Karakteristik energi, jenis, kegunaan, keunggulan, contoh

Itu Energi suara o Akustik adalah salah satu yang mengangkut gelombang suara saat menyebar dalam media, yang bisa berupa gas seperti udara, cairan atau padatan. Manusia dan banyak hewan menggunakan energi akustik untuk berhubungan dengan lingkungan.

Untuk ini mereka memiliki organ khusus, misalnya pita suara, yang mampu menghasilkan getaran. Getaran ini diangkut di udara untuk mencapai organ khusus lainnya yang bertanggung jawab atas interpretasi mereka.

Energi akustik diterjemahkan ke dalam musik melalui suara klarinet. Sumber: Pixabay

Getaran menyebabkan kompresi dan ekspansi berturut -turut di udara atau media di sekitar sumber, yang menyebar dengan kecepatan. Bukan partikel yang bepergian, tetapi terbatas pada berosilasi sehubungan dengan posisi keseimbangannya. Gangguan adalah apa yang ditransmisikan.

Sekarang, seperti yang diketahui, benda -benda yang bergerak memiliki energi. Dengan demikian, juga gelombang saat mereka bepergian di tengah membawa energi yang terkait dengan pergerakan partikel (energi kinetik), dan juga energi yang secara intrinsik telah mengatakan media, yang dikenal sebagai energi potensial.

[TOC]

Karakteristik

Seperti diketahui, benda -benda yang bergerak memiliki energi. Jadi gelombang saat mereka bepergian di tengah, membawa energi yang terkait dengan pergerakan partikel (energi kinetik) dan juga energi deformasi dari lingkungan atau energi potensial.

Dengan asumsi sebagian kecil dari media, yang dapat berupa udara, setiap partikel dengan kecepatan atau, Itu memiliki energi kinetik K diberikan oleh:

K = ½ mu²

Selain itu, partikel memiliki energi potensial ATAU yang tergantung pada perubahan volume yang dialami, menjadi Vo Volume awal, V Volume akhir dan P Tekanan, yang tergantung pada posisi dan waktu:

Tanda negatif menunjukkan peningkatan energi potensial, karena gelombang dengan penyebaran tidak bekerja pada elemen volume Dv Saat mengompresnya, berkat tekanan akustik positif.

Massa elemen fluida dalam hal kepadatan awal ρ_{salah satu} dan volume awal V_{salah satu} adalah:

M_{salah satu}= ρ_{salah satu}V_{salah satu}

Dan saat adonan dilestarikan (prinsip konservasi massal):

ρv = ρ_{salah satu}V_{salah satu} = konstan

Oleh karena itu energi total tetap sebagai berikut:

Menghitung energi potensial

Integral dapat diselesaikan dengan bantuan prinsip konservasi massa

M_{salah satu} = m_F

Turunan dari konstanta adalah 0, jadi (ρV) ' = 0. Karena itu:

Dv = (-v/ρ) dρ

Isaac Newton memutuskan bahwa:

(dp/dρ) = c²

Di mana C mewakili kecepatan suara dalam cairan yang dimaksud. Dengan mengganti yang di atas, energi potensial dari media diperoleh:

Akhirnya, energi akustik total elemen volume dinyatakan sebagai:

Untuk gelombang datar memang benar bahwa: P =  ± (ρc) u, Oleh karena itu energinya tetap:

Seperti biasa, energi diukur dalam joule, dalam sistem internasional. Mudah untuk memverifikasi bahwa hasil sebelumnya memiliki dimensi energi (n.M = Joule).

Ya_P sudah_v Ini adalah amplitudo dari tekanan dan gelombang kecepatan masing -masing, energi rata -rata ε dari gelombang suara adalah:

Intensitas suara

Suara dapat ditandai dengan besarnya yang disebut intensitas.

Intensitas suara didefinisikan sebagai energi yang terjadi dalam satu detik melalui unit permukaan yang tegak lurus terhadap arah propagasi suara.

