Embed Size (px)
Citation preview
198
8. ACUSTICA
8
199
CUPRINS
Nr. crt.
TEMA Pagina
1. Obiective 200 2. Organizarea sarcinilor de lucru 200 3. Topicul 1
Acustica: Unde sonore. Sunetele şi percepţia lor.
201
4. Exemplu ilustrativ 1 205 5. Topicul 2
Intensitatea şi tăria undelor. 208
6. Exemplu ilustrativ 2 211 7. Topicul 3
Ultrasunetele 219
8. Exemplu ilustrativ 3 221 9. TEST DE AUTOEVALUARE 224 10. REZUMAT 225 11. Rezultate aşteptate 226 12. Termeni esenţiali 226 13. Recomandări bibliografice suplimentare 227 14. TEST DE EVALUARE 238
200
OBIECTIVE
Organizarea sarcinilor de lucru Parcurgeţi cele trei topice ale cursului. La fiecare topic urmăriţi exemplele ilustrative. Fixaţi principalele idei ale cursului, prezentate în rezumat. Completaţi testul de autoevaluare. Timpul de lucru pentru parcurgerea testului de evaluare
este de 15 minute.
Obiectivele acestui curs sunt: Să înţeleagă conceptul de acustică ca parte a fizicii. Să definească sunetul. Să-şi însuşească fenomenul de producere şi propagare a
sunetelor. Să cunoască şi să diferenţieze cele două noţiuni,
intensitatea undei şi presiunea undei. Să-şi însuşească calităţile sunetului. Să definească ultrasunetul.
201
Acustica: Unde sonore
Undele sonore sunt unde longitudinale, viteza lor are toate caracteristicile vitezei de propagare a undelor longitudinale [28,32]. Viteza de propagare a undelor sonore în substanţe solide şi lichide este dată de relaţia:
0B
v (8.1)
unde, B, este modulul de compresabilitate care în cazul corpurilor solide este tocmai modulul de elasticitate al lui Young, E, iar ρ0 este densitatea corpului în lipsa compresiei. În cazul gazelor, viteza este dată de relaţia:
MRT
C
Cv
V
P (8.2)
unde prin, Cp, şi, Cv, s-au notat căldurile specifice la presiune şi volum constant, R, - constanta universală a gazelor, prin, T, – temperatura absolută şi prin, M, – masa molară. Viteza cea mai mare o are sunetul care se propagă prin Hidrogen, şi creşte cu creşterea temperaturii. Experimental s-a măsurat viteza sunetului în aer la 0°C, care este vs = 332 m/s.
Definiţie: Acustica este acea parte a fizicii care se ocupă cu studiul producerii, propagării şi proprietăţile sunetelor.
TOPICUL 1
Acustica Unde sonore
Sunetele şi percepţia lor
202
Sunetele şi percepţia lor
Fig. 8.1 Sursele sonore produc unde mecanice capabile să impresioneze urechea, organul auditiv uman
Condiţiile care trebuie îndeplinite de undele sonore pentru a fi percepute de ureche: Să fie emise de o sursă de sunete. Să existe un mediu elastic între sursa de sunete şi receptor. Frecvenţa de oscilaţie să fie cuprinsă între 16 Hz şi 20 000 Hz. Puterea undelor sonore trebuie să fie suficientă pentru a produce o senzaţie auditivă. Sau, cu alte cuvinte, să aibă o intensitate mai mare decât aşa numitul prag auditiv (aprox. 10ˉ¹² W/m² la o frecvenţă de 1 kHz.) Sunetul trebuie să depăşească durata minimă pentru ca organul auditiv să-l sesizeze ( ≥ 0.05 s).
Definiţie: Oscilaţiile mecanice care au frecvenţa de oscilaţie dedesubtul limitei de audibilitate (sub 16 Hz) se numesc infrasunete.
Definiţie: Oscilaţiile mecanice care au frecvenţa de oscilaţie deasupra limitei de audibilitate (peste 20 kHz) se numesc ultrasunete.
