Il suono non può propagarsi su una distanza arbitrariamente lunga. Musica delle Sfere Può il suono propagarsi nel vuoto?

Percepiamo i suoni a distanza dalle loro fonti. Il suono di solito arriva a noi attraverso l'aria. L'aria è un mezzo elastico che trasmette il suono.

Fai attenzione!

Se il mezzo di trasmissione del suono viene rimosso tra la sorgente e il ricevitore, il suono non si propagherà e, quindi, il ricevitore non lo percepirà.

Esempio:

Mettiamo una sveglia sotto la campana della pompa dell'aria (Fig. 1).

Finché c'è aria nella campana, il suono della campana si sente chiaramente. Quando l'aria viene pompata fuori da sotto la campana, il suono si attenua gradualmente e alla fine diventa impercettibile. Senza un mezzo di trasmissione, le vibrazioni del piatto della campana non possono propagarsi e il suono non arriva al nostro orecchio. Lascia che l'aria passi sotto il campanello e ascolta di nuovo il suono.

Fai attenzione!

Le sostanze elastiche, come metalli, legno, liquidi, gas, conducono bene i suoni.

Mettiamo un orologio da tasca a un'estremità della tavola di legno e ci sposteremo noi stessi all'altra estremità. Avvicinando l'orecchio al tabellone, sentiremo l'orologio (Fig. 2).

Lega una corda a un cucchiaio di metallo. Attacca l'estremità del cordino all'orecchio. Colpendo il cucchiaio sentiremo un suono forte (Fig. 3). Sentiremo un suono ancora più forte se sostituiamo lo spago con del filo.

Fai attenzione!

I corpi molli e porosi sono cattivi conduttori del suono.

Per proteggere qualsiasi stanza dalla penetrazione di suoni estranei, le pareti, il pavimento e il soffitto sono posati con strati di materiali fonoassorbenti. Come interstrati vengono utilizzati feltro, sughero pressato, pietre porose, vari materiali sintetici (ad esempio plastica espansa) realizzati sulla base di polimeri espansi. Il suono in tali strati si attenua rapidamente.

Il suono si propaga in qualsiasi mezzo elastico: solido, liquido e gassoso, ma non può propagarsi nello spazio dove non c'è sostanza.

Le oscillazioni della sorgente creano un'onda elastica di frequenza sonora nel suo ambiente. L'onda, raggiungendo l'orecchio, agisce sul timpano facendolo vibrare ad una frequenza corrispondente a quella della sorgente sonora. Il tremore della membrana timpanica viene trasmesso attraverso gli ossicini alle terminazioni del nervo uditivo, irritandoli e provocando così una sensazione di suono (Fig. 4).

Nei gas e nei liquidi possono esistere solo onde elastiche longitudinali. Pertanto il suono nell'aria viene trasmesso per onde longitudinali, cioè per alternanze di condensazioni e rarefazioni dell'aria proveniente dalla sorgente sonora.

Un'onda sonora, come qualsiasi altra onda meccanica, non si propaga nello spazio istantaneamente, ma ad una certa velocità.

Osservando lo sparo di una pistola, prima vediamo fuoco e fumo, e poi dopo un po' sentiamo il suono di uno sparo.

