TENAGA BUNYI: CIRI, JENIS, KEGUNAAN, KELEBIHAN, CONTOH - FIZIKAL - 2026

The tenaga bunyi atau akustik yang membawa gelombang bunyi kerana mereka menyebarkan dalam medium, yang mungkin gas seperti udara, cecair atau pepejal. Manusia dan banyak haiwan menggunakan tenaga akustik untuk berinteraksi dengan persekitaran.

Untuk ini, mereka mempunyai organ khusus, seperti pita suara, yang mampu menghasilkan getaran. Getaran ini diangkut di udara untuk menjangkau organ-organ khusus lain yang bertanggungjawab terhadap penafsirannya.

Tenaga akustik diterjemahkan ke dalam muzik melalui bunyi klarinet. Sumber: Pixabay

Getaran menyebabkan tekanan dan pengembangan berturut-turut di udara atau media yang mengelilingi sumber, yang menyebar dengan kecepatan tertentu. Bukan zarah-zarah yang bergerak, tetapi hanya berayun sehubungan dengan kedudukan keseimbangan mereka. Gangguan adalah apa yang ditularkan.

Sekarang, seperti diketahui, objek yang bergerak mempunyai tenaga. Oleh itu, gelombang ketika bergerak di media juga membawa tenaga yang berkaitan dengan pergerakan zarah (tenaga kinetik), dan juga tenaga yang dimiliki oleh media tersebut, yang dikenali sebagai tenaga berpotensi.

ciri

Seperti diketahui, objek yang bergerak mempunyai tenaga. Begitu juga, gelombang ketika bergerak di medium, membawa tenaga yang berkaitan dengan pergerakan zarah (tenaga kinetik) dan juga tenaga ubah bentuk medium atau tenaga berpotensi.

Dengan mengandaikan bahagian media yang sangat kecil, yang boleh menjadi udara, setiap zarah dengan halaju u, mempunyai tenaga kinetik K yang diberikan oleh:

Di samping itu, zarah itu berpotensi tenaga U yang bergantung pada perubahan isipadu yang dialaminya, di mana Vo adalah isipadu awal, V adalah isipadu terakhir dan p adalah tekanan, yang bergantung pada kedudukan dan waktu:

Tanda negatif menunjukkan peningkatan tenaga berpotensi, kerana gelombang penyebaran berfungsi pada elemen isipadu dV ketika memampatkannya, berkat tekanan akustik positif.

Jisim unsur bendalir dari segi ketumpatan awal ρ _o dan isipadu awal V _o adalah:

Dan bagaimana jisim dipelihara (prinsip pemuliharaan jisim):

Oleh itu, jumlah tenaga adalah seperti ini:

Mengira tenaga berpotensi

Integrasi dapat diselesaikan dengan menggunakan prinsip pemuliharaan jisim

Derivatif bagi pemalar ialah 0, jadi (ρ V) '= 0. Oleh itu:

Isaac Newton menetapkan bahawa:

(dp / dρ) = c ²

Di mana c mewakili kelajuan suara dalam bendalir yang dimaksudkan. Dengan menggantikan perkara di atas dalam kamiran, tenaga berpotensi medium diperoleh:

Sekiranya A _p dan A _v adalah amplitud gelombang tekanan dan halaju masing-masing, tenaga purata ε gelombang bunyi adalah:

Bunyi boleh dicirikan oleh kuantiti yang disebut intensiti.

Intensiti suara ditakrifkan sebagai tenaga yang melintas dalam satu saat melalui kawasan unit yang berserenjang dengan arah penyebaran suara.

Oleh kerana tenaga per unit masa adalah daya P, intensiti suara dapat saya nyatakan sebagai:

Setiap jenis gelombang bunyi mempunyai frekuensi khas dan membawa tenaga tertentu. Semua ini menentukan tingkah laku akustiknya. Oleh kerana bunyi sangat penting bagi kehidupan manusia, jenis bunyi diklasifikasikan kepada tiga kumpulan besar, mengikut julat frekuensi yang dapat didengar oleh manusia:

- Infrasound, yang frekuensi kurang dari 20 Hz.