Definiţie: Numim sunete, oscilaţiile mecanice capabile să impresioneze organul auditiv al omului care este urechea (receptorul).
203
În afară de ureche, sunetele mai pot fi recepţionate şi de dispozitive, ca de exemplu, microfonul.
Producerea şi propagarea sunetelor Sunetele se pot produce în corzi vibrante (vioara, corzi vocale, etc.), coloane de aer vibrante (orga, clarinet, etc.) şi plăci şi membrane vibrante (xilofon, difuzor, toba, etc.).
Oricare ar fi mediul elastic în care se propagă sunetul nu implică transport de substanţă, ci doar transport de energie. Acest transfer se realizează prin intermediul particulelor mediului străbătut. De aici rezultă că sunetul nu se poate produce în vid. De obicei corpurile care emit sunete se găsesc în spaţiu, iar dacă nu sunt împiedicate sunetele se vor răspândi în toate direcţiile [1,20]. De exemplu, într-o coardă fixată la ambele capete, se produc unde sonore staţionare dacă este îndeplinită următoarea condiţie:
2
nl (8.3) unde l este lungimea corzii. În acest caz frecvenţa oscilaţiilor emise de coardă este:
022nv
lc
n
nl
ccvn
(8.4)
unde, c, este viteza sunetului iar:
Definiţie: Corpurile capabile să emită sunete în condiţii determinate se numesc surse sonore.
Definiţie: Sunetele sunt produse de corpuri sau medii elastice aduse în stare de oscilaţie.
CONCLUZIE
204
lc
v20 (8.5)
este frecvenţa fundamentală.
Sunetele produse de o coardă au frecvenţele multiplu întreg al frecvenţei fundamentale.
Fig. 8.2 Modul fundamental şi primele trei armonice superioare în care poate să vibreze o coardă fixată la capete
CONCLUZIE Acustica este acea parte a fizicii care se ocupă cu studiul producerii, propagării şi proprietăţile sunetelor.
Definiţie: Sunetul care are frecvenţa egală cu un multiplu întreg al frecvenţei fundamentale, v0 se numeşte armonică.
Definiţie: Zgomotul reprezintă o suprapunere de unde periodice dacă numărul componentelor este foarte mare.
Definiţie: Sunetul care are frecvenţa egală cu v0 se numeşte sunet fundamental.
CONCLUZIE
205
Efectul Doppler
Există două cazuri particulare:
I. Receptorul fix şi sursa mobilă Fie un receptor situat într-un punct B şi care recepţionează undele emise de o sursă situată într-un punct A. Timpul în care ajung acestea la receptor, dacă distanţa dintre sursă şi receptor este o lungime de undă, este:
cT
(8.6)
Fig. 8.3 Sunetul recepţionat de către un observator fix are o frecvenţă diferită faţă de frecvenţa sursei
Dacă sursa ar fi în repaus distanţa AB ar rămâne egală cu lungimea de undă, λ dar dacă sursa se găseşte în mişcare cu viteza, v, atunci distanţa sursă observator se micşorează în timp de o perioadă cu:
Enunţ: Dacă o sursă se mişcă faţă de un receptor atunci frecvenţa cu care se recepţionează undele depinde de viteza relativă a receptorului faţă de sursă.
EXEMPLU ILUSTRATIV 1:
206
TvAA ' (8.7) astfel în mediu imobil se va propaga o undă cu lungimea de undă:
Tv ' (8.8) care se va propaga cu viteza c înt-o perioadă T ':
cT
''
(8.9)
de unde dacă împărţim ecuaţia (C8.26) cu c avem:
cvc
TcTv
TTcTv
cc
''
(8.10) iar frecvenţa care este inversul perioadei este:
vcc
vv
' (8.11) care este frecvenţa (mai înaltă decât în cazul static) dacă sursa se apropie de receptor, şi care se transformă în mod evident în:
vcc
vv
' (8.12) (mai joasă decât în cazul static) dacă sursa se îndepărtează de observator.