Nella sezione dedicata alla domanda Il suono non si propaga nel vuoto? dato dall'autore Neurologo la risposta migliore è Luce e suono nel vuoto
Perché la luce viaggia nel vuoto e il suono no?
L'esperto di SEED Claude Beaudoin risponde:
La luce è un'onda elettromagnetica, una combinazione di campi elettrici e magnetici, non necessita della presenza di gas per propagarsi.
Il suono è il risultato di un'onda di pressione. La pressione richiede la presenza di alcune sostanze (ad esempio l'aria). Il suono si propaga anche in altre sostanze: nell'acqua, nella crosta terrestre e attraversa i muri, cosa che potresti notare quando i vicini fanno rumore.
Michael Williams dice:
La luce nel suo nucleo è energia elettromagnetica trasportata da particelle fondamentali: i fotoni. Questa situazione è caratterizzata come "dualismo onda-particella" del comportamento ondulatorio. Ciò significa che si comporta sia come un'onda che come una particella. Quando la luce si propaga nel vuoto, un fotone si comporta come una particella, quindi si propaga liberamente in questo mezzo.
D'altra parte, il suono è vibrazione. Il suono che sentiamo è il risultato della vibrazione del timpano. Il suono emesso dalla radio è il risultato della vibrazione della membrana dell'altoparlante. La membrana si muove avanti e indietro, facendo vibrare l'aria attorno ad essa. Le vibrazioni dell'aria si propagano, raggiungono il timpano e lo fanno vibrare. La vibrazione del timpano viene convertita dal cervello in un suono riconoscibile.
Quindi, affinché il suono vibri, è necessaria la presenza della materia. Nel vuoto perfetto non c'è nulla che vibri, quindi una membrana radio vibrante non può trasmettere il suono.
Aggiunge l'esperta SEED Natalie Famiglietti:
La propagazione del suono è movimento; la propagazione della luce è radiazione o emissione.
Il suono non può propagarsi nel vuoto a causa della mancanza di un mezzo elastico. Lo scienziato britannico Robert Boyle lo scoprì sperimentalmente nel 1660. Immerse l'orologio in un barattolo e ne fece uscire l'aria. Ascoltando, non riusciva a distinguere il ticchettio.

Perché il suono non è sempre udibile. Distanza tra sorgente sonora e ricevitore. 1 m. 4m. 8m. 13m. Registrazione audio del suono. 1. 2. 3. 4. Conclusione: il suono non può propagarsi su una distanza arbitrariamente grande, perché le oscillazioni delle particelle d'aria decadono nel tempo. Per un ascoltatore lontano dalla sorgente sonora, potrebbe non essere udibile.

diapositiva 24 dalla presentazione "Il magico mondo dei suoni". La dimensione dell'archivio con la presentazione è di 2834 KB.

Fisica grado 7

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Viene descritto un nuovo fenomeno nei mezzi condensati: il "salto" dei fononi da un solido all'altro attraverso il vuoto. Grazie a ciò, un'onda sonora può superare sottili fessure nel vuoto e il calore può essere trasferito attraverso il vuoto miliardi di volte in modo più efficiente rispetto alla radiazione termica convenzionale.

Un'onda sonora è un'oscillazione sincrona degli atomi di una sostanza attorno alla posizione di equilibrio. Per la propagazione del suono, ovviamente, è necessario un mezzo materiale che supporti queste vibrazioni. Il suono non può viaggiare nel vuoto semplicemente perché non è lì. Tuttavia, come si è scoperto di recente, le vibrazioni sonore possono passare da un corpo all'altro attraverso uno spazio di vuoto di spessore inferiore al micron. Questo effetto, chiamato "tunneling sotto vuoto dei fononi", è stato descritto in due articoli contemporaneamente, pubblicati negli ultimi numeri della rivista Lettere di revisione fisica. Notiamo subito che, poiché le vibrazioni del reticolo cristallino trasportano non solo suono, ma anche calore, il nuovo effetto porta anche a trasferimento di calore anormalmente forte attraverso il vuoto.

Il nuovo effetto funziona attraverso l'interazione tra le onde sonore nel cristallo e il campo elettrico. Le vibrazioni del reticolo cristallino, raggiungendo la faccia terminale di un cristallo, creano campi elettrici alternati vicino alla sua superficie. Questi campi vengono “sentiti” sull'altro bordo dello spazio vuoto ed eccitano le vibrazioni del reticolo nel secondo cristallo (vedi Fig. 1). Nel complesso, sembra che un fonone separato - un "quanto" di vibrazioni del reticolo cristallino - salti da un cristallo all'altro e si propaghi ulteriormente in esso, sebbene, ovviamente, non ci sia alcun fonone nello spazio tra i cristalli .

