طاقة الصوت: الخصائص ، الأنواع ، الاستخدامات ، المزايا ، الأمثلة

الطاقة الصوتية أو الصوتية هي تلك التي تنقلها الموجات الصوتية عندما تنتشر في وسيط ، والذي يمكن أن يكون غازًا مثل الهواء أو السائل أو الصلب. يستخدم البشر والعديد من الحيوانات الطاقة الصوتية للتفاعل مع البيئة.

لهذا لديهم أعضاء متخصصة ، على سبيل المثال الحبال الصوتية ، قادرة على إنتاج الاهتزازات. يتم نقل هذه الاهتزازات في الهواء للوصول إلى الهيئات المتخصصة الأخرى المسؤولة عن تفسيرها.

تشير الإشارة السالبة إلى زيادة في الطاقة الكامنة ، نظرًا لأن انتشار الموجة يعمل على حجم الصوت dV عند ضغطه ، وذلك بفضل الضغط الصوتي الإيجابي.

كتلة العنصر السائل من حيث الكثافة الأولية initial o والحجم الأولي V o هي:

م س = ρ س الخامس س

وكما يتم الحفاظ على العجين (مبدأ الحفاظ على العجين):

= V = ρ o V o = ثابت

لذلك تبقى الطاقة الكلية هكذا:

حساب الطاقة الكامنة

لا يمكن حلها بمساعدة مبدأ الحفاظ على الكتلة

م س = م و

مشتق الثابت هو 0 ، لذلك V) ' = 0. لذلك:

dV = (-V / ρ) dρ

قرر إسحاق نيوتن أن:

(dp / dρ) = c2

حيث يمثل c سرعة الصوت في السائل المعني. عن طريق استبدال ما سبق في جزء لا يتجزأ ، يتم الحصول على الطاقة المحتملة للوسط:

إذا كانت A p و A v هي اتساع موجة الضغط والسرعة على التوالي ، فإن متوسط ​​الطاقة ε للموجة الصوتية هي:

يمكن تمييز الصوت بكمية تسمى الشدة .

يتم تعريف شدة الصوت على أنها الطاقة التي تمر في الثانية من خلال وحدة سطح عمودي على اتجاه نشر الصوت.

نظرًا لأن الطاقة لكل وحدة زمنية هي الطاقة P ، فإن شدة الصوت التي يمكن التعبير عنها على النحو التالي:

كل نوع من أنواع الموجات الصوتية لديه تردد مميز ويحمل طاقة معينة. كل هذا يحدد سلوكه الصوتي. نظرًا لأن الصوت مهم جدًا للحياة البشرية ، يتم تصنيف أنواع الأصوات إلى ثلاث مجموعات كبيرة ، وفقًا لمجموعة الترددات المسموعة للبشر:

- دون صوت ، ترددها أقل من 20 هرتز.

- طيف مسموع ، مع ترددات تتراوح بين 20 هرتز إلى 20،000 هرتز.

- الموجات فوق الصوتية ، مع ترددات أكبر من 20،000 هرتز.

تعتمد نغمة الصوت ، سواء كانت مرتفعة أو منخفضة أو متوسطة ، على التردد. يتم تفسير أدنى ترددات على أنها أصوات منخفضة ، ما بين 20 و 400 هرتز تقريبًا.

تعتبر الترددات ما بين 400 و 1600 هرتز نغمات متوسطة ، في حين تتراوح الترددات العالية بين 1600 و 20000 هرتز ، والأصوات عالية النبرة خفيفة وتخترق ، بينما تُعتبر الأصوات المنخفضة أكثر عمقًا ونعومة.

الأصوات التي تُسمع يوميًا عبارة عن تراكمات معقدة للأصوات مع ترددات مختلفة في الجوار.

الصوت له صفات أخرى بصرف النظر عن التردد ، والتي يمكن أن تكون بمثابة معايير لتصنيفها. مثال على ذلك هي جرس ، والمدة وشدة.

والسؤال الجيد هو من أين تأتي الطاقة الصوتية في هذه الحالة ، حيث تكتشف شدة الأذن البشرية.

الجواب هو في الطاقة الكامنة الجاذبية. لمجرد أن السقوط يقع من ارتفاع معين ، حيث كان لديه طاقة محتملة ، لأنه يسقط فإنه يحول هذه الطاقة إلى طاقة حركية.

وبمجرد وصولها إلى الأرض ، يتم نقل الطاقة إلى جزيئات الهواء التي تحيط بمكان السقوط ، الأمر الذي يؤدي إلى الصوت.

الطاقة الكامنة الجاذبية U هي:

يو = mgh

حيث m هي كتلة الدبوس ، g هي تسارع الجاذبية و h هو الارتفاع الذي سقطت منه. استبدال هذه القيم العددية ، ولكن ليس قبل إجراء التحويلات المقابلة في النظام الدولي للوحدات ، لدينا:

U = 0.1 × 10-3 × 9.8 × 1 J = 0.00098 J

يقول البيان إنه من بين هذه الطاقة ، يتم تحويل 0.05٪ فقط لتوليد النبضة الرنانة ، أي ترقيع الدبوس عندما يضرب الأرض. لذلك طاقة الصوت هي:

صوت E = 4.9 × 10-7 J

من معادلة الكثافة ، يتم مسح نصف القطر R وقيم طاقة صوت E الصوت والوقت الذي تستغرقه النبضة: 0.1 ثانية وفقًا للبيان.

لذلك ، فإن الحد الأقصى للمسافة التي سيكون فيها إسقاط الدبوس مسموعًا هو 6.24 متر في الجولة.