- Spektrum yang dapat didengar, dengan frekuensi antara 20 Hz hingga 20,000 Hz.

- Ultrasound, dengan frekuensi melebihi 20,000 Hz.

Suara suara, iaitu, sama ada tinggi, rendah atau sederhana, bergantung pada frekuensi. Frekuensi yang lebih rendah ditafsirkan sebagai bunyi bass, kira-kira antara 20 dan 400 Hz.

Frekuensi antara 400 dan 1600 Hz dianggap sebagai nada tengah, sedangkan tinggi berkisar antara 1600 hingga 20.000 Hz. Suara bernada tinggi ringan dan menusuk, sementara bass dianggap lebih dalam dan melambung tinggi.

Bunyi yang anda dengar setiap hari adalah hamparan suara yang kompleks dengan pelbagai frekuensi yang berdekatan.

Suara mempunyai kualiti selain frekuensi, yang dapat dijadikan kriteria untuk klasifikasinya. Contohnya ialah timbre, durasi dan intensiti.

Equalizer terdiri daripada penapis yang mengeluarkan bunyi dan meningkatkan frekuensi tertentu untuk meningkatkan kualiti suara. Sumber: Pixabay.

Bising

Penting juga untuk membuat perbezaan antara bunyi yang dikehendaki dan bunyi atau bunyi yang tidak diingini. Oleh kerana kebisingan selalu dihapuskan, ia dikelaskan mengikut intensiti dan jangka masa dalam:

- Bunyi berterusan.

- Bunyi turun naik.

- Bunyi impulsif.

Atau mengikut warna, dikaitkan dengan kekerapannya:

- Bunyi merah jambu (serupa dengan "shhhhhh").

- Bunyi putih (serupa dengan "psssssss").

- Bunyi coklat (oleh Robert Brown, penemu gerakan Brownian, adalah bunyi yang sangat menggemari frekuensi rendah).

Permohonan

Penggunaan yang diberikan untuk tenaga akustik bergantung pada jenis gelombang suara yang digunakan. Dalam jarak gelombang yang dapat didengar, penggunaan suara secara universal adalah untuk memungkinkan komunikasi yang dekat, tidak hanya antara orang, kerana haiwan juga berkomunikasi dengan memancarkan suara.

Bunyinya serba boleh. Masing-masing berbeza mengikut sumber yang mengeluarkannya. Dengan cara ini, pelbagai suara di alam tidak terbatas: setiap suara manusia berbeza, dan juga suara khas yang digunakan oleh spesies haiwan untuk berkomunikasi antara satu sama lain.

Banyak haiwan menggunakan tenaga bunyi untuk mencari tempat di ruang angkasa dan juga untuk menangkap mangsanya. Mereka memancarkan isyarat akustik dan mempunyai organ reseptor yang menganalisis isyarat yang dipantulkan. Dengan cara ini mereka memperoleh maklumat mengenai jarak.

Manusia kekurangan organ yang diperlukan untuk menggunakan tenaga sonik dengan cara ini. Namun, mereka telah membuat peranti orientasi seperti sonar, berdasarkan prinsip yang sama, untuk memudahkan navigasi.

Sebaliknya, ultrasound adalah gelombang bunyi yang aplikasinya terkenal. Dalam perubatan mereka digunakan untuk mendapatkan gambar bahagian dalam tubuh manusia. Mereka juga merupakan sebahagian daripada rawatan beberapa keadaan seperti lumbago dan tendonitis.

Beberapa aplikasi tenaga akustik

- Dengan ultrasound bertenaga tinggi, batu atau calculi yang terbentuk di ginjal dan pundi hempedu dapat musnah disebabkan oleh pemendakan garam mineral di organ-organ ini.

