ความเร็วของเสียง

ความเร็วของเสียง– ความเร็วการเคลื่อนที่ของคลื่นยืดหยุ่นในตัวกลาง โดยที่รูปร่างของโปรไฟล์ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง เช่น คลื่นเครื่องบินเคลื่อนที่โดยไม่เปลี่ยนรูปร่างด้วยความเร็ว กับในทิศทางของแกน x, ความดันเสียงสามารถเขียนได้เป็น: p=p(x-กะรัต), ที่ไหน ทีคือเวลาและหน้าที่ รให้รูปทรงของโปรไฟล์คลื่น เพื่อความกลมกลืน คลื่น р= А cos(wt – kx + j)- คลื่นเสียงแสดงออกมาในรูปของความถี่ วและหมายเลขคลื่น เคสูตร ความเร็วของคลื่นฮาร์มอนิกเรียกอีกอย่างว่าความเร็วเฟสของเสียง ในสื่อที่รูปร่างของคลื่นที่มีรูปร่างตามอำเภอใจเปลี่ยนแปลงไประหว่างการแพร่กระจายคลื่นฮาร์มอนิกยังคงรักษารูปร่างไว้ แต่ความเร็วของเฟสจะแตกต่างกันไปตามความถี่ที่ต่างกันเช่น มี วางการกระจายความเร็วเสียง- ในกรณีเหล่านี้ จะใช้แนวคิดนี้ด้วย ความเร็วของกลุ่ม- ที่คลื่นยืดหยุ่นขนาดใหญ่จะปรากฏขึ้น ผลกระทบที่ไม่เป็นเชิงเส้นทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของคลื่นใดๆ รวมไปถึง ฮาร์มอนิก ดังนั้นแนวคิดเรื่องความเร็วของเสียงจึงสูญเสียคำจำกัดความ ในกรณีนี้ ความเร็วของการแพร่กระจายของแต่ละจุดของโปรไฟล์คลื่นจะขึ้นอยู่กับแอมพลิจูดของความดัน ณ จุดนี้ ความเร็วนี้จะเพิ่มขึ้นตามแรงกดดันที่เพิ่มขึ้น ณ จุดที่กำหนดในโปรไฟล์ ซึ่งนำไปสู่การบิดเบือนของรูปคลื่น

ความเร็วของเสียงในก๊าซและของเหลว- ในก๊าซและของเหลว เสียงจะแพร่กระจายในรูปแบบของคลื่นปริมาตรของการทำให้บริสุทธิ์ - การบีบอัด และกระบวนการมักจะเกิดขึ้นแบบอะเดียแบติก เช่น การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิในคลื่นเสียงไม่มีเวลาที่จะปรับระดับเพราะ ในระยะเวลา 1/2 ความร้อนจะไม่มีเวลาเคลื่อนจากบริเวณที่ร้อน (อัด) ไปยังบริเวณที่เย็น (ทำให้เป็นตะกอน)

ความเร็วของเสียงในก๊าซน้อยกว่าในของเหลวและตามกฎแล้วในของเหลวจะน้อยกว่าในของแข็ง ตารางที่ 2.1 แสดงความเร็วเสียงของก๊าซและของเหลวบางชนิด

ตารางที่ 2.1

ความเร็วของเสียงในก๊าซอุดมคติที่อุณหภูมิที่กำหนดไม่ขึ้นอยู่กับความดันและเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น โดยที่ T คืออุณหภูมิสัมบูรณ์ การเปลี่ยนแปลงความเร็วของเสียงต่อองศาเท่ากับ ที่อุณหภูมิห้อง การเปลี่ยนแปลงสัมพัทธ์ของความเร็วเสียงในอากาศเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง 1 องศาจะอยู่ที่ประมาณ 0.17% ในของเหลว ตามกฎแล้ว ความเร็วของเสียงจะลดลงตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น และการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิต่อองศา เช่น - 5.5 เมตร/วินาที×องศา สำหรับอะซิโตน และ - 3.6 เมตร/วินาที×องศา สำหรับเอทิลแอลกอฮอล์ ข้อยกเว้นสำหรับกฎข้อนี้คือ น้ำ ซึ่งความเร็วของเสียงที่อุณหภูมิห้องจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น 2.5 เมตร/วินาที×องศา จนถึงความเร็วสูงสุดที่อุณหภูมิ » 74°C และลดลงตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นอีก ความเร็วของเสียงในน้ำเพิ่มขึ้นตามความดันที่เพิ่มขึ้นประมาณ 0.01% ต่อ 1 บรรยากาศ นอกจากนี้ความเร็วของเสียงในน้ำจะเพิ่มขึ้นตามปริมาณเกลือที่ละลายในน้ำเพิ่มขึ้น

ในก๊าซเหลว ความเร็วของเสียงจะมากกว่าก๊าซที่อุณหภูมิเดียวกัน ตัวอย่างเช่น ในไนโตรเจนที่เป็นก๊าซที่อุณหภูมิลบ 195°C ความเร็วของเสียงคือ 176 m/s และในไนโตรเจนเหลวที่อุณหภูมิเดียวกันคือลบ 859 m/s ในก๊าซฮีเลียมและของเหลวที่อุณหภูมิลบ 269°C จะเท่ากับ 102 m/s และ 198 m/s ตามลำดับ

ในสารละลายเกลือที่เป็นน้ำ ความเร็วของเสียงจะเพิ่มขึ้นตามความเข้มข้นที่เพิ่มขึ้นตลอดช่วงความเข้มข้นทั้งหมด ดังนั้น การวัดความเร็วเสียงจึงสามารถใช้เพื่อกำหนดและควบคุมความเข้มข้นของส่วนประกอบของสารผสมและสารละลายได้

ความเร็วของเสียงในของแข็ง- ความเร็วของเสียงในของแข็งไอโซโทรปิกถูกกำหนดโดยโมดูลัสยืดหยุ่นของสาร ในสื่อของแข็งที่ไม่มีขอบเขต การแพร่กระจายตามยาวและแรงเฉือน (ตามขวาง) คลื่นยืดหยุ่นและความเร็วเฟสของเสียงสำหรับคลื่นตามยาวเท่ากับ:

และสำหรับแรงเฉือน

,

ที่ไหน อี– โมดูลัสของยัง ร- ความหนาแน่นของสาร ช– โมดูลัสแรงเฉือน n- อัตราส่วนปัวซอง; ถึง– โมดูลัสการบีบอัดปริมาตร ในโลหะที่ไหน n=0.3คุณสามารถติดตามการขึ้นต่อกันของอัตราส่วนความเร็วเสียงได้ในรูปที่ 1 2.2.

ข้าว. 2.2. การขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของความเร็วของคลื่นตามยาว, ตามขวาง, คลื่นพื้นผิวและคลื่นในแท่ง (ที่ d<<1) от коэффициента Пуассона.

ความเร็วของการแพร่กระจายของคลื่นตามยาวจะมากกว่าความเร็วของคลื่นเฉือนเสมอ กล่าวคือ ความสัมพันธ์เป็นที่พอใจ ค่าของความเร็วเสียงตามยาวและตามขวางสำหรับของแข็งบางชนิดแสดงไว้ในตารางที่ 2.2

ตารางที่ 2.2

ความเร็วของเสียงในของแข็งบางชนิด

ในของแข็งมีขอบเขต นอกเหนือจากคลื่นตามยาวและตามขวางแล้ว ยังมีคลื่นประเภทอื่นอีกด้วย ดังนั้น คลื่นประเภทใดประเภทหนึ่งจึงแพร่กระจายไปตามพื้นผิวอิสระของวัตถุแข็งหรือตามขอบของมันด้วยตัวกลางอื่น - คลื่นพื้นผิวซึ่งมีความเร็วน้อยกว่าความเร็วเสียงอื่นๆ ทั้งหมดสำหรับวัตถุแข็งที่กำหนด พวกมันแพร่กระจายในแผ่น แท่ง และท่อนำคลื่นเสียงแข็งอื่นๆ คลื่นปกติความเร็วที่กำหนดไม่เพียงแต่โดยลักษณะความยืดหยุ่นของสารเท่านั้น แต่ยังพิจารณาจากรูปทรงของร่างกายด้วย ตัวอย่างเช่น ความเร็วของเสียงสำหรับคลื่นตามยาวในแท่งไม้ซึ่งมีขนาดตามขวางเล็กกว่าความยาวคลื่นมากจะเท่ากับ: ตารางที่ 2.2 แสดงความเร็วของเสียงในแท่งบางๆ ของวัสดุบางชนิด

การแนะนำ.

