MECHANICKÉ VLNĚNÍ 18. Akustika KMITAVÉ A VLNOVÉ JEVY MECHANICKÉ VLNĚNÍ 18. Akustika Mgr. Marie Šiková www.zlinskedumy.cz

Anotace Materiál opakuje a procvičuje základní pojmy a vztahy z nauky o mechanickém vlnění. Je doplněn přehledem použitých fyzikálních vztahů a pracuje interaktivně. Materiál může být doplněn výkladem učitele, ale umožňuje také použití pro samostatnou práci žáků. Autor Mgr. Marie Šiková Jazyk Čeština Očekávaný výstup 23-41-M/01 Strojírenství 26–41-M/01 Elektrotechnika Speciální vzdělávací potřeby - žádné - Klíčová slova Mechanické vlnění, akustika Druh učebního materiálu Prezentace Druh interaktivity Kombinované Cílová skupina Žák Stupeň a typ vzdělávání odborné vzdělávání Typická věková skupina 16 - 19 let Vazby na ostatní materiály KVJ (kmitavé a vlnové jevy)

18. Akustika Z hlediska vnímání zvuku jsou nejdůležitější tyto jeho následující charakteristiky: výška a barva tónu a jeho hlasitost. Absolutní výška tónu je určena přímo frekvencí kmitání zdroje zvuku a udává se v hertzích (Hz). Lidský sluch umožňuje vnímat zvuky v rozsahu od 16 Hz do 16 kHz. Zvuky o ještě vyšší frekvenci označujeme jako ultrazvuk, který lidské ucho nevnímá, ale někteří živočichové velmi dobře (psi, netopýři, delfíni).

V hudbě se výška tónu nejčastěji vyjadřuje jeho relativní výškou - základem je tón a1 (komorní a) o frekvenci 440 Hz. V technické praxi se jako základní tón pro testování elektroakustických zařízení používá tzv. referenční tón (o frekvenci 1 kHz). Barva tónu charakterizuje tón o stejné absolutní výšce, ale zahraný na různé hudební nástroje. Fyzikálně je barva tónu způsobena tím, že zvuky nejsou čistě harmonické, ale obsahují také tóny o vyšších frekvencích, které ovlivňují výsledný zvukový vjem.

Zvuk se šíří jako podélné mechanické vlnění, tedy jako periodické stlačování a rozpínání vzduchu. Velikost těchto změn tlaku vzduchu dává objektivní obrázek o (přenášené) energii zvukového vlnění. Velikost subjektivního vjemu hlasitosti zvuku má však logaritmický charakter. Proto jsme dobře schopni vnímat velmi slabé zvuky (práh slyšení) i zvuky silné (práh bolesti), přičemž energie přenášené zvukovým vlněním při těchto dvou hraničních případech jsou přitom v neuvěřitelném poměru 1 : 1013.

Aby byla zohledněna logaritmická závislost lidského vjemu hlasitosti na energii vnímaného zvukového vlnění, byla zavedena pro akustická měření úrovně hlasitosti zvuku (logaritmická) objektivní veličina, zvaná hladina intenzity zvuku. Jednotkou byl původně zvolen 1 bel, v praxi se však v současnosti používá jednotka desetkrát menší: 1 decibel (1 bel = 10 decibelů). Práhu slyšení potom odpovídá hladina intenzity zvuku 0 decibelů (0 belů), práhu bolestivosti hladina intenzity zvuku 130 decibelů (13 belů).

Trvalé působení zvuku o značné hlasitosti je pro lidský sluch škodlivé, poněvadž jej může poškodit. Současně hluk nepříznivě ovlivňuje také psychiku člověka a tím i jeho pracovní výkon. Proto je třeba hluk omezovat již na místě jeho vzniku (tlumiče na výfukovém potrubí spalovacích motorů, umístění dálnic a letišť mimo obydlená místa, protihlukové bariéry u silnic a železnic) a používat vhodné ochranné pomůcky.

Rychlost zvuku (tj. rychlost podélného mechanického vlnění) je výrazně ovlivněna látkovým prostředím, kterým zvuk prochází a jeho teplotou. Při teplotě 20°C je rychlost zvuku ve vzduchu 343 ms-1, při teplotě 0°C pouze 331ms-1. Šíření zvuku je ovlivněno i překážkami, na které zvukové vlnění dopadá. Odrazem od rozlehlých překážek může vzniknout ozvěna. Jednoslabičná ozvěna vzniká při zpoždění odraženého zvuku o přibližně 0,1 s – tomu odpovídá dráhový rozdíl 34 m a tedy vzdálenost překážky od zdroje zvuku 17 m. Jestliže je překážka blíže než 17 m, splývá odražený zvuk se zvukem původním a vzniká tzv. dozvuk, jehož velikost je velmi důležitá v koncertních sálech, divadlech a sportovních halách.

Literatura LEPIL, Oldřich, Milan BEDNAŘÍK a Miroslava ŠIROKÁ. Fyzika: Sbírka úloh pro střední školy. 3. vyd. Praha: Prometheus, 2012. ISBN 978-80-7196-266-3. LEPIL, Oldřich, Milan BEDNAŘÍK a Radmila HÝBLOVÁ. Fyzika pro střední školy II. 3. vyd. Praha: Prometheus, 1993. ISBN 978-80-7196-185-7. LEPIL, Oldřich. Fyzika pro gymnázia: Mechanické kmitání a vlnění. 3. vyd. Praha: Prometheus, 2001. ISBN 978-80-7196-216-8.