소리는 우리 주변에 있습니다. 우리는 소리를 사용하여 환경을 탐색하고 의사 소통하고 음악을 즐깁니다. 그러나 소리는 무엇입니까? 어떻게 만들어지며 한 위치에서 다른 위치로 어떻게 전송됩니까?
음파 란 무엇입니까?
소리는 일종의 기계적 파동 또는 물질의 진동입니다. 파동은 매체에서 한 위치에서 다른 위치로 이동하는 방해입니다. 여기서 핵심은 교란 자체가 이동하는 동안 매체의 지점이 제자리에서 진동한다는 것입니다.
예를 들어, 야구 경기에서 군중이하는 파도를 생각해보십시오. 좌석에 앉은 팬이 파도의 매개체 역할을합니다. 개별적으로 그들은 일어 서서 팔을 들어 올린 다음 다시 앉습니다. 제자리에서 진동합니다. 그러나 소란은 경기장 곳곳으로 이동합니다.
매체의 진동은 두 가지 유형 중 하나에서 발생하는 경향이 있습니다. 횡파는 방향에 대해 직각으로 진동합니다. 여행 (경기장의 청중과 마찬가지로)과 종파가 방향과 평행하게 진동합니다. 여행.
음파는 종파입니다. 음파가 공기와 같은 매체를 통해 전파 될 때 공기 분자가 진동하여 공기압으로 인해 압축 (고압 영역) 및 희박 (저압 영역)이 파동으로 공기 중 여행기.
한쪽 끝을 잡고 한 사람이 테이블에 걸쳐 펼쳐진 슬링 키와 같은 장난감 스프링을 생각해보십시오. 한 사람이 Slinky를 자신을 향해 뽑으면 Slinky 아래로 종파를 보냅니다. 더 가까운 간격 (압축)과 더 느슨한 간격 (희귀 반사) 인 Slinky 코일 영역을 볼 수 있습니다. Slinky의 특정 지점은 교란이 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 이동할 때 제자리에서 앞뒤로 진동합니다.
다시 말하지만, 이것은 공기 또는 다른 매체의 음파에서 발생하는 것과 정확히 일치합니다.
음파는 어떻게 생성됩니까?
다른 파동과 마찬가지로 음파는 초기 장애 또는 진동에 의해 생성됩니다. 예를 들어, 두드리는 소리굽쇠는 특정 주파수로 진동합니다. 움직일 때 주변의 공기 분자와 충돌하여 주기적으로 압축합니다.
압축 된 영역은이 에너지를 인접한 공기 분자로도 전달하고 교란은 공기를 통해 이동합니다. 귀는 에너지를 고막으로 전달하여 동일한 주파수로 진동하고 뇌에 의해 다음과 같이 해석됩니다. 소리.
당신이 말할 때, 당신은 당신의 후두 (당신의 기관 상단에있는 작은 속이 빈 관)를 진동시키고, 이것은 차례로 그 주위의 공기를 진동시키고, 소리 에너지를 청취자에게 전달합니다. 후두 조직을 수축 및 확장하고 입의 교합기 (입술, 혀 및 기타 입 구조)를 조작하여 다양한 소리를 만들 수 있습니다.
모든 물체는 같은 방식으로 소리를 생성하는 음원이 될 수 있습니다. 진동을 진동시키고 공기와 같은 인접한 매체로 전달합니다.
소리의 속도
건조한 공기에서 소리는 다음 속도로 이동합니다.
v = 331.4 + 0.6T_c
어디티씨섭씨 온도입니다. 표준 섭씨 20도 (화씨 68도)의 날에는 소리가 약 343.4m / s로 이동합니다. 그것은 시속 768 마일입니다!
음속은 미디어마다 다릅니다. 예를 들어 음파가 물에서 이동하는 속도는 1,437m / s보다 클 수 있습니다. 목재에서는 3,850 m / s입니다. 그리고 알루미늄에서 6,320 m / s를 초과합니다!
