מהירות הקול.

מהירות הקול– מהירות התנועה של גל אלסטי במדיום, בתנאי שצורת הפרופיל שלו נשארת ללא שינוי. לדוגמה, עבור גל מטוס הנוסע מבלי לשנות צורה במהירות עִםלכיוון הציר x, לחץ קול יכול להיכתב כך: p=p(x-ct), איפה טהוא זמן, ותפקוד רנותן את הצורה של פרופיל הגל. להרמוניה גַלִים р= А cos(w t – kx + j). גל קול מתבטא במונחים של תדר wומספר גל קנוּסחָה מהירות הגלים הרמוניים נקראת גם מהירות הפאזה של הקול. במדיה שבה צורתם של גלים בעלי צורה שרירותית משתנה במהלך ההתפשטות, גלים הרמוניים בכל זאת שומרים על צורתם, אך מהירות הפאזה מתבררת כשונה עבור תדרים שונים, כלומר. יש למקם פיזור מהירות קול. במקרים אלו נעשה שימוש גם במושג מהירות הקבוצה. באמפליטודות גדולות של גלים אלסטיים מופיעים אפקטים לא ליניאריים, מה שמוביל לשינוי בצורתם של גלים כלשהם, כולל. הרמוני, כך שהמושג של מהירות הקול מאבד את הגדרתו. במקרה זה, מהירות ההתפשטות של כל נקודה בפרופיל הגל תלויה במשרעת הלחץ בנקודה זו. מהירות זו עולה עם הגדלת הלחץ בנקודה נתונה בפרופיל, מה שמוביל לעיוות של צורת הגל.

מהירות הקול בגזים ובנוזלים. בגזים ובנוזלים מתפשט הקול בצורה של גלי נפח של דחיסה - דחיסה, והתהליך מתרחש בדרך כלל באופן אדיאבטי, כלומר. לשינוי הטמפרטורה בגל הקול אין זמן להתיישר, כי תוך ½ תקופה, לחום אין זמן לעבור מאזורים מחוממים (דחוסים) לאזורים קרים (נדירים).

מהירות הקול בגזים קטנה מאשר בנוזלים, ובנוזלים, ככלל, פחות מאשר במוצקים. טבלה 2.1 מציגה את מהירות הקול עבור חלק מהגזים והנוזלים.

טבלה 2.1

מהירות הקול בגזים אידיאליים בטמפרטורה נתונה אינה תלויה בלחץ ועולה עם עליית הטמפרטורה כמו , כאשר T היא הטמפרטורה המוחלטת. השינוי במהירות הקול למעלה שווה ל. בטמפרטורת החדר, השינוי היחסי במהירות הקול באוויר עם שינוי של מעלה אחת בטמפרטורה הוא כ-0.17%. בנוזלים, מהירות הקול, ככלל, יורדת עם עליית הטמפרטורה, והשינוי בטמפרטורה למעלה הוא, למשל, - 5.5 מ'/שנ' מעלות לאציטון ו- 3.6 מ'/שנ' מעלות לאתיל. חריג לכלל זה הוא מים, שבהם מהירות הקול בטמפרטורת החדר עולה עם עליית הטמפרטורה ב-2.5 מ'/שנ'× מעלות, מגיעה למקסימום בטמפרטורה של » 74°C ויורדת עם עלייה נוספת בטמפרטורה. מהירות הקול במים עולה עם הגדלת הלחץ בכ-0.01% לכל אטמוספירה אחת; בנוסף, מהירות הקול במים עולה עם הגדלת תכולת המלחים המומסים בהם.

בגזים נוזליים מהירות הקול גדולה יותר מאשר בגז באותה טמפרטורה. כך, למשל, בחנקן גזי בטמפרטורה של מינוס 195 מעלות צלזיוס, מהירות הקול היא 176 מ' לשנייה, ובחנקן נוזלי באותה טמפרטורה היא מינוס 859 מ' לשנייה; בהליום גזי ונוזלי במינוס 269 מעלות צלזיוס זה שווה ל-102 m/s ו-198 m/s, בהתאמה.

בתמיסות מימיות של מלחים, מהירות הקול עולה עם הגדלת הריכוז על פני כל טווח הריכוזים. לפיכך, מדידות מהירות קול יכולות לשמש לקביעת ריכוז הרכיבים של תערובות ותמיסות ולבקרה.

מהירות הקול במוצקים. מהירות הקול במוצקים איזוטריים נקבעת על ידי המודולים האלסטיים של החומר. במדיום מוצק ללא גבולות, מתפשטים אורכיים וגזירה (רוחב). גלים אלסטיים, ומהירות הפאזה של הקול עבור גל אורך שווה ל:

, ולגזירה

,

אֵיפֹה ה- מודול יאנג; ר- צפיפות החומר; ג- מודול גזירה; נ- יחס פואסון; אֶל- מודול דחיסה נפחי. במתכות, איפה n=0.3, אתה יכול לעקוב אחר התלות של היחס בין מהירויות הקול באיור. 2.2.

אוֹרֶז. 2.2. תלות ביחס המהירויות של גלים אורכיים, רוחביים, פני השטח וגלים במוטות (ב-d<<1) от коэффициента Пуассона.

מהירות ההתפשטות של גלים אורכיים תמיד גדולה ממהירות גלי הגזירה, כלומר, היחס מתקיים. ערכי מהירות הקול האורך והרוחבי עבור חלק מהמוצקים ניתנים בטבלה 2.2.

טבלה 2.2

מהירות הקול בחלק מוצקים.

במוצקים מוגבלים, בנוסף לגלים אורכיים ורוחביים, ישנם סוגים נוספים של גלים. לפיכך, סוג מסוים של גלים מתפשט לאורך המשטח החופשי של גוף מוצק או לאורך הגבול שלו עם תווך אחר - גלי פני השטח, שמהירותו קטנה מכל מהירויות הקול האחרות עבור גוף מוצק נתון. בצלחות, במוטות ובמוליכי גל אקוסטיים מוצקים אחרים הם מתפשטים גלים רגילים, מהירותו נקבעת לא רק על ידי המאפיינים האלסטיים של החומר, אלא גם על ידי הגיאומטריה של הגוף. כך, למשל, מהירות הקול של גל אורכי במוט שמידותיו הרוחביות קטנות בהרבה מאורך הגל שווה ל:. טבלה 2.2 מציגה את מהירות הקול במוט דק עבור חומרים מסוימים.

מָבוֹא.

