Zvuk

Prírodné vedy » Fyzika

Autor: Dievča ivana123
Typ práce: Poznámky
Dátum: 19.01.2014
Jazyk: Slovenčina
Rozsah: 2 436 slov
Počet zobrazení: 3 758
Tlačení: 272
Uložení: 291
Zvuk
 
Úvod
Žijeme vo svete plnom zvukov. Niektoré vznikajú prirodzene: hrmenie, šum vetra a iné sú reprodukované s určitým cieľom: spev vtákov, ľudská reč, plač, smiech, melódia piesne. Niektoré zvuky sú iba hlukmi - zvukmi, ktoré nás obťažujú a môžu nám spôsobovať zdravotné problémy a existujú dokonca zvuky, ktoré vnímať nemôžeme, lebo ich frekvencia je pre naše ucho nepočuteľná, no sú pre náš život rovnako dôležité.
 
Všeobecná charakteristika zvuku
Zvuk je predmetom štúdia časti fyziky, presnejšie náuky o zvukovom vlnení a jeho šírení, ktorá sa nazýva akustika.
Dôvody a ciele záujmu o akustiku sú rôzne a práve podľa toho sa tento obor dá rozdeliť na niekoľko častí:
 
1. Fyzikálna akustika - študuje spôsob vzniku a šírenie zvuku. Ďalej sa zaoberá jeho odrazom a pohlcovaním v rôznych materiáloch.
2. Hudobná akustika - skúma zvuky a ich kombinácie s ukazovateľom na potreby hudby.
3. Fyziologická akustika - sa zaoberá vznikom zvuku v hlasovom orgáne človeka a jeho  vnímaním  v  uchu.
4. Stavebná akustika - skúma dobré a nerušené podmienky počúvanosti hudby a reči v obytných miestnostiach a sálach.
5. Elektroakustika - sa zaoberá záznamom, reprodukciou a šírením zvuku s využitím elektrického prúdu.
6.Psychoakustika sa zaoberá vnímaním zvuku v mozgu
 
Akustika sa zaoberá aj vznikom, vlastnosťami a účinkami tzv. ultrazvuku (a infrazvuku), mechanického vlnenia s veľmi vysokou (pre infrazvuk nízkou) frekvenciou, na ktoré už ľudské ucho nereaguje.
 
Zvuk je kmitanie hmotných častíc, ktoré  si navzájom prenášajú energiu a tým vyvolajú sluchový vnem => Fyzikálnou príčinou vzniku zvuku je chvejúce sa teleso.
 
Zvuk môžeme vnímať len za určitých podmienok. Základnou z podmienok je, že musí existovať: zdroj zvuku, prostredie, ktorým sa šíri a zdravý sluch. Hmotou (látkou) môže byť vzduch, voda, drevo, alebo ktorýkoľvek iný materiál. Prostredie, ktorým sa šíri zvukový rozruch od chvejúceho sa telesa k nášmu uchu, je najčastejšie vzduch. Potom naše uši zhromažďujú tieto vibrácie a umožňujú nám interpretovať ich.
Faktom je, že jediné prostredie, ktorým sa zvuk nemôže šíriť, je vákuum.
Ak je kmitanie zdroja zvuku pravidelné, vnímame tón, t.j. hudobný zvuk.
Ak zvuk vzniká nepravidelným chvením telesa, vnímame ho ako hluk.
 
Infrazvuk je mechanické vlnenie s frekvenciou nižšou ako 16 Hz. Vďaka dobrému šíreniu vo vode možno napr. zistiť „hlas mora”, ktorý pár hodín vopred predpovedá príchod vlnobitia – varovanie pre ryby a medúzy. Na človeka pôsobí škodlivo najmä vtedy, ak má frekvenciu rovnakú, akú má tlkot srdca. Tým, že ho nepočujeme, sme chránení pred mnohými zdrojmi hluku. Umožňuje mu to napr. pokojný spánok, lebo neregistruje vlastný krvný obeh.
 
Ultrazvuk je mechanické vlnenie s frekvenciou vyššou ako 20 kHz, takže ho sluchom nevnímame. Ultrazvuk však má významné uplatnenie v technickej praxi.
Pretože vlnová dĺžka ultrazvuku je veľmi malá, šíri sa prostredím priamočiaro a pri odraze od prekážok platí zákon odrazu. Praktické využitie je založené práve na týchto vlastnostiach. Súčasne sa uplatňuje jeho malá absorbcia v kvapalných a pevných látkach.
 