Exemple de situaţii în care se evidenţiază efectul Doppler – Fizeau, la apropierea şi la îndepărtarea surselor sonore de observator.
http://inmemory.orgfree.com/img/8_html_m26a93f0.jpg
http://inmemory.orgfree.com/img/8_html_ca9982c.jpg
207
II. Receptorul mobil şi sursa fixă
Fig. 8.4 Sunetul recepţionat de către un observator mobil de la o sursă
fixă are o frecvenţă diferită faţă de frecvenţa sursei Fie, ν, frecvenţa cu care emite sursa A. În punctul B aceste unde emise de A sunt recepţionate. Dacă receptorul B se mişcă spre sursa A cu viteza, v, atunci în unitatea de timp numărul undelor recepţionate este mai mare cu:
c
vcvvlsvBB
v
'
(8.13)
de unde frecvenţa cu care se recepţionează unda este:
cv
vv '
c
cvcv
v
' (8.14) dacă receptorul se apropie de sursă şi:
c
cvv
' (8.15)
dacă receptorul se îndepărtează de sursă. Prin combinarea celor două cazuri se obţine:
s
r
vccv
v
' (8.16)
unde vr este viteza receptorului iar vs viteza sursei. Primul semn fiind considerat la apropierea relativă dintre sursă şi receptor, iar semnul de jos fiind folosit la îndepărtarea relativă dintre sursă şi receptor.
208
Persoanele de pe scaunele caruselului aud muzica difuzoarelor de la sol diferit când urcă faţă de când coboară, precum şi persoanele din coloanele din parada care aud muzică famfarei altfel când se apropie de fanfară decât după ce au trecut şi se îndepărtează de famfară.
Procesul de propagare a undelor mecanice şi deci cele sonore, înseamnă propagarea mişcării, ceea ce semnifică o propagare a energiei. Fie o undă sonoră (longitudinală) ce se propagă într-un mediu elastic (aerul) [31,42]. Să considerăm funcţia de undă ca fiind ψ(x,t) se consumă
http://inmemory.orgfree.com/img/8_html_m672e53ff.jpg
http://inmemory.orgfree.com/img/8_html_3ea8a790.jpg
Intensitatea şi tăria undelor
TOPICUL 2
209
o energie pentru învingerea forţei elastice care se opune deformării. Puterea consumată este:
tF
tW
vFP
(8.17) unde s-a considerat că viteza de deformare este
tv
Pentru o undă sinusoidală:
)sin(22
sin2sin),( xktAxtT
AX
Tt
Atx
(8.18)
unde s-a definit vectorul de undă:
vT
vk
22
(8.19)
Forţa se poate exprima din legea lui Hooke:
xESF
xE
SF
ll
ESF
0
(8.20)
Derivata parţială a funcţiei de undă în funcţie de timp este:
)cos(),(
xktAt
tx
(8.21)
Iar derivata parţială a funcţiei de undă în funcţie de spaţiu este:
)cos()cos(),(
xktv
AkxtAktx
s
(8.22)
Iar din (8.1):
20
0svE
Ev
(8.23)
Puterea transmisă secţiunii vecine de către secţiunea deformată este atunci:
)(cos
)cos()cos(
2220
20
xktSAVt
W
xktAxktV
SAvtx
ESt
W
s
ss
8.24)
care este întotdeauna o mărime pozitivă. Valoarea medie a puterii este dată de relaţia generală:
210
dtxktSAvT
dtt
WTt
W T
s
T
)(cos11 222
00
0
(8.25)
care devine 22
00
2220 2
12cos
1 SAvdtxktTT
SAvt
Ws
T
s
(8.26)
2202
11
Avt
WS
I s (8.27)
Issss vl
tW
Sl
vl
tW
vSl
tvSW
lSW
VW
w
)()( (8.28)
de unde:
2202
1 Aw (8.29) Intensitatea undei este legată de densitatea de energie medie prin viteza de propagare a undei:
svw I (8.30) Unităţile de măsură ale mărimilor implicate sunt:
3
2
mW
vw
mW
St
W
Wt
W
s
s
I
I (8.31)
Deoarece ωA = umax – viteza maximă de oscilaţie a elementului de volum, intensitatea undei devine:
2max02
1uvsI (8.32)
Definiţie: Densitatea medie de energie, w, transportată de undă în unitatea de timp este:
Definiţie: Fluxul de energie prin unitatea de suprafaţă, adică energia transportată de undă în unitatea de timp prin unitatea de suprafaţă se numeşte intensitatea undei.