Sebagai energi per unit waktu adalah kekuatan P, intensitas suara yo Itu bisa dinyatakan sebagai:

Itu dapat melayani Anda: durometer: Untuk apa, bagaimana cara kerja, bagian, jenis

Di mana DAN adalah energi rata -rata, KE adalah area dan T Sudah waktunya. Jika permukaan bulat radio R seharusnya mengelilingi Sonora Fuente, yang luasnya 4πr², Intensitas suara tetap ada:

Teman-teman

Setiap jenis gelombang suara memiliki frekuensi karakteristik dan membawa energi tertentu. Semua ini menentukan perilaku akustiknya. Karena suara sangat penting untuk kehidupan manusia, jenis suara diklasifikasikan menjadi tiga kelompok besar, sesuai dengan rentang frekuensi yang terdengar untuk manusia:

- Infrasonido, yang frekuensinya kurang dari 20 Hz.

- Spektrum yang dapat didengar, dengan frekuensi mulai dari jam 8 malam hingga 20 malam.000 Hz.

- USG, dengan frekuensi lebih dari 20.000 Hz.

Nada suara, yaitu, jika akut, serius atau sedang, tergantung pada frekuensinya. Frekuensi terendah ditafsirkan sebagai suara serius, kira -kira antara 20 dan 400 Hz.

Frekuensi antara 400 dan 1600 Hz dianggap sebagai nada tengah, sedangkan kisaran akut dari 1600 hingga 20.000 Hz. Suara akutnya ringan dan menembus, sedangkan bass dianggap lebih dalam dan terlambat.

Suara yang didengar setiap hari adalah overlay suara yang kompleks dengan berbagai frekuensi berikutnya.

Suara memiliki kualitas lain selain dari frekuensi, yang dapat berfungsi sebagai kriteria untuk klasifikasi mereka. Contohnya adalah bel, durasi dan intensitas.

Equalizer terdiri dari filter yang menghilangkan kebisingan dan meningkatkan frekuensi tertentu untuk meningkatkan kualitas suara. Sumber: Pixabay.

Kebisingan

Penting juga untuk membuat perbedaan antara suara atau kebisingan yang diinginkan dan yang tidak diinginkan. Karena selalu berupaya menghilangkan kebisingan, ini diklasifikasikan menurut intensitas dan periode di:

- Kebisingan terus menerus.

- Kebisingan berfluktuasi.

- Kebisingan impulsif.

Atau dengan warna, terkait dengan frekuensinya:

- Kebisingan merah muda (mirip dengan "Shhhhhh").

- White noise (mirip dengan "pssssss").

- Brown Noise (oleh Robert Brown, penemu gerakan Brown, adalah kebisingan yang sangat mendukung frekuensi rendah).

Aplikasi

Penggunaan yang diberikan pada energi akustik tergantung pada jenis gelombang suara yang digunakan. Dalam kisaran gelombang yang terdengar, penggunaan suara universal adalah untuk memungkinkan komunikasi yang erat, tidak hanya di antara manusia, karena hewan juga mengkomunikasikan suara pemancar.

Suara serba guna. Masing -masing berbeda sesuai dengan sumber yang memancarkannya. Dengan cara ini variasi suara di alam tidak terbatas: setiap suara manusia berbeda, serta suara karakteristik yang digunakan spesies hewan untuk berkomunikasi satu sama lain.

Banyak hewan menggunakan energi suara untuk berlokasi di luar angkasa dan juga untuk menangkap mangsanya. Mereka memancarkan sinyal akustik dan memiliki organ reseptor yang menganalisis sinyal yang tercermin. Dengan cara ini mereka mendapatkan informasi tentang jarak.

Manusia tidak memiliki organ yang diperlukan untuk menggunakan energi sonik dengan cara ini. Namun, mereka telah membuat perangkat panduan seperti Sónar, berdasarkan prinsip -prinsip yang sama ini, untuk memfasilitasi navigasi.

Di sisi lain, USG adalah gelombang suara yang aplikasinya sudah terkenal. Dalam obat mereka digunakan untuk mendapatkan gambar dari bagian dalam tubuh manusia. Mereka juga merupakan bagian dari pengobatan beberapa kondisi seperti Lumbago dan Tendonitis.