Sluchový orgán – ucho
Sluchový orgán reaguje na tlak (najčastejšie tlak vzduchu) a patrí preto medzi mechanoreceptory. Je zo všetkých mechanoreceptorov najcitlivejší, zaznamenavá energiu už o hodnote asi 5.10 na 23 Joula. Orgánom sluchu je ucho (latinsky auris). Ľudské ucho vníma zvukové vlny v rozsahu frekvencií 16 - 20 000 Hz a najcitlivejšie je na tóny v oblasti okolo 1000 - 3000 Hz (hovorené slovo). Je schopné rozlíšiť približne 400 000 rozličných druhov zvukov. U zvierat (krysa, pes) je rozsah vnímania zvukových vĺn posunutý väčšinou k vyšším frekvenciám. Tak napríklad mačka vníma zvukové vlnenie o frekvenciách 60 Hz - 65 000 Hz, pes 15 Hz - 50 000 Hz (ultrazvukové píšťalky) a mol dokáže vnímať vlnenie o frekvencii až 150 000 Hz.

Časť ucha, ktorú vidíme sa nazýva vonkajšie ucho. Vonkajšie ucho zachytáva zvukové vlny a ako cez lievik ich posúva do zvukovodu, ušného kanála. Dôležité časti nášho ucha sú uložené tri alebo štyri centimetre v hlave, v oblasti pod okom. Vnútorné časti ucha musia byť dobre chránené vnútri lebky. Menia zvukové vlny na elektrické nervové signály a vysielajú ich do mozgu. Mozog signály triedi a my na základe toho "počujeme". Je veľmi užitočné, že máme dve uši. Ak zvuk prichádza z jednej strany, zvukové vlny sa dostanú do jedného ucha o zlomok sekundy skôr ako do druhého ucha. Mozog rozpozná tento časový rozdiel a povie nám, odkiaľ zvuk prichádza. Ucho je úžasný a veľmi jemný orgán. Dokáže zachytiť všetky rozličné zvukové vlny pri hre orchestra. Vie zistiť silu (hlasitosť) zvuku a rozlíšiť vysoké a hlboké tóny (výška tónu). Zo signálov, ktoré prichádzajú počas koncertu do mozgu, môžeme rozoznať každý nástroj, hoci všetky hrajú naraz.
 
Šírenie zvuku
Zvuk sa šíri v rôznych prostrediach rôznou rýchlosťou. Závisí to od vlastností daného prostredia. Zo všetkých skupenstiev (plynné, kvapalné, pevné) sa zvuk šíri najpomalšie plynom, rýchlejšie kvapalinou a najrýchlejšie pevnou látkou. Rýchlosť zvuku ovplyvňuje tiež teplota prostredia.
Plyny:
Ak sa pozrieme bližšie na vlastnosti plynov, vidíme, že len v prípade, keď sa molekuly zrážajú jedna z druhou, sa môžu hýbať zhluky a zriedenia zvukovej vlny. Z toho logicky vyplýva, že rýchlosť zvuku ako fyzikálna veličina má ten istý charakter ako stredná rýchlosť medzi dvoma po sebe idúcimi zrážkami molekúl.
Pri plyne je osobitne dôležité vedieť jeho teplotu. Je to preto, lebo pri vyšších teplotách sa molekuly zrážajú častejšie a tým umožňujú vzruchu (zvuku) šíriť sa rýchlejšie. Pri bode mrazu (0°C), sa zvuk šíri vzduchom rýchlosťou 331 m/s. Ale, pri 20°C (izbová teplota) sa zvuk šíri rýchlosťou 343 m/s.
Kvapaliny:
Zvuk sa v kvapalinách šíri rýchlejšie, pretože ich molekuly sú tesnejšie viazané. V čistej vode sa zvuk šíri rýchlosťou 1482 m/s. Je to štvornásobne viac ako vo vzduchu! Niektoré zo živočíchov žijúcich v oceánoch sa spoliehajú na zvukové vlny ako na prostriedok, ktorý im umožňuje komunikáciu s inými živočíchmi, lokáciu potravy a prekážok (echolokáciu). Dôvodom, prečo sú schopné efektívne využívať túto metódu komunikácie na veľké vzdialenosti, je fakt, že zvuk sa vo vode šíri veľmi rýchlo.
 