211
Presiunea undelor
Undele longitudinale în gaze presupun comprimări şi destinderi succesive realizate prin deplasarea oscilatorie a particulelor mediului pe direcţia de propagare a undei. Acest fapt se traduce prin mărirea şi comprimarea presiunii statice locale a gazului.
Modulul de compresibilitate se poate defini folosindu-se relaţia:
dVdp
V de unde V
dVdp (8.33)
care este variaţia finită de presiune datorată oscilaţiilor care determină variaţia volumului V = Sdx. Iar variaţia volumului este dată de dV = Sdψ. Atunci relaţia (C8.32) devine:
)cos( kxyAkdxd
dpps
(8.34) care devine:
)cos()cos(2 kxtAvkxtV
Avps (8.35) Presiunea sonoră trece prin maxime şi minime. Se poate definii presiunea sonoră maximă ca fiind:
maxmax uvAvPs (8.36) care este dependentă prin ρ de proprietăţile mediului şi de viteza maximă a oscilaţiilor elementare. Legătura dintre intensitatea sonoră şi presiunea sonoră maximă:
Definiţie: Diferenţa dintre presiunea într-un punct din câmpul sonor în prezenţa undelor sonore şi valoarea presiunii în absenţa acestora se numeşte presiune acustică.
Definiţie: Câmpul sonor constituie regiunea din spaţiu învecinată surselor sonore unde se propagă sunetele.
EXEMPLU ILUSTRATIV 2:
212
s
s
s
ss vv
uvuvI
0
2max
0
2max02
max0 21)(
21
21
(8.37)
Se poate defini presiunea efectivă ca fiind valoarea medie a presiunii:
2
coscos max,maxmax,
sssseffs
pkxtuvkxtuVpp (8.38)
de unde intensitatea sonoră devine:
s
effs
s
s
v
p
v
pI
0
2,
0
2max
21
(8.39)
Difuzoarele şi boxele sunt bune exemple de surse sonore a căror intensitate şi presiune sonoră poate fi modificată cu ajutorul potenţiometrelor:
http://inmemory.orgfree.com/img/8_html_m5dbe0fbc.jpg
http://inmemory.orgfree.com/img/8_html_252e3e2a.jpg
http://inmemory.orgfree.com/img/8_html_m496560c5.jpg
213
Calităţile sunetului
Înălţimea sunetului depinde de frecvenţa acestuia, dar şi de amplitudinea şi forma undei sonore.
Intensitatea sunetului este legată de energia sonoră, deci de amplitudinea undei sonore [39]. Se pot deosebi două intensităţi ale sunetului.
- Intensitatea sonoră. - Intensitatea auditivă.
a) Intensitatea sonoră
s
ss v
pI
0
2max,
2 (8.40)
Sunetele auzite de om pot să varieze într-o gamă foarte largă de ordine de mărime ale intensităţii sonore Is S-a constatat că scala logaritmică este mult mai comodă pentru a măsura intensitatea sunetului:
][log10,][log00
dBI
NsaubelN ss III
(8.41)
Definiţie: Intensitatea este calitatea sunetului după care acesta este perceput mai intens sau mai puţin intens.
Definiţie: Înălţimea este calitatea sunetului după care el este perceput mai profund (grav) sau mai ascuţit (înalt).
Definiţie: Prin calităţile sunetului înţelegem acele mărimi care deosebesc un sunet de alt sunet.
