Fenomen Zvuka i Zvucnih Talasa

Fenomen zvuka i zvunih talasaProf. dr Dragan Cvetkovi

Definicija zvuka i buke

Zvuk je sastavni deosvakodnevnog ivota.

Zvuk - sredstvo komunikacije

Govor - rezultat kontrolisanog generisanja zvuka iz ovekovog vokalnog trakta.

Muzika - oblik umetnikog izraavanja oveka.

Nosa informacija u obliku npr. znakova upozorenja.


Zvuk - aktivan alat za izvravanje neke operacije

Definicija zvuka i buke (+)

ultrazvune kade za ienje,

ultrazvuno zavarivanje, osmatranje dna ispod broda, ultrazvune dijagnostike metode u medicini, sistemi za aktivnu kontrolu (bukom protiv buke)...


Zvuk - pasivan alat za otkrivanje pojave nekog dogaaja


sluanje rada srca i plua pomou stetoskopa, oslukivanje rada ventila kod automobila, sistem za detekciju curenja ventila u velikim sistemima, dijagnostika stanja mainskih sistema,ocena kvaliteta analizom zvunih signala...



Zvuk je bukaako zvuk uznemirava i ugroava oveka. ako su generisani zvuci neeljeni i neprijatni.

Nivo ometanja ne zavisisamo od jaine zvuka vei od:

kvaliteta zvuka,od stava prema njemu,od period dana.



Na primer:muzika i govorkripa izgrebane ploe, kapanje vode = grmljavina

Buka moe da ima razorno dejstvo

Najtei sluaj - oteenjemehanizma za percepciju.

Unitavanje materijalnihdobara.



Buka je svaki neeljeni zvuk koji pored fizikihkarakteristika izaziva i psihofizioloke senzacije (smeta,

uznemirava, ugroava).

Buka je subjektivna kategorija, zvuk je fizika kategorija.



Zvuk je fizika pojava koja nastaje usled vremenski promenljivih poremeaja stacionarnog stanja elastine sredine.

Promene poloaja estica (akustike ili zvune oscilacije), praene su promenama akustikog (ili zvunog) pritiska u elastinoj sredini oko ravnotene vrednosti.

ppp st +=

p[Pa=N/m2]



Promene zvunog pritiska male u poreenju sastatikim pritiskom.

Zvuni pritisak predstavlja promenljivu komponentu ukupnog pritiska koja se superponira atmosferskom ili statikom pritisku.

Zvuni pritisak nastaje kao rezultat generisanja zvuka i prostiranja zvunih talasa.

ppp st +=

p[Pa=N/m2]


Nastajanje zvukaDejstvo izvora buke (spoljanje sile).

Izvor zvuka koji izvodi mehanike oscilacije

Izvode se iz ravnotenog poloaja estice elastine sredine.Podstiu se na ocilatorno kretanje oko ravnotenog poloaja.Potrebni i dovoljni uslovi:

Elastina sredina


Prostiranje zvuka (+)Izvor osciluje - izaziva promene gustine u okruenju ime se generiu zvuni talasi. Kada izvor osciluje u jednom smeru:

estice uz izvor se potiskuju

zgusnute estice prodiru u naredni sloj

poveava se gustina sloja uz izvor.

potiskuju se estice ka sledeem sloju oscilacije se prenose na daljinu, sa sloja na sloj.


Prostiranje zvuka (+)Kada izvor osciluje u suprotnom smeru:

Cela pojava se ponavlja ime nastaju zvuni talasi koji se prostoru kroz sredinu konanom brzinom.

u sloju pored izvora stvara se prazninaprazninu popunjavaju estice najblieg sloja

naizmenino irenje zgusnutog i razreenog sloja

dolazi do razreenja

Zvuni talasi:


Vrste talasa

Zvuni talasi se mogu prostirati kroz gasovite, tene ili vrstesredine. Ne prostiru se kroz vakuum.

longitudinalni (fluid, vrsta sredina)

transverzalni (vrsta sredina)

kombinovani (fluid, vrsta sredina)

VRSTE TALASA:


Vrste talasa (+)

LONGITUDINALNI TALASPomeranje estica u pravcu prostiranja zvunog talasa.

estice se kreu napred nazad oko ravnotenog poloaja.


Vrste talasa (+)

TRANSVERZALNI TALAS

Pomeranje estica u pravcu koji je normalan na pravac prostiranja zvunog talasa.estice se pomeraju gore-dole bez kretanja u pravcu talasa.

Pomeraj estice


Vrste talasa (+)

POVINSKI TALAS U TENOSTIMA (kombinacija)

Pod dejstvom talasa estice izvode kruno kretanje u pravcu kazaljke na satu.

Radijus kretanja estice manji to je vee rastojanje od povrine.


