HANGLABORATÓrium
Üdvözöljük a hanglaborban. Itt egy kicsit kísérletezni fogunk a hangokkal, megtudjuk, hogyan keletkeznek és hogyan terjednek. A virtuális laboratórium látogatásának jobb kihasználása érdekében számítógépünknek telepítenie kell egy hangkártyát a megfelelő hangszórókkal, és ha lehetséges, egy mikrofonnal. De ha nincsenek ezek a dolgok, akkor is sokat tanulunk.
A „Tárgyak hangja” című részben a Fizikai kísérletek fejezetből a következőket mondtuk:
Mindannyian hallottunk egy csengő hangját. De. hogy jön létre ez a hang? A csengő egy fémtest, amely ütközéskor rezeg, viszont a fém ezen rezgései rezgéseket okoznak a körülvevő levegőben, és ezek a rezgések a levegőn keresztül, hanghullámok formájában a fülünkig jutnak, ahol a dobhártyát rezgik., ott kis elektromos áramok keletkeznek, amelyek az agyunkba kerülnek, majd. halljuk a csengőt .
Hang hullámok. Bármi, ami hangzik, generálja őket hang hullámok vagy akusztikus hullámok, amelyek a levegőn utaznak. Ezért ha a harangot a Holdra vinnénk, nem hallhatnánk, mert nincs levegő, nincs légkör. Ezek a hullámok szilárd testen is haladnak: ha az egyik fülre egy vonalzó végét vagy bármilyen anyagú rudat helyezünk, a másik végét pedig összekaparjuk, akkor tisztán halljuk a keletkező hangot.
És természetesen a hang folyadékokban, vízben is halad. A bálnák nagy távolságokon keresztül kommunikálhatnak az óceánban, olyan hangokat produkálva, mint amelyeket a figurára kattintva hallunk.
Magas hangok, alacsony hangok. De mik a hanghullámok? Ha például egy hangszóró szólal meg, a hangot adó kúp (amely papírból vagy más vékony anyagból készül) előre-hátra mozog. Amikor előre megy, összenyomja a légmolekulákat, amelyek összenyomódnak. Ha visszafelé halad, több helyet hagy a molekuláknak, amelyek elválnak egymástól. És a mozgás újra és újra megismétlődik, nagyon gyorsan (az általunk észlelt hangok esetében másodpercenként 60-15 000-szer!). Ily módon a hosszirányú hullám, amely a levegőben halad és a távolságtól gyengül. Minél távolabb vagyunk a hangszórótól, annál halványabban fogjuk hallani.
Konkrétabb képet kaphatunk a hang természetéről az USA-ban, a Colorado Egyetemen kifejlesztett szimuláción keresztül. A szimuláció használatához le kell mennünk itt a megfelelő program, amely a phet.colorado.edu webhelyről származik. A szimuláció futása közben próbáljuk ki a következő lehetőségeket: 1) a gombra kattintva audio engedélyezett, megjelenik a hangszóró által kibocsátott vagy hallgató által hallott hang; 2) ezzel az utolsó opcióval próbálja meg mozgatni a hallgatót az egérrel történő húzással; 3) változtatni a frekvencia hullám amplitúdó a hang intenzitása a jobb felső sarokban található kurzorok segítségével.
A hanghullámot egy olyan vonal képviseli, amely a levegő molekuláinak összenyomódásának, összeérkezésének és emelkedésének helyén emelkedik, és ahol a molekulák tágulnak, elválnak (ahogy az ábrán látható). Ha a kúp túl gyorsan mozog a hangszóróban, akkor magas frekvenciájú hullám keletkezik, és a éles zaj, míg egy lassabb mozgás alacsony frekvenciájú hullámot eredményez és ezért a alacsony hangú. A frekvencia ekkor lesz a hullám "ágyékának" mennyisége, amely minden másodpercben létrejön, és ezután megmérjük a hang frekvenciáját másodpercenként vagy cp.
És itt hallhatunk példákat alacsony és magas hangokra:
Alacsony hangerő. Éles zaj.
Az egyes ábrákra kattintva meghalljuk az egyes hangoknak megfelelő hangokat.
Amit az előző példákban hallottunk, azok tiszta hangok voltak, vagyis egyetlen frekvenciával. Ilyen típusú hangot generálhatunk a PC hangszórójában a SONI2.EXE programmal, amelyet le kell töltenünk a számítógépünkre. A telepítés után dupla kattintással aktiváljuk, és megadjuk a generálni kívánt hang frekvenciájának értékét, amelyet azonnal meghallunk.
A valóság hangjai. A mindennapi életben körülvevő hangok általában különböző frekvenciák vagy tiszta hangok bonyolult keverékéből állnak. lehetséges néz hullámok, amelyek különböző hangoknak felelnek meg oszcilloszkóp segítségével, amely laboratóriumi műszer, amelyhez mikrofont csatlakoztathat, és amely ezeket a hullámokat a képernyőn jeleníti meg. Szerencsére az interneten találunk "virtuális oszcilloszkópokat", amelyek lehetővé teszik számunkra nagyon érdekes kísérletek elvégzését.
Ha van hangkártyánk hangszórókkal és csatlakoztatott mikrofonnal a számítógépünkben, akkor végezhetünk néhány kísérletet az eredetileg a http://polly.phys.msu.ru webhelyen kínált oszcilloszkóp letöltése után. A tömörített fájl (.zip) tartalmazza a oszcilloszkóp program, valamint felhasználói kézikönyv (angol nyelven). A fájl kibontása után futtatjuk a WINSCOPE.EXE fájlt, és az oszcilloszkóp egy ablakban fut, míg a Hanglabor másik ablakban lehet.
Néhány kísérlet:
Miután telepítettük az oszcilloszkópunkat a képernyőre, elindítjuk az első ikonnal, amely megjelenik a tálcán: zöld vonalnak kell megjelennie a műszer képernyőn. Amikor a mikrofonba beszélünk, bonyolult nyomként kell látnunk a keletkező hullámokat (az Y1 kurzornak a skála közepén kell lennie, a T kurzornak pedig minden alatt, de megpróbálhatunk különböző pozíciókat). Ha minden jól működik, elkezdjük a kísérleteinket. Próbáljuk meg például:
- Síp a mikrofon előtt (de ne fújjon közvetlenül rá.). Látni fogjuk, hogy hullám keletkezik, mint a korábban említett tiszta hangoké. Annak kiderítéséhez, hogy mi a frekvencia ennek a hullámnak, kattintson a kurzorral az ikonra, amelynek több színe van: módba megyünk frekvenciák és látni fogunk egy vonalat vagy jelet. Ha a kurzort erre a jelre helyezzük, látni fogjuk, hogy a frekvencia megjelenik az alábbi sávon (például F = 1525,1 Hz vagy 1525,1 ciklus másodpercenként). Egyre magasabb hangot fütyülve meglátjuk, hogy a jel jobbra, növekvő frekvenciákon mozog. Ha ismét rákattint a színes ikonra, az oszcilloszkóp visszatér az előző üzemmódba (mód hullámok).