일반적으로 소리는 분자가 서로 가까이있는 물질에서 더 빠르게 이동합니다. 고체에서 가장 빠르게, 액체에서 두 번째로, 기체에서 가장 느리게 이동합니다.
실험: 소리의 속도 측정
간단한 실험을 통해 소리의 속도를 측정 할 수 있습니다. 이렇게하려면 소리를내는 소스 (소리굽쇠, 손뼉 또는 자신의 목소리)와 반사음이 필요합니다. 소스에서 알려진 거리 (예: 몇 미터 앞의 단단한 절벽 벽 또는 단순한 튜브).
소리가 나는 시간과 시간 사이의 시간 경과를 측정 할 수있는 장비 (및 / 또는 충분히 빠른 반사)가있는 경우 반 사면에서 나오는 반향을 통해 소스 위치로 돌아갑니다. 속도.
음원에서 반 사면까지의 거리를 두 배로 늘리기 만하면됩니다 (사운드가 소스를 표면으로 보낸 다음 다시 다시) 소리 방출과 에코.
예를 들어, 200m 깊이의 협곡에서 소리를 지르고 1.14 초 후에 에코를 수신한다고 가정합니다. 소리의 속도는 2 × 200 / 1.14 = 351m / s입니다.
소리의 속도를 뛰어 넘다
특정 항공기가 방음벽을 깨는 현상에 익숙 할 수 있습니다. 이것이 의미하는 바는 항공기가 음속보다 더 빠르게 비행한다는 것입니다. 이 속도를 초과하는 순간 소닉 붐을 일으 킵니다.
여행하는 항공기마하 1소리의 속도로 이동합니다. 마하 2는 음속의 두 배입니다. 세계에서 가장 빠른 항공기는 1967 년 10 월 3 일에 마하 6.7의 속도에 도달 한 북미 X-15였습니다.
육지에서 음속은 1997 년 10 월 15 일에 네바다의 Black Rock Desert에서 ThrustSSC 제트 카를 타고 시속 763.035 마일을 달린 Andy Green에 의해 깨졌습니다.
주파수 및 파장
파동의 주파수는 매질의 특정 지점에서 발생하는 초당 진동 수입니다. 1Hz = 1 / s 인 헤르츠 (Hz) 단위로 측정됩니다. 음파의 파장은 최대 압축의 두 연속 영역 사이의 거리입니다. 일반적으로 미터 (m) 단위로 측정됩니다.
음파의 속도,V,빈도와 직접 관련이 있습니다.에프파장 람다를 통해v = λf.
특정 매체에서 소리의 속도는 주파수 나 파장에 의존하지 않고 대신 특정 매체의 상수입니다. 음파의 주파수는 항상 음원의 주파수와 일치하므로 매체 나 파동 속도에 의존하지 않습니다.
따라서 두 개의 다른 매체에서 주파수는 동일하지만 속도는 매체에 따라 다르며 파장은 그에 따라 달라집니다. (높은 주파수는 작은 파장에 해당하며 그 반대의 경우도 마찬가지입니다.)
일반적으로 사람의 귀로 감지 할 수있는 주파수 범위는 64Hz에서 23kHz까지이지만 사람들은 나이가 들면서 더 높은 주파수를들을 수있는 능력을 잃는 경향이 있습니다. 대조적으로, 개는 최대 약 45kHz까지들을 수 있습니다 (이것이 개 휘파람에 반응하는 이유입니다 사람이들을 수 없음) 고양이는 최대 64kHz를들을 수 있고 돌고래는 최대 150 개를들을 수 있습니다. kHz!
"우주에서는 아무도 당신의 비명을들을 수 없습니다"
당신은 의심 할 여지없이 1979 년 영화에서이 인용구를 접했습니다.외계인, 사실입니다. 소리는 진공 상태에서 이동하지 않습니다. 매체가 필요하기 때문입니다. 소리가 전파 되려면 음원과 사용자 사이에 약간의 물질이 있어야합니다.