แนวคิด เสียงเรามักจะเชื่อมโยงมันกับการได้ยินและด้วยเหตุนี้กับกระบวนการทางสรีรวิทยาในหูตลอดจนกระบวนการทางจิตในสมองของเรา (ซึ่งการประมวลผลความรู้สึกที่เข้าสู่อวัยวะการได้ยิน) นอกจากนี้ภายใต้ เสียงเราเข้าใจปรากฏการณ์ทางกายภาพที่ส่งผลต่อหูของเราคือคลื่นตามยาว หากคลื่นยืดหยุ่นดังกล่าวแพร่กระจายในอากาศจะมีความถี่ตั้งแต่ 16 ถึง 20000 เฮิร์ตซ์ ดังนั้น เมื่อไปถึงหูของมนุษย์ พวกมันจะทำให้เกิดความรู้สึก เสียง- ด้วยเหตุนี้จึงเรียกว่าคลื่นยืดหยุ่นในตัวกลางใด ๆ ที่มีความถี่ภายในขอบเขตที่กำหนด คลื่นเสียงหรือเพียงแค่ เสียง- คลื่นยืดหยุ่นที่มีความถี่น้อยกว่า 16 เฮิรตซ์เรียกว่า อินฟาเรด- คลื่นที่มีความถี่เกิน 20,000 เฮิรตซ์เรียกว่า อัลตราซาวนด์- หูของมนุษย์ไม่ได้ยินเสียงอินฟาเรดและอัลตราซาวนด์

สำหรับผู้ฟัง ลักษณะพิเศษของเสียงสองประการจะปรากฏให้เห็นทันที คือ ระดับเสียงและระดับเสียง ปริมาณมีความสัมพันธ์กับความเข้มของคลื่นเสียงซึ่งเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของแอมพลิจูดของคลื่น ความสูงเสียงบ่งบอกว่าเสียงสูง เช่น ไวโอลินหรือเชลโล หรือเสียงต่ำ เช่น เสียงกลองเบสหรือสายเบส ปริมาณทางกายภาพที่แสดงลักษณะของระดับเสียงคือความถี่การสั่นสะเทือนของคลื่นเสียง ซึ่งกาลิเลโอสังเกตเห็นเป็นครั้งแรก ยิ่งความถี่ต่ำ ระดับเสียงก็จะยิ่งต่ำ และความถี่ยิ่งสูง เสียงก็จะยิ่งสูงขึ้น

ลักษณะสำคัญอย่างหนึ่งของเสียงก็คือ ความเร็ว- ความเร็วของเสียงคือความเร็วที่คลื่นเสียงเดินทางผ่านตัวกลาง ในก๊าซ ความเร็วของเสียงจะน้อยกว่าในของเหลว และในของเหลวจะน้อยกว่าในของแข็ง (และสำหรับคลื่นตามขวาง ความเร็วจะน้อยกว่าความเร็วตามยาวเสมอ) ความเร็วของเสียงในก๊าซและไอระเหยอยู่ระหว่าง 150 ถึง 1,000 เมตรต่อวินาที ในของเหลวตั้งแต่ 750 ถึง 2,000 เมตรต่อวินาที ในของแข็งตั้งแต่ 2,000 ถึง 6,500 เมตรต่อวินาที ในอากาศภายใต้สภาวะปกติ ความเร็วของเสียงคือ 330 m/s ในน้ำ - 1,500 m/s

บทคัดย่อยังกล่าวถึงผลกระทบซึ่งมีการชี้ให้เห็นในปี 1842 โดย คริสเตียน ดอปเปลอร์ (ดอปเปลอร์) (ดอปเปลอร์) (1803-53) นักฟิสิกส์และนักดาราศาสตร์ชาวออสเตรีย เอฟเฟกต์นี้ถูกตั้งชื่อตามเขาในภายหลัง

1. ความเร็วของคลื่นเสียงในสื่อต่างๆ

เรามักจะคิดว่าเสียงคือการเดินทางผ่านอากาศ เพราะโดยปกติแล้วอากาศจะสัมผัสกับแก้วหูของเรา และการสั่นสะเทือนทำให้แก้วหูเหล่านั้นสั่นสะเทือน อย่างไรก็ตามคลื่นเสียงยังสามารถแพร่กระจายไปยังสสารอื่นได้ นักว่ายน้ำสามารถได้ยินเสียงหินสองก้อนกระทบกันขณะอยู่ใต้น้ำ เนื่องจากแรงสั่นสะเทือนจะถูกส่งผ่านไปยังหูโดยน้ำ หากคุณเอาหูแนบพื้น คุณจะได้ยินเสียงรถไฟหรือรถแทรกเตอร์เข้ามาใกล้ ในกรณีนี้ โลกจะไม่ส่งผลกระทบโดยตรงต่อแก้วหูของคุณ อย่างไรก็ตาม คลื่นตามยาวที่แพร่กระจายในพื้นดินเรียกว่าคลื่นเสียง เนื่องจากการสั่นสะเทือนทำให้อากาศในหูชั้นนอกสั่นสะเทือน อันที่จริงคลื่นตามยาวที่แพร่กระจายในสื่อวัสดุใดๆ มักเรียกว่าคลื่นเสียง แน่นอนว่าเสียงไม่สามารถแพร่กระจายได้หากไม่มีสสาร ตัวอย่างเช่น เป็นไปไม่ได้เลยที่จะได้ยินเสียงระฆังที่อยู่ภายในภาชนะที่มีการสูบอากาศออกไป [การทดลองของโรเบิร์ต บอยล์ (1660)]

ความเร็วของเสียงมีความหมายต่างกันไปในสารต่างๆ ในอากาศที่อุณหภูมิ 0 o C และความดัน 1 atm เสียงเดินทางด้วยความเร็ว 331.3 m/s ในอากาศและตัวกลางที่เป็นก๊าซและของเหลวอื่นๆ ความเร็วจะขึ้นอยู่กับโมดูลัสของการบีบอัด บีและความหนาแน่นของตัวกลาง (สาร) ร:

ในฮีเลียมความหนาแน่นซึ่งน้อยกว่าความหนาแน่นของอากาศอย่างมีนัยสำคัญและโมดูลัสของการบีบอัดเกือบจะเท่ากันความเร็วของเสียงนั้นมากกว่าเกือบสามเท่า ในของเหลวและของแข็ง ซึ่งมีการบีบอัดได้น้อยกว่าอย่างมาก ดังนั้นจึงมีโมดูลัสยืดหยุ่นที่ใหญ่กว่ามาก ความเร็วจึงสูงขึ้นตามไปด้วย ความเร็วของค่าเสียงในสารต่าง ๆ แสดงไว้ในตาราง 1.1, 1.2, 1.3; ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเป็นส่วนใหญ่ (ดูตาราง 1.4, 1.5) อย่างไรก็ตาม การพึ่งพานี้มีความสำคัญเฉพาะกับก๊าซและของเหลวเท่านั้น ตัวอย่างเช่น ในอากาศ เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น 1 o C ความเร็วของเสียงจะเพิ่มขึ้นประมาณ 0.60 m/s:

คุณ"(331+0.60T) ม./วินาที

โดยที่ T คืออุณหภูมิใน o C ตัวอย่างเช่น ที่ 20 o C เรามี:

คุณ" เมตร/วินาที = 343 เมตร/วินาที

2. เอฟเฟกต์ดอปเปลอร์ในระบบเสียง

คุณอาจสังเกตเห็นว่าเสียงไซเรนของรถดับเพลิงซึ่งเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงลดลงอย่างรวดเร็วหลังจากที่รถวิ่งผ่านคุณ คุณอาจสังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงของระดับเสียงของรถที่ขับผ่านคุณด้วยความเร็วสูง ระดับของเครื่องยนต์ของรถแข่งก็เปลี่ยนไปเช่นกันเมื่อผ่านผู้สังเกต หากแหล่งกำเนิดเสียงเข้าใกล้ผู้สังเกต ระดับเสียงจะเพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับเมื่อแหล่งกำเนิดเสียงหยุดนิ่ง ถ้าแหล่งกำเนิดเสียงเคลื่อนออกจากผู้สังเกต ระดับเสียงจะลดลง ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า ผลกระทบดอปเปลอร์และเกิดขึ้นได้กับคลื่นทุกประเภท ให้เราพิจารณาสาเหตุของการเกิดขึ้นและคำนวณการเปลี่ยนแปลงความถี่ของคลื่นเสียงเนื่องจากผลกระทบนี้

เอฟเฟกต์ดอปเปลอร์: ก - ผู้สังเกตการณ์ทั้งสองบนทางเท้าได้ยินเสียงไซเรนของรถดับเพลิงที่ยืนด้วยความถี่เดียวกัน b - ผู้สังเกตการณ์ที่รถดับเพลิงกำลังเข้าใกล้ได้ยินเสียงความถี่ที่สูงกว่าและผู้สังเกตการณ์ที่รถดับเพลิงเคลื่อนตัวออกไปจะได้ยินเสียงที่ต่ำกว่า

เพื่อจุดประสงค์เฉพาะให้เราพิจารณารถดับเพลิงที่ไซเรนเมื่อรถจอดอยู่กับที่จะส่งเสียงความถี่ที่แน่นอนในทุกทิศทางดังแสดงในรูปที่ 1 2.1 ก. ปล่อยให้รถดับเพลิงเริ่มเคลื่อนที่ และไซเรนยังคงปล่อยคลื่นเสียงที่ความถี่เดิมต่อไป อย่างไรก็ตาม ในขณะขับรถ คลื่นเสียงที่ปล่อยออกมาจากไซเรนไปข้างหน้าจะอยู่ใกล้กันมากกว่าที่รถไม่ได้เคลื่อนที่ ดังแสดงในรูปที่ 1 2.1 ข. สิ่งนี้เกิดขึ้นเพราะในระหว่างการเคลื่อนที่ รถดับเพลิงจะ "ตาม" คลื่นที่ปล่อยออกมาก่อนหน้านี้ ดังนั้นผู้สังเกตที่อยู่ใกล้ถนนจะสังเกตเห็นยอดคลื่นที่ผ่านไปเขามากขึ้นต่อหน่วยเวลา ดังนั้น ความถี่ของเสียงจะสูงขึ้นสำหรับเขา ในทางกลับกัน คลื่นที่กระจายอยู่ด้านหลังรถจะอยู่ห่างจากกันมากขึ้น เนื่องจากรถดูเหมือนจะ "แยกตัว" จากคลื่นเหล่านั้น ดังนั้น ต่อหน่วยเวลา ยอดคลื่นจะผ่านผู้สังเกตที่อยู่ด้านหลังรถน้อยลง และระดับเสียงจะลดลง

ข้าว. 2.2.