מוּשָׂג קוֹלבדרך כלל אנו מקשרים אותו לשמיעה ולכן לתהליכים פיזיולוגיים באוזניים, כמו גם לתהליכים פסיכולוגיים במוח שלנו (שם מעובדות תחושות הנכנסות לאיברי השמיעה). בנוסף, מתחת קוֹלאנו מבינים את התופעה הפיזית שגורמת להשפעה על האוזניים שלנו, כלומר גלים אורכיים. אם גלים אלסטיים כאלה המתפשטים באוויר יש תדר שנע בין 16 אֶל 20000 הרץ, אם כן, כשהם מגיעים לאוזן האנושית, הם גורמים לתחושה קוֹל. בהתאם לכך, גלים אלסטיים בכל תווך בעל תדר בגבולות המצוינים נקראים גלי קולאו סתם קוֹל. גלים אלסטיים עם תדרים הנמוכים מ-16 הרץ נקראים אינפרסאונד; גלים עם תדרים העולים על 20,000 הרץ נקראים אולטרסאונד. האוזן האנושית אינה יכולה לשמוע אינפרא ואולטרסאונד.

עבור אדם שמאזין, שני מאפיינים של צליל מתגלים מיד, כלומר עוצמת הקול והגובה שלו. כֶּרֶךקשור לעוצמת גל הקול, שהיא פרופורציונלית לריבוע של משרעת הגל. גוֹבַההצליל מציין אם הוא גבוה, כמו כינור או צ'לו, או נמוך, כמו צליל של תוף בס או מיתר בס. הכמות הפיזית המאפיינת את גובה הצליל היא תדר הרטט של גל הקול, שבו הבחין לראשונה על ידי גלילאו. ככל שהתדר נמוך יותר, גובה הצליל נמוך יותר, וככל שהתדר גבוה יותר, כך הצליל גבוה יותר.

אחד המאפיינים החשובים של הסאונד הוא שלו מְהִירוּת. מהירות הקול היא המהירות שבה גלי קול עוברים בתווך. בגזים, מהירות הקול נמוכה יותר מאשר בנוזל, ובנוזלים היא פחותה מאשר במוצקים (ובגלים רוחביים המהירות תמיד פחותה מאשר לאורכיים). מהירות הקול בגזים ואדים היא בין 150 ל-1000 מ' לשנייה, בנוזלים מ-750 ל-2000 מ' לשנייה, במוצקים בין 2000 ל-6500 מ' לשנייה. באוויר בתנאים רגילים מהירות הקול היא 330 מ"ש, במים - 1500 מ"ש.

התקציר דן גם בהשפעה, שעל קיומו הצביע ב-1842 על ידי כריסטיאן דופלר (דופלר) (דופלר) (1803-53), פיזיקאי ואסטרונום אוסטרי. אפקט זה נקרא מאוחר יותר על שמו.

1. מהירות גלי הקול במדיות שונות.

בדרך כלל אנו חושבים על צליל כנוסע באוויר כי זה בדרך כלל האוויר שבא במגע עם עור התוף שלנו, והרעידות שלו גורמות לעור התוף הזה לרטוט. עם זאת, גלי קול יכולים להתפשט גם בחומרים אחרים. שחיין יכול לשמוע את קולן של שתי אבנים הפוגעות זו בזו כשהן מתחת למים, מכיוון שהרעידות מועברות לאוזן על ידי המים. אם אתה שם את האוזן שלך לקרקע, אתה יכול לשמוע את התקרבות של רכבת או טרקטור. במקרה זה, כדור הארץ אינו משפיע ישירות על עור התוף שלך. עם זאת, גל אורך המתפשט באדמה נקרא גל קול מכיוון שהרעידות שלו גורמות לאוויר באוזן החיצונית לרטוט. ואכן, גלים אורכיים המתפשטים בכל תווך חומרי נקראים לעתים קרובות גלי קול. ברור שקול אינו יכול להתפשט בהיעדר חומר. למשל, אי אפשר לשמוע צלצול של פעמון שנמצא בתוך כלי שממנו נשאב אוויר [הניסוי של רוברט בויל (1660)].

מהירות הקוליש משמעויות שונות בחומרים שונים. באוויר בטמפרטורה של 0 o C ולחץ של 1 אטמוספירה, הקול נע במהירות של 331.3 מ' לשנייה. באוויר ובמדיות גזים ונוזליות אחרות, המהירות תלויה במודול הדחיסה בוצפיפות המדיום (חומר) ר:

בהליום, שצפיפותו קטנה משמעותית מצפיפות האוויר, ומודול הדחיסה כמעט זהה, מהירות הקול גדולה כמעט פי שלושה. בנוזלים ומוצקים, שהם משמעותית פחות ניתנים לדחיסה ולכן יש להם מודולים אלסטיים גדולים משמעותית, המהירות גדולה יותר בהתאם. מהירות ערכי הקול בחומרים שונים ניתנות בטבלאות 1.1, 1.2, 1.3; הם תלויים בעיקר בטמפרטורה (ראה טבלאות 1.4, 1.5), אולם תלות זו משמעותית רק עבור גזים ונוזלים. לדוגמה, באוויר, עם עלייה בטמפרטורה ב-1 o C, מהירות הקול עולה בכ-0.60 מ' לשנייה:

u"(331+0.60T) m/s,

כאשר T היא הטמפרטורה ב-oC. לדוגמה, ב-20oC יש לנו:

u" m/s = 343 m/s.

2. אפקט דופלר באקוסטיקה.

אולי שמתם לב שגובה הצפירה של משאית כיבוי, שנעה במהירות גבוהה, יורד בחדות לאחר שהרכב חולף על פניכם. ייתכן שגם שמת לב לשינוי בגובה האות של מכונית שחולפת על פניך במהירות גבוהה. גם גובה המנוע של מכונית מירוץ משתנה כאשר הוא חולף על פני צופה. אם מקור קול מתקרב למתבונן, גובה הצליל גדל בהשוואה לזמן שמקור הצליל היה במנוחה. אם מקור הקול מתרחק מהצופה, אז גובה הצליל יורד. תופעה זו נקראת אפקט דופלרומתרחשת עבור כל סוגי הגלים. הבה נבחן כעת את הסיבות להתרחשותו ונחשב את השינוי בתדירות גלי הקול עקב השפעה זו.

אפקט דופלר: א - שני הצופים על המדרכה שומעים את צליל הצפירה של כבאית עומדת באותו תדירות; ב - צופה שאליו מתקרב כבאית שומע צליל בתדירות גבוהה יותר, וצופה שהכבאית מתרחקת ממנו שומע צליל נמוך יותר.