- Dalam geofizik, ultrasound digunakan sebagai kaedah mencari. Prinsipnya serupa dengan kaedah seismik. Mereka dapat digunakan dalam aplikasi mulai dari menentukan bentuk lautan hingga lega hingga mengira moduli elastik.

- Dalam teknologi makanan mereka digunakan untuk menghilangkan mikroorganisma yang tahan terhadap suhu tinggi, dan juga untuk memperbaiki beberapa tekstur dan kualiti makanan.

Kelebihan

Tenaga akustik mempunyai kelebihan yang disebabkan oleh jarak pendeknya. Contohnya, penghasilannya murah dan tidak menghasilkan bahan kimia atau bahan buangan lain, kerana ia menghilang dalam medium dengan cepat.

Bagi sumber tenaga akustik, jumlahnya banyak. Objek yang bergetar boleh menjadi sumber bunyi.

Ketika digunakan dalam aplikasi perubatan, seperti pencitraan ultrasound, ia mempunyai kelebihan untuk tidak menggunakan sinaran pengion, seperti sinar-x atau tomografi. Ini adalah fakta bahawa sinaran pengion dapat menyebabkan kerosakan sel.

Penggunaannya tidak memerlukan langkah perlindungan yang diperlukan ketika sinaran pengion diterapkan. Kit juga lebih murah.

Begitu juga, tenaga ultrasonik adalah kaedah yang tidak invasif untuk menghilangkan batu karang dan batu empedu yang disebutkan di atas, sehingga mengelakkan prosedur pembedahan.

Pada prinsipnya ia tidak menimbulkan pencemaran baik di udara maupun di perairan. Tetapi diketahui bahawa ada pencemaran suara di laut, yang disebabkan oleh kegiatan manusia seperti penangkapan ikan secara intensif, pencarian geofizik dan pengangkutan.

Kekurangan

Sukar untuk memikirkan keburukan fenomena yang semula jadi seperti bunyi.

Salah satu daripadanya adalah bahawa bunyi yang kuat dapat merosakkan struktur gendang telinga, dan lama-kelamaan membuat orang yang terdedah terus kehilangan sensasi.

Persekitaran yang sangat bising akhirnya menyebabkan tekanan dan ketidakselesaan pada orang. Kelemahan lain adalah kenyataan bahawa tenaga akustik tidak digunakan untuk menggerakkan objek, menjadikannya sangat sukar untuk memanfaatkan getaran untuk mempengaruhi objek pepejal.

Ini kerana suara selalu memerlukan adanya media untuk dapat menyebarkan, dan oleh itu ia dapat dilemahkan dengan mudah. Dengan kata lain, tenaga bunyi diserap dalam media lebih cepat daripada jenis gelombang lain, contohnya elektromagnetik.

Atas sebab ini, tenaga gelombang bunyi adalah jarak dekat di udara. Suara diserap oleh struktur dan objek ketika menyebarkan, dan tenaganya secara beransur-ansur hilang menjadi panas.

Sudah tentu, ini berkaitan dengan penjimatan tenaga: tenaga tidak hancur tetapi berubah bentuk. Getaran molekul di udara tidak hanya berubah menjadi perubahan tekanan yang menimbulkan bunyi. Getaran juga menimbulkan panas.

Penyerapan bunyi dalam bahan

Apabila gelombang bunyi memukul bahan seperti dinding bata, misalnya, sebahagian tenaga dipantulkan. Bahagian lain hilang dalam panas, berkat getaran molekul udara dan bahan; dan akhirnya pecahan yang tinggal melewati bahan tersebut.

Oleh itu, gelombang bunyi dapat dipantulkan dengan cara yang sama seperti cahaya. Pantulan suara dikenali sebagai "gema". Semakin kaku dan seragam permukaannya, semakin besar kemampuan untuk memantulkan.