ในการคำนวณการเปลี่ยนแปลงความถี่ เราใช้รูปที่ 2.2. เราจะถือว่าในกรอบอ้างอิงของเราอากาศ (หรือตัวกลางอื่นๆ) อยู่นิ่ง ในรูป 2.2 แหล่งกำเนิดเสียง (เช่น เสียงไซเรน) อยู่นิ่ง มีการแสดงยอดคลื่นต่อเนื่องกัน โดยหนึ่งในนั้นเพิ่งปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิดเสียง ระยะห่างระหว่างยอดเหล่านี้เท่ากับความยาวคลื่น ล- หากความถี่การสั่นของแหล่งกำเนิดเสียงเท่ากับ ¦ เวลาที่ผ่านไประหว่างการปล่อยยอดคลื่นจะเท่ากับ

ต= 1/¦

ในรูป 2.3 แหล่งกำเนิดเสียงเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว คุณคือ ในช่วงเวลา T (เพิ่งถูกกำหนดไว้) ยอดคลื่นแรกจะเดินทางเป็นระยะทาง ง =คุณต, ที่ไหน คุณ- ความเร็วของคลื่นเสียงในอากาศ (ซึ่งแน่นอนว่าจะเท่ากันไม่ว่าแหล่งกำเนิดจะเคลื่อนที่หรือไม่ก็ตาม) ในเวลาเดียวกันแหล่งกำเนิดเสียงจะเคลื่อนที่ไปไกล งคือ= คุณคือ ต- ดังนั้นระยะห่างระหว่างยอดคลื่นต่อเนื่องกันจะเท่ากับความยาวคลื่นใหม่ ล` จะถูกเขียนในรูปแบบ

ล` = ง + งคือ = ( คุณ+คุณคือ) ต= (คุณ+คุณ ist)/¦,

เพราะ ต= 1/¦ ความถี่ ¦` ของคลื่นถูกกำหนดโดย

¦`= คุณ/ล` = คุณ¦/ ( คุณ+คุณฉัน),

¦` = ¦/(1 +คุณฉัน /คุณ) [แหล่งกำเนิดเสียงเคลื่อนออกจากผู้สังเกตขณะนิ่ง]

เนื่องจากตัวส่วนของเศษส่วนมากกว่าหนึ่ง เราจึงมี ¦`<¦. 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 เฮิรตซ์ / 1 + (30 ม./วินาที)/(331 ม./วินาที) = 366.64 เฮิรตซ์

ความยาวคลื่นใหม่สำหรับแหล่งกำเนิดที่เข้ามาใกล้ผู้สังเกตด้วยความเร็ว คุณคือจะเท่ากัน

ล` = ง - งคือ

ในกรณีนี้ ความถี่ ¦` ถูกกำหนดโดยนิพจน์

¦` = ¦/(1 -คุณฉัน /คุณ) [แหล่งกำเนิดเสียงเข้าใกล้ผู้สังเกตขณะอยู่นิ่ง]

เอฟเฟ็กต์ดอปเปลอร์ยังเกิดขึ้นเมื่อแหล่งกำเนิดเสียงอยู่นิ่ง (สัมพันธ์กับตัวกลางที่คลื่นเสียงแพร่กระจาย) และผู้สังเกตการณ์กำลังเคลื่อนไหว หากผู้สังเกตการณ์เข้าใกล้แหล่งกำเนิดเสียง เขาจะได้ยินเสียงที่มีระดับเสียงสูงกว่าเสียงที่ปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิดเสียง หากผู้สังเกตเคลื่อนออกจากแหล่งกำเนิด เสียงก็จะดูเบาลงสำหรับเขา ในเชิงปริมาณ การเปลี่ยนแปลงความถี่ที่นี่แตกต่างเพียงเล็กน้อยจากกรณีที่แหล่งกำเนิดเคลื่อนที่และผู้สังเกตการณ์อยู่นิ่ง ในกรณีนี้ ระยะห่างระหว่างยอดคลื่น (ความยาวคลื่น ล) จะไม่เปลี่ยนแปลง แต่ความเร็วของการเคลื่อนที่ของสันเขาที่สัมพันธ์กับผู้สังเกตจะเปลี่ยนไป หากผู้สังเกตเข้าใกล้แหล่งกำเนิดเสียง ความเร็วของคลื่นที่สัมพันธ์กับผู้สังเกตจะเท่ากับ คุณ` = คุณ + คุณ obs ที่ไหน คุณคือ ความเร็วของการแพร่กระจายเสียงในอากาศ (เราถือว่าอากาศอยู่นิ่ง) และ คุณ obs - ความเร็วของผู้สังเกตการณ์ ดังนั้นความถี่ใหม่จะเท่ากับ

¦`= คุณ` /ล = (คุณ + คุณอ็อบส์)/ ล,

หรือเพราะว่า ล= คุณ /¦,

¦` = (1 +คุณอบส /คุณ) ¦ [ผู้สังเกตการณ์เข้าใกล้แหล่งกำเนิดเสียงที่อยู่นิ่ง]

ในกรณีที่ผู้สังเกตเคลื่อนห่างจากแหล่งกำเนิดเสียง ความเร็วสัมพัทธ์จะเท่ากับ คุณ` = คุณ - คุณสังเกตได้,

¦` = (1 -คุณอบส /คุณ) ¦ [ผู้สังเกตเคลื่อนออกจากแหล่งกำเนิดเสียงที่อยู่นิ่ง]

หากคลื่นเสียงสะท้อนจากสิ่งกีดขวางที่กำลังเคลื่อนที่ ความถี่ของคลื่นที่สะท้อนเนื่องจากปรากฏการณ์ดอปเปลอร์จะแตกต่างจากความถี่ของคลื่นตกกระทบ กล่าวคือ สิ่งที่เรียกว่าการเปลี่ยนความถี่ดอปเปลอร์จะเกิดขึ้น หากเหตุการณ์และคลื่นเสียงสะท้อนซ้อนทับกัน การซ้อนจะเกิดขึ้น และสิ่งนี้จะนำไปสู่การเต้น ความถี่บีทเท่ากับความแตกต่างระหว่างความถี่ของคลื่นทั้งสอง การปรากฏตัวของปรากฏการณ์ดอปเปลอร์นี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์ทางการแพทย์ต่างๆ ซึ่งมักใช้คลื่นอัลตราโซนิกในช่วงความถี่เมกะเฮิรตซ์ ตัวอย่างเช่น คลื่นอัลตราซาวนด์ที่สะท้อนจากเซลล์เม็ดเลือดแดงสามารถใช้เพื่อกำหนดความเร็วของการไหลเวียนของเลือดได้ ในทำนองเดียวกัน วิธีการนี้สามารถใช้เพื่อตรวจจับการเคลื่อนไหวของหน้าอกของทารกในครรภ์ได้ เช่นเดียวกับการติดตามการเต้นของหัวใจจากระยะไกล ควรสังเกตว่าเอฟเฟกต์ดอปเปลอร์ยังเป็นพื้นฐานของวิธีการตรวจจับเรดาร์สำหรับยานพาหนะที่เกินขีดจำกัดความเร็วที่กำหนด แต่ในกรณีนี้จะใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (วิทยุ) แทนคลื่นเสียง

ความแม่นยำของความสัมพันธ์ (2.1) และ (2.2) จะลดลงหาก คุณคือหรือ คุณการสังเกตกำลังเข้าใกล้ความเร็วของเสียง นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าการกระจัดของอนุภาคของตัวกลางจะไม่เป็นสัดส่วนกับแรงในการฟื้นฟูอีกต่อไปนั่นคือ การเบี่ยงเบนไปจากกฎของฮุคจะเกิดขึ้น ดังนั้นการใช้เหตุผลเชิงทฤษฎีส่วนใหญ่ของเราจะสูญเสียพลังไป

บทสรุป.

เสียง แพร่กระจายเป็นคลื่นตามยาวในอากาศและสื่ออื่นๆ ความเร็วของเสียงในอากาศจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ที่ 0 o C มีค่าประมาณ 331 m/s

ผลกระทบดอปเปลอร์ คือการเคลื่อนไหวของแหล่งกำเนิดเสียงหรือผู้ฟังทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงระดับเสียง ลักษณะของคลื่นใดๆ (แสง เสียง ฯลฯ) เมื่อแหล่งกำเนิดเข้าใกล้ผู้รับ ลลดลงและเมื่อระยะทางเพิ่มขึ้นตามจำนวน ล - ลโอ = ไม่มีโอ /ค, ที่ไหน ล o - ความยาวคลื่นของแหล่งกำเนิด ค- ความเร็วของการแพร่กระจายคลื่น n- ความเร็วสัมพัทธ์ของแหล่งกำเนิด กล่าวอีกนัยหนึ่ง ถ้าแหล่งกำเนิดเสียงและผู้ฟังเข้าใกล้กัน ระดับเสียงจะเพิ่มขึ้น หากพวกเขาเคลื่อนตัวออกจากกัน ระดับเสียงก็จะลดลง

อ้างอิง.

