Schallenergieeigenschaften, Typen, Verwendungen, Vorteile, Beispiele

Der Schall Energie o Akustik ist eine, die Schallwellen transportiert, wenn sie sich in einem Medium ausbreiten, das ein Gas wie Luft, eine Flüssigkeit oder ein Feststoff sein kann. Menschen und viele Tiere nutzen akustische Energie, um sich auf die Umwelt zu beziehen.

Dazu haben sie spezielle Organe, zum Beispiel Stimmkabel, die Vibrationen erzeugen können. Diese Schwingungen werden in der Luft transportiert, um andere spezialisierte Organe zu erreichen, die für ihre Interpretation verantwortlich sind.

Akustische Energie übersetzt sich in Musik durch den Klarinettenklang. Quelle: Pixabay

Vibrationen verursachen aufeinanderfolgende Kompressionen und Erweiterungen in der Luft oder im Medium, die die Quelle umgeben, die sich mit etwas Geschwindigkeit ausbreiten. Es sind nicht die Partikel, die reisen, sondern sich auf das Oszillieren in Bezug auf ihre Gleichgewichtsposition beschränken. Die Störung ist das, was übertragen wird.

Nun, wie bekannt, haben die Objekte, die sich bewegen. So tragen auch die Wellen, wie sie in der Mitte reisen.

[TOC]

Eigenschaften

Wie bekannt ist, haben die Objekte, die sich bewegen. So tragen die Wellen in der Mitte die Energie, die mit der Bewegung der Partikel (kinetische Energie) und der Verformungsenergie der potenziellen Umgebung oder Energie verbunden ist.

Angenommen, ein sehr kleiner Teil des Mediums, der die Luft sein kann, jedes Teilchen mit Geschwindigkeit oder, Es hat kinetische Energie K gegeben durch:

K = ½ mu²

Darüber hinaus hat das Teilchen potenzielle Energie ODER Das hängt von der Änderung des Volumens ab, die es erlebt, sein Sein Vo Das Anfangsvolumen, V Der letzte Band und P Der Druck, der von der Position und Zeit abhängt:

Das negative Vorzeichen zeigt eine Erhöhung der potentiellen Energie an, da die Welle durch Ausbreitung auf das Volumenelement funktioniert Dv Bei der Komprimierung des positiven akustischen Drucks.

Die Masse des Fluidelements in Bezug auf die anfängliche Dichte ρ_entweder und das anfängliche Volumen V_entweder Ist:

M_entweder= ρ_entwederV_entweder

Und wie der Teig erhalten bleibt (Prinzip des Massenschutzes):

ρv = ρ_entwederV_entweder = konstant

Daher bleibt die Gesamtenergie wie folgt:

Berechnung der potentiellen Energie

Integral kann mit Hilfe des Prinzips des Massenschutzes gelöst werden

M_entweder = m_F

Die Ableitung einer Konstante beträgt 0, also (ρV) ' = 0. Deshalb:

Dv = (-v/ρ) dρ

Isaac Newton stellte fest::

(dp/dρ) = c²

Wo C repräsentiert die Schallgeschwindigkeit in der fraglichen Flüssigkeit. Durch das Ersetzen der oben genannten wird die potentielle Energie des Mediums erhalten:

Schließlich wird die gesamte akustische Energie eines Volumenelements ausgedrückt als:

Für eine flache Welle ist es wahr, dass: P =  ± (ρc) u, Daher bleibt die Energie:

Wie immer wird Energie in Joule im internationalen System gemessen. Es ist leicht zu überprüfen, ob das vorherige Ergebnis Energieabmessungen aufweist (n.M = Joule).

Ja_P bereits_v Dies sind die Amplituden des Drucks und der Geschwindigkeitswelle, die durchschnittliche Energie ε der Schallwelle lautet:

Schallintensität

Der Klang kann durch eine sogenannte Größe gekennzeichnet werden Intensität.

Die Intensität des Schalls ist definiert als die Energie, die in einer Sekunde durch die Oberflächeneinheit auftritt, die senkrecht zur Schallausbreitungsrichtung ist.