Gli autori della scoperta hanno usato la parola “tunneling” per descrivere l'effetto, poiché è molto simile al tunneling delle particelle quantistiche quando saltano sopra regioni energeticamente proibite. Tuttavia, vale la pena sottolineare che il nuovo fenomeno è completamente descritto nel linguaggio della fisica classica e non richiede affatto il coinvolgimento della meccanica quantistica. È in qualche modo correlato al fenomeno dell'induzione elettromagnetica, che è ampiamente utilizzato nei trasformatori, nelle piastre a induzione e nei dispositivi di ricarica dei gadget senza contatto. E qua e là, qualche processo in un corpo genera campi elettromagnetici, che non sono radiativi (cioè senza perdita di potenza alle radiazioni) vengono trasmessi attraverso lo spazio vuoto al secondo corpo e provocano una risposta in esso. L'unica differenza è che con l'induttanza ordinaria la corrente elettrica “funziona” (cioè il movimento degli elettroni), mentre con il tunneling sotto vuoto dei fononi gli atomi stessi si muovono.

Il meccanismo specifico che porta ad una connessione così efficace tra la vibrazione del cristallo e i campi elettrici può essere diverso. In un articolo teorico di ricercatori finlandesi, si propone di utilizzare i piezoelettrici per questo scopo: sostanze che si elettrizzano durante la deformazione e si deformano in un campo elettrico. Di per sé, questo non è ancora sufficiente: per un efficace salto dei fononi attraverso lo spazio del vuoto, è necessario organizzare una risonanza tra i fononi "in entrata", i campi elettrici alternati e i fononi "in fuga" in un altro cristallo. I calcoli mostrano che per parametri realistici delle sostanze esiste una tale risonanza, per cui con determinati angoli di incidenza i fononi possono creare tunnel con una probabilità fino al 100%.

Percepiamo i suoni a distanza dalle loro fonti. Il suono di solito arriva a noi attraverso l'aria. L'aria è un mezzo elastico che trasmette il suono.

Se il mezzo di trasmissione del suono viene rimosso tra la sorgente e il ricevitore, il suono non si propagherà e, quindi, il ricevitore non lo percepirà. Dimostriamolo sperimentalmente.

Mettiamo una sveglia sotto la campana della pompa dell'aria (Fig. 80). Finché c'è aria nella campana, il suono della campana si sente chiaramente. Quando l'aria viene pompata fuori da sotto la campana, il suono si attenua gradualmente e alla fine diventa impercettibile. Senza un mezzo di trasmissione, le vibrazioni del piatto della campana non possono propagarsi e il suono non arriva al nostro orecchio. Lascia che l'aria passi sotto il campanello e ascolta di nuovo il suono.

Riso. 80. Un esperimento che dimostra che in uno spazio dove non c'è un mezzo materiale, il suono non si propaga

Le sostanze elastiche, come metalli, legno, liquidi, gas, conducono bene i suoni.

Mettiamo un orologio da tasca a un'estremità della tavola di legno e ci sposteremo noi stessi all'altra estremità. Avvicinando l'orecchio al tabellone, sentiremo l'orologio.

Lega una corda a un cucchiaio di metallo. Attacca l'estremità del cordino all'orecchio. Colpendo il cucchiaio sentiremo un suono forte. Sentiremo un suono ancora più forte se sostituiamo lo spago con del filo.

I corpi molli e porosi sono cattivi conduttori del suono. Per proteggere qualsiasi stanza dalla penetrazione di suoni estranei, le pareti, il pavimento e il soffitto sono posati con strati di materiali fonoassorbenti. Come interstrati vengono utilizzati feltro, sughero pressato, pietre porose, vari materiali sintetici (ad esempio plastica espansa) realizzati sulla base di polimeri espansi. Il suono in tali strati si attenua rapidamente.

I liquidi conducono bene il suono. I pesci, ad esempio, sentono bene i passi e le voci sulla riva, questo è noto ai pescatori esperti.

Quindi, il suono si propaga in qualsiasi mezzo elastico: solido, liquido e gassoso, ma non può propagarsi nello spazio dove non c'è sostanza.

Le oscillazioni della sorgente creano un'onda elastica di frequenza sonora nel suo ambiente. L'onda, raggiungendo l'orecchio, agisce sul timpano facendolo vibrare ad una frequenza corrispondente a quella della sorgente sonora. Il tremore della membrana timpanica viene trasmesso attraverso gli ossicini alle terminazioni del nervo uditivo, irritandoli e provocando così una sensazione di suono.

Ricordiamo che nei gas e nei liquidi possono esistere solo onde elastiche longitudinali. Il suono nell'aria, ad esempio, viene trasmesso da onde longitudinali, cioè dall'alternanza di condensazioni e rarefazioni dell'aria proveniente dalla sorgente sonora.

Un'onda sonora, come qualsiasi altra onda meccanica, non si propaga nello spazio istantaneamente, ma ad una certa velocità. Ciò può essere notato, ad esempio, osservando da lontano lo sparo di una pistola. Prima vediamo fuoco e fumo, poi dopo un po' sentiamo il rumore di uno sparo. Il fumo appare contemporaneamente alla prima vibrazione sonora. Misurando l’intervallo di tempo t tra il momento in cui si verifica il suono (il momento in cui appare il fumo) e il momento in cui raggiunge l’orecchio, possiamo determinare la velocità di propagazione del suono:

Le misurazioni mostrano che la velocità del suono nell'aria a 0 °C e alla normale pressione atmosferica è di 332 m/s.

La velocità del suono nei gas è tanto maggiore quanto più alta è la loro temperatura. Ad esempio, a 20 °C la velocità del suono nell'aria è 343 m/s, a 60 °C - 366 m/s, a 100 °C - 387 m/s. Ciò è spiegato dal fatto che con l'aumentare della temperatura aumenta l'elasticità dei gas e maggiori sono le forze elastiche che si presentano nel mezzo durante la sua deformazione, maggiore è la mobilità delle particelle e più velocemente le vibrazioni vengono trasmesse da un punto a un altro.

La velocità del suono dipende anche dalle proprietà del mezzo in cui si propaga. Ad esempio, a 0 °C, la velocità del suono nell’idrogeno è di 1284 m/s, e nell’anidride carbonica è di 259 m/s, poiché le molecole di idrogeno sono meno massicce e meno inerti.

Oggigiorno la velocità del suono può essere misurata in qualsiasi mezzo.

Le molecole nei liquidi e nei solidi sono più vicine tra loro e interagiscono più fortemente delle molecole di gas. Pertanto, la velocità del suono nei mezzi liquidi e solidi è maggiore che nei mezzi gassosi.

Poiché il suono è un'onda, per determinare la velocità del suono, oltre alla formula V = s / t, puoi utilizzare le formule a te note: V = λ / T e V = vλ. Quando si risolvono i problemi, la velocità del suono nell'aria è solitamente considerata pari a 340 m/s.

Domande

1. Qual è lo scopo dell'esperimento mostrato nella Figura 80? Descrivi come viene eseguito questo esperimento e quale conclusione ne consegue.
2. Il suono può propagarsi nei gas, nei liquidi, nei solidi? Supporta le tue risposte con esempi.
3. Quale corpo conduce meglio il suono: elastico o poroso? Fornire esempi di corpi elastici e porosi.
4. Che tipo di onda - longitudinale o trasversale - è un suono che si propaga nell'aria; in acqua?
5. Fai un esempio che dimostri che un'onda sonora non si propaga istantaneamente, ma ad una certa velocità.

Esercizio 30

1. È possibile sentire sulla Terra il rumore di una massiccia esplosione sulla Luna? Giustifica la risposta.
2. Se leghi metà del portasapone a ciascuna estremità del filo, con l'aiuto di un telefono del genere puoi persino sussurrare mentre sei in stanze diverse. Spiegare il fenomeno.
3. Determinare la velocità del suono nell'acqua se una sorgente che oscilla con un periodo di 0,002 s eccita nell'acqua onde lunghe 2,9 m.
4. Determina la lunghezza d'onda di un'onda sonora a 725 Hz nell'aria, nell'acqua e nel vetro.
5. Un'estremità di un lungo tubo metallico è stata colpita una volta con un martello. Il suono dell'impatto si propagherà alla seconda estremità del tubo attraverso il metallo? attraverso l'aria all'interno del tubo? Quanti colpi sentirà la persona che sta all'altra estremità del tubo?
6. Un osservatore in piedi vicino a un tratto rettilineo della ferrovia ha visto il vapore sopra il fischio di una locomotiva a vapore che viaggiava in lontananza. Dopo 2 s dalla comparsa del vapore, si udì il suono di un fischio e dopo 34 s la locomotiva a vapore passò accanto all'osservatore. Determinare la velocità della locomotiva.