1. สารานุกรมใหญ่ของ Cyril และ Methodius 2001 (ซีดีรอม 2 แผ่น)

2. Giancoli D. Physics: มี 2 เล่ม ต. 1: ทรานส์ จากภาษาอังกฤษ - อ.: มีร์, 1989. – 656 หน้า, ป่วย.

3. Enochovich A. S. หนังสืออ้างอิงสั้น ๆ เกี่ยวกับฟิสิกส์ – ฉบับที่ 2 แก้ไขและเพิ่มเติม – ม.: โรงเรียนมัธยมปลาย พ.ศ. 2519 – 288 หน้า ป่วย

4. Savelyev I.V. หลักสูตรฟิสิกส์ทั่วไป: หนังสือเรียน เบี้ยเลี้ยง. ใน 3 เล่ม ต.2. ไฟฟ้าและแม่เหล็ก. คลื่น. เลนส์ – ฉบับพิมพ์ครั้งที่ 3, ฉบับที่. – ม.: วิทยาศาสตร์. ช. เอ็ด ฟิสิกส์และคณิตศาสตร์ อักษร, 1988. – 496 หน้า, ป่วย.

แอปพลิเคชันก.

แอปพลิเคชันบี.

ตาราง

บันทึก.ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความเร็วของเสียงแสดงความเร็วของเสียงในสารเพิ่มขึ้นกี่เมตรต่อวินาทีเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น 1 o C เครื่องหมายลบแสดงว่าของเหลวนี้มีค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความเร็วเป็นลบ ซึ่งหมายความว่าเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ความเร็วของเสียงในของเหลวจะลดลง ข้อยกเว้นคือน้ำ เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นจาก 0 ถึง 74 o C ความเร็วของเสียงจะเพิ่มขึ้น ความเร็วสูงสุดของเสียงในน้ำที่ 74 o C คือ 1,555.5 m/s

1.25. 3คลื่นเสียง

แนวคิดเรื่องคลื่นเสียง ความเร็วของเสียงในสื่อต่างๆ ลักษณะทางกายภาพของเสียง: ความเข้ม สเปกตรัม ระดับเสียง ปริมาณ ความเสื่อมโทรม อัลตราซาวนด์และการประยุกต์ใช้ ผลกระทบดอปเปลอร์ คลื่นกระแทก.

คลื่นเสียง.

คลื่นตามยาวประเภทที่สำคัญคือ คลื่นเสียง - เป็นชื่อที่ตั้งให้กับคลื่นที่มีความถี่ 17–20,000 เฮิรตซ์ การศึกษาเรื่องเสียงเรียกว่าอะคูสติก ในด้านอะคูสติก มีการศึกษาคลื่นที่แพร่กระจายไม่เพียงแต่ในอากาศเท่านั้น แต่ยังรวมถึงสื่ออื่นๆ ด้วย คลื่นยืดหยุ่นที่มีความถี่ต่ำกว่า 17 เฮิรตซ์เรียกว่าอินฟราซาวนด์และมีความถี่สูงกว่า 20,000 เฮิรตซ์ - อัลตราซาวนด์

คลื่นเสียงคือการสั่นสะเทือนแบบยืดหยุ่นที่แพร่กระจายในรูปของกระบวนการคลื่นในก๊าซ ของเหลว และของแข็ง.

แรงดันเสียงที่มากเกินไป สมการคลื่นเสียง

สมการคลื่นยืดหยุ่นช่วยให้คุณคำนวณการกระจัดของจุดใดๆ ในอวกาศที่คลื่นผ่านไปได้ตลอดเวลา แต่เราจะพูดถึงการกระจัดของอนุภาคอากาศหรือของเหลวจากตำแหน่งสมดุลได้อย่างไร เสียงที่แพร่กระจายในของเหลวหรือก๊าซจะสร้างพื้นที่ของการบีบอัดและการทำให้เกิดปฏิกิริยาของตัวกลาง ซึ่งความดันจะเพิ่มขึ้นหรือลดลงตามลำดับเมื่อเปรียบเทียบกับความดันของตัวกลางที่ไม่ถูกรบกวน

ถ้า คือความดันและความหนาแน่นของตัวกลางที่ไม่ถูกรบกวน (ตัวกลางที่คลื่นไม่ผ่าน) และคือความดันและความหนาแน่นของตัวกลางเมื่อกระบวนการคลื่นแพร่กระจายในตัวนั้น ปริมาณจะถูกเรียกว่า แรงดันเกิน . ขนาด มีค่าแรงดันส่วนเกินสูงสุด (แอมพลิจูดแรงดันเกิน ).

การเปลี่ยนแปลงของแรงดันส่วนเกินของคลื่นเสียงระนาบ (เช่น สมการคลื่นเสียงระนาบ) คือ:

โดยที่ y คือระยะห่างจากแหล่งกำเนิดการสั่นของจุดที่เรากำหนดความดันส่วนเกิน ณ เวลา t

หากเราแนะนำค่าของความหนาแน่นส่วนเกินและแอมพลิจูดของมันในลักษณะเดียวกับที่เราแนะนำค่าของความดันเสียงส่วนเกิน สมการของคลื่นเสียงระนาบสามารถเขียนได้ดังนี้:

. (30.2)

ความเร็วของเสียง- ความเร็วการแพร่กระจายของคลื่นเสียงในตัวกลาง ตามกฎแล้ว ความเร็วของเสียงในก๊าซจะน้อยกว่าในของเหลว และในของเหลว ความเร็วของเสียงจะน้อยกว่าในของแข็ง ยิ่งความหนาแน่นมาก ความเร็วของเสียงก็จะยิ่งมากขึ้น ความเร็วของเสียงในตัวกลางใด ๆ คำนวณโดยสูตร: โดยที่ β คือความสามารถในการอัดอะเดียแบติกของตัวกลาง ρ คือความหนาแน่น

ลักษณะวัตถุประสงค์และอัตนัยของเสียง

คำว่า "เสียง" สะท้อนถึงแนวคิดที่แตกต่างกันสองประการแต่มีความสัมพันธ์กัน: 1) เสียงเป็นปรากฏการณ์ทางกายภาพ; 2) เสียงคือการรับรู้ที่เครื่องช่วยฟัง (หูของมนุษย์) ประสบและความรู้สึกที่เกิดขึ้นในนั้น ดังนั้นลักษณะเสียงจึงแบ่งออกเป็น วัตถุประสงค์ , ซึ่งสามารถวัดได้ด้วยอุปกรณ์ทางกายภาพและ กับวัตถุประสงค์ , กำหนดโดยการรับรู้ถึงเสียงที่กำหนดโดยบุคคล

คุณลักษณะเชิงวัตถุประสงค์ (ทางกายภาพ) ของเสียงประกอบด้วยคุณลักษณะที่อธิบายกระบวนการคลื่นใดๆ ได้แก่ ความถี่ ความเข้ม และองค์ประกอบของสเปกตรัม ไปที่ตารางที่ 1 ข้อมูลเปรียบเทียบของวัตถุประสงค์และลักษณะส่วนตัวรวมอยู่ด้วย

ตารางที่ 1

ความถี่เสียง วัดจากจำนวนการสั่นสะเทือนของอนุภาคของตัวกลางที่มีส่วนร่วมในกระบวนการคลื่นใน 1 วินาที

ความเข้ม คลื่นวัดโดยพลังงานที่ถ่ายโอนโดยคลื่นต่อหน่วยเวลาผ่านพื้นที่หน่วย (ตั้งฉากกับทิศทางการแพร่กระจายของคลื่น)

องค์ประกอบสเปกตรัม (สเปกตรัม) เสียงบ่งบอกว่าการสั่นสะเทือนของเสียงที่กำหนดประกอบด้วยอะไรบ้าง และแอมพลิจูดมีการกระจายระหว่างส่วนประกอบแต่ละส่วนอย่างไร

แยกแยะ สเปกตรัมต่อเนื่องและเส้น . เพื่อประเมินความดังโดยอัตนัย เรียกว่าปริมาณ ระดับเสียงและระดับเสียง .

ตารางที่ 2 - ลักษณะวัตถุประสงค์ของกระบวนการคลื่นกล

เพื่อระบุลักษณะปริมาณที่กำหนดการรับรู้ของเสียงนั้น ค่าสัมบูรณ์ของความเข้มของเสียงและความดันเสียงนั้นไม่สำคัญมากนัก แต่เป็นค่าสัมบูรณ์ของค่าเกณฑ์ที่แน่นอน ดังนั้นจึงมีการนำแนวคิดเรื่องระดับความเข้มสัมพัทธ์และความดันเสียงมาใช้

เพื่อให้คลื่นเสียงถูกรับรู้ทางหู จำเป็นที่ความเข้มของคลื่นจะเกินค่าต่ำสุดที่เรียกว่า nความสูงของการได้ยิน . ค่าจะแตกต่างกันตามความถี่ที่ต่างกัน สำหรับความถี่ เกณฑ์การได้ยินจะเป็นไปตามลำดับความสำคัญ ประสบการณ์ได้กำหนดไว้แล้วว่าในแต่ละความถี่จะมีขีดจำกัดสูงสุดของความเข้มของเสียง ซึ่งเกินกว่าที่บุคคลจะประสบกับความเจ็บปวด ปริมาณเรียกว่า เกณฑ์ความเจ็บปวด

ระดับความเข้ม (ระดับความเข้มของเสียง) เท่ากับลอการิทึมทศนิยมของอัตราส่วนของความเข้มของเสียงที่ความถี่ที่กำหนดต่อความเข้มของเสียงที่ความถี่เดียวกันที่เกณฑ์การได้ยิน:

.