הבה נבחן, למטרות ספציפיות, כבאית שהצפירה שלה, כאשר הרכב עומד, פולטת צליל בתדירות מסוימת לכל הכיוונים, כפי שמוצג באיור. 2.1,א. תנו לכבאית להתחיל לנוע כעת, והצפירה ממשיכה לפלוט גלי קול באותו התדר. עם זאת, בזמן נסיעה, גלי הקול הנפלטים מהסירנה קדימה יהיו קרובים יותר זה לזה מאשר אם המכונית לא הייתה בתנועה, כפי שמוצג באיור. 2.1, ב. זה קורה מכיוון שבמהלך תנועתו, משאית הכיבוי "משיגה" את הגלים שנפלטו בעבר. כך, צופה ליד הכביש יבחין במספר גדול יותר של פסגות גלים העוברות לידו ביחידת זמן, ולכן, עבורו, תדירות הקול תהיה גבוהה יותר. מצד שני, הגלים המתפשטים מאחורי המכונית יהיו רחוקים יותר זה מזה, שכן נראה שהמכונית "מתנתקת" מהם. כתוצאה מכך, ליחידת זמן, פחות פסגות גלים יעברו ליד הצופה מאחורי המכונית, וגובה הצליל יהיה נמוך יותר.

אוֹרֶז. 2.2.

כדי לחשב את השינוי בתדירות, אנו משתמשים באיור. 2.2. נניח שבמסגרת ההתייחסות שלנו האוויר (או מדיום אחר) במנוחה. באיור. 2.2 מקור הקול (לדוגמה, סירנה) במצב מנוחה. פסגות גלים עוקבות מוצגות, כאשר אחד מהם נפלט רק על ידי מקור הקול. המרחק בין פסגות אלו שווה לאורך הגל ל. אם תדר התנודה של מקור הקול שווה ל-¦, אזי הזמן שחלף בין פליטת פסגות הגלים שווה ל-

ט= 1/¦.

באיור. 2.3 מקור קול נע במהירות u ist. במהלך הזמן T (זה זה עתה נקבע), הפסגה הראשונה של הגל תעבור את המרחק ד =uט, איפה u- מהירות גל הקול באוויר (שכמובן תהיה זהה ללא קשר אם המקור זז או לא). באותו זמן, מקור הקול יזוז מרחק ד ist = u ist ט. אז המרחק בין פסגות גל עוקבות שווה לאורך הגל החדש ל`, ייכתב בטופס

ל` = ד + דזה = ( u+uזה) ט= (u+u ist)/¦,

כִּי ט= 1/¦. התדר ¦` של הגל ניתן על ידי הביטוי

¦`= u/ל` = u¦/ ( u+uזה),

¦` = ¦/(1 +uזה /u) [מקור הקול מתרחק מהצופה במנוחה].

מכיוון שהמכנה של השבר גדול מאחד, יש לנו ¦`<¦. Например, если источник создаёт звук на частоте 400 Гц, когда он находится в покое, то, когда источник начинает двигаться в направлении от наблюдателя, стоящего на месте, со скоростью 30 м/с, последний услышит звук на частоте (при температуре 0 о C)

¦` = 400 הרץ / 1 + (30 מ"ש)/(331 מ"ש) = 366.64 הרץ.

אורך גל חדש למקור שמתקרב במהירות לצופה u ist, יהיה שווה

ל` = ד - ד ist.

במקרה זה, התדר ¦` ניתן על ידי הביטוי

¦` = ¦/(1 -uזה /u) [מקור הקול מתקרב אל הצופה במנוחה].

אפקט הדופלר מתרחש גם כאשר מקור הקול נמצא במנוחה (ביחס לתווך בו מתפשטים גלי הקול) והצופה נע. אם מתבונן מתקרב למקור קול, הוא שומע צליל בגובה הצליל גבוה מזה הנפלט מהמקור. אם הצופה מתרחק מהמקור, אז הצליל נראה לו נמוך יותר. מבחינה כמותית, השינוי בתדירות כאן שונה מעט מהמקרה שבו המקור נע והצופה במנוחה. במקרה זה, המרחק בין פסגות הגלים (אורך גל ל) אינו משתנה, אך מהירות התנועה של הרכסים ביחס למתבונן משתנה. אם הצופה מתקרב למקור הקול, אזי מהירות הגלים ביחס למתבונן תהיה שווה ל u` = u + u obs, איפה uהיא מהירות התפשטות הקול באוויר (אנו מניחים שהאוויר במנוחה), ו u obs - מהירות צופה. לכן, התדר החדש יהיה שווה ל

¦`= u` /ל = (u + u obs)/ ל,

או, בגלל ל= u /¦,

¦` = (1+u obs /u) ¦ [הצופה מתקרב למקור קול נייח].

במקרה בו הצופה מתרחק ממקור הקול, המהירות היחסית תהיה שווה ל u` = u - uניתן לצפייה,

¦` = (1 -u obs /u) ¦ [הצופה מתרחק ממקור הקול הנייח].

אם גל קול מוחזר ממכשול נע, אזי תדירות הגל המוחזר עקב אפקט הדופלר תהיה שונה מתדירות הגל הנוצר, כלומר. יתרחש מה שנקרא שינוי תדר דופלר. אם התקרית וגלי הקול המוחזרים מונחים זה על זה, תיווצר סופרפוזיציה, וזה יוביל לפעימות. תדר הפעימה שווה להפרש בין התדרים של שני הגלים. ביטוי זה של אפקט הדופלר נמצא בשימוש נרחב במכשירים רפואיים שונים, המשתמשים בדרך כלל בגלים קוליים בטווח תדרי מגה-הרץ. לדוגמה, גלי אולטרסאונד המשתקפים מתאי דם אדומים יכולים לשמש כדי לקבוע את מהירות זרימת הדם. באופן דומה, ניתן להשתמש בשיטה זו כדי לזהות את התנועה של חזה העובר, כמו גם לנטר מרחוק את פעימות הלב. יש לציין כי אפקט הדופלר הוא גם הבסיס לשיטת זיהוי המכ"ם עבור כלי רכב החורגים מהמהירות המותרת, אך במקרה זה משתמשים בגלי אלקטרומגנטיים (רדיו) ולא בגלי קול.

דיוק היחסים (2.1) ו-(2.2) יורד אם uזה או uהתצפיות מתקרבות למהירות הקול. זאת בשל העובדה שתזוזה של חלקיקי המדיום כבר לא תהיה פרופורציונלית לכוח השיקום, כלומר. יתעוררו חריגות מחוק הוק, כך שרוב ההיגיון התיאורטי שלנו יאבד כוח.

מַסְקָנָה.

קוֹל מתפשט בצורה של גל אורך באוויר ובאמצעים אחרים. מהירות הקול באוויר עולה עם עליית הטמפרטורה; ב-0 o C זה בערך 331 m/s.

