_v Dette er henholdsvis amplituder av trykk- og hastighetsbølgen, den gjennomsnittlige energien ε for lydbølgen er:

Lydintensitet

Lyden kan karakteriseres av en styrke som kalles intensitet.

Lydens intensitet er definert som energien som skjer i løpet av et sekund gjennom overflateenheten som er vinkelrett på lydutbredelsesretningen.

Ettersom energi per tidsenhet er strøm P, intensiteten til lyden Yo Det kan uttrykkes som:

Det kan tjene deg: Durometer: Hva er det for, hvordan fungerer, deler, typer

Hvor OG er den gjennomsnittlige energien, TIL er området og t Det er tiden. Hvis en sfærisk overflate av radio R er ment å omgi Sonora Fuente, hvis område er 4πr², Lydens intensitet gjenstår:

Folkens

Hver type lydbølge har en karakteristisk frekvens og bærer en viss energi. Alt dette bestemmer dens akustiske oppførsel. Ettersom lyd er så viktig for menneskeliv, blir lydtypene klassifisert i tre store grupper, i henhold til det hørbare frekvensområdet for mennesker:

- Infrasonido, hvis frekvens er mindre enn 20 Hz.

- Hørbart spekter, med frekvenser fra 20:00 til 20.000 Hz.

- Ultralyd, med frekvenser større enn 20.000 Hz.

Tonen til en lyd, det vil si hvis den er akutt, alvorlig eller medium, avhenger av frekvensen. De laveste frekvensene tolkes som alvorlige lyder, omtrent mellom 20 og 400 Hz.

Frekvenser mellom 400 og 1600 Hz regnes som mellomtoner, mens akutt varierer fra 1600 til 20.000 Hz. De akutte lydene er lette og gjennomtrengende, mens bassen blir oppfattet som dypere og forfalte.

Lydene som høres daglig er komplekse overlegg av lyder med forskjellige neste frekvenser.

Lyden har andre egenskaper bortsett fra frekvensen, som kan tjene som kriterier for deres klassifisering. Eksempel på dem er klokken, varigheten og intensiteten.

Utjevner består av filtre som eliminerer støy og forbedrer visse frekvenser for å forbedre lydkvaliteten. Kilde: Pixabay.

Bråk

Det er også viktig å skille mellom de ønskede og uønskede lyder eller støy. Siden den alltid søker å eliminere støy, er dette klassifisert etter intensitet og periode inn:

- Kontinuerlig støy.

- Svingende støy.

- Impulsiv støy.

Eller etter farger, koblet til frekvensen:

- Rosa støy (lik en "Shhhhhh).

- Hvit støy (lik en "Pssssss).

- Brown Noise (av Robert Brown, oppdageren av Brownian Movement, er en støy som veldig favoriserer lave frekvenser).

applikasjoner

Bruken gitt til akustisk energi avhenger av hvilken type lydbølge som brukes. I utvalget av hørbare bølger er den universelle bruken av lyd for å tillate nær kommunikasjon, ikke bare mellom mennesker, siden dyr også kommuniserer avgående lyder.

Lyder er allsidige. Hver er forskjellig i henhold til kilden som avgir den. På denne måten er mangfoldet av lyder i naturen uendelig: hver menneskelig stemme er annerledes, så vel som de karakteristiske lydene som dyrearter bruker for å kommunisere med hverandre.

Mange dyr bruker lydenergi for å være plassert i verdensrommet og også for å fange byttet sitt. De avgir akustiske signaler og har reseptororganer som analyserer de reflekterte signalene. På denne måten får de informasjon om avstander.

Mennesker mangler organer som er nødvendige for å bruke lydenergi på denne måten. Imidlertid har de laget veiledningsenheter som Sónar, basert på de samme prinsippene, for å lette navigasjonen.

På den annen side er ultralyd lydbølger hvis applikasjoner er velkjente. I medisin brukes de til å skaffe bilder fra det indre av menneskekroppen. De er også en del av behandlingen av noen tilstander som lumbago og senebetennelse.

Noen anvendelser av akustisk energi

- Med høy -energi -ultralyd, kan steiner eller beregninger som dannes i nyrene og galleblæren, ødelegges på grunn av nedbør av mineralsalter i disse organene.

Kan tjene deg: silisiumoksyd (SiO2): struktur, egenskaper, bruk, skaffelse

- I geofysikk brukes ultralyd. Prinsippene ligner på seismiske metoder. De kan brukes i applikasjoner som spenner fra å bestemme formen på den haviske lettelsen til vitner for å beregne de elastiske modulene.

- I matteknologi brukes de til å eliminere mikroorganismer som er resistente mot høye temperaturer, samt for å forbedre noen matteksturer og egenskaper.

Fordeler

Akustisk energi har fordeler som i stor grad skyldes det lave omfanget. Det er for eksempel ikke dyrt å produsere og genererer ikke kjemiske eller andre typer, siden det forsvinner raskt i midten.

Når det gjelder akustiske energikilder, er de mange. Ethvert objekt som er i stand til å vibrere kan bli en lydkilde.

Når det brukes i medisinske applikasjoner, for eksempel å skaffe bilder etter ultralyd, har det fordelen av å ikke bruke ioniserende stråling, for eksempel x -råter eller tomografi. Det er et faktum at ioniserende stråling kan forårsake celleskade.

Bruken deres krever også beskyttelsestiltak som er nødvendig når ioniserende stråling blir brukt. Lagene er også billigere.