ระดับเสียง - การรับรู้เชิงอัตวิสัยของความแรงของเสียง (คุณค่าที่แท้จริงของความรู้สึกทางการได้ยิน) ความดังขึ้นอยู่กับความดันเสียงและความถี่ของการสั่นสะเทือนของเสียงเป็นหลัก นอกจากนี้ ระดับเสียงยังได้รับอิทธิพลจากเสียงต่ำ ระยะเวลาของการสัมผัสกับการสั่นสะเทือนของเสียง และปัจจัยอื่นๆ ระดับเสียง เท่ากับลอการิทึมทศนิยมของอัตราส่วนของความเข้มของเสียงที่ความถี่ที่กำหนดต่อความเข้มของเสียงที่ความถี่ 1,000 เฮิรตซ์ที่เกณฑ์การได้ยิน:

.

หน่วยระดับความเข้มคือ เบล (B): . หนึ่งในสิบของสีขาวเรียกว่าเดซิเบล (dB): 0.1B = 1dB สูตรกำหนดระดับความเข้มเป็นเดซิเบลจะอยู่ในรูปแบบ:

.

ถ้าเราเขียนสูตรระดับเสียงลงในแบบฟอร์ม ดังนั้นหน่วยวัด SI ที่มีคำจำกัดความของปริมาณนี้จะมีหน่วยเรียกว่าวอน ที่ความถี่ 1,000 Hz ระดับพื้นหลังและเดซิเบลจะเท่ากัน สำหรับความถี่อื่นจะต่างกัน

ระดับความดันเสียง เท่ากับผลคูณของ 20 เท่าของลอการิทึมของอัตราส่วนความดันเสียงที่ความถี่ที่กำหนดต่อความดันเสียงที่เกณฑ์การได้ยิน หน่วยวัดในกรณีนี้คือเดซิเบล

.

อัลตราซาวนด์:คลื่นกลที่มีความถี่การสั่นมากกว่า 20,000 เฮิรตซ์ จะไม่ถูกรับรู้โดยมนุษย์ว่าเป็นเสียง

อัลตราซาวนด์เป็นการเคลื่อนที่แบบสั่นที่แพร่กระจายของอนุภาคในตัวกลาง และมีลักษณะพิเศษหลายประการเมื่อเปรียบเทียบกับการสั่นสะเทือนในช่วงที่ได้ยิน ในช่วงความถี่อัลตราโซนิกนั้นค่อนข้างง่ายที่จะได้รับรังสีโดยตรง การสั่นสะเทือนอัลตราโซนิกช่วยให้โฟกัสได้ดี ซึ่งส่งผลให้ความเข้มของการสั่นสะเทือนอัลตราโซนิกในบางพื้นที่มีอิทธิพลเพิ่มขึ้น เมื่อแพร่กระจายในก๊าซ ของเหลว และของแข็ง อัลตราซาวนด์จะสร้างปรากฏการณ์ที่มีเอกลักษณ์เฉพาะตัว ซึ่งหลายอย่างพบว่ามีการใช้งานจริงในสาขาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีต่างๆ เวลาผ่านไปกว่าร้อยปีนับตั้งแต่เริ่มการวิจัยในสาขาการสั่นสะเทือนแบบอัลตราโซนิก ในช่วงเวลานี้ เทคโนโลยีอัลตราซาวนด์ที่มีประสิทธิภาพสูง ประหยัดทรัพยากร และเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมหลายสิบรายการได้ปรากฏในทรัพย์สินของมนุษยชาติ ซึ่งรวมถึง: เทคโนโลยีสำหรับการชุบแข็ง การชุบแข็ง และการบัดกรีโลหะ การป้องกันการก่อตัวของตะกรันบนพื้นผิวการแลกเปลี่ยนความร้อน การเจาะวัสดุที่เปราะบางและแข็งเป็นพิเศษ การทำแห้งสารทนความร้อน การสกัดวัตถุดิบจากสัตว์และพืช การละลาย การฆ่าเชื้อสารของเหลว การพ่นละเอียดของ ยา, เชื้อเพลิงหนัก, การได้มาซึ่งอิมัลชันและสารแขวนลอยที่มีขนาดเล็กมาก, สีย้อมที่กระจายตัว, การเชื่อมโลหะและโพลีเมอร์ การซัก ทำความสะอาดชิ้นส่วนโดยไม่ต้องใช้ตัวทำละลายไวไฟและเป็นพิษ

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา อัลตราซาวนด์เริ่มมีบทบาทสำคัญมากขึ้นในอุตสาหกรรมและการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ การศึกษาเชิงทฤษฎีและเชิงทดลองประสบความสำเร็จในสาขาคาวิเทชั่นล้ำเสียงและการไหลของเสียงซึ่งทำให้สามารถพัฒนากระบวนการทางเทคโนโลยีใหม่ที่เกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของอัลตราซาวนด์ในเฟสของเหลว ปัจจุบันทิศทางใหม่ของเคมีกำลังก่อตัวขึ้น - เคมีอัลตราโซนิกซึ่งทำให้สามารถเร่งกระบวนการทางเทคโนโลยีเคมีหลายอย่างและรับสารใหม่ได้ การวิจัยทางวิทยาศาสตร์มีส่วนทำให้เกิดสาขาใหม่ของอะคูสติก - อะคูสติกระดับโมเลกุลซึ่งศึกษาปฏิสัมพันธ์ระดับโมเลกุลของคลื่นเสียงกับสสาร การประยุกต์ใช้อัลตราซาวนด์ในด้านใหม่ๆ ได้เกิดขึ้นแล้ว: อินโทรสโคป, โฮโลแกรม, อะคูสติกควอนตัม, การวัดเฟสอัลตราโซนิก, อะคูสติกอิเล็กทรอนิกส์

นอกเหนือจากการวิจัยเชิงทฤษฎีและเชิงทดลองในสาขาอัลตราซาวนด์แล้ว ยังมีการดำเนินงานวิจัยเชิงปฏิบัติอีกมากมาย เครื่องจักรอัลตราโซนิกอเนกประสงค์และแบบพิเศษ การติดตั้งที่ทำงานภายใต้แรงดันคงที่ที่เพิ่มขึ้น การติดตั้งยานยนต์อัลตราโซนิกสำหรับทำความสะอาดชิ้นส่วน เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีความถี่เพิ่มขึ้นและระบบทำความเย็นใหม่ และตัวแปลงที่มีสนามกระจายสม่ำเสมอได้รับการพัฒนา

เครื่องสะท้อนเสียงเป็นอุปกรณ์สำหรับกำหนดความลึกของทะเล เครื่องระบุตำแหน่งแบบอัลตราโซนิกใช้เพื่อระบุระยะห่างจากสิ่งกีดขวางระหว่างทาง เมื่ออัลตราซาวนด์ผ่านของเหลว อนุภาคของเหลวจะได้รับความเร่งขนาดใหญ่ และมีอิทธิพลอย่างมากต่อวัตถุต่างๆ ที่อยู่ในของเหลว ใช้เพื่อเร่งกระบวนการทางเทคโนโลยีที่หลากหลาย (เช่น การเตรียมสารละลาย การซักชิ้นส่วน การฟอกหนัง เป็นต้น) อัลตราซาวนด์ใช้ในการตรวจจับข้อบกพร่องในชิ้นส่วนโลหะ ในทางการแพทย์ จะทำการตรวจอัลตราซาวนด์ของอวัยวะภายใน

ผลกระทบดอปเปลอร์เรียกว่าการเปลี่ยนแปลงความถี่ของการสั่นที่เครื่องรับรับรู้เมื่อแหล่งกำเนิดของการสั่นเหล่านี้และเครื่องรับเคลื่อนที่โดยสัมพันธ์กัน

ในการพิจารณาเอฟเฟกต์ดอปเปลอร์ สมมติว่าแหล่งกำเนิดเสียงและเครื่องรับกำลังเคลื่อนที่ไปตามเส้นตรงที่เชื่อมต่อกัน โวลต์ฉันและ โวลต์ pr - ตามลำดับความเร็วของการเคลื่อนที่ของแหล่งกำเนิดและตัวรับและเป็นค่าบวกหากแหล่งกำเนิด (ตัวรับ) เข้าใกล้ตัวรับ (แหล่งกำเนิด) และเป็นค่าลบหากมันเคลื่อนที่ออกไป ความถี่การสั่นของแหล่งกำเนิดคือ โวลต์ 0 .