אפקט דופלר היא שהתנועה של מקור קול או מאזין גורמת לשינוי בגובה הצליל. אופייני לכל גל (אור, קול וכו'). כאשר המקור מתקרב למקלט ליורד, ועם המרחק עולה בכמות ל - ל O = nl O /c, איפה ל o - אורך גל מקור, ג- מהירות התפשטות גל, נ- מהירות יחסית של המקור. במילים אחרות, אם מקור הצליל והמאזין מתקרבים, גובה הצליל גדל; אם הם מתרחקים זה מזה, אז גובה הצליל יורד.

הפניות.

1. האנציקלופדיה הגדולה של קירילוס ומתודיוס 2001 (2 CD-ROM).

2. Giancoli D. Physics: ב-2 כרכים T. 1: Trans. מאנגלית - מ.: מיר, 1989. – 656 עמ', ill.

3. Enochovich A. S. ספר עיון קצר על פיזיקה. – מהדורה שנייה, מתוקנת והוספה. – M.: Higher School, 1976. – 288 עמ', ill.

4. Savelyev I.V. קורס פיזיקה כללית: ספר לימוד. הַפרָשָׁה. ב-3 כרכים T. 2. חשמל ומגנטיות. גַלִים. אוֹפְּטִיקָה. – מהדורה שלישית, ריב. – מ.: מדע. Ch. ed. פיזיקה ומתמטיקה ליט., 1988. – 496 עמ', איל.

בַּקָשָׁהא.

בַּקָשָׁהב.

טבלאות.

פֶּתֶק.מקדם הטמפרטורה של מהירות הקול מראה כמה מטרים לשנייה מהירות הקול בחומר עולה כאשר הטמפרטורה שלו עולה ב-1 o C. סימן המינוס מראה שלנוזל זה יש מקדם טמפרטורה שלילי של מהירות. המשמעות היא שככל שהטמפרטורה עולה, מהירות הקול בנוזל יורדת. היוצא מן הכלל הוא מים ככל שהטמפרטורה עולה מ-0 ל-74 מעלות צלזיוס, מהירות הקול בהם עולה. מהירות הקול הגבוהה ביותר במים ב-74 מעלות צלזיוס היא 1555.5 מטר לשנייה.

1.25. 3 גלי קול

הרעיון של גל קול. מהירות הקול במדיות שונות. מאפיינים פיזיים של צליל: עוצמה, ספקטרום, גובה, נפח, דעיכה. אולטרסאונד ויישומה. אפקט דופלר. גלי הלם.

גלי קול.

סוג חשוב של גלים אורכיים הם גלי קול . זה השם שניתן לגלים עם תדרים של 17-20,000 הרץ. חקר הסאונד נקרא אקוסטיקה. באקוסטיקה חוקרים גלים שמתפשטים לא רק באוויר, אלא גם בכל מדיום אחר. גלים אלסטיים בתדר מתחת ל-17 הרץ נקראים אינפרסאונד, ובתדר מעל 20,000 הרץ - אולטרסאונד.

גלי קול הם רעידות אלסטיות המתפשטות בצורה של תהליך גל בגזים, נוזלים ומוצקים..

לחץ קול מוגזם. משוואת גלי קול.

משוואת הגלים האלסטיים מאפשרת לך לחשב את התזוזה של כל נקודה בחלל שדרכה הגל עובר בכל זמן. אבל איך נוכל לדבר על תזוזה של חלקיקי אוויר או נוזלים ממצב שיווי המשקל? צליל, המתפשט בנוזל או בגז, יוצר אזורי דחיסה והידרדרות של המדיום, בהם הלחץ עולה או יורד בהתאם ללחץ של המדיום הבלתי מופרע.

אם הם הלחץ והצפיפות של המדיום הבלתי מופרע (המדיום שדרכו הגל אינו עובר), והאם הלחץ והצפיפות של המדיום כאשר תהליך הגל מתפשט בו, אזי הכמות נקראת לחץ יתר . גוֹדֶל יש ערך מרבי של לחץ עודף (משרעת לחץ יתר ).

השינוי בלחץ העודף עבור גל קול מישור (כלומר, משוואת גלי קול מישור) הוא:

כאשר y הוא המרחק ממקור התנודות של הנקודה שבה אנו קובעים את הלחץ העודף בזמן t.

אם נציג את ערך הצפיפות העודפת ואת המשרעת שלה באותו אופן כפי שהצגנו את הערך של לחץ קול עודף, אזי ניתן לכתוב את המשוואה של גל קול מישורי באופן הבא:

. (30.2)

מהירות הקול- מהירות התפשטות גלי הקול במדיום. ככלל, מהירות הקול בגזים פחותה מאשר בנוזלים, ובנוזלים מהירות הקול נמוכה יותר מאשר במוצקים. ככל שהצפיפות גדולה יותר, כך מהירות הקול גדולה יותר. מהירות הקול בכל תווך מחושבת על ידי הנוסחה: כאשר β היא הדחיסה האדיאבטית של המדיום ρ היא הצפיפות.

מאפיינים אובייקטיביים וסובייקטיביים של צליל.

המילה "צליל" עצמה משקפת שני מושגים שונים אך קשורים זה בזה: 1) צליל כתופעה פיזיקלית; 2) צליל הוא התפיסה שמכשיר השמיעה (האוזן האנושית) חווה והתחושות המתעוררות בו. בהתאם, מאפייני הצליל מחולקים ל מַטָרָה , אשר ניתן למדוד על ידי ציוד פיזי, ו עִםמַטָרָה , נקבע על ידי התפיסה של צליל נתון על ידי אדם.

מאפיינים אובייקטיביים (פיזיים) של צליל כוללים מאפיינים המתארים כל תהליך גל: תדר, עוצמה והרכב ספקטרלי. לשולחן 1. נתונים השוואתיים של מאפיינים אובייקטיביים וסובייקטיביים כלולים.

טבלה 1.

תדר קול נמדד במספר הרעידות של חלקיקי המדיום המשתתפים בתהליך הגל בשנייה אחת.

עָצמָה גל נמדד על ידי האנרגיה המועברת על ידי הגל ליחידת זמן דרך יחידת שטח (הנמצאת בניצב לכיוון ההתפשטות של הגל).

הרכב ספקטרלי (ספקטרום) צליל מציין מאילו תנודות מורכב צליל נתון וכיצד האמפליטודות מתפלגות בין מרכיביו הבודדים.

לְהַבחִין ספקטרום רציף וקווי . כדי להעריך באופן סובייקטיבי את עוצמת הקול, נקראים כמויות רמת הקול ועוצמת הקול .

טבלה 2 - מאפיינים אובייקטיביים של תהליכי גל מכאניים.

כדי לאפיין את הכמויות שקובעות את תפיסת הקול, לא כל כך חשובים הערכים האבסולוטיים של עוצמת הקול ולחץ הקול, אלא הקשר שלהם לערכי סף מסוימים. לכן, מושג העוצמה היחסית ורמות לחץ הקול מוצג.