Pevné látky:
Zvuk sa najrýchlejšie šíri pevnými telesám. Je to preto, že príťažlivé sily, ktorými navzájom pôsobia molekuly sú v pevnom skupenstve väčšie ako v kvapalinách, aj keď vzdialenosti medzi molekulami sa len málo líšia. Rýchlosť zvuku v oceli (5960 m/s) je viac ako 17-násobne vyššia ako vo vzduchu. Tento fakt platí len pre väčšinu pevných látok. Rýchlosť zvuku vo všetkých pevných telesách nie je väčšia ako vo všetkých kvapalinách.
 
Rýchlosti zvuku
Plyny:
oxid uhličitý pri 0°C - 259 m/s
kyslík pri 0°C - 613 m/s
vzduch pri 0°C - 331 m/s
vzduch pri 20°C - 343 m/s
hélium pri 0°C -  965 m/s
Kvapaliny:
chloroform pri 20°C - 1004 m/s
etanol pri 20°C - 1162 m/s
ortuť pri 20°C - 1450 m/s
voda pri 20°C - 1482 m/s
Pevné látky:
olovo - 1960 m/s
meď - 5010 m/s
sklo - 5640 m/s
oceľ - 5960 m/s
 
Stavebná akustika
Pri stavebnej akustike je dôležité poznať rozdiel medzi zvukovou pohltivosťou a zvuková nepriezvučnosťou.Tieto parametre sú často zamieňané a výsledkom je nespokojnosť s navrhnutým riešením. Zvuková pohltivosť materiálu znamená, že materiál má schopnosť zabrániť zvuku sa odraziť späť a pri zvukovej nepriezvučnosti má schopnosť zábraniť zvuku sa šíriť prechodom  cez materiál.

Situácia  v priestore, kde je umiestnený zdroj  hluku
Zvuk v uzavretom priestore sa správa ako uzavretá energia. Snaží sa dostať von z uzavretého priestoru, pričom prekážkou súmu steny.Odráža sa od stien a zvyšuje úroveň hluku v uzavretom priestore.Ak sú steny ľahké s vysokou priezvučnosťou väčšina energie vyžiari von a hluk vnútri klesá.Čím sú tieto pevnejšie, hrubšie a hmotnejšie, zvuk sa odráža od stien do priestoru a  úroveň  vzrastá.

Preto zvyšovaním úrovne hluku v uzavretom priestore sa vždy v určitom okamihu dosiahne rovnováha medzi vyžiareným zvukom von a pohlteným zvukom na stenách s vyžarovanou úrovňou hluku. Táto úroveň závisí od priezvučnosti stien a od úrovne pohltivosti povrchu stien. Teda čím sú steny hrubšie a s tvrdším povrchom tým je úroveň hluku vnútri vyššia.
Ako teda znížiť úroveň hluku v priestore keď nemôžem meniť skladbu stien a dovoliť zvuku uniknúť von? Zvuk je energia, ktorá má vlnový charakter a pri náraze na prekážku sa odráža od nej späť. Ak dosiahneme situáciu, že mu nedovolíme sa odraziť späť, ale necháme ho vniknúť do materiálu, kde jeho energia sa zničí alebo pohltí, vtedy vlastne mu zabránime sa vrátiť späť do priestoru a   prispievať k  úrovni hluku. Že to skutočne je tak dokumentuje malý pokus. Ak náhle vypneme zdroj hluku jeho úroveň postupne klesne na nulu.Ako rýchlo sa to ale stane závisí od veľkosti miestnosti a množstva zvukopohltivého  materiálu  na  stenách.
 
Situácia v priestore kde zdroj hluku preniká z vedľajších priestorov
Tu preniká hluk z vedľajších priestorov a jeho úroveň je priamo úmerná jeho úrovni a nepriezvučnosti stien medzi priestormi. Ak nemáme možnosť ovplyvniť úpravy na strane zdroja hluku ostáva jediná možnosť a to zvýšenie nepriezvučnosti stien na našej strane. Ak máme túto možnosť môžeme znížiť úroveň hluku pri jeho zdroji, znížením jeho pôsobenia, obložením stien pohltivým materiálom, alebo zvýšením nepriezvučnosti stien tak isto na strane zdroja hluku.
 
Zvuk vnímame sluchovým orgánom. Ľudské ucho je veľmi zložitá sústava, ktorá reaguje na tlakovú zložku akustického poľa. Zvuk prichádza zvukovodom k bubienku, ktorý sa rozochveje vynútenými kmitmi. Bubienok oddeľuje vonkajšie ucho od stredného ucha. Aby si poslucháč uvedomil zvuk, musí sluchový orgán zistiť jeho kmitočet, čiže previesť analýzu. Pri vysokých kmitočtoch je maximum presne vyjadrené. Príslušné nervy signalizujú do mozgu miesto najväčšieho podráždenia, a tým nepriamo i kmitočet vnímaného zvuku. Pri vysokých kmitočtoch nestačí sluchový nerv prenášať tak vysokú frekvenciu impulzov.

Odraz, lom a ozvena zvuku
Ak zvuk, ktorý sa šíri vzduchom narazí na prekážku, prekážka ho z časti pohltí, z časti sa od nej odráža a šíri sa vzduchom späť. Pri neveľkej prekážke sa zvuk šíri aj za ňu, nastáva ohyb. Prekážky sú jednou z najpoužívatelneším spôsobom znižovania hluku, na čo pochopiteľne budeme brať ohľady pri riešení nášho problému. Pre odraz mechanického vlnenia platí zákon odrazu. Uhol odrazu vlnenia sa rovná uhlu dopadu. Odrazený lúč leží v rovine dopadu.
Ozvena je spôsobená odrazom zvuku od pevnej prekážky. Naše ucho je schopné rozoznať dva po sebe nasledujúce zvukové signály, ak medzi nimi uplynie doba najmenej 0,1 s (t.j. Ak uplynie doba kratšia) zvuky splývajú. Ak chceme počuť úplnú ozvenu nášho hlasu (resp. volanie, pískanie), musíme byť od odrážajúcej steny aspoň tak ďaleko, aby zvuk prešiel dráhu k stene a späť za 0,1 s. Zvuk (rýchlosť šírenia 340 m/s) prejde za 0,1 s dráhu 34 metrov. Teda naša vzdialenosť od steny nesmie byť menšia ako 17 m.
Pri menších vzdialenostiach počujeme odrážaný zvuk iba ako predĺženie pôvodného zvuku, počujeme dozvuk. Ak nasleduje dozvuk veľmi rýchlo za pôvodným zvukom, dodáva hlasu plnosť a zlepšuje sluchový vnem. Ak sa zmieša dozvuk sa zvukom naledujúcim, vnímame hlas alebo iné zvuky nezreteľne (napr. železničné haly, štadióny, miestny rozhlas). Potom reč alebo hudbu počujeme skreslene. Ak sa odráža zvuk postupne od niekoľkých stien rôzne vzdialených od nás, počujeme niekoľkonásobnú ozvenu.

Zvukové vlny

Zvukové vibrácie môžeme cítiť napríklad keď si priložíte konček ukazováka na hrdlo  a rozprávate, alebo sa dotknete zvončeka na bicykli keď zvoní.
Keď udrieme na bubon, bubon sa rozkmitá, rýchlo sa prehýna dopredu a dozadu. Kmitajúci bubon stláča molekuly vzduchu, pričom miesta zhusteného a zriedeného vzduchu sa pravidelne menia. V miestach, kde sú častice blízko pri sebe, sa tlak vzduchu o máličko zvýši a vytvára zhluky. V miestach, kde sú ďalej od seba, sa o máličko zníži a vytvára zriedenia. Pri bežnom rozhovore je táto zmena tlaku iba asi 0,01 Pa. To však stačí na vytvorenie zvukového vnemu. Samotné častice vzduchu pri zvuku nepostupujú,  len nepatrne kmitajú sem a tam a tým si odovzdávajú - prenášajú energiu. Hovoríme, že vzduchom sa šíri zvuková vlna => Zvuková vlna je striedavé stláčanie a zrieďovanie vzduchu.
Zvukovú vlnu môžeme znázorniť pomocou tzv. vlnovej funkcie. Ak by bola látka v kľude (žiaden zvuk - žiadne mechanické vlnenie), hustota častíc by sa v látke nemenila t.j. vlnová funkcia by vyzerala ako vodorovná os x.
 
Zvukové vlny sa často znázorňujú aj pomocou tzv. vlnoplôch.
 