1. แหล่งกำเนิดและตัวรับสัญญาณอยู่นิ่งสัมพันธ์กับสื่อเช่น. โวลต์คือ = โวลต์ราคา =0. ถ้า โวลต์ - ความเร็วของการแพร่กระจายของคลื่นเสียงในตัวกลางที่พิจารณา แล้วตามด้วยความยาวคลื่น ล= vT= โวลต์/ โวลต์ 0 . การแพร่กระจายในตัวกลาง คลื่นจะไปถึงเครื่องรับและทำให้องค์ประกอบที่ไวต่อเสียงของมันสั่นด้วยความถี่

ดังนั้นความถี่ โวลต์เสียงที่เครื่องรับจะบันทึกจะมีค่าเท่ากับความถี่ โวลต์ 0 ซึ่งคลื่นเสียงถูกปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิด

2. เครื่องรับเข้าใกล้แหล่งกำเนิด และแหล่งกำเนิดหยุดนิ่งเช่น. โวลต์ราคา >0, โวลต์คือ =0. ในกรณีนี้ ความเร็วของการแพร่กระจายคลื่นสัมพันธ์กับเครื่องรับจะเท่ากับ โวลต์ + โวลต์เป็นต้น เนื่องจากความยาวคลื่นไม่เปลี่ยนแปลงแล้ว

(30.4)

กล่าวคือ ความถี่ของการสั่นที่ผู้รับรับรู้ใน ( โวลต์+ โวลต์ราคา) / โวลต์คูณความถี่การสั่นของแหล่งกำเนิด

3. แหล่งที่มาเข้าหาผู้สืบทอดและผู้รับอยู่นิ่งเช่น. โวลต์คือ >0, โวลต์ราคา =0.

ความเร็วของการแพร่กระจายของการสั่นจะขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของตัวกลางเท่านั้น ดังนั้น ในเวลาเท่ากับระยะเวลาของการสั่นของแหล่งกำเนิด คลื่นที่ปล่อยออกมาจะเคลื่อนที่เป็นระยะทางไปยังเครื่องรับ vT(เท่ากับความยาวคลื่น ล) ไม่ว่าแหล่งที่มาจะเคลื่อนที่หรือหยุดนิ่งก็ตาม ในเวลาเดียวกันแหล่งกำเนิดจะเคลื่อนที่ไปในทิศทางของคลื่น โวลต์คือ ต(รูปที่ 224) กล่าวคือ ความยาวคลื่นในทิศทางการเคลื่อนที่จะสั้นลงและเท่ากัน ล"=ล-โวลต์คือ ต=(โวลต์-โวลต์คือ) ต, แล้ว

(30.5)

นั่นคือความถี่ nการสั่นสะเทือนที่เครื่องรับรับรู้จะเพิ่มขึ้นตาม โวลต์/(โวลต์ – โวลต์ ist) ครั้ง ในกรณีที่ 2 และ 3 ถ้า โวลต์คือ<0 и โวลต์ราคา<0, знак будет обратным.

4. แหล่งกำเนิดและตัวรับสัญญาณเคลื่อนที่สัมพันธ์กันเมื่อใช้ผลลัพธ์ที่ได้รับสำหรับกรณีที่ 2 และ 3 เราสามารถเขียนนิพจน์สำหรับความถี่ของการแกว่งที่ผู้รับรับรู้ได้:

(30.6)

ยิ่งไปกว่านั้น เครื่องหมายด้านบนจะถูกใช้หากเมื่อแหล่งกำเนิดหรือตัวรับสัญญาณเคลื่อนที่เข้าใกล้กันมากขึ้น เครื่องหมายด้านล่าง - หากพวกมันเคลื่อนออกจากกัน

จากสูตรข้างต้น ปรากฎว่าเอฟเฟกต์ Doppler นั้นแตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับว่าแหล่งกำเนิดหรือตัวรับกำลังเคลื่อนที่ ถ้าเป็นทิศทางความเร็ว โวลต์ที่ โวลต์มันไม่ตรงกับเส้นตรงที่ผ่านแหล่งกำเนิดและตัวรับ ดังนั้นแทนที่จะใช้ความเร็วเหล่านี้ในสูตร (30.6) เราจะต้องนำเส้นโครงของมันไปสู่ทิศทางของเส้นตรงนี้

คลื่นกระแทก:พื้นผิวที่แตกร้าวซึ่งเคลื่อนที่สัมพันธ์กับก๊าซ/ของเหลว/ของแข็ง และบนจุดตัดของความดัน ความหนาแน่น

อุณหภูมิและความเร็วสัมผัสประสบการณ์การกระโดด

คลื่นกระแทกเกิดขึ้นระหว่างการระเบิด, การระเบิด, ระหว่างการเคลื่อนที่เหนือเสียงของร่างกาย, ระหว่างคลื่นไฟฟ้ากำลังแรง การปล่อยประจุ ฯลฯ ตัวอย่างเช่น ในระหว่างการระเบิดจะเกิดผลิตภัณฑ์จากการระเบิดที่มีความร้อนสูงซึ่งมีความหนาแน่นสูงและอยู่ภายใต้แรงดันสูง ในช่วงแรกพวกมันจะถูกล้อมรอบด้วยอากาศนิ่งที่ความหนาแน่นและความดันบรรยากาศปกติ ผลิตภัณฑ์ที่ขยายตัวของการระเบิดจะบีบอัดอากาศโดยรอบและในแต่ละช่วงเวลาจะมีการบีบอัดเฉพาะอากาศที่อยู่ในปริมาตรที่แน่นอนเท่านั้น ภายนอกปริมาตรนี้ อากาศจะยังคงอยู่ในสภาวะไม่ถูกรบกวน เมื่อเวลาผ่านไป ปริมาตรของอากาศอัดจะเพิ่มขึ้น พื้นผิวที่แยกอากาศอัดออกจากอากาศที่ไม่ถูกรบกวนคือด้านหน้าของคลื่นกระแทก ในหลายกรณีของการเคลื่อนที่เหนือเสียงของวัตถุในแก๊ส (กระสุนปืนใหญ่, การลงจอดของยานอวกาศ) ทิศทางของการเคลื่อนที่ของแก๊สไม่ตรงกับปกติกับพื้นผิวของด้านหน้าของคลื่นกระแทก จากนั้นคลื่นกระแทกเฉียงก็เกิดขึ้น .

ตัวอย่างของการเกิดขึ้นและการแพร่กระจายของคลื่นกระแทกคือการบีบอัดก๊าซในท่อด้วยลูกสูบ ถ้าลูกสูบเคลื่อนที่เข้าไปในแก๊สช้าๆ ให้ผ่านแก๊สด้วยความเร็วเสียง กการวิ่งแบบอะคูสติก คลื่นอัด (ยืดหยุ่น) หากความเร็วของลูกสูบไม่เล็กเมื่อเทียบกับความเร็วของเสียงคลื่นกระแทกจะเกิดขึ้นความเร็วของการแพร่กระจายซึ่งผ่านก๊าซที่ไม่ถูกรบกวนนั้นมากกว่าความเร็วของการเคลื่อนที่ของอนุภาคก๊าซ (ที่เรียกว่าความเร็วมวล) ซึ่งเกิดขึ้นพร้อมกับความเร็วของลูกสูบ ระยะห่างระหว่างอนุภาคในคลื่นกระแทกนั้นน้อยกว่าในก๊าซที่ไม่ถูกรบกวนเนื่องจากการอัดของก๊าซ หากลูกสูบถูกดันเข้าไปในแก๊สด้วยความเร็วต่ำในตอนแรกแล้วค่อยๆ เร่งความเร็ว คลื่นกระแทกจะไม่เกิดขึ้นทันที ขั้นแรก คลื่นการบีบอัดจะปรากฏขึ้นโดยมีการกระจายความหนาแน่น r และความดันอย่างต่อเนื่อง ร.เมื่อเวลาผ่านไป ความชันของส่วนหน้าของคลื่นอัดจะเพิ่มขึ้น เนื่องจากการรบกวนจากลูกสูบที่เคลื่อนที่ด้วยความเร่งจะจับกับมันและทำให้แรงขึ้น ส่งผลให้เกิดการกระโดดอย่างรวดเร็วในพารามิเตอร์อุทกพลศาสตร์ทั้งหมด ปริมาณ เช่น คลื่นกระแทก

คลื่นกระแทกในก๊าซจริง ในก๊าซจริงที่อุณหภูมิสูง การกระตุ้นของการสั่นสะเทือนของโมเลกุล การแยกตัวของโมเลกุล ปฏิกิริยาเคมี ไอออนไนซ์ ฯลฯ เกิดขึ้นซึ่งเกี่ยวข้องกับการใช้พลังงานและการเปลี่ยนแปลงจำนวนอนุภาค ในกรณีนี้ พลังงานภายใน e ขึ้นอยู่กับวิธีที่ซับซ้อน พีและ ρ และค่าแก๊สด้านหลังด้านหน้า

ในการกระจายพลังงานของก๊าซที่ถูกบีบอัดและให้ความร้อนในคลื่นกระแทกที่รุนแรง ในระดับความเป็นอิสระที่แตกต่างกัน มักจะต้องมีการชนกันของโมเลกุลจำนวนมาก ดังนั้น ความกว้างของชั้น Dx ซึ่งการเปลี่ยนจากสภาวะสมดุลทางอุณหพลศาสตร์เริ่มต้นไปเป็นขั้นสุดท้ายเกิดขึ้น กล่าวคือ ความกว้างของด้านหน้าของคลื่นกระแทกในก๊าซจริงมักจะมีขนาดใหญ่กว่าความกว้างของแรงกระแทกแบบหนืดมากและถูกกำหนดไว้ ตามเวลา ผ่อนคลาย กระบวนการที่ช้าที่สุด: การกระตุ้นการสั่นสะเทือน การแยกตัว การแยกตัวเป็นไอออน ฯลฯ การกระจายตัว

ข้าว. 25.1 การกระจายตัวของอุณหภูมิ (a) และความหนาแน่น (b) ในคลื่นกระแทกที่แพร่กระจายในก๊าซจริง .