על מנת שגל קול ייתפס באוזן, יש צורך שעוצמתו תעלה על ערך מינימלי הנקרא נגובה השמיעה . הערך שונה עבור תדרים שונים. לגבי התדירות, סף השמיעה הוא בסדר גודל. הניסיון קבע שבכל תדר יש גבול עליון של עוצמת הקול, שמעליו אדם חווה כאב. הכמות נקראת סף כאב.

רמת אינטנסיביות (רמת עוצמת הקול) שווה ללוגריתם העשרוני של היחס בין עוצמת הקול בתדר נתון לעוצמת הקול באותו תדר בסף השמיעה:

.

עוצמת קול - תפיסה סובייקטיבית של חוזק הצליל (ערך מוחלט של תחושת השמיעה). עוצמת הקול תלויה בעיקר בלחץ הקול ובתדירות תנודות הקול. כמו כן, עוצמת הקול של צליל מושפעת מהגוון שלו, משך החשיפה לרעידות קול וגורמים נוספים. רמת עוצמת הקול שווה ללוגריתם העשרוני של היחס בין עוצמת הקול בתדר נתון לעוצמת הקול בתדר של 1000 הרץ בסף השמיעה:

.

יחידת רמת העוצמה היא בל (B): . עשירית מלבן נקראת דציבל (dB): 0.1B = 1dB. הנוסחה לקביעת רמת העוצמה בדציבלים תהיה בצורה:

.

אם נכתוב את הנוסחה לרמת הווליום בטופס , אז יחידת המדידה SI עם הגדרה זו של כמות היא יחידה שנקראת פון. בתדר של 1000 הרץ, סולמות הרקע והדציבלים זהים עבור תדרים אחרים.

רמת לחץ קול שווה למכפלה של פי 20 מהלוגריתם של היחס בין לחץ הקול בתדר נתון ללחץ הקול בסף השמיעה. יחידת המדידה במקרה זה היא דציבלים.

.

אולטרסאונד:גלים מכניים עם תדר תנודות גדול מ-20,000 הרץ אינם נתפסים על ידי בני אדם כקול.

אולטרסאונד הוא תנועה נדנדת מתפשטת דמוית גל של חלקיקי תווך ומאופיינת במספר מאפיינים בולטים בהשוואה לרעידות בטווח הנשמע. בטווח התדרים האולטראסוני קל יחסית להשיג קרינה מכוונת; תנודות אולטרה-קוליות מתאימות היטב להתמקדות, וכתוצאה מכך עולה עוצמת הרעידות האולטרא-קוליות באזורי השפעה מסוימים. כאשר מתפשטים בגזים, נוזלים ומוצקים, האולטרסאונד מייצר תופעות ייחודיות, שרבות מהן מצאו יישום מעשי בתחומים שונים של מדע וטכנולוגיה. קצת יותר ממאה שנים חלפו מאז תחילת המחקר בתחום הרעידות האולטראסוניות. במהלך תקופה זו, עשרות טכנולוגיות אולטרסאונד יעילות ביותר, חוסכות משאבים וידידותיות לסביבה הופיעו בנכס האנושות. אלה כוללים: טכנולוגיות להתקשות, פחיות והלחמה של מתכות, מניעת היווצרות אבנית על משטחי חילופי חום, קידוח חומרים שבירים וקשים במיוחד, ייבוש חומרים תרמולאביליים, מיצוי חומרי גלם מן החי והצומח, המסה, עיקור חומרים נוזליים, ריסוס עדין של תרופות, דלקים כבדים, השגת אמולסיות ותרחיפים עדינים במיוחד, פיזור צבעים, ריתוך מתכתופולימרים, שטיפה, ניקוי חלקים ללא שימוש בממיסים דליקים ורעילים.

בשנים האחרונות, האולטרסאונד החל למלא תפקיד חשוב יותר ויותר בתעשייה ובמחקר המדעי. מחקרים תיאורטיים וניסיוניים בוצעו בהצלחה בתחום הקוויטציה האולטרסאונדית והזרימות האקוסטיות, שאפשרו לפתח תהליכים טכנולוגיים חדשים המתרחשים בהשפעת אולטרסאונד בשלב הנוזל. נכון להיום, מתגבש כיוון חדש בכימיה - כימיה אולטראסונית, המאפשרת להאיץ תהליכים טכנולוגיים כימיים רבים ולהשיג חומרים חדשים. המחקר המדעי תרם להופעתו של ענף חדש באקוסטיקה - אקוסטיקה מולקולרית, החוקר את האינטראקציה המולקולרית של גלי קול עם חומר. תחומי יישום חדשים של אולטרסאונד הופיעו: אינטרוסקופיה, הולוגרפיה, אקוסטיקה קוונטית, מדידת פאזה קולית, אקוסטולאלקטרוניקה.

לצד מחקר תיאורטי וניסיוני בתחום האולטרסאונד, בוצעו עבודות מעשיות רבות. פותחו מכונות אולטרסוניות אוניברסליות ומיוחדות, מתקנים הפועלים בלחץ סטטי מוגבר, מתקנים ממוכנים על-קוליים לניקוי חלקים, גנרטורים בעלי תדירות מוגברת ומערכת קירור חדשה וממירים בעלי תחום חלוקה אחיד.

קול הד הוא מכשיר לקביעת עומק הים. איתור אולטראסוני משמש לקביעת המרחק למכשול בדרך. כאשר אולטרסאונד עובר בנוזל, חלקיקי הנוזל מקבלים תאוצות גדולות ומשפיעים מאוד על גופים שונים המוצבים בנוזל. זה משמש כדי להאיץ מגוון רחב של תהליכים טכנולוגיים (למשל, הכנת פתרונות, שטיפת חלקים, שיזוף עור וכו'). אולטרסאונד משמש לאיתור פגמים בחלקי מתכת ברפואה מתבצעת בדיקת אולטרסאונד של איברים פנימיים.

אפקט דופלרנקרא שינוי בתדירות התנודות הנתפסת על ידי המקלט כאשר מקור התנודות הללו והמקלט נעים זה ביחס לזה.

כדי לשקול את אפקט הדופלר, נניח שמקור הקול והמקלט נעים לאורך הקו הישר המחבר ביניהם; vזה ו v pr - בהתאמה, מהירות התנועה של המקור והמקלט, והם חיוביים אם המקור (המקלט) מתקרב למקלט (המקור), ושלילי אם הוא מתרחק. תדירות תנודת המקור היא v 0 .