Vrste talasa (+)

POVRINSKI TALAS U VRSTIM TELIMA(kombinacija)

Pod dejstvom talasa estice izvode eliptino kretanje sa glavnom osom elipse normalnom na povrinu tela.

irina elipse se smanjuje sa poveanjem rastojanja od povrine.

estice na povrini izvode kretanje u pravcu suprotnom kazaljkama na satu, dok estica na dubinama veim od /5 izvode kretanje u pravcu kazaljki na satu.


Veliine zvunog talasa

Osnovne veliine koje karakteriu zvune talase i njihovo prostiranje su:

talasna duina, [m]frekvencija, f [Hz]

period oscilovanja, T [s]

brzina prostiranja zvuka brzina zvuka, c [m/s]

Vea talasna duina manja frekvencija

Manja talasna duina vea

frekvencija


Talasna duina

talasna duina

talasna duina

x xp, p,

Talasna duina zvuka predstavlja rastojanje izmeu dva maksimuma ili dva minimuma.


Frekvencija

xp, estice osciluju napred-nazad sa odreenom frekvencijom koju odreuje pobuda.

Svaka estica osciluje istom frekvencijom.


f[Hz]

Frekvencija (+)

xp,

Frekvencija talasa definie koliko esto estica osciluje oko ravnotenog poloaja.

Frekvencija predstavlja broj periodinih promena poloaja estica oko ravnotenog poloaja u jedinici vremena.

1Hz=1oscilacija/sekunda


Period oscilovanja

Period oscilovanja predstavlja vreme potrebno za jedan ciklus oscilovanja estica oko ravnotenog poloaja.

T[s]

tp, T

tp, T

Manja frekvencija - vei period oscilovanja.

Vea frekvencija - manji period oscilovanja.

Tf 1=


Brzina zvuka

Frekvencija KOLIKO ESTO?

Brzina zvuka KOLIKO BRZO?

Broj oscilacija koje estica izvri u jedinici vremena.

Rastojanje koje poremeaj pree u jedinici vremena.

tnf = t

dc =

Brzina zvunih talasa (zvuka) definie se kao brzina kojom se poremeaj prenosi sa estice na esticu.

c[m/s]c=340m/s


Relacija

Brzina zvuka ne zavisi od talasne duine i frekvencije.

Frekvencija i talasna duina su meusobno zavisne veliine.


Prostiranje talasa fenomeni

Prostiranje zvunih talasa je praeno fenomenima koji su posledica:

refleksijesusreta talasa sa preprekom

difrakcijedifuzije

refrakcijepojava u samoj sredini

disipacijeDoplerov efekat

kretanja izvora


Refleksija talasa

Uslov: Talasna duina mnogo manja od veliine prepreke.

Talasna duina

zvunog talasa mnogo

VEA od irine

prepreke.

Pojava nagle promene pravca prostiranja pri nailasku na diskontinuitet sredine prepreku.

4l


Refleksija talasa (+)

upadni ugao jednak je reflektovanom uglu

Pre refleksije Nakon refleksije

Upadni talas

Reflektovantalas

prepreka prepreka

upadni i reflektovani talas nalaze se u istoj ravni

Pravilo1: Kod kose incidencije


Refleksija talasa (+)

)(' = 1aa PP

Pravilo 2: Dejstvo reflektovanih talasa se moe zameniti virtuelnim izvorom (lik u ogledalu).


Difrakcija talasa

Pojava savijanja talasa oko ivica prepreke na koju nailazi.

Objanjenje: Haygens-ov princip Svaka taka pogoena talasnim frontom postaje takasti izvor.

bb>

Uslov: Talasna duina reda veliine prepreke.


Difrakcija talasa (+)

Z

V

U

N

A

S

E

N

K

A

b

Zvuni talasi zaobilaze prepreku i menjaju smer irenja.

Stepen difrakcije zavisi od odnosa dimenzija prepreke i talasne duine.

bb>

Odnos manji difrakcija je vea vea zvuna senka


Difuzija

Uslov: Talasna duina mnogo vea od dimenzija otvora.

Pojava prolaenja talsa kroz otvore ije su dimenzije male u poreenju sa talasnom duinom.

Objanjenje: Haygens-ov princip Svaka taka pogoena talasnim frontom postaje takasti izvor.

b>>


Refrakcija

Pojava savijanja ili prelamanja talasa, odnosno odstupanje od pravolinijskog kretanja.

Uslov: Prostiranje talasa kroz nehomogenu sredinu ili pri prelasku talasa iz jedne u drugu sredinu sa razliitim brzinama talasa.

Veliina promene smera zavisi od ODNOSA brzina.

2

1

2

1

cc=

sinsin

21

21

>> cc

FRESNELOV ZAKON


Refrakcija (+)

Prostiranje talasa kroz sredinu sa konstantnom

brzinom.

Nema refrakcije!


Refrakcija (+)Vi

sina

(m)

t[C], c[m/s]TOPLO

HLADNO

Zvuna senka

javlja se zvuna senka

Temperatura opada sa visinom u jutarnjim satima:

dolazi do savijanja talasa navie

opada brzina zvuka

zvuk se uje na manjim rastojanjima


Visi

na (m

)

t[C], c[m/s]

TOPLO

HLADNO

Refrakcija (+)

Temperatura raste sa visinom u veernjim satima:

dolazi do savijanja talasa navie

raste brzina zvuka

zvuk se uje na veim rastojanjima


Refrakcija (+)

Vetar dovodi do pojave refrakcije.

Brzine vetra i talasa se vektorski sabirajusmerovi se poklapaju brzina zvuka raste, talas se savija naniesmerovi suprotni brzina zvuka opada, talas se savija navie


p1 p2r1r2

Disipacija

)( 12212

rrm

epp=

m koeficijent disipacijem(f, , t)

)(. 12344 rrmL =

s lab

ljen j

e 4.

34m

[dB

/ km

]

frekvencija [Hz]

Slabljenje veliko na visokim frekvencijama - domet zvuka mali.

Proces gubljenja energije (nepovratno pretvaranje u drugi oblik).


Doplerov efekat

Pojava promene frekvencije (i talasne duine) kao rezultat kretanja izvora ili prijemnika u odnosu na sredinu.

Objanjenje: Pri pribliavanju izvora prijemniku do prijemnika dolazi vie zvunih talasa u jedinici vremena tako da je frekvencija koja se opaa na mestu prijemnika vea.

Primer: Promene u opaanju zvuka sirene kada vozilo prolazi pored sluaoca.


Doplerov efekat (+)

s

psp vc

vcff

=fp frekvencija na mestu prijemnika

fs frekvencija izvora

vp brzina prijemnika

vs brzina izvora

Znak minus kada se izvor i prijemnik pribliavaju (frekvencija na mestu prijemnika se poveava)Znak plus kada se izvor i prijemnik udaljavaju (frekvencija na mestu prijemnika)

Frekvencija zvunih talasa na mestu prijemnika:


Doplerov efekat (+)

Stacionarni zvuni izvorTalasi se emituju konstantnom frekvencijom fs.

Talasni front se prostire brzinom zvuka.

Rastojanje izmeu talasnih frontova je jednako.

Svi posmatrai uju istu frekvenciju - fs.


Doplerov efekat (+)

Pokretni zvuni izvor (vs


Doplerov efekat (+)

Pokretni zvuni izvor (vs=c) Probijanje zvune barijere

Talasni frontovi se nagomilavaju u jednu taku, na poziciji izvora. Posmatra ispred izvora ne uje nita dok izvor ne stigne, dok posmatra iza izvora uje dvostruko niu frekvenciju. Na mestu izvora javlja se udarni talas sa veoma intenzivnim pritiskom vizelno se opaa kao barijera (zid).

Piloti supersoninih aviona registruju zvuni zid u trenutku kada

dostiu brzinu zvuka i prelaze na supersonine brzine.


Doplerov efekat (+)Pokretni zvuni izvor (vs>c)

Izvor prethodi talasnom frontu koji ostaje iza njega u obliku kupe. Zvuni izvor prolazi pored posmatraa pre nego to on uje zvuk. Nakon prolaska izvora, posmatra uje veoma jak zvuk (sonic boom) -istovremeno opaa dva zvuna talasa.

ekspanzijanizak pritisak kompresija

visok pritisak


Prostiranje talasa fenomeni (+)

Kretanje supersoninog aviona probijanje zvunog zida i kreiranje zvunih udara

Nastajanje zvunog udara nije posledica

probijanja zvunog zida (!) vekretanja

aviona brzinom veom

od brzine zvuka.

Definicija zvuka i bukeDefinicija zvuka i buke (+)Definicija zvuka i buke (+)Definicija zvuka i buke (+)Definicija zvuka i buke (+)Definicija zvuka i buke (+)Definicija zvuka i buke (+)Definicija zvuka i buke (+)Nastajanje zvukaProstiranje zvuka (+)Prostiranje zvuka (+)Vrste talasaVrste talasa (+)Vrste talasa (+)Vrste talasa (+)Vrste talasa (+)Veliine zvunog talasaTalasna duinaFrekvencijaFrekvencija (+)Period oscilovanjaBrzina zvukaRelacijaProstiranje talasa fenomeniRefleksija talasaRefleksija talasa (+)Refleksija talasa (+)Difrakcija talasa Difrakcija talasa (+)DifuzijaRefrakcijaRefrakcija (+)Refrakcija (+)Refrakcija (+)Refrakcija (+)DisipacijaDoplerov efekatDoplerov efekat (+)Doplerov efekat (+)Doplerov efekat (+)Doplerov efekat (+)Doplerov efekat (+)Prostiranje talasa fenomeni (+)

Documents

Fenomen Zvuka i Zvucnih Talasa