อุณหภูมิและความหนาแน่นในคลื่นกระแทกจะมีรูปแบบดังแสดงในรูปที่ 1 25.1 โดยที่คลื่นกระแทกที่มีความหนืดปรากฏเป็นการระเบิด

คลื่นกระแทกในของแข็งพลังงานและความดันในของแข็งมีลักษณะสองประการ: สัมพันธ์กับการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนและปฏิกิริยาของอนุภาค (ส่วนประกอบความร้อนและยืดหยุ่น) ทฤษฎีแรงระหว่างอนุภาคไม่สามารถพึ่งพาองค์ประกอบยืดหยุ่นของความดันและพลังงานกับความหนาแน่นในช่วงกว้างสำหรับสารต่างๆ ได้ ดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้ในทางทฤษฎีที่จะสร้างฟังก์ชันที่เกี่ยวข้องกับ ( พี,ρ) ก่อนและหลังคลื่นกระแทกด้านหน้า ดังนั้นการคำนวณวัตถุที่เป็นของแข็ง (และของเหลว) จึงถูกกำหนดจากประสบการณ์หรือแบบกึ่งประจักษ์ สำหรับการบีบอัดของแข็งอย่างมีนัยสำคัญ จำเป็นต้องมีแรงกดดันจากบรรยากาศนับล้าน ซึ่งขณะนี้สามารถทำได้ในการศึกษาทดลอง ในทางปฏิบัติ คลื่นกระแทกที่อ่อนแอซึ่งมีแรงกดดัน 10 4 -10 5 atm มีความสำคัญอย่างยิ่ง สิ่งเหล่านี้คือแรงกดดันที่เกิดขึ้นระหว่างการระเบิด การระเบิดในน้ำ ผลกระทบของผลิตภัณฑ์จากการระเบิดต่อสิ่งกีดขวาง ฯลฯ ในสารหลายชนิด เช่น เหล็ก บิสมัท และอื่นๆ การเปลี่ยนเฟส - การแปลงโพลีมอร์ฟิก - เกิดขึ้นในคลื่นกระแทก ที่ความดันต่ำในของแข็ง คลื่นยืดหยุ่น , การแพร่กระจายซึ่งเช่นเดียวกับการแพร่กระจายของคลื่นการบีบอัดที่อ่อนแอในก๊าซสามารถพิจารณาได้ตามกฎของเสียง

ความเร็วของเสียง- ความเร็วของการแพร่กระจายในสิ่งแวดล้อม กำหนดโดยความยืดหยุ่นและความหนาแน่นของตัวกลาง เพื่อการวิ่งที่ไม่เปลี่ยนรูปร่างด้วยความเร็ว กับในทิศทางของแกน เอ็กซ์, แรงดันเสียง รสามารถแสดงเป็นแบบฟอร์มได้ พี = พี(x - - กะรัต), ที่ไหน ที- เวลา. เพื่อความกลมกลืนของระนาบ คลื่นในตัวกลางที่ไม่มีการกระจายตัวและ SZ แสดงในรูปของความถี่ w และ เคฟลอย ค =ด้วยเค ด้วยความเร็ว กับเฟสฮาร์มอนิกแพร่กระจาย คลื่นดังนั้น กับเรียกว่า เฟส S.z. ด้วย ในสื่อที่รูปร่างของคลื่นตามอำเภอใจเปลี่ยนแปลงไประหว่างการแพร่กระจาย ฮาร์มอนิก คลื่นยังคงรูปร่างของมันไว้ แต่ความเร็วของเฟสจะแตกต่างกันไปตามความถี่ที่ต่างกันเช่น การกระจายเสียง.ในกรณีเหล่านี้ แนวคิดนี้ก็ถูกนำมาใช้เช่นกัน ความเร็วของกลุ่ม- ที่แอมพลิจูดขนาดใหญ่ของคลื่นยืดหยุ่น เอฟเฟกต์แบบไม่เชิงเส้นจะปรากฏขึ้น (ดู อะคูสติกแบบไม่เชิงเส้น) นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงของคลื่นใด ๆ รวมถึงฮาร์มอนิกด้วย: ความเร็วของการแพร่กระจายของแต่ละจุดของโปรไฟล์คลื่นขึ้นอยู่กับความดัน ณ จุดนี้เพิ่มขึ้นตามความดันที่เพิ่มขึ้นซึ่งนำไปสู่การบิดเบือนรูปร่างของคลื่น

ความเร็วของเสียงในก๊าซและของเหลว- ในก๊าซและของเหลว เสียงจะแพร่กระจายในรูปแบบของคลื่นอัดและปล่อยประจุตามปริมาตร หากกระบวนการแพร่กระจายเกิดขึ้นแบบอะเดียแบติก (ซึ่งตามกฎแล้วเป็นเช่นนั้น) กล่าวคือ การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิในคลื่นเสียงไม่มีเวลาที่จะปรับระดับแม้หลังจากนั้น 1 / 2 , ระยะเวลาความร้อนจากพื้นที่ร้อน (บีบอัด) ไม่มีเวลาเคลื่อนไปยังพื้นที่เย็น (rarefied) จากนั้น S. z. เท่ากับ , ที่ไหน รคือความดันในสาร ความหนาแน่น และดัชนี สแสดงว่าอนุพันธ์ได้รับค่าเอนโทรปีคงที่ S.z. นี้ เรียกว่า อะเดียแบติก นิพจน์สำหรับ S. z. สามารถเขียนได้ในรูปแบบใดรูปแบบหนึ่งดังต่อไปนี้:

ที่ไหน ถึงนรก - อะเดียแบติก โมดูลัสของการบีบอัดสสารรอบด้าน - อะเดียแบติก การบีบอัด, - อุณหภูมิคงที่ ความสามารถในการอัด = - อัตราส่วนของความจุความร้อนที่ความดันและปริมาตรคงที่

ในของแข็งมีขอบเขต นอกเหนือจากคลื่นตามยาวและตามขวางแล้ว ยังมีคลื่นประเภทอื่นอีกด้วย ดังนั้นพวกมันจึงแพร่กระจายไปตามพื้นผิวอิสระของวัตถุแข็งหรือตามขอบเขตของมันด้วยสื่ออื่น คลื่นเสียงพื้นผิวซึ่งมีความเร็วน้อยกว่าความเร็วของคลื่นร่างกายที่มีลักษณะเฉพาะของวัสดุที่กำหนด สำหรับแผ่น แท่ง และวัสดุอะคูสติกแข็งอื่นๆ ท่อนำคลื่นเป็นลักษณะเฉพาะ คลื่นปกติความเร็วที่กำหนดไม่เพียงแต่โดยคุณสมบัติของสสารเท่านั้น แต่ยังพิจารณาจากรูปทรงของร่างกายด้วย ตัวอย่างเช่น S. z. สำหรับคลื่นตามยาวในแท่งที่มี st มิติตามขวางจะเล็กกว่าความยาวคลื่นของเสียงมาก แตกต่างจาก S. z ในสภาพแวดล้อมที่ไม่จำกัด กับล(ตารางที่ 3):

วิธีการวัด S.z. สามารถแบ่งออกเป็นเรโซแนนซ์ อินเทอร์เฟอโรเมตริก พัลส์ และออปติคัล (ดู การเลี้ยวเบนของแสงด้วยอัลตราซาวนด์).นาอิบ. ความแม่นยำในการวัดทำได้โดยใช้วิธีพัลส์เฟส ออปติคัล วิธีการทำให้สามารถวัด S. z. ที่ความถี่ไฮเปอร์โซนิก (สูงถึง 10 11 -10 12 Hz) ความแม่นยำเอบีเอส การวัด S.z. บนอุปกรณ์ที่ดีที่สุดประมาณ 10 -3% ในขณะที่ความแม่นยำนั้นสัมพันธ์กัน การวัดลำดับ 10 -5% (เช่น เมื่อศึกษาการพึ่งพาอาศัยกัน กับที่อุณหภูมิหรือแม่เหล็ก สนามหรือความเข้มข้นของสิ่งสกปรกหรือข้อบกพร่อง)

การวัด S.z. ใช้เพื่อกำหนดคำพหูพจน์ คุณสมบัติของสสาร เช่น อัตราส่วนความจุความร้อนของก๊าซ ความสามารถในการอัดของก๊าซและของเหลว โมดูลัสยืดหยุ่นของของแข็ง อุณหภูมิดีบาย เป็นต้น (ดู อะคูสติกโมเลกุล)- การกำหนดการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยใน S. z มีความละเอียดอ่อน วิธีการแก้ไขสิ่งเจือปนในก๊าซและของเหลว ในของแข็ง การวัด S. z. และการพึ่งพาอาศัยกันต่างหาก ปัจจัย (อุณหภูมิ สนามแม่เหล็ก ฯลฯ) ช่วยให้คุณศึกษาโครงสร้างของสสาร: โครงสร้างแถบของเซมิคอนดักเตอร์ โครงสร้างของพื้นผิว Fermi ในโลหะ ฯลฯ

ความหมาย: Landau L. D. , L i f sh i c E. M. , ทฤษฎีความยืดหยุ่น, 4th ed., M. , 1987; พวกเขา, อุทกพลศาสตร์, 4th ed., M., 1988; เบิร์กแมน แอล. และการประยุกต์ในด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ทรานส์ จากภาษาเยอรมัน ฉบับพิมพ์ครั้งที่ 2 ม. 2500; Mikhailov I. G. , Solovyov V. A. , Syrnikov Yu. P. , พื้นฐานของอะคูสติกระดับโมเลกุล, M. , 1964; ตารางคำนวณความเร็วเสียงในน้ำทะเล L. , 1965; อะคูสติกทางกายภาพ, เอ็ด. ดับเบิลยู. เมสัน ทรานส์ จากภาษาอังกฤษ เล่ม 1 ส่วน A, M., 1966, ch. 4; ต. 4 ส่วน B, M. , 1970, ช. 7; Kolesnikov A.E. , การวัดด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง, 2nd ed., M. , 1982; T r u el l l R., E l b a um Ch., Ch i k B., วิธีอัลตราโซนิกในฟิสิกส์โซลิดสเตต, ทรานส์ จากภาษาอังกฤษ ม. 2515; อะคูสติกคริสตัล เอ็ด M. P. Shaskolskoy, M. , 1982; Krasilnikov V.A. , Krylov V.V. , อะคูสติกกายภาพเบื้องต้น, M. , 1984 A. L. Polyakova.

