Въведение в звук: обобщение

Звуковите вълни са по посоката на движението (надлъжни) в среда като въздух. Молекулите на средата вибрират напред-назад от позицията си на равновесие. Поради това молекулите биват компресирани (притиснати) в някои части на вълната, което води до различия в налягането с предвидим модел. Например, когато един музикант духне в тръба като флейта, създаденият звук излиза като вълни, които се движат по дължината на тръбата.

Точно както при другите вълни, енергията на звуковите вълни се увеличава с амплитудата на вълната. Силата на звука също се увеличава с амплитудата на вълната.

В отворени и затворени тръби звуковите вълни могат да съществуват като стоящи вълни, стига да има поне един възел.

В отворена тръба средата (например въздух) при отворените краища вибрира хоризонтално, успоредно на дължината на тръбата. Това означава, че стоящата вълна има върхове на преместването при краищата на тръбата за всички хармонични вълни и възел в средата за фундаменталната вълна.

Най-простата стояща вълна в една отворена тръба е фундаменталната, която има $2$‍ върха и $1$‍ възел. Следователно има половин дължина на вълната между върховете. За отворена тръба с дължина $L$‍, дължината на вълната $\lambda$‍ на стоящата вълна, която съответства на фундаменталната честота, е:

Където фундаменталната честота е:

Стоящи вълни с всяко кратно цяло число на фундаменталната честота могат да се поберат в отворена тръба.

Друг начин да разглеждаме стоящите вълни в отворени тръби е като вместо това разгледаме как въздушното налягане варира по дължината на тръбата. За отворени тръби въздушното налягане в краищата се изравнява с атмосферното. Следователно налягането остава константа при отворените краища и те са възли на налягане.

Въздушните молекули не са свободни да вибрират напред-назад успоредно на тръбата, така че стоящата вълна има възел в затворения край. Отвореният край на тръбата е винаги връх, тъй като въздушните молекули могат да вибрират хоризонтално успоредно на дължината на тръбата.

Най-простият случай на стояща вълна в затворена тръба е с $1$‍ връх и $1$‍ възел. Следователно има само една-четвърт от една дължина на вълната между върховете. За затворена тръба с дължина $L$‍ стоящата вълна, която съответства на фундаменталната честота, е:

Фундаменталната честота е:

За затворени тръби можем да имаме хармоници само с нечетни числа дължини на вълните, понеже затворените тръби, по определение, имат възел в единия край и връх в другия, така че няма начин да са налични дължини на вълните четни числа.

Можем също да разгледаме стоящите вълни в затворени тръби по отношение на въздушното налягане по дължината на тръбата. За затворени тръби въздушното налягане в затворения край варира, тъй като не е нужно да се изравнява с атмосферата. Налягането в отворения край е константа, така че вълната на налягането има възел в отворения край и връх в затворения край.

Понякога хората забравят, че звуковите вълни изискват среда. Звуковите вълни не могат да се движат през вакуум (празно пространство), понеже няма въздушни молекули, които да вибрират и да създадат вариации в налягането.

За по-задълбочено обяснение за звуковите вълни, виж видеоклиповете ни:

За да провериш наученото от теб и да задълбочиш придобитите знания, виж нашите упражнения: