MEDICINSKI FAKULTET UL.SIME MRKALJA, 1478000 BANJA LUKA

SEMINARSKI RAD

PREDMET: BIOFIZIČKA ISTRAŽIVANJA

TEMA:ZVUK- BIOFIZIČKE KARAKTERISTIKE

Student: Nastavnik:

Suzana Popović Prof. Dr. Dragoljub Mirjanić

Sadržaj:

UvodPojam i priroda zvuka 3

Mjerne jedinice zvukaJačina zvuka 4Glasnoća zvuka 5Brzina zvuka 6

Talasna priroda zvukaOdbijanje zvuka - refleksija 7Prelamanje zvuka

8Zvučna barijera 8Interferencija zvuka 9Zvučna rezonancija 10

Akustika prostorija 11

Osobine tona 12

Dooplerov efekat 13

14

15

Korištena literatura 16

Akustika

dio fizike koji proučava zvučne pojave nauka o zvuku

Zvuk

Pojam i priroda zvuka

Zvuk je pojava koju možemo registrovati čulom sluha.U širem smislu zvuk obuhvata sve longitudionalne mehaničke talase u čvrstim tijelima, tečnostima i gasovima, a u užem smislu zvuk su mehanički talasi koje registrira ljudsko uho i zovemo ih zvučni talasi. Titranje vazduha opisuje se dakle kao zvuk.Područje čujnosti kod čovjeka su longitudionalni talasi frekvencije 20 Hz do 20 kHz, oni mogu zatitrati bubnjić ljudskog uha i tako proizvesti osjećaj zvuka.Zvučni talasi frekvencije niže od 20 Hz nazivaju se infrazvuk, a talasi frekvencije više od 20 kHz ultrazvuk. Te frekvencije čovjek ne čuje.

Izvor zvuka

- tijelo koje titra određenom frekvencijom.Izvor zvuka je povezan sa sredstvom koje prenosi zvuk, ono stalno oduzima energiju izvoru i djeluje na njega silama reakcije prigušujući tako njegovu amplitudu.U vakuumu se se zvuk ne širi.Zvukom se prenosi energija.

Prema vrsti titranja izvora razlikujemo:1. ton - zvuk stalne frekvencije - sastoji se od harmoničkih titraja2. šum – više zvučnih talasa čije se frekvencije ne nalaze u odredjenom odnosu 3. pucanj- čini obično jedan zvučni udar koji kratko traje.

Slika 1.- širenje zvuka u prostoru u obliku longitudinalnih talasa

Mjerne jedinice zvuka

- intenzitet zvučnog talasa- energija koju zvučni talas prenese u jedinici vremena kroz jedinicu površine smještenu

okomito na smjer širenja zvuka. ( slika 2.)Jedinica za jačinu zvuka je Wm2.

Slika 2.

I = = ω2 p y02 v Wm2

Za sferni talas koji nastaje iz tačkastog izvora (slika 3.) na udaljenosti r od izvora energija se rasporedi po sferi površine S = 4 r2 π pa je intenzitet talas obrnuto proprcionalan kvadratu udaljenosti od izvora.

Slika 3.

I1 r2 2

= I2 r1

Prag čujnosti: (s njim se uspoređuju ostali intenziteti ) I0 = 10-12 Wm2

Najjači zvučni intenziteti su oko 10 Wm2

Omjer između intenziteta najjačeg i najslabijeg zvuka je 1013.Razina buke (L ) računa se pomoću formule:

L = 10 log dB

Razina buke L izražena je pomoću decibela (dB).

Zvuk na pragu čujnosti ima 0 dB, dok zvuk preko 130 dB počinje uzrokovati bol u uhu, a veće vrijednosti mogu uzrokovati i smrt.

Tablica razine buke za neke tipične slučajeve:

S

r1

r2

Prag čujnosti 0 dBŠuštanje lišća 10 dBŠapat 20 dBGovor 50 dBPrometna ulica 70 dBAutomobil 70 dBKamion 90 dBUdaranje čekića po nakovnju 95 dBAvionski motor 120 dB

Glasnoća zvuka

- subjektivni osjećaj jačine zvuka u našem uhu. - zavisi od intenziteta i od frekvencije zvuka (buke).- subjektivna veličina koju kao razinu glasnoće L procjenjuje slušalac normalnog sluha

upoređivanjem određenog zvuka i zvuka glasnoće 40 fona i frekvencije 1000 Hz.Jedinica za glasnoću zvuka je fon ( ph ).

L = 20 lg

Za zvuk frekvencije 1000 Hz fon je isto što i decibel.

Zvukovi istog intenziteta, ali različite frekvencije, izgledaju uhu različito glasni.

Glasnoću zvuka možemo definisati i kao zvučnu energiju E u određenom volumenu V :

e =

Brzina zvuka

Zvuku je potrebno neko vrijeme da prijeđe odredjenu daljinu.Mjerenja su pokazala da brzina zvuka u zraku raste s temperaturom i vlagom, a da je neovisna o pritisku i frekvenciji.Brzina zvuka u tekućinama i gasovima data je izrazom:

v =

E = modul elastičnosti sredstva u kojem se širi zvukρ = gustoća sredstva

Brzina zvuka u idealnom gasu: v =Brzina zvuka različita je kroz različita tijela.Zvuk se širi brže kroz tekućine nego kroz zrak, a još brže u čvrstim tijelima.

Brzina zvuka je veća što je veća gustoća sredstva u kojem se zvuk širi.

Brzina zvuka u nekim sredstvima:

sredstvo: temperatura - t ( 0 C ) brzina zvuka ( ms-1 )

kiseonik 0 316zrak 0 331zrak 15 340zrak 45 355

vodonik 0 1296voda 0 484staklo 0 3490željezo 0 5950

Talasna priroda zvuka očituje se u pojavama koje su karakteristične za talasno prostiranje, a to su: odbijanje, prelamanje i interferencija.

Odbijanje talasa zvuka - refleksija

Talasi zvuka odbijaju se od neke prepreke i vraćaju se na mjesto izvora zvuka.Kad zvučni talas dolazi na granicu dvaju sredstava odbija se tako da je ugao upadanja jednak uglu odbijanja. Ako je udaljenost prepreke veća od 17 metara tako da je vrijeme između signala izvora i odbijenog signala najmanje 1/10 sekunde čuje se jeka.Ako je udaljenost manja od 17 metara, miješaju se oba zvuka i čuje se pajeka.Zbog odbijanja zvuka koncertne dvorane moraju biti posebno građene, pa govorimo o akustici pojedinih dvorana.Odbijanjem zvučnih talasa od morskog dna mjeri se dubina morskog dna - sonar.

Slika 4.

- odbijanje zvuka

ά α

α = ά

Slika 5.Refleksijom na paraboličnoj ploči mogu se dobiti paralelne zrake zvuka, ako je izvor zvuka u fokusu te plohe

Lomljenje zvučnih talasa

Da postoji lom zvučnih talasa, pokazuju pojave koje nastaju pri eksploziji. Tom prilikom zrake zvuka dolaze u visini do slojeva zraka niže temperature u kojima se zvuk širi manjom brzinom. Zato se zrake zvuka lome prema okomici na taj sloj. Međutim, u visinama od 40 do 60 kilometara temperatura zraka opet raste, pa se zvuk širi većom brzinom, a zrake zvuka se lome od okomice i konačno reflektuju na jednom sloju zraka. Posljedica je toga da se zvuk čuje do udaljenosti od 70 km, a onda se po prilici 180 km uopšte ne čuje. Taj pojas od 70 do 180 km, u kojem se zvuk ne čuje zove se pojas tišineOd 180 km pa do 250 km zvuk se ponovno čuje.

Zvučna barijera

Kod današnjih velikih brzina aviona koje prelaze brzinu zvuka javlja se naročita pojava zračnog udara koji nastaje prilikom udara aviona o zvučni zid ili zvučnu barijeru, kad se brzina zrakoplova poveća iznad brzine zvuka javlja se i zvučni efekt, i to kao jaki prasak.Iz tih se razloga kod današnjih zrakoplova brzina izražava tzv. Machovim brojem ( oznaka M ), a aparati za pokazivanje brzine zrakoplova zovu se mahmetri. Machov broj je omjer između brzine zrakoplova i brzine zvuka.

Interferencija valova zvuka

Kao i svako drugo talasno gibanje, i zvuk pokazuje pojavu interferencije, međutim, zbog relativno velike talasne dužine zvučnih talasa interferenciju zvuka u praksi rjeđe opažamo.Akustične stojne valove koje proizvodimo kod svih muzičkih instrumenata možemo učiniti vidljivim pomoću tzv. Kundtove cijevi.