Ak si zvuk predstavíme ako vlnenie napr. na povrchu jazera, potom vlnová funkcia znázoňuje pohľad na vlny z boku a vlnoplocha pohľad zhora.
Každý cyklus zvuku obsahuje jeden zhluk (oblasť so zvýšeným tlakom) a jedno zriedenie (oblasť, kde je tlak menší ako normálny).
Vlnová dĺžka
Vlnová dĺžka je vodorovná vzdialenosť medzi dvoma za sebou idúcimi rovnocennými bodmi vlny. To znamená, že vlnová dĺžka je vodorovná dĺžka jedného cyklu vlny.
 
Ohyb zvukových vĺn (difrakcia)
Difrakcia (ohyb zvukovej vlny na prekážke) je jav charakteritický pre vlny všeobecne, nielen pre zvukové vlny. Z vlastnej skusenosi vieme, že zvuk sa šíri aj za prekážku, ktorá mu stojí v ceste. Tento jav vysvetľuje tzv. Huygensov princíp.
Ohyb vlnenia na prekážke je najvýraznejší, ak je rozmer prekážky porovnateľný s dĺžkou vlnenia. V inom prípade vzniká za prekážkou tzv. akustický tieň – priestor, kam sa vlnenie nedostane. Ak by ste stáli v oblasti akustického tieňa nepočuli by ste žiaden zvuk napriek tomu, že by na prekážku pred vami dopadal.  Iným príkladom ohybu vlnenia je ohyb vlnenia na otvore v prekážke. Ohyb na otvore je tým výraznejší, čím je otvor v danej vzdialenosti od zdroja vlnenia menší a čím je vlnová dĺžka vlnenia väčšia.
 
Keď je zvuk priveľmi hlasný
Vnímanie zvuku je veľmi subjektívne. Oblasť počuteľnosti je vymedzená pásmom počuteľných kmitočtov približne od 16 do 16 000 Hz a rozsahom intenzity zvuku medzi prahom počutia (cca 10-12 W/m2) a prahom bolesti (cca 102 W/m2). Skutočný zvukový vnem je ale závislý od zdravotného stavu poslucháča. Oblasť počuteľnosti zvuku v závislosti na frekvencii a sile zvuku
 
Hluk sa definuje ako príliš časté alebo príliš silné, nekoordinované a v nevhodnú dobu sa vyskytujúce zvuky, ktoré sú nežiadúce, rušivé, obťažujúce alebo ľudskému zdraviu škodlivé. Pobyt v hlučnom prostredí spôsobuje
- problémy s koncentráciou, nervozitu, zvýšený krvný tlak, agresivitu, problémy s učením, so spánkom
- pri dlhotrvajúcom pôsobení zdravotné problémy hlbšieho rázu, zníženie výkonnosti, v ťažších prípadoch aj poškodenie sluchu.


Príklady zvukov rôznej hladiny hlasitosti
Zvuk: hladina hlasitosti [Ph] = hladina intenzity zvuku [dB] Hladina hlasitosti v závislosti od frekvencie zvuku

Zvukový prah 0
Šelest lístia 10
Šum lístia 20
Pouliční hluk v tichom predmestí 30
Tlmený rozhovor 40
Normálny pouličný hluk 50
Hlasitý rozhovor 60
Električka (60 – 78 dB)
Hluk na silných frekventovaných uliciach veľkomesta 70
osobný automobil (75 – 82 dB)
Hluk v tuneloch podzemných železníc 80
nákladné auto (84 – 93 dB)
Hluk motorových vozidiel 90
Maximálny hluk motorky 100
Hlasité obrábacie stroje 110
Štartujúce lietadlo vo vzdialenosti 1 m 120
Hluk spôsobujúci bolesť 130
pretrhnutie bubienka 140

Záver
Zvuk je nenahraditeľnou súčasťou nášho života. Sprevádza nás už od narodenia.Vďaka svojim vlastnostiam a charakteristickým znakom si nás nájde takmer vždy, všade tam, kam sa pohneme.Aj napriek niektorým nepriaznivým účinkom má obrovské spektrum využitia, ktoré nám podstatne zľahčuje a zjednodušuje vykonávať mnoho činností. Zvuk má využitie v kultúre, zdravotníctve, priemysle, ako aj v bežnom živote. Nudnejší, fádnejší a smutnejší. Presne taký by bol náš život bez hudby, bez slov – bez vyjadrených citov a myšlienok. Presne taký by bol náš život bez zvuku.
Oboduj prácu: 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1


Založiť nové konto Pridať nový referát

Odporúčame

Prírodné vedy » Fyzika

:: KATEGÓRIE - Referáty, ťaháky, maturita:

0.014