เสียงเป็นเพื่อนของบุคคลตลอดชีวิต แต่มีน้อยคนที่คิดว่ามันคืออะไร จากมุมมองทางกายภาพ เสียงสามารถกำหนดได้ว่าเป็นการเคลื่อนที่แบบสั่นของอนุภาคในตัวกลางยืดหยุ่นซึ่งเกิดจากแหล่งกำเนิดบางแห่งในรูปแบบคลื่นยืดหยุ่นระยะสั้น ความเร็วของเสียงขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของตัวกลางที่มันแพร่กระจาย: ในก๊าซ ความเร็วของเสียงจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิและความดันที่เพิ่มขึ้น ในของเหลว ความเร็วของเสียงจะลดลงตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น (ยกเว้นน้ำ ซึ่งความเร็วของเสียงถึง a สูงสุดที่ 74°C และเริ่มลดลงเมื่อเพิ่มอุณหภูมินี้เท่านั้น) สำหรับอากาศ ความสัมพันธ์นี้มีลักษณะดังนี้:

C = 332 + 0.6t ค

โดยที่ t c คืออุณหภูมิโดยรอบ, °C

ตารางที่ 1 ความเร็วเสียงในก๊าซที่อุณหภูมิ 0 ° C และความดัน 1 atm

ตารางที่ 2 ความเร็วเสียงในของเหลวที่อุณหภูมิ 20 °C

ในของแข็ง ความเร็วของเสียงถูกกำหนดโดยโมดูลัสยืดหยุ่นของสสารและความหนาแน่นของมัน ในขณะที่มันแตกต่างกันในทิศทางตามยาวและตามขวางในของแข็งไอโซโทรปิกไม่จำกัด

ตารางที่ 3. ความเร็วของเสียงในของแข็ง

ตารางแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าความเร็วของเสียงในก๊าซนั้นต่ำกว่าในของแข็งมาก ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมในภาพยนตร์ผจญภัยคุณจึงมักจะเห็นผู้คนเอาหูแนบพื้นเพื่อพิจารณาว่ามีการไล่ล่าอยู่หรือไม่ ทางรถไฟเมื่อได้ยินเสียงรถไฟมาถึงสองครั้ง - ครั้งแรกที่ส่งสัญญาณไปตามรางและครั้งที่สองผ่านอากาศ

กระบวนการเคลื่อนที่แบบสั่นของคลื่นเสียงในตัวกลางยืดหยุ่นสามารถอธิบายได้โดยใช้ตัวอย่างการสั่นของอนุภาคอากาศ:

อนุภาคอากาศที่ถูกบังคับให้เคลื่อนที่จากตำแหน่งเริ่มต้นเนื่องจากอิทธิพลของแหล่งกำเนิดเสียงจะถูกกระทำโดยแรงยืดหยุ่นของอากาศ ซึ่งพยายามทำให้มันกลับสู่ตำแหน่งเดิม แต่เนื่องจากการกระทำของแรงเฉื่อย เมื่อกลับมา อนุภาคไม่หยุด แต่เริ่มเคลื่อนที่ออกจากตำแหน่งเริ่มต้นในทิศทางตรงกันข้าม ซึ่งในทางกลับกัน แรงยืดหยุ่นก็เข้ามากระทำกับมันและกระบวนการจะเกิดซ้ำ

รูปที่ 1 กระบวนการสั่นสะเทือนของอนุภาคอากาศ

ในรูป (รูปที่ 2) โมเลกุลของอากาศจะแสดงเป็นรูปเป็นร่างด้วยจุดเล็ก ๆ (มีมากกว่าหนึ่งล้านจุดในอากาศหนึ่งลูกบาศก์เมตร) ความดันในบริเวณการบีบอัดจะสูงกว่าความดันบรรยากาศเล็กน้อย และในพื้นที่การทำให้บริสุทธิ์จะต่ำกว่าความดันบรรยากาศ ทิศทางของลูกศรเล็กๆ แสดงให้เห็นว่าโดยเฉลี่ยแล้ว โมเลกุลจะเคลื่อนไปทางขวาจากบริเวณที่มีความกดอากาศสูงและไปทางซ้ายจากบริเวณที่มีความกดอากาศต่ำ โมเลกุลใดๆ ที่ถูกนำเสนอจะเคลื่อนที่เป็นระยะทางหนึ่งไปทางขวาก่อน จากนั้นจึงเป็นระยะทางเท่ากันไปทางซ้าย สัมพันธ์กับตำแหน่งเดิม ในขณะที่คลื่นเสียงเคลื่อนที่ไปทางขวาอย่างสม่ำเสมอ

รูปที่ 2 การเคลื่อนที่ของคลื่นเสียง

มีเหตุผลที่จะถามคำถาม - ทำไมคลื่นเสียงจึงเคลื่อนไปทางขวา? คำตอบสามารถพบได้โดยการตรวจสอบลูกศรในรูปก่อนหน้าอย่างระมัดระวัง: ในบริเวณที่ลูกศรชนกันจะเกิดการสะสมของโมเลกุลใหม่ซึ่งจะตั้งอยู่ทางด้านขวาของพื้นที่การบีบอัดเดิม เคลื่อนออกจากจุดที่ลูกศรชนกัน ความหนาแน่นของโมเลกุลลดลงและเกิดพื้นที่การทำให้บริสุทธิ์ใหม่ขึ้น ดังนั้นการเคลื่อนที่อย่างค่อยเป็นค่อยไปของพื้นที่ที่มีความกดดันสูงและต่ำนำไปสู่การเคลื่อนที่ของคลื่นเสียงไปทางขวา

รูปที่ 3 กระบวนการเคลื่อนย้ายคลื่นเสียง

การเคลื่อนที่ของคลื่นประเภทนี้เรียกว่าการสั่นแบบฮาร์มอนิกหรือไซนูซอยด์ ซึ่งมีคำอธิบายดังนี้

x(t) = Asin(น้ำหนัก + φ)

คลื่นฮาร์มอนิกหรือไซน์อย่างง่ายแสดงในรูป (รูปที่ 4):

รูปที่ 4 คลื่นไซน์

ความยาวคลื่นขึ้นอยู่กับความถี่และความเร็วของเสียง:

ความยาวคลื่น (m) = ความเร็วคลื่น (m/s) / ความถี่ (Hz)

ดังนั้นความถี่จึงถูกกำหนดดังนี้:

ความถี่ (Hz) = ความเร็วคลื่น (m/s) / ความยาวคลื่น (m)

จากสมการเหล่านี้ เห็นได้ชัดว่าเมื่อความถี่เพิ่มขึ้น ความยาวคลื่นจะลดลง

ตารางที่ 4. ความยาวคลื่นขึ้นอยู่กับความถี่เสียง (ที่อุณหภูมิอากาศ 20 °C)

ความเข้มของเสียงจะลดลงเมื่อระยะห่างจากแหล่งกำเนิดเสียงเพิ่มขึ้น ถ้าคลื่นเสียงไม่พบสิ่งกีดขวางใดๆ ในเส้นทาง เสียงจากแหล่งกำเนิดก็จะเดินทางไปทุกทิศทาง รูป (รูปที่ 5) แสดงลักษณะของการเปลี่ยนแปลงความเข้มของเสียง - ความเข้มของเสียงยังคงที่ แต่พื้นที่ที่มีอิทธิพลเพิ่มขึ้นซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้ความเข้มของเสียงลดลง ณ จุดใดจุดหนึ่ง

รูปที่ 5 กระบวนการแพร่กระจายคลื่นเสียง

คลื่นเสียงมีหลายประเภท ขึ้นอยู่กับประเภทของแหล่งกำเนิดเสียง: แบน ทรงกลม และทรงกระบอก

รูปที่ 6 ประเภทของแหล่งกำเนิดเสียงและการแสดงแผนผังของหน้าคลื่น
เอ - แผ่นขยาย; b - แหล่งกำเนิดจุด; c - แหล่งที่มาเชิงเส้น

เมื่อแพร่กระจาย คลื่นระนาบจะไม่เปลี่ยนรูปร่างและแอมพลิจูด คลื่นทรงกลมจะไม่เปลี่ยนรูปร่าง (แอมพลิจูดลดลงเป็น 1/r) คลื่นทรงกระบอกเปลี่ยนทั้งรูปร่างและแอมพลิจูด (ลดลงเป็น 1/r)