Als Energie pro Zeiteinheit ist Strom P, Die Intensität des Klangs Yo Es kann ausgedrückt werden als:

Es kann Ihnen dienen: Durometer: Wofür ist es, wie funktioniert, wie funktioniert, Teile, Typen

Wo UND ist die durchschnittliche Energie, ZU ist der Bereich und T Es ist die Zeit. Wenn eine kugelförmige Oberfläche von Radio R die Sonora Fuente umgeben soll, deren Fläche 4πr ist², Die Intensität des Klangs bleibt:

Leute

Jede Art von Schallwelle hat eine charakteristische Frequenz und trägt eine bestimmte Energie. All dies bestimmt sein akustisches Verhalten. Da der Klang für das menschliche Leben so wichtig ist, werden die Arten von Klängen nach dem hörbaren Frequenzbereich für den Menschen in drei große Gruppen eingeteilt:

- Infrasonido, dessen Häufigkeit weniger als 20 Hz beträgt.

- Hörbares Spektrum mit Frequenzen von 20 bis 20 Uhr.000 Hz.

- Ultraschall mit Frequenzen von mehr als 20.000 Hz.

Der Ton eines Klangs, dh, wenn er akut, ernst oder mittel ist, hängt von der Frequenz ab. Die niedrigsten Frequenzen werden als schwerwiegende Geräusche zwischen 20 und 400 Hz interpretiert.

Frequenzen zwischen 400 und 1600 Hz werden als Mitteltöne angesehen, während akutes Akut von 1600 bis 20 liegt.000 Hz. Die akuten Geräusche sind leicht und durchdringend, während der Bass als tiefer und überfällig empfunden wird.

Die täglich zugehörten Geräusche sind komplexe Überlagerungen von Klängen mit verschiedenen nächsten Frequenzen.

Der Klang hat andere Eigenschaften, abgesehen von der Frequenz, die als Kriterien für ihre Klassifizierung dienen können. Beispiel dafür sind die Glocke, Dauer und Intensität.

Equalizer besteht aus Filtern, die Rauschen beseitigen und bestimmte Frequenzen verbessern, um die Klangqualität zu verbessern. Quelle: Pixabay.

Lärm

Es ist auch wichtig, zwischen den gewünschten und unerwünschten Geräuschen oder Lärm zu unterscheiden. Da es immer versucht, Rauschen zu beseitigen, wird dies nach Intensität und Periode eingestuft in:

- Kontinuierliches Geräusch.

- Schwankendes Geräusch.

- Impulsives Geräusch.

Oder nach Farben, verbunden mit seiner Frequenz:

- Rosa Rauschen (ähnlich einem "Shhhhhh”)).

- Weißes Geräusch (ähnlich einem "PSSSSSS”)).

- Brown Lärm (von Robert Brown, dem Entdecker der Brownschen Bewegung, ist ein Geräusch, das die niedrigen Frequenzen erheblich bevorzugt).

Anwendungen

Die Verwendung der akustischen Energie hängt von der Art der verwendeten Schallwelle ab. Im Bereich der hörbaren Wellen besteht der universelle Einsatz von Klang darin, eine enge Kommunikation nicht nur zwischen Menschen zu ermöglichen, da Tiere auch emittierende Klänge kommunizieren.

Geräusche sind vielseitig. Jeder unterscheidet sich je nach der Quelle, die sie emittiert. Auf diese Weise ist die Vielfalt der Geräusche in der Natur unendlich: Jede menschliche Stimme ist unterschiedlich sowie die charakteristischen Klänge, die Tierarten verwenden, um miteinander zu kommunizieren.

Viele Tiere nutzen Schallenergie, um sich im Weltraum zu befinden und auch ihre Beute zu fangen. Sie emittieren akustische Signale und haben Rezeptororgane, die die reflektierten Signale analysieren. Auf diese Weise erhalten sie Informationen über Entfernungen.

Menschen fehlen die Organe, die erforderlich sind, um Klangenergie auf diese Weise. Sie haben jedoch Leitlinien wie Sónar erstellt, die auf denselben Grundsätzen basieren, um die Navigation zu erleichtern.

Andererseits sind Ultraschall Schallwellen, deren Anwendungen bekannt sind. In der Medizin werden sie verwendet, um Bilder aus dem Inneren des menschlichen Körpers zu erhalten. Sie sind auch Teil der Behandlung einiger Erkrankungen wie Lumbago und Sehnenentzündung.