Beberapa aplikasi energi akustik

- Dengan ultrasonografi energi tinggi, batu atau perhitungan yang terbentuk di ginjal dan kandung empedu dapat dihancurkan karena presipitasi garam mineral di organ -organ ini.

Dapat melayani Anda: silikon oksida (SiO2): struktur, sifat, penggunaan, mendapatkan

- Dalam USG geofisika digunakan sebagai metode pencarian calon pelanggan. Prinsip -prinsipnya mirip dengan metode seismik. Mereka dapat digunakan dalam aplikasi yang berkisar dari menentukan bentuk bantuan samudera hingga saksi untuk menghitung modul elastis.

- Dalam teknologi makanan mereka digunakan untuk menghilangkan mikroorganisme yang resisten terhadap suhu tinggi, serta meningkatkan beberapa tekstur dan kualitas makanan.

Keuntungan

Energi akustik memiliki keunggulan yang sebagian besar disebabkan oleh cakupannya yang rendah. Misalnya, tidak mahal untuk diproduksi dan tidak menghasilkan bahan kimia atau jenis lainnya, karena menghilang di tengah dengan cepat.

Adapun sumber energi akustik, mereka banyak. Objek apa pun yang mampu bergetar bisa menjadi sumber suara.

Saat digunakan dalam aplikasi medis, misalnya mendapatkan gambar dengan USG, ia memiliki keuntungan karena tidak menggunakan radiasi pengion, seperti x -rays atau tomografi. Itu adalah fakta bahwa radiasi pengion dapat menyebabkan kerusakan sel.

Penggunaannya juga membutuhkan langkah -langkah perlindungan yang diperlukan saat radiasi pengion diterapkan. Tim juga lebih murah.

Juga, energi ultrasonik adalah metode non -invasif untuk menghilangkan perhitungan ginjal dan empedu yang disebutkan di atas, sehingga menghindari prosedur bedah.

Pada prinsipnya tidak menghasilkan kontaminasi baik di udara atau di perairan. Tetapi diketahui bahwa ada polusi kebisingan di laut, karena aktivitas manusia seperti penangkapan ikan intensif, calon geofisika dan transportasi.

Kerugian

Sulit untuk memikirkan kerugian bahwa fenomena yang alami seperti suara.

Salah satunya adalah bahwa suara intensitas besar dapat merusak struktur gendang telinga, dan seiring waktu membuat orang yang terpapar terus menerus kehilangan sensitivitasnya.

Lingkungan yang sangat bising akhirnya menyebabkan stres dan ketidaknyamanan pada orang. Kerugian lain mungkin adalah fakta bahwa energi akustik tidak berfungsi untuk memindahkan objek, menjadi sangat sulit untuk mengambil keuntungan dari getaran untuk mempengaruhi objek padat.

Ini karena suara selalu membutuhkan keberadaan sarana untuk menyebar, dan oleh karena itu mudah dilemahkan. Yaitu, energi suara diserap di tengah lebih cepat daripada jenis gelombang lainnya, misalnya elektromagnetik.

Karena alasan ini energi gelombang suara relatif pendek -range di udara. Suara diserap oleh struktur dan objek saat menyebar, dan energinya secara bertahap menghilang dalam panas.

Tentu saja, ini terkait dengan konservasi energi: energi tidak dihancurkan tetapi perubahan bentuk. Getaran molekul di udara tidak hanya diubah menjadi perubahan tekanan yang menimbulkan suara. Getaran juga menimbulkan panas.

Penyerapan suara dalam bahan

Saat gelombang suara mempengaruhi bahan seperti dinding bata, misalnya, bagian energi tercermin. Bagian lain dihamburkan dalam panas, berkat getaran molekuler dari udara dan material; Dan akhirnya fraksi yang tersisa melintasi material.

Dengan demikian, gelombang suara dapat dipantulkan dengan cara yang sama seperti yang dilakukan cahaya. Refleksi suara dikenal sebagai "gema". Semakin kaku dan seragam permukaan, semakin besar kapasitas untuk memantulkan.