1. המקור והמקלט נמצאים במנוחה ביחס למדיום,כְּלוֹמַר v ist = v pr =0. אִם v - מהירות ההתפשטות של גל קול בתווך הנדון, ולאחר מכן אורך הגל ל= vT= v/ v 0 . מתפשט במדיום, הגל יגיע למקלט ויגרום לאלמנט הרגיש לקול שלו להתנודד בתדר

לכן התדירות vצליל שהמקלט ירשום שווה לתדר v 0 שבו גל הקול נפלט על ידי המקור.

2. המקלט מתקרב למקור, והמקור נמצא במנוחה,כְּלוֹמַר v pr >0, v ist =0. במקרה זה, מהירות התפשטות הגלים ביחס למקלט תהיה שווה ל v + vוכו' מאחר שאורך הגל אינו משתנה, אז

(30.4)

כלומר, תדירות התנודות הנקלטת על ידי המקלט, ב ( v+ v pr) / vכפול תדירות התנודה של המקור.

3. המקור ניגש ליורש, והמקלט נמצא במנוחה,כְּלוֹמַר vהוא >0, v pr =0.

מהירות ההתפשטות של התנודות תלויה רק ​​בתכונות המדיום, לכן, בזמן השווה לתקופת התנודה של המקור, הגל הנפלט על ידו יעבור מרחק לעבר המקלט vT(שווה לאורך הגל ל) ללא קשר אם המקור נע או במצב מנוחה. באותו זמן, המקור יעבור מרחק בכיוון הגל v ist ט(איור 224), כלומר, אורך הגל בכיוון התנועה יתקצר ויהיה שווה ל"=ל-v ist ט=(v-vזה) ט, לאחר מכן

(30.5)

כלומר תדירות נרעידות הנתפסות על ידי המקלט יגדלו ב v/(v – v ist) פעמים. במקרים 2 ו-3, אם v ist<0 и v pr<0, знак будет обратным.

4. המקור והמקלט נעים זה ביחס לזה.באמצעות התוצאות שהתקבלו עבור מקרים 2 ו-3, נוכל לכתוב ביטוי לתדירות התנודות הנתפסת על ידי המקלט:

(30.6)

יתרה מכך, הסימן העליון נלקח אם, כאשר המקור או המקלט זזים, הם מתקרבים זה לזה, הסימן התחתון - אם הם מתרחקים זה מזה.

מהנוסחאות לעיל עולה כי אפקט הדופלר שונה בהתאם אם המקור או המקלט זזים. אם כיווני המהירות vבְּ- vזה לא עולה בקנה אחד עם הקו הישר העובר דרך המקור והמקלט, אז במקום המהירויות האלה בנוסחה (30.6) עלינו לקחת את ההקרנות שלהם לכיוון של הקו הישר הזה.

גל הלם:משטח קרע שזז ביחס לגז/נוזל/מוצקים ובצומת שבו לחץ, צפיפות,

טמפרטורה ומהירות חווים קפיצה.

גלי הלם מתרחשים במהלך פיצוצים, פיצוץ, במהלך תנועות על-קוליות של גופים, במהלך גלים חשמליים חזקים. פריקות וכדומה, למשל, במהלך פיצוץ נפץ נוצרים תוצרי פיצוץ מחוממים מאוד, בעלי צפיפות גבוהה ונמצאים בלחץ גבוה. ברגע הראשוני הם מוקפים באוויר נח בצפיפות רגילה ובלחץ אטמוספרי. תוצרי ההתפשטות של הפיצוץ דוחסים את האוויר שמסביב, ובכל רגע של זמן נדחס רק האוויר שנמצא בנפח מסוים; מחוץ לנפח זה האוויר נשאר במצב לא מופרע. עם הזמן, נפח האוויר הדחוס גדל. המשטח המפריד בין האוויר הדחוס לאוויר הבלתי מופרע הוא החלק הקדמי של גל ההלם. במספר מקרים של תנועה על-קולית של גופים בגז (פגזי ארטילריה, נחיתות חלליות), כיוון תנועת הגז אינו עולה בקנה אחד עם הנורמלי לפני השטח של חזית גלי ההלם, ואז נוצרים גלי הלם אלכסוניים. .

דוגמה להתרחשות והתפשטות של גל הלם היא דחיסת גז בצינור על ידי בוכנה. אם הבוכנה נעה לתוך הגז לאט, אז דרך הגז במהירות הקול אריצות אקוסטיות גל דחיסה (אלסטי). אם מהירות הבוכנה אינה קטנה בהשוואה למהירות הקול, נוצר גל הלם שמהירות התפשטותו דרך הגז הבלתי מופרע גדולה ממהירות התנועה של חלקיקי הגז (מה שנקרא מהירות המסה), אשר עולה בקנה אחד עם מהירות הבוכנה. המרחקים בין חלקיקים בגל הלם קטנים יותר מאשר בגז לא מופרע עקב דחיסת גז. אם הבוכנה נדחפת לראשונה לתוך הגז במהירות נמוכה ומואצת בהדרגה, אז לא נוצר מיד גל הלם. ראשית, מופיע גל דחיסה עם התפלגות רציפה של צפיפות r ולחץ ר.עם הזמן, תלילות החלק הקדמי של גל הדחיסה עולה, מכיוון שהפרעות מהבוכנה הנעה בתאוצה מדביקות אותה ומעצימות אותה, וכתוצאה מכך לזינוק חד בכל הפרמטרים ההידרודינמיים. כמויות, כלומר גל הלם

גל הלם בגזים אמיתיים. בגז אמיתי בטמפרטורות גבוהות מתרחשת עירור של תנודות מולקולריות, ניתוק מולקולות, תגובות כימיות, יינון וכו', הקשורים בהוצאה אנרגטית ושינוי במספר החלקיקים. במקרה זה, האנרגיה הפנימית e תלויה בצורה מורכבת ב עו ρ ופרמטרים של גז מאחורי החזית.

כדי לפזר מחדש את האנרגיה של גז, דחוס ומחומם בגל הלם חזק, על פני דרגות חופש שונות, נדרשות בדרך כלל הרבה התנגשויות של מולקולות. לכן, רוחב שכבת Dx בה מתרחש המעבר ממצב שיווי משקל תרמודינמי ראשוני למצב הסופי, כלומר רוחב חזית גלי ההלם, בגזים אמיתיים, בדרך כלל גדול בהרבה מרוחב הזעזוע הצמיג ונקבע. לפי זמן הַרפָּיָה האיטי ביותר מבין התהליכים: עירור תנודות, דיסוציאציה, יינון וכו' התפלגות

אוֹרֶז. 25.1 התפלגות הטמפרטורה (א) וצפיפות (ב) בגל הלם המתפשט בגז אמיתי .

לטמפרטורות וצפיפות בגל ההלם יש את הצורה המוצגת באיור. 25.1 שבו גל ההלם הצמיג מתואר כפיצוץ.