Einige Anwendungen von akustischer Energie

- Mit hohem Ultraschall, Steinen oder Berechnungen, die sich in den Nieren und der Gallenblase bilden.

Kann Ihnen dienen: Siliziumoxid (SiO2): Struktur, Eigenschaften, Verwendungen, erhalten

- In Geophysik werden Ultraschall als Prospektionsmethoden verwendet. Seine Prinzipien ähneln denen seismischer Methoden. Sie können in Anwendungen verwendet werden, die von der Bestimmung der Form der ozeanischen Erleichterung bis hin zu Zeugen bis zur Berechnung der Elastizitätsmodule reichen.

- In der Lebensmitteltechnologie werden sie verwendet, um Mikroorganismen zu eliminieren, die gegen hohe Temperaturen resistent sind, sowie um einige Lebensmittelstruktur und Qualitäten zu verbessern.

Vorteile

Akustische Energie hat Vorteile, die zum großen Teil auf seinen niedrigen Bereich zurückzuführen sind. Zum Beispiel ist es nicht teuer zu produzieren und erzeugt weder chemische oder andere Typen, da es sich schnell in der Mitte löst.

Was akustische Energiequellen betrifft, so sind sie zahlreich. Jedes Objekt, das vibrieren kann, kann zu einer Schallquelle werden.

Wenn beispielsweise in medizinischen Anwendungen verwendet wird, beispielsweise Bilder nach Ultraschall erhalten, hat es den Vorteil, keine ionisierende Strahlung wie X -Strahlen oder Tomographie zu verwenden. Es ist eine Tatsache, dass ionisierende Strahlung Zellschäden verursachen kann.

Ihre Verwendung erfordert auch die Schutzmaßnahmen, die bei der Anwendung ionisierender Strahlung benötigt werden. Die Teams sind auch billiger.

Außerdem ist Ultraschallenergie eine nichtinvasive Methode, um die oben genannten Berechnungen der Nieren- und Gallen zu beseitigen und so chirurgische Eingriffe zu vermeiden.

Im Prinzip erzeugt es weder in der Luft noch in den Gewässern Kontamination. Es ist jedoch bekannt, dass in den Meeren die Lärmbelastung aufgrund menschlicher Aktivitäten wie intensives Fischen, geophysikalischer Prospektion und Transport vorhanden ist.

Nachteile

Es ist schwierig, über die Nachteile nachzudenken, die ein Phänomen so natürlich wie Klang haben kann.

Einer der wenigen ist, dass Sounds intensität die Struktur des Trommelfells schädigen können und im Laufe der Zeit kontinuierlich exponierte Menschen ihre Sensibilität verlieren.

Sehr laute Umgebungen verursachen bei Menschen Stress und Beschwerden. Ein weiterer Nachteil ist vielleicht die Tatsache, dass akustische Energie nicht dazu dient, Objekte zu bewegen, da es sehr schwierig ist, Schwingungen zu nutzen, um feste Objekte zu beeinflussen.

Dies liegt daran. Das heißt, Schallenergie wird in der Mitte schneller absorbiert als die anderer Arten von Wellen, zum Beispiel elektromagnetisch.

Aus diesem Grund ist die Energie der Schallwellen relativ kurz in der Luft. Der Schall wird von Strukturen und Objekten absorbiert, während er sich ausbreitet, und seine Energie löst sich allmählich in Wärme auf.

Dies hängt natürlich mit der Energieerhaltung zusammen: Energie wird nicht zerstört, sondern verändert die Form. Die Schwingungen der Moleküle in der Luft werden nicht nur in Druckänderungen verwandelt, die zum Klang führen. Vibrationen führen auch zu Hitze.

Schallabsorption in Materialien

Wenn Schallwellen ein Material wie eine Ziegelmauer beeinflussen, wird beispielsweise ein Teil der Energie reflektiert. Ein weiterer Teil wird dank der molekularen Schwingung von Luft und Material in Hitze abgelöst. Und schließlich kreuzt der verbleibende Fraktion das Material.