Zvučna rezonancija

- maksimalno prenošenje energije titranja zvučnih talasa s jednog izvora na drugi, koji ima istu frekvenciju vlastitog titranja.

Kad se zvučni talas širi elastičnim sredstvom, može pobuditi na titranje miran izvor. Titranje mirnog izvora je najintenzivnije ako mu je frekvencija titranja jednaka frekvenciji izvora koji ga je pobudio na titranje.

Rezonancija je važna kod muzičkih instrumenata. Rezonantno tlo glazbenih instrumenata treba da preuzme od izvora titranja , ne samo ton iste visine, tj. iste frekvencije, već i sve tonove koje instrument proizvodi. No sposobnost rezonancije nije ista za različite frekvencije. Tako se neki gornji harmonični tonovi jače ističu, a drugi slabije, pa je prema tome i boja tona ovisna o obliku rezonantnog dna.Naprave pomoću kojih se energija titranja bolje prenosi na okolni zrak zovu se rezonatori.

Rezonancija je također važna i kod strojeva kod kojih može biti tako jaka da je opasna za sam stroj. Poznato je da se kod rada nekog stroja trešnja prenosi i na njegovo postolje, pa čak i na cijelu zgradu. U slučaju rezonancije mogu se titraji toliko pojačati da se postolje razbije i stroj poništi. Takva rezonancija koja nastupa npr. zbog trešnje i rada strojeva zove se mehanička rezonancija.

Slika 8. - zvučna viljuška

-potaknemo li zvučnu viljušku udarcem na titranje jedva ćemo čuti njen ton, ali kad stavimo viljušku na šuplju drvenu kutiju čut ćemo znatno glasniji ton, zbog zvučne rezonancije sa zrakom kutije.

Slika 9.- stavimo li na stol dvije glazbene viljuške, iste frekvencije, tako da im otvori kutija stoje nasuprot i udarimo jednu viljušku, oglasit će se druga kada rukom zaustavimo titranje prve, zbog pojave zvučne rezonancije.

Osobine tona

Ton je zvuk stalne frekvencije, titranje je pravilno, i širenje talasa se da opisati sinusnom funkcijom.Frekvencija tona određuje visinu (apsolutna visina tona), a veličina amplitude - jačinu tona.Svaki muzički instrument proizvodi određeni niz tonova u određenom intervalu frekvencija. Međutim svaki je ton kombinacija više tonova.Glavni ton nazivamo osnovni ton, a osim njega postoje još i viši harmonici.Harmonici se javljaju zbog toga što objekt koji titra i proizvodi zvuk, titra istovremeno s nekoliko frekvencija koje su višekratnici osnovne frekvencije. Ovakvi viši harmonici ponekad se namjerno proizvode na neki instrumentima.

- Odjek ( eho )- rezultat refleksije zvuka od zidova Vibrato- lagano podrhtavanje tona.Trajanje tona - ovisi o duljini vremenskog intervala titranja izvora.Interval tonova - razmak, omjer njihovih frekvencija.Dva ili više tonova koje čujemo u isti mah mogu djelovati ugodno pa kažemo da su konsonantni, a ako djeluju na uho neugodno kažemo da su disonantni, odnosno disharmonični.

Boja tona- boju tona uvjetuju gornji tonovi svojom jačinom i frekvencijom ( koji titraju istodobno s osnovnim tonom ).

Osnovna podjela izvora zvuka:- titranje žice- titranje štapova- titranje ploča i membrana- svirale- sirene- čovječji glas- akustični tonovi

Dooplerov efekat

- prividno smanjenje odnosno povećanje frekvencije izvora zvuka koji se giba.Njemački fizičar Christian Doppler (1803. - 1853.) otkrio je da se frekvencija tona prividno mijenja, ako se izvor zvuka pomjera. Približava li se izvor zvuka, u naše će uho u 1 sekundi doći više titraja nego kad izvor zvuka miruje, i zbog toga nam se ton čini višim. Ako se izvor zvuka udaljuje, naše će uho u 1 sekundi primiti manje titraja, pa će nam se ton činiti nižim od onog koji izvor stvarno proizvodi.

Literatura

1.Opšta fizika i biofizika; I. Janić,D. Mirjanic, J. Šetrajčić2.INTERNET: htpp:// hr.wikpedia.org-zvuk http://fizikastezga.blogger.ba