CONCLUZIE
214
Unde Is,min = I0 = 10ˉ¹² W/m² la frecvenţa v = 1kHz se numeşte prag de audibilitate. Valoarea maximă a intensităţii sonore care mai poate fi suportată de urechea noastră se numeşte prag de senzaţie dureroasă. Dacă introducem presiunea sonoră obţinem:
][log200
dBpp
Ns (8.42)
Intensitate sonoră, o caracteristică a sunetului ce poate fi reglată după dorinţă.
b) Intensitatea auditivă Caracterizează senzaţia auditivă produsă omului de către sunet. Spre deosebire de intensitatea sonoră care este o mărime obiectivă intensitatea auditivă este o mărime subiectivă [44].
Nivelul auditiv se poate defini în acelaşi fel ca şi nivelul sonor:
http://inmemory.orgfree.com/img/8_html_53f4cddd.jpg
http://inmemory.orgfree.com/img/8_html_m106b4c73.jpg
http://inmemory.orgfree.com/img/8_html_43b535f.jpg
http://inmemory.orgfree.com/img/8_html_m649d274c.jpg
Definiţie: Intensitatea auditivă a unui sunet este egală cu intensitatea sonoră a unui sunet normal cu frecvenţa v = 1kHz care produce aceeaşi senzaţie auditivă ca şi sunetul dat.
215
][log10
0,
foniII
Na
aa (8.43)
SV
T
16.0 (8.44) unde, V, este volumul încăperii, S, este suprafaţa încăperii iar α este coeficientul de absorţie în pereţii încăperii. Dacă timpul de reverbaţie este mai mare decât 0.1 s care este timpul de inerţie al urechii atunci acustica încăperii este proastă. Ecoul pe un versant de munte:
Fig. 8.5a Fig.8.5.b
Reflexia undelor sonore
Definiţie: Timpul de reverbaţie este timpul în care nivelul sonor scade de 6 ori sau intensitatea scade de 106 ori.
Definiţie: Reverbrţaţia este fenomenul de prelungire a sunetului în încăpere după ce sursa încetează să emită.
Definiţie: Timbrul repezită calitatea prin care se pot distinge sunete de aceeaşi frecvenţă şi intensitate emise de două sunete diferite.
unda incidentă unda
216
Reverberaţia în peşteri, săli de sport şi hale industriale.
Absorbţia undelor O parte din energia oscilaţiilor este absorbită de mediul în care se propagă [6,39]. În cazul undelor mecanice se datorează existenţei forţelor de frecare. Să considerăm intensitatea undei incidente ca fiind I0. Se observă
http://inmemory.orgfree.com/img/8_html_6046d24a.jpg
http://inmemory.orgfree.com/img/8_html_311a28b.jpg
http://inmemory.orgfree.com/img/8_html_633eba6d.jpg
217
că descreşterea intensităţii acestei unde de-a lungul unei distanţe infinitezimale dx este proporţională cu intensitatea I:
dxkdkdx
d I II (8.45)
de unde prin integrare obţinem:
xkdxkd x
0
1
ln'0S II
I'I
0
(8.46)
iar intensitatea undei care a străbatut o porţiune x de mediu este:
kxe0II (8.47) Intensitatea undei descreşte exponenţial cu distanţa parcursă.
Fig. 8.5 Absorbţia undelor mecanice în diverse medii
Constanta k este o măsură a absorbţiei mediului:
k (8.48) unde α se numeşte coeficient de absorbţie. În acest caz legea de absorbţie devine:
x
xee 00 III (8.49)
Materiale izolatoare - absorbante de unde sonore:
http://inmemory.orgfree.com/img/8_html_m74683224.jpg
http://inmemory.orgfree.com/img/8_html_198f950a.jpg
218
http://inmemory.orgfree.com/img/8_html_m535c947a.jpg
http://inmemory.orgfree.com/img/8_html_m3e4d94f9.jpg
http://inmemory.orgfree.com/img/8_html_m4fba40a6.jpg
http://inmemory.orgfree.com/img/8_html_m7ed4ce8c.jpg
219
Pentru producerea ultrasunetelor cel mai des se utilizează generatoare electromagnetice care funcţionează pe baza fenomenelor piezoelectrice şi magnetostricţiune.
Proprietăţile ultrasunetelor Nu sunt percepute de organul auditiv al omului. Ultrasunetele se pot obţine şi sub forma unor fascicule înguste. Ultrasunetele transportă o cantitate mare de energie. Ultrasunetele sunt puternic absorbite de substanţe în stare gazoasă. Efectele produse de ultrasunete sunt din cele mai diverse astfel pot provoca încălziri locale, sau duc la omogenizarea unor sisteme disperse, pot distruge starea de omogenitate sau pot accelera şi chiar provoca unele reacţii chimice, ultrasunetele pot favoriza procesele de polimerizare şi invers sau pot produce fenomenul de cavitaţie, care constă în apariţia unor goluri în fluidele de mişcare. Nu în ultimul rând ultrasunetele pot provoca perturbaţii mecanice în interiorul celulelor vii sau încălzirea locală a ţesuturilor biologice [40].
Definiţie: Ultrasunetele sunt vibraţii elastice care au frecvenţa mai mare decât frecvenţa maximă a oscilaţiilor care produc senzaţia auditivă. Domeniul de frecvenţă în care avem ultrasunete este între 20 kHz şi 106 kHz.
Ultrasunete
TOPICUL 3
220
Aplicaţiile ultrasunetelor în natură, tehnică şi medicină.
CONCLUZIE Aplicaţiile ultrasunetelor sunt bazate pe diverse fenomene. Astfel pe baza fenomenului de cavitaţie se pot prepara suspensii care constau din particule solide fin dispersate în lichide şi a emulsiilor care constau din particule de lichid dispersate în alt lichid. Se pot obţine astfel plăci fotografice cu granulaţie fină sau aliaje omogene. Pe baza fenomenului de cavitaţie se pot curăţa piese metalice, perfora sau tăia metale. Se mai utilizează la prepararea serurilor şi vaccinurilor, la sterilizarea şi conservarea alimentelor, tratamentul unor nevralgii. Una din cele mai cunoscute aplicaţii este aceea a determinării poziţiei unor obiecte, folosită în navigaţie, în studiul reliefului submarin, detectarea vapoarelor, a submarinelor, icebegurilor şi chiar a bancurilor de peşte. În tehnică se utilizează pentru punerea în evidenţă a defectelor pieselor metalice defectoscopia ultrasonoră, care este ea însăşi o metodă ultrasonoră.
http://inmemory.orgfree.com/img/8_html_2475f555.jpg
http://inmemory.orgfree.com/img/8_html_m572d590c.jpg
http://inmemory.orgfree.com/img/8_html_6087b999.jpg
http://inmemory.orgfree.com/img/8_html_3173e3cc.jpg
221
Generatorul piezoelectric Funcţionarea acestui generator se bazează pe proprietatea unui cristal de cuarţ de a se deforma în câmp electric. Dacă asupra unei plăcuţe de cuarţ tăiată în mod corespunzător se aplică o tensiune alternativă ea începe să vibreze şi poate să devină o sursă de ultrasunete. Pentru o plăcuţă de grosime l = 0.055 mm s-a obţinut o frecvenţă de 500 kHz.
limita cavităţii
defect transversal
peretele cavităţii
http://inmemory.orgfree.com/img/8_html_m6505e2b6.gif
EXEMPLU ILUSTRATIV 3:
222
Generatoare piezoelectrice folosite în practică pentru a produce descărcări (scântei) electrice:
Generatorul magnetostrictiv Funcţionarea acestui generator se bazează pe fenomenul de schimbare a dimensiunilor unor substanţe feromagnetice supuse magnetizării. Dacă aceste substanţe se introduc în câmp magnetic variabil pot deveni surse de ultrasunete. În ambele cazuri generatoarele lucrează în regim de rezonanţă, astfel este necesar ca dimensiunile plăcuţelor oscilante să fie astfel alese încât frecvenţa proprie să corespundă cu frecvenţa de excitaţie.
http://inmemory.orgfree.com/img/8_html_m67e64e93.jpg
http://inmemory.orgfree.com/img/8_html_35b46db6.jpg
http://inmemory.orgfree.com/img/8_html_1bbf471f.jpg
http://inmemory.orgfree.com/img/8_html_59d6b880.jpg
223
Curăţire cu ultrasunete:
http://inmemory.orgfree.com/img/8_html_m6a56cb6.jpg
http://inmemory.orgfree.com/img/8_html_m439d760c.jpg
http://inmemory.orgfree.com/img/8_html_m50c04dc.jpg
http://inmemory.orgfree.com/img/8_html_mfa5f852.jpg
224
TEST DE AUTOEVALUARE
1.Acustica este acea parte a fizicii care se ocupă cu studiul: a) producerii sunetelor b) propagării sunetelor c) proprietăţile sunetelor d) fenomene suferite de către corpuri 2. Oscilaţiile mecanice care au frecvenţa de oscilaţie deasupra limitei de audibilitate (peste 20 kHz) se numesc: a) sunete b) infrasunete c) ultrasunete 3. Diferenţa dintre presiunea într-un punct din câmpul sonor în prezenţa undelor sonore şi valoarea presiunii în absenţa acestora se numeşte: a) intensitatea undei b) densitatea medie de energie c) câmpul sonor 4. Calităţile sunetului sunt: a) intenitatea b) Înălţimea
Încercuiţi răspunsurile corecte la următoarele întrebări. ATENŢIE: pot exista unul, niciunul sau mai multe răspunsuri corecte la aceeaşi întrebare. Timp de lucru: 10 minute
225
5. Legea de absorbţie este: a) I=I0eαx/l b) I=I0E c) e0=II0 Grila de evaluare: 1.-a,b,c; 2.-c; 3.-niciunul; 4.-a,b; 5.-a.
- În TOPICUL 1 am definit acustica, undele sonore, sunetele şi percepţia lor. Aplicaţia directă a acestora exemplificată prin Efectul Doppler. Acustica este acea parte a fizicii care se ocupă cu studiul producerii, propagării şi proprietăţile sunetelor.
Efectul Doppler
- În TOPICUL 2 am prezentat mărimile fizice prin intermediul cărora se poate caracteriza o undă. Acestea sunt intensitatea, tăria şi presiunea undelor.Deasemenea am definit şi precizat calităţile sunetului. Fluxul de energie prin unitatea de suprafaţă, adică energia transportată de undă în unitatea de timp prin unitatea de suprafaţă se numeşte intensitatea undei. Diferenţa dintre presiunea într-un punct din câmpul sonor în prezenţa undelor sonore şi valoarea presiunii în absenţa acestora se numeşte presiune acustică. Prin calităţile sunetului înţelegem acele mărimi care deosebesc un sunet de alt sunet. - În TOPICUL 3 am precizat şi prezentat ultrasunetele, precum şi aparatele utilizate cel mai des pentru producerea lor. Am punctat efectele şi aplicaţiile ultrasunetelor în practică.
Enunţ: Dacă o sursă se mişcă faţă de un receptor atunci frecvenţa cu care se recepţionează undele depinde de viteza relativă a receptorului faţă de sursă.
REZUMAT
226
După studierea acestui curs ar trebui să conştientizaţi importanţa acusticii în fizică, precum şi însuşirea principalelor noţiuni de bază necesare studierii şi învăţării acestei părţi. Generatoarele piezoelectrice folosite în practică pentru a produce scântei electrice. Aplicaţiile undelor sonore în diverse domenii ale vieţii care sunt bazate pe diverse fenomene şi care reprezintă de asemenea o importanţă majoră.
REZULTATE AŞTEPTATE
Acustica este ramura fizicii care se ocupă cu studiul producerii, propagării şi proprietăţile sunetelor. Numim sunete, oscilaţiile mecanice capabile să impresioneze organul auditiv al omului care este urechea (receptorul). Oscilaţiile mecanice care au frecvenţa de oscilaţie deasupra limitei de audibilitate (peste 20 kHz) se numesc ultrasunete. Oscilaţiile mecanice care au frecvenţa de oscilaţie dedesubtul limitei de audibilitate (sub 16 Hz) se numesc infrasunete. Corpurile capabile să emită sunete în condiţii determinate se numesc surse sonore. Intensitatea, presiunea undelor. Calităţile sunetului. Absorbţia undelor. Legea de absorbţie. Ultrasunete. Proprietăţile, efectele, aplicaţiile ultrasunetelor.