그래서 영화에서 큰 폭발과 함께 보는 우주 전투 장면 모두? 완전히 거짓입니다! 통과 할 매체가 없기 때문에 소리가 나지 않습니다.
사운드 강도 및 사운드 에너지
사운드 강도,나는, 단위 면적당 음력입니다. 사운드 강도의 SI 단위는 watts / m입니다.2 어디나는0 = 10-12 W / m2 인간의 청력에 대한 임계 값으로 간주됩니다. 구어 적으로 소리의 강도는 소리의 "큰 소리"라고 생각하는 것입니다.
감지 된 소리의 크기를 나타내는 일반적인 방법은 데시벨 (dB) 스케일을 사용하는 것입니다. 여기서 소리의 강도는 데시벨입니다.
이 음계는 사람이 음량을 선형으로 인식하지 않기 때문에 유용합니다. 즉, 강도가 두 배인 소리는 조용하게 시작했을 때는 두 배 이상, 이미 약간 크게 시작하면 두 배 미만으로 보일 수 있습니다. 데시벨 스케일은 우리의 인식과 더 일치하는 숫자를 제공합니다.
가벼운 호흡 소리는 약 10dB, 식당에서의 대화는 약 60dB입니다. 1,000 피트에서의 제트 비행은 약 100dB입니다. 경계선의 고통스러운 천둥 소리는 120dB이고 고막은 150dB에서 파열됩니다.
음파의 에너지는 강도와 직접 관련이 있습니다. 강도 단위, W / m2, J / (sm2) 또는 제곱미터 당 초당 줄 단위의 에너지.
악기
소리의 속도는 파동의 주파수가 아니라 매질에만 의존한다는 것을 기억하십시오. 그렇지 않으면 콘서트를 듣는 것이 끔찍한 경험이 될 것이고 다른 음표가 순서대로 도달하지 못하기 때문에 이것은 좋은 일입니다.
소리의 다른 주파수는 다른 피치 또는 음표에 해당합니다. 가수가 노래를 부를 때 후두의 크기와 모양을 변경하여 다른 주파수를 생성합니다. 악기는 일반적으로 튜브, 파이프 또는 현을 따라 정상파를 생성하여 순수한 음색의 사운드를 생성하도록 설계되었습니다.
기타와 같은 현악기를 고려하십시오. 뽑아 낸 현이 진동하는 빈도는 질량 밀도 (단위 길이 당 질량의 양), 현의 장력 (단단하게 고정 된 정도) 및 길이에 따라 다릅니다. 기타를 보면 각 현의 두께가 다른 것을 알 수 있습니다. 핸들 끝에있는 튜닝 노브를 사용하여 현 장력을 조절할 수 있으며 프렛은 연주 할 때 손가락을 넣어 줄 길이를 변경하여 다양한 메모.
반대로 목관 악기는 (후두처럼) 공기 기둥에서 정재파가 생성 될 수있는 속이 빈 관으로 구성됩니다. 이러한 악기의 다양한 톤 홀을 통해 형성 할 수있는 정상파의 유형을 변경하여 연주 할 수있는 음표를 변경할 수 있습니다.
트롬본과 같은 악기의 경우 슬라이드를 앞뒤로 움직여서 튜브 길이를 조정하여 서로 다른 주파수 정상파를 허용하여 서로 다른 음을 연주 할 수 있습니다.
드럼과 같은 타악기는 멤브레인 (드럼 헤드와 같은)의 진동에 의존합니다. 기타의 현을 뽑는 것과 마찬가지로 드럼 헤드를 다른 위치에서 치면 멤브레인에 정상파가 형성되어 사운드가 생성됩니다. 소리의 주파수와 품질은 멤브레인의 크기, 두께 및 장력에 따라 다릅니다.