Akustika Vlnění a optika (Fyzika) Bc. Klára Javornická Název školy Střední škola hotelová, služeb a Veřejnosprávní akademie s. r. o. Strážnice Název a číslo OP OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost, CZ.1.07/1.5.00/ Název šablony klíčové aktivity III/2 Zvyšování kvality výuky prostřednictvím ICT Datum vytvoření: Číslo sady VY 32 Inovace FY.05 Anotace Učební materiál na téma akustika by měla sloužit jako podpora při výkladu v předmětu fyzika. Seznámí žáky se základními pojmy, vzorci a obrázky z akustiky. Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Úvod Akustika je nauka o zvuku Zvukové vlny jsou mechanické podélné vlny šířící se od nějakého zdroje Zdroj je kmitající těleso Zvuk se může šířit v pevném, kapalném i plynném prostředí a to ve tvaru tlakových vln Lidské ucho slyší frekvence od 16 Hz do asi Hz (horní hranice je individuální a s věkem se snižuje) Pod 16 Hz leží infrazvuk a nad Hz je ultrazvuk

Důležité pojmy Tón je jednoduché harmonické kmitání, výška je dána jeho frekvencí a intenzita amplitudou. Interval je rozdíl výšky dvou tónů, nižší je základní a vyšší tvoří interval – sekundu, tercii, kvartu, …. Je určen poměrem frekvencí obou tónů Obecně je tón složen z většího počtu harmonických kmitů, proto výsledkem je nesinusový kmit Zvuk je složen z mnoha tónů proměnné frekvence a síly, nemůžeme mu přisoudit nějakou výšku a proto ho vnímáme často jako hluk

Důležité pojmy: Třesk (rána) je silný náraz zvuku, který trvá jen krátkou dobu Dále používáme stejné pojmy z oblasti kmitů a vlnění: - doba kmitu - frekvence - vlnová délka - rychlost šíření

Zvuk Vše co vnímáme prostřednictvím sluchu Může to být hluk i tóny Je charakterizován silou (intenzitou), výškou a barvou (jedná-li se o tón) Zvuk vyvolaný zdrojem se šíří hmotným prostředím (ve vakuu ne), prostředím prochází jako podélná vlna a působí na přijímač zvuku, např. ucho

Pojmy: Rychlost zvuku – udává jak rychle se zvuk šíří v určitém prostředí nezávisí na frekvenci, ale na druhu prostředí Odraz zvuku – stejně jako jiné vlny se odráží na rozhraní dvou prostředí použití např. v lodní dopravě na zjištění hloubky přístrojem echolot

Pojmy: Zvukové pole – oblast, ve které se šíří zvukové vlny, uvnitř kmitají částečky prostředí určitou rychlostí, která se nesmí zaměnit s rychlostí šíření vlny. Síla (intenzita) zvuku – je určena intenzitou vlnění I, která je úměrná druhé mocnině jeho amplitudy, je to energie, která projde za vteřinu jednotkovou plochou kolmou k šíření zvuku, tj. výkon P dělený plochou A jednotkou je 1 W/m² - klesá se vzdáleností od bodového zdroje s druhou mocninou této vzdálenosti (pokud nedochází k odrazům)

Pojmy: Hlasitost – sílu zvuku většinou neměříme absolutně, ale srovnáváme ji s nějakou referenční silou zvuku, která musí být udána. Tento postup je založen na vlastnostech našeho sluchu. Celkem rozeznáváme asi 120 úrovní zvuku, takže je zavedena stupnice se 120 hodnotami uváděnými v decibelech. Za nejnižší hladinu byla zvolena I₀ = 0 dB, odpovídající I₀ = 10 ¯¹² W/m² (práh slyšitelnosti). Decibelová stupnice hlasitosti L je dána vztahem :

Pojmy: Tlumení zvuku – neboli absorpce je jev, kdy při dopadu zvukové vlny na stěnu dochází k jejímu odrazu a přitom je zpravidla odraz provázen poklesem její intenzity, tj. pohlcováním zvuku – tlumením. Různé látky mají různé koeficienty absorpce a jsou závislé nejen na druhu látky ale i na frekvenci zvukové vlny.

Pojmy: Efekt nadzvukové rychlosti – zvukové vlny vznikají třeba i při výbuchu jako důsledek okamžitého velkého lokálního zvýšení tlaku, vzduchem se pak šíří rázová vlna. Ta vzniká také při pohybu letadel s nadzvukovou rychlostí. Tato vlna se šíří od špičky letadla a když přechází nad pozorovatelem, tak uslyší silnou ránu – třesk.

Zdroje zvuku: Kmitající struna – napneme-li strunu mezi dva pevné body a vybudíme ji úderem, drnkáním nebo tahem smyčce, uvedeme ji do kmitavého pohybu a vznikají na ní příčné stojaté vlny, to způsobí v okolím prostředí vznik podélných zvukových vln. To jaké tóny vzniknou a v jaké intenzitě záleží na způsobu buzení a to určuje i barvu tónu. Na tomto principu jsou založeny strunné nástroje. Kmitající tyč – tyč pevně uchycená nebo zavěšená na jednom konci může být uvedena do příčných kmitů a vydávat určitý tón. Používá se třeba jako ladička. Tento princip využívají např. bicí hodiny nebo hrací strojky.

Zdroje zvuku: Kmitající desky a blány – desky upevněné uprostřed můžeme příčně rozkmitat např. smýkáním smyčce po obvodu. Blány upevněné po obvodu a vybuzené např. úderem paličky mohou kmitat rozmanitým způsobem. Tvar kmitů závisí na tvaru obvodu, výška tónu na napnutí a vlastnostech blány. Kmitající vzduchový sloupec – ve vzduchových sloupcích a prostorech mohou být vzbuzeny podélné kmity foukáním. To se využívá v píšťalách, které mohou být buď otevřené (na obou koncích) nebo uzavřené (na jednom konci). Frekvence základního tónu je nepřímo úměrná délce píšťaly.

Ultrazvuk: Zvuk s frekvencemi nad Hz, který je pro lidské ucho neslyšitelný Energie kmitů předávaná při jeho působení na hmotu může být využita k různým účelům, např. čištění povrchů, masáže, ničení buněk, drcení žlučových kamenů Odraz se velmi využívá k diagnostickým účelům v medicíně, při zkoumání vad materiálů, měření vzdáleností apod.

Citace: GASCHA, Heinz, PFLANZ, Stefan. Kompendium fyziky. 1. vydání. Banská Bystrica: Euromedia Group, k.s. – Universum, ISBN Kapitola II, s. 97 – 110.