TERMENI ESENŢIALI
227
RECOMANDĂRI BIBLIOGRAFICE SUPLIMENTARE
- Ardelean I., Fizică pentru ingineri, Editura U.T.PRESS, Cluj- Napoca, 2006; - Biro D., Prelegeri „Curs de Fizică generală” (format electronic, CD, revizuit), Universitatea „Petru Maior”, Tîrgu-Mureş, 2006; - Berkeley, Cursul de fizică - Electricitate şi Magnetism (Vol. 2), Editura Didactică şi pedagogică, Bucureşti, 1982; - Berkeley, Cursul de fizică - Mecanică (Vol.1), Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1981; - Fechete R., Elemente de fizică pentru ingineri, Editura U.T.PRESS, Cluj Napoca, 2008; - Feynmann R.P., Leighton R. B., Sands M., Fizica modernă, Vol. I - III. Editura Tehnică, Bucureşti, 1970; - Gîju S., Băţagă E., Lucrări de laborator - Fizică. Editura - Universitatea „Petru Maior”, Tîrgu-Mureş, 1991; - Gîju S., Teorie şi Probleme, Editura Universitatea. „Petru Maior”, Tîrgu-Mureş, 2001; - Gîju S., Curs de Fenomene termice şi electromagnetice, Editura Universitatea „Petru Maior”, Tîrgu-Mureş, 2003; - Halliday D., Resnick R., Fizica, vol. I şi II. Editura Didactică. şi Pedagogică, Bucureşti, 1975; - Hudson A., Nelson R., University Physics, Second Edition, Saunders College Publishing, New York, 1990; - Modrea A. , Lucrări de laborator” (format electronic), Universitatea, „Petru Maior”, Tîrgu-Mureş, 2006; - Modrea A., Curs de Fizică generală”(format electronic), Universitatea, Petru Maior”, Tîrgu-Mureş, 2006; - Oros C., Fizică generală-format electronic, Universitatea „Valahia”, Târgovişte, 2008; - Serway R. A., Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics, Second Edition, Saunders College Publishing, New York, 1986.
228
TEST DE EVALUARE
1.Condiţiile care trebuie îndeplinite de undele sonore pentru a fi percepute de ureche sunt: a) să fie emise de o sursă de sunete b) să nu existe un mediu elastic între sursa de sunete şi receptor c) puterea undelor sonore trebuie să fie suficientă pentru a produce o senzaţie auditivă d) Sunetul trebuie să depăşească durata minimă pentru ca organul auditiv să-l sesizeze ( ≥ 0.05 s). 2. Oscilaţiile mecanice care au frecvenţa de oscilaţie dedesubtul limitei de audibilitate (sub 16 Hz) se numesc: a) sunete b) infrasunete c) ultrasunete 3. Sunetul fundamental este: a) sunetul care nu are frecvenţa egală cu v0 b) sunetul care are frecvenţa egală cu un multiplu întreg c) o suprapunere de unde periodice dacă numărul componentelor este foarte mare.
Încercuiţi răspunsurile corecte la următoarele întrebări. ATENŢIE: pot exista unul, niciunul sau mai multe răspunsuri corecte la aceeaşi întrebare. Timp de lucru :15 minute
229
4. Energia, w, transportată de undă în unitatea de timp este: a) intensitatea undei b) presiunea undei c) densitatea medie de energie 5.Proprietăţile ultrasunetelor sunt: a) nu sunt percepute de organul auditiv al omului. b) ultrasunetele se pot obţine şi sub forma unor fascicule înguste. c) ultrasunetele transportă o cantitate mare de energie. d) ultrasunetele sunt puternic absorbite de substanţe în stare gazoasă. Grila de evaluare: 1.-a,c,d; 2.-b; 3.-niciunul; 4.-c; 5.-a,b,c,d.