גל הלם במוצקים.לאנרגיה וללחץ במוצקים יש אופי כפול: הם קשורים לתנועה תרמית ולאינטראקציה של חלקיקים (רכיבים תרמיים ואלסטיים). התיאוריה של כוחות בין-חלקיקים לא יכולה לתת תלות כללית של המרכיבים האלסטיים של לחץ ואנרגיה בצפיפות בטווח רחב עבור חומרים שונים, ולכן, תיאורטית, זה בלתי אפשרי לבנות פונקציה המתייחסת ( ע,ρ) לפני ומאחורי חזית גל ההלם. לכן, חישובים עבור גופים מוצקים (ונוזליים) נקבעים מניסיון או באופן חצי אמפירי. עבור דחיסה משמעותית של מוצקים, יש צורך בלחצים של מיליוני אטמוספרות, אשר מושגות כעת במחקרים ניסיוניים. בפועל, יש חשיבות רבה לגלי הלם חלשים עם לחצים של 10 4 -10 5 atm. מדובר בלחצים המתפתחים בזמן פיצוץ, פיצוצים במים, פגיעות של תוצרי פיצוץ על מכשולים ועוד. במספר חומרים - ברזל, ביסמוט ואחרים מתרחשים מעברי פאזה - טרנספורמציות פולימורפיות - בגל ההלם. בלחצים נמוכים במוצקים, גלים אלסטיים , התפשטותם, כמו התפשטות גלי דחיסה חלשים בגזים, יכולה להיחשב על בסיס חוקי האקוסטיקה.

מהירות הסאונד- מהירות התפשטות בסביבה. נקבע על ידי הגמישות והצפיפות של המדיום. לריצה מבלי לשנות צורה במהירות עִםלכיוון הציר X, לחץ קול ריכול להיות מיוצג בטופס p = p(x - - ct), איפה ט- זמן. להרמוניה מישורית, גלים במדיום ללא פיזור ו-SZ. מתבטא במונחים של תדירות w and קפלוי c = w/k. עם מהירות עִםהשלב ההרמוני מתפשט. גלים, אז עִםנִקרָא גם שלב S. z. במדיה שבה צורת גל שרירותי משתנה במהלך התפשטות, הרמונית. הגלים בכל זאת שומרים על צורתם, אבל מהירות הפאזה מתבררת כשונה עבור תדרים שונים, כלומר. פיזור צליל.במקרים אלו נעשה שימוש גם במושג מהירות הקבוצה. באמפליטודות גדולות של הגל האלסטי מופיעות השפעות לא ליניאריות (ראה. אקוסטיקה לא ליניארית), המוביל לשינוי בגלים כלשהם, כולל אלה הרמוניים: מהירות ההתפשטות של כל נקודה בפרופיל הגל תלויה בלחץ בנקודה זו, עולה עם הלחץ הגובר, מה שמוביל לעיוות של צורת הגל.

מהירות הקול בגזים ובנוזלים. בגזים ובנוזלים, קול מתפשט בצורה של גלי דחיסה-פריקה נפחיים. אם תהליך ההתפשטות מתרחש באופן אדיאבטי (וזה, ככלל, המקרה), כלומר, לשינוי הטמפרטורה בגל הקול אין זמן להתיישר גם לאחר 1 / 2 , תקופה החום מהאזורים המחוממים (הדחוסים) אין לו זמן לעבור לאזורים הקרים (הנדירים), ואז S. z. שווה ל , איפה רהוא הלחץ בחומר, הוא הצפיפות שלו והאינדקס סמראה שהנגזרת נלקחת באנטרופיה קבועה. זה ש.ז. נִקרָא אדיאבטית. ביטוי עבור S. z. ניתן לכתוב גם באחת מהצורות הבאות:

אֵיפֹה אֶללעזאזל - אדיאבטית. מודול דחיסה של חומר מסביב, - אדיאבטית. דחיסה, - איזותרמית דחיסה, = - היחס בין יכולות החום בלחץ ובנפח קבועים.

במוצקים מוגבלים, בנוסף לגלים אורכיים ורוחביים, ישנם סוגים נוספים של גלים. לפיכך, לאורך המשטח החופשי של גוף מוצק או לאורך הגבול שלו עם תווך אחר, הם מתפשטים גלים אקוסטיים על פני השטח, שמהירותם נמוכה ממהירות גלי הגוף האופיינית לחומר נתון. לצלחות, מוטות וחומרים אקוסטיים מוצקים אחרים. מובילי גל הם אופייניים גלים רגיליםמהירותו נקבעת לא רק על ידי תכונות החומר, אלא גם על ידי הגיאומטריה של הגוף. אז, למשל, S. z. לגל אורכי במוט עם st, שמידותיו הרוחביות קטנות בהרבה מאורך הגל של הקול, שונה מה-S. z. בסביבה בלתי מוגבלת עם ל(טבלה 3):

שיטות למדידת S.z. ניתן לחלק לתהודה, אינטרפרומטרי, דופק ואופטי (ראה. עקיפה של אור על ידי אולטרסאונד).נייב. דיוק המדידה מושג באמצעות שיטות פאזות דופק. אוֹפּטִי שיטות מאפשרות למדוד S. z. בתדרים היפרסוניים (עד 10 11 -10 12 הרץ). דיוק שרירי הבטן. מידות S. z. על הציוד הטוב ביותר כ. 10 -3%, בעוד שהדיוק הוא יחסי. מדידות בסדר גודל של 10 -5% (לדוגמה, כאשר לומדים את התלות עִםעל טמפרטורה או מגנטי שדות או ריכוז זיהומים או פגמים).

מידות של S. z. משמשים להגדרת רבים. תכונות החומר, כגון היחס בין יכולות החום לגזים, דחיסה של גזים ונוזלים, מודולי אלסטי של מוצקים, טמפרטורת Debye וכו' (ראה. אקוסטיקה מולקולרית). קביעת שינויים קטנים בס.ז. הוא רגיש. שיטה לתיקון זיהומים בגזים ובנוזלים. במוצקים, המדידה של S. z. והתלות שלו בשונה גורמים (טמפרטורה, שדות מגנטיים וכו') מאפשרים ללמוד את מבנה החומר: מבנה הלהקה של מוליכים למחצה, מבנה פני השטח של פרמי במתכות וכו'.