Dapat melayani Anda: Dwarf merah

Faktanya, ada permukaan yang mampu menghasilkan beberapa refleksi yang disebut Gema. Biasanya ini terjadi di ruang kecil dan dihindari dengan menempatkan bahan isolasi, sehingga dengan cara ini, gelombang yang dipancarkan dan yang dipantulkan tidak tumpang tindih dengan pendengaran yang menghambat.

Sepanjang perambatannya, gelombang akustik akan mengalami semua kerugian berturut -turut sampai akhirnya energinya sepenuhnya diserap di tengah. Yang berarti telah diubah menjadi energi kalori.

Ada besarnya untuk mengukur kemampuan bahan untuk menyerap suara. Disebut koefisien penyerapan. Itu dilambangkan sebagai α, dan itu adalah alasan antara energi yang diserap DAN_Abs dan energi insiden DAN_inc, Semua mengacu pada materi yang dimaksud. Ini mengekspresikan secara matematis seperti ini:

α = e_Abs/DAN_inc

Nilai maksimum α adalah 1 (sepenuhnya menyerap suara) dan minimum 0 (biarkan semua suara lewat).

Suara bisa menjadi kerugian pada banyak kesempatan saat keheningan lebih disukai. Misalnya, mobil dipasang peredam untuk bantalan kebisingan mesin. Ke perangkat lain seperti pompa air dan pembangkit listrik juga.

Isolasi akustik penting dalam studi perekaman. Sumber: Pixabay.

Contoh energi yang baik

Energi suara ada di mana -mana. Berikut adalah contoh sederhana yang menggambarkan sifat suara dan energinya dari sudut pandang kuantitatif.

Olahraga diselesaikan

Pin massa 0,1 g jatuh dari ketinggian 1m. Dengan asumsi bahwa 0,05 % energinya menjadi denyut nadi durasi 0.1 detik, perkirakan berapa jarak maksimum di mana jatuh pin dapat didengar. Ambil sebagai intensitas suara minimum yang terdengar 10^-8 W/m².

Larutan

Persamaan yang sebelumnya diberikan untuk intensitas suara akan digunakan:

Pertanyaan yang bagus adalah dari mana energi suara berasal dalam kasus ini, yang intensitasnya mendeteksi telinga manusia.

Jawabannya adalah energi potensial gravitasi. Justru karena pin jatuh dari ketinggian tertentu, yang memiliki energi potensial, karena jatuh mengubah energi ini menjadi energi kinetik.

Dan begitu berdampak pada tanah, energi ditransfer ke molekul udara yang mengelilingi tempat jatuh, yang memunculkan suara.

Energi potensial gravitasi ATAU adalah:

U = mgh

Di mana M Itu adalah adonan pin, G Itu adalah percepatan gravitasi dan H Itu adalah ketinggian dari mana itu jatuh. Mengganti nilai -nilai numerik ini, tetapi tidak sebelum membuat konversi yang sesuai dalam sistem unit internasional, Anda memiliki:

U = 0.1 x 10^-3 x 9.8 x 1 j = 0.00098 J

Pernyataan itu mengatakan bahwa energi ini, hanya 0.05 % mengubah untuk menimbulkan pulsa suara, yaitu, ke pin tintineo saat berbenturan di lantai. Oleh karena itu energi suaranya adalah:

DAN_suara= 4.9 x 10^-7 J

Dari persamaan intensitas radio dihapus R dan nilai energi suara diganti dan_suara Dan waktu yang berlangsung selama denyut nadi: 0.1 detik menurut pernyataan itu.

Oleh karena itu jarak maksimum yang jatuhnya pin akan terdengar 6.24 m sekitar.

Referensi

1. Giancoli, d.  2006. Fisika: Prinsip dengan aplikasi. Edisi Keenam. Prentice Hall. 332 - 359.
2. Kinsler, l. (2000). Dasar -dasar akustik. Edisi ke -4. Wiley & Sons. 124-125.