Sebenarnya, ada permukaan yang mampu menghasilkan pelbagai pantulan yang disebut gema. Biasanya ini berlaku di ruang kecil dan dihindari dengan meletakkan bahan penebat, sehingga dengan cara ini, gelombang yang dipancarkan dan dipantulkan tidak bertindih, membuat pendengaran menjadi sukar.

Sepanjang penyebarannya, gelombang akustik akan mengalami semua kerugian berturut-turut ini sehingga akhirnya tenaga diserap sepenuhnya dalam medium. Yang bermaksud bahawa ia telah diubah menjadi tenaga haba.

Terdapat besar untuk mengukur kemampuan bahan untuk menyerap bunyi. Ia dipanggil pekali penyerapan. Ia dilambangkan sebagai α, dan ia adalah nisbah antara tenaga yang diserap E _abs dan tenaga kejadian E _inc , semuanya merujuk pada bahan yang dimaksud. Ia dinyatakan secara matematik seperti ini:

α = E _abs / E _inc

Nilai maksimum α adalah 1 (menyerap sepenuhnya bunyi) dan minimum adalah 0 (membiarkan semua bunyi masuk).

Suara boleh menjadi keburukan pada banyak kesempatan ketika keheningan lebih disukai. Contohnya, kereta dilengkapi dengan peredam untuk mengurangkan bunyi enjin. Ke peranti lain seperti pam air dan loji kuasa juga.

Penebat bunyi penting di studio rakaman. Sumber: Pixabay.

Contoh tenaga bunyi

Tenaga bunyi ada di mana-mana. Berikut adalah contoh ringkas yang menggambarkan sifat suara dan tenaganya dari sudut pandang kuantitatif.

Latihan diselesaikan

Jisim pin 0.1 g jatuh dari ketinggian 1m. Dengan andaian bahawa 0,05% energinya ditukarkan menjadi denyut suara berdurasi 0.1 s, anggarkan jarak maksimum di mana jatuhan pin dapat didengar. Ambil sebagai intensiti bunyi minimum yang dapat didengar 10 ^-8 W / m ² .

Penyelesaian

Persamaan yang diberikan di atas akan digunakan untuk intensiti suara:

Soalan yang baik adalah dari mana datangnya tenaga bunyi dalam kes ini, yang mana intensiti telinga manusia dapat dikesan.

Jawapannya adalah dalam tenaga berpotensi graviti. Tepat kerana pin jatuh dari ketinggian tertentu, di mana ia mempunyai tenaga berpotensi, ketika jatuh ia mengubah tenaga ini menjadi tenaga kinetik.

Dan setelah menyentuh tanah, tenaga dipindahkan ke molekul udara yang mengelilingi lokasi nahas, sehingga menimbulkan suara.

Tenaga berpotensi graviti U adalah:

Di mana m adalah jisim pin, g adalah pecutan graviti, dan h adalah ketinggian dari mana ia jatuh. Mengganti nilai berangka ini, tetapi tidak sebelum membuat penukaran yang sesuai dalam unit Sistem Antarabangsa, kami mempunyai:

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

Kenyataan itu mengatakan bahawa dari tenaga ini, hanya 0,05% yang diubah untuk menimbulkan denyut suara, iaitu, ke gelinciran pin ketika menyentuh lantai. Oleh itu tenaga bunyi adalah:

_Bunyi E = 4.9 x 10 ^-7 J

Dari persamaan intensiti, jejari R dibersihkan dan nilai-nilai tenaga _bunyi E _berbunyi dan masa nadi bertahan digantikan : 0.1 s mengikut pernyataan tersebut.

Oleh itu jarak maksimum di mana jatuhan pin dapat didengar adalah 6.24 m ke semua arah.

Rujukan

1. Giancoli, D. 2006. Fizik: Prinsip dengan Aplikasi. Edisi Keenam. Dewan Prentice. 332-359.
2. Kinsler, L. (2000). Asas Akustik. Edisi ke-4 Wiley & Sons. 124-125.