Ultralydenergi er også en ikke -invasiv metode for å eliminere de nevnte nyre- og galleberegninger, og unngår dermed kirurgiske inngrep.

I prinsippet genererer det ikke forurensning verken i luften eller i vannet. Men det er kjent at det er støyforurensning i havet, på grunn av menneskelige aktiviteter som intensivt fiske, geofysisk prospektering og transport.

Ulemper

Det er vanskelig å tenke på ulempene som et fenomen så naturlig som lyd kan ha.

En av få er at store intensitetslyder kan skade strukturen i trommehinnen, og over tid gjør kontinuerlig utsatte mennesker mister følsomheten.

Veldig støyende miljøer ender opp med å forårsake stress og ubehag hos mennesker. En annen ulempe er kanskje det faktum at akustisk energi ikke tjener til å flytte gjenstander, og er veldig vanskelig å dra nytte av vibrasjoner for å påvirke faste gjenstander.

Dette er fordi lyden alltid krever eksistensen av et middel til å spre seg, og derfor blir den lett dempet. Det vil si at lydenergi blir absorbert i midten raskere enn for andre typer bølger, for eksempel elektromagnetisk.

Av denne grunn er energien til lydbølgene relativt kort rangering i luften. Lyden blir absorbert av strukturer og gjenstander når den sprer seg, og energien spredes gradvis i varmen.

Selvfølgelig er dette relatert til bevaring av energi: energi blir ikke ødelagt, men endrer form. Vibrasjonene av molekylene i luften blir ikke bare forvandlet til trykkendringer som gir opphav til lyden. Vibrasjoner gir også opphav til varme.

Lydabsorpsjon i materialer

Når lydbølger påvirker et materiale som for eksempel en murvegg, reflekteres en del av energien. En annen del blir spredt i varme, takket være molekylær vibrasjon av både luft og materiale; Og til slutt krysser den gjenværende brøkdelen materialet.

Dermed kan lydbølger gjenspeiles på samme måte som lyset gjør. Refleksjonen av lyd er kjent som "Echo". Jo mer stiv og ensartet overflaten, jo større er kapasiteten til å reflektere.

Kan tjene deg: rød dverg

Det er faktisk overflater som er i stand til å produsere flere refleksjoner som heter Etterklang. Vanligvis skjer dette i små områder og unngås ved å plassere isolerende materiale, slik at på denne måten overlapper bølgene og de som reflekteres.

Gjennom sin forplantning vil den akustiske bølgen oppleve alle disse påfølgende tapene til endelig energien er fullstendig absorbert i midten. Noe som betyr at det er blitt omdannet til kalorienergi.

Det er en styrke for å kvantifisere evnen til et materiale til å absorbere lyd. Kalles absorpsjonskoeffisient. Det er betegnet som α, og det er grunnen mellom absorbert energi OG_Abs og hendelsesenergi OG_inc, Alt refererer til det aktuelle materialet. Det uttrykker matematisk slik:

α = e_Abs/OG_inc

Maksimumsverdien på α er 1 (absorberer lyden helt) og minimum er 0 (la all lyden passere).

Lyd kan være en ulempe ved mange anledninger når stillhet er å foretrekke. For eksempel er biler installert lyddempere for å pute motorstøy. Til andre enheter som vannpumper og elektriske planter også.

Akustisk isolasjon er viktig i en innspillingsstudie. Kilde: Pixabay.

Lydenergieksempler

Lydenergi er overalt. Her er et enkelt eksempel som illustrerer lydens egenskaper og dens energi fra det kvantitative synspunktet.

Trening løst

En masse på 0,1 g faller fra en høyde på 1 m. Forutsatt at 0,05 % av energien blir en lydpuls av varighet 0.1 s, estimer hva som er den maksimale avstanden som pinnens fall kan høres. Ta som en minimum hørbar lydintensitet 10^-8 W/m².

Løsning

Ligningen som tidligere er gitt for lydintensitet vil bli brukt:

Et godt spørsmål er hvor lydens energi kommer fra i dette tilfellet, som hvis intensitet oppdager det menneskelige øret.

Svaret er i gravitasjonspotensiell energi. Nettopp fordi tappen faller fra en viss høyde, som den hadde potensiell energi, da den faller forvandler denne energien til kinetisk energi.

Og når den først har påvirket bakken, overføres energien til luftmolekylene som omgir høstens sted, noe som gir opphav til lyden.

Gravitasjonspotensiell energi ELLER er:

U = mgh

Hvor m Det er deigen på pinnen, g Det er akselerasjonen av tyngdekraften og h Det er høyden den falt. Erstatte disse numeriske verdiene, men ikke før du foretar de tilsvarende konverteringene i det internasjonale systemet med enheter, har du:

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

Uttalelsen sier at av denne energien, bare 0.05 % forvandler seg for å gi opphav til lydpulsen, det vil si til pin tintineo når den kolliderer mot gulvet. Derfor er lydenergien:

OG_lyd= 4.9 x 10^-7 J

Fra intensitetsligningen blir radioen ryddet R og lydenergiverdiene erstattes og_lyd Og tiden som varte i pulsen: 0.1 s i henhold til uttalelsen.

Derfor er den maksimale avstanden som pinnens fall vil være hørbar.24 m rundt.

Referanser

1. Giancoli, d.  2006. Fysikk: Prinsipper med applikasjoner. Sjette utgave. Prentice Hall. 332 - 359.
2. Kinsler, l. (2000). Grunnleggende om akustisk. 4. utg. Wiley & Sons. 124-125.