Somit können Schallwellen genauso reflektiert werden wie das Licht. Die Reflexion des Klangs ist als "Echo" bekannt. Je starr und gleichmäßiger die Oberfläche, desto größer die Fähigkeit zu reflektieren.

Kann Ihnen dienen: Roter Zwerg

Tatsächlich gibt es Oberflächen, die mehrere Reflexionen erzeugen können, die genannt werden Nachhall. Normalerweise tritt dies in kleinen Räumen auf und wird durch das Platzieren von Isoliermaterial vermieden, so dass auf diese Weise die Wellen emittiert und die reflektierten nicht überlappen, das Gehör nicht überlappt.

Während ihrer Ausbreitung wird die akustische Welle all diese aufeinanderfolgenden Verluste erleben, bis schließlich die Energie in der Mitte vollständig absorbiert wird. Was bedeutet, dass es in Kalorienergie umgewandelt wurde.

Es besteht eine Größe, um die Fähigkeit eines Materials zu quantifizieren, Schall zu absorbieren. Wird als Absorptionskoeffizient bezeichnet. Es wird als α bezeichnet, und es ist der Grund zwischen den absorbierte Energie UND_Abs und das einfallende Energie UND_Inc, Alle beziehen sich auf das fragliche Material. Es drückt mathematisch so aus:

α = e_Abs/UND_Inc

Der maximale Wert von α beträgt 1 (absorbiert den Schall vollständig) und das Minimum beträgt 0 (lassen Sie den gesamten Schall passieren).

Klang kann bei der Stille bei der Stille ein Nachteil sein. Zum Beispiel werden Autos eingebaut. Auch andere Geräte wie Wasserpumpen und Elektromanpflanzen.

Die akustische Isolation ist in einer Aufzeichnungsstudie wichtig. Quelle: Pixabay.

Beispiele für Schallenergie

Schallenergie ist überall. Hier ist ein einfaches Beispiel, das die Eigenschaften des Klangs und seine Energie aus quantitativer Sicht veranschaulicht.

Übung gelöst

Ein 0,1 g Massenstift fällt aus einer Höhe von 1 m. Angenommen, 0,05 % seiner Energie werden zu einem Schallpuls der Dauer 0.1 s, schätzen Sie, was ist der maximale Abstand, in dem der Fall des Stifts gehört werden kann. Nehmen Sie als minimales hörbares Geräuschintensität 10^-8 W/m².

Lösung

Die zuvor für die Schallintensität angegebene Gleichung wird verwendet:

Eine gute Frage ist, woher die Klangergie in diesem Fall kommt, deren Intensität das menschliche Ohr erkennt.

Die Antwort liegt in der gravitativen potentiellen Energie. Gerade weil der Stift von einer bestimmten Höhe fällt, zu der er potentielle Energie hatte, da er fällt, verwandelt er diese Energie in kinetische Energie.

Und sobald es den Boden beeinflusst, wird die Energie auf die Luftmoleküle übertragen, die den Ort des Sturzes umgeben, was den Klang hervorruft.

Gravitationspotentialergie ODER Ist:

U = mgh

Wo M Es ist der Teig des Stifts, G Es ist die Beschleunigung der Schwerkraft und H Es ist die Höhe, aus der es gefallen ist. Ersetzen Sie diese numerischen Werte, jedoch nicht bevor Sie die entsprechenden Conversions im internationalen Einheitensystem vornehmen, und haben Sie:

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

In der Aussage heißt es, dass diese Energie nur 0.05 % verwandelt sich, um den Schallpuls zu entstehen, dh zum Pin Tintino, wenn er gegen den Boden zusammenstößt. Daher ist die Schallenergie:

UND_Klang= 4.9 x 10^-7 J

Aus der Intensitätsgleichung wird das Radio gelöscht R und die Schallenergiewerte werden ersetzt und_Klang Und die Zeit, die den Puls dauerte: 0.1 s gemäß der Erklärung.

Daher beträgt der maximale Abstand, zu dem der Sturz des Stifts hörbar ist.24 m um.

Verweise

1. Giancoli, d.  2006. Physik: Prinzipien mit Anwendungen. Sechste Ausgabe. Prentice Hall. 332 - 359.
2. Kinsler, l. (2000). Grundlagen der Akustik. 4. Aufl. Wiley & Söhne. 124-125.