מוּאָר.: Landau L. D., L i f sh i c E. M., Theory of Elasticity, 4th ed., M., 1987; אותם, Hydrodynamics, 4th ed., M., 1988; ברגמן ל., ויישומה במדע וטכנולוגיה, טרנס. מגרמנית, מהדורה שנייה, מ', 1957; Mikhailov I. G., Solovyov V. A., Syrnikov Yu P., Fundamentals of Molecular Acoustics, M., 1964; טבלאות לחישוב מהירות הקול במי ים, ל', 1965; אקוסטיקה פיזית, עורך. וו. מייסון, טרנס. מאנגלית, כרך 1, חלק א, מ., 1966, ch. 4; ט 4, חלק ב, מ., 1970, ch. 7; Kolesnikov A.E., Ultrasonic Measurements, 2nd ed., M., 1982; T r u e l l R., E l b a u m Ch., Ch i k B., Ultrasonic methods in physics state solid, trans. מאנגלית, מ', 1972; גבישים אקוסטיים, עורך. M. P. Shaskolskoy, M., 1982; Krasilnikov V.A., Krylov V.V., Introduction to Physical Acoustics, M., 1984. א.ל. פוליאקובה.

צליל הוא בן לוויה של אדם לאורך חייו, אבל מעטים האנשים שחושבים על מה זה. מנקודת מבט פיזיקלית ניתן להגדיר צליל כתנועות נדנוד של חלקיקים בתווך אלסטי הנגרמות ממקור כלשהו, ​​בקיצור - גלים אלסטיים. מהירות הקול תלויה בתכונות המדיום שבו הוא מתפשט: בגזים מהירות הקול עולה עם עליית הטמפרטורה והלחץ, בנוזלים היא יורדת עם עליית הטמפרטורה (היוצא מן הכלל הוא מים, שבהם מהירות הקול מגיעה ל- מקסימום ב-74 מעלות צלזיוס ומתחיל לרדת רק בהעלאת טמפרטורה זו). לגבי אוויר, מערכת היחסים הזו נראית כך:

C = 332 + 0.6ט ג

כאשר t c היא טמפרטורת הסביבה, °C.

טבלה 1. מהירות קול בגזים, בטמפרטורה של 0 מעלות צלזיוס ולחץ של 1 אטמוספירה.

טבלה 2. מהירות צליל בנוזלים בטמפרטורה של 20 מעלות צלזיוס.

במוצקים, מהירות הקול נקבעת על פי מודול האלסטי של החומר וצפיפותו, בעוד שהיא נבדלת בכיווני האורך והרוחב במוצקים איזוטרופיים בלתי מוגבלים.

טבלה 3. מהירות צליל במוצק.

הטבלאות מראות בבירור שמהירות הקול בגזים נמוכה בהרבה מאשר במוצקים, וזו הסיבה שבסרטי הרפתקאות ניתן לראות לעתים קרובות אנשים שמים אוזן לקרקע כדי לקבוע נוכחות של מרדף בולטת גם לידו הרכבת, כאשר קולה של רכבת מגיעה נשמע פעמיים - בפעם הראשונה הוא מועבר לאורך המסילות, ובפעם השנייה באוויר.

ניתן לתאר את תהליך התנועה התנודה של גל קול בתווך אלסטי באמצעות דוגמה של תנודה של חלקיק אוויר:

חלקיק אוויר הנאלץ לנוע ממקומו ההתחלתי עקב השפעת מקור קול מופעל על ידי כוחות אלסטיים של אוויר, המנסים להחזירו למקומו המקורי, אך עקב פעולת כוחות אינרציאליים, כאשר חוזרים, החלקיק לא עוצר, אלא מתחיל להתרחק מהמיקום ההתחלתי בכיוון ההפוך, שבו, בתורו, פועלים עליו גם כוחות אלסטיים והתהליך חוזר על עצמו.

איור 1. תהליך רטט חלקיקי האוויר

באיור (איור מס' 2), מולקולות אוויר מיוצגות באופן פיגורטיבי על ידי נקודות קטנות (יש יותר ממיליון מהן במטר מעוקב של אוויר). הלחץ באזור הדחיסה גבוה מעט מהלחץ האטמוספרי, ובאזור הנדיר, להיפך, הוא מתחת ללחץ האטמוספרי. כיוון החצים הקטנים מראה שבממוצע, מולקולות נעות ימינה מאזור של לחץ גבוה ושמאלה מאזור של לחץ נמוך. כל אחת מהמולקולות המיוצגות עוברת תחילה מרחק מסוים ימינה, ולאחר מכן אותו מרחק שמאלה, ביחס למיקומה המקורי, בעוד שגל הקול נע באופן אחיד ימינה.

איור 2. תנועת גלי קול

הגיוני לשאול את השאלה - מדוע גל הקול זז ימינה? את התשובה ניתן למצוא על ידי בחינה מדוקדקת של החצים באיור הקודם: במקום שבו החצים מתנגשים זה בזה, נוצרת הצטברות חדשה של מולקולות, שתמוקם בצד ימין של אזור הדחיסה המקורי כמונו להתרחק מנקודת ההתנגשות של החצים, צפיפות המולקולות יורדת ונוצר אזור נידוף חדש, לכן התנועה ההדרגתית של אזורים בלחץ גבוה ונמוך מובילה לתנועת גל הקול ימינה.

איור 3. תהליך הזזת גל קול

תנועת גל מסוג זה נקראת תנודות הרמוניות או סינוסואידיות, המתוארות כך:

x(t) = Asin(wt + φ)

גל הרמוני או סינוס פשוט מוצג באיור (איור מס' 4):

איור 4. גל סינוס

אורך הגל תלוי בתדירות ובמהירות הקול:

אורך גל (m) = מהירות גל (m/s) / תדר (Hz)

בהתאם לכך, התדירות נקבעת באופן הבא:

תדר (הרץ) = מהירות גל (מ/ש) / אורך גל (מ')

מהמשוואות הללו ברור שככל שהתדר עולה, אורך הגל יורד.

טבלה 4. אורך גל בהתאם לתדר הקול (בטמפרטורת אוויר 20 מעלות צלזיוס)

עוצמת הצליל יורדת ככל שהמרחק ממקור הקול עולה. אם גל קול אינו נתקל במכשולים כלשהם בדרכו, אז הקול מהמקור נע לכל הכיוונים. האיור (איור מס' 5) מציג את אופי השינוי בעוצמת הצליל - עוצמת הצליל נשארת קבועה, אך אזור ההשפעה גדל, וזו הסיבה שעוצמת הצליל יורדת בנקודה מסוימת.

איור 5. תהליך התפשטות גלי הקול

בהתאם לסוג מקור הקול, ישנם מספר סוגים של גלי קול: שטוח, כדורי וגליל.

איור 6. סוגי מקורות קול וייצוג סכמטי של חזית הגלים
a - צלחת מורחבת; b - מקור נקודתי; c - מקור ליניארי.

בעת התפשטות, גלים מישוריים אינם משנים צורה ומשרעת, גלים כדוריים אינם משנים צורה (המשרעת יורדת כ-1/r), גלים גליליים משנים גם את הצורה וגם את המשרעת (יורד כ-1/№r).