Avval o‘rganing: Mexanik tebranish va to‘lqinlar
Tovush — eshitish organimiz sezadigan mexanik to‘lqin. U nutq, musiqa, exolot, ultratovush tekshiruvi asosida yotadi. Imtihonda tovush tezligi, aks-sado, balandlik va to‘lqin uzunligi bo‘yicha masalalar uchraydi. Mavzu mexanik tebranishlar va to‘lqinlar bo‘limining davomi: to‘lqin tenglamasi v = λν, davr va chastota tushunchalari bu yerda to‘g‘ridan-to‘g‘ri qo‘llanadi. Shuning uchun avval to‘lqin parametrlarini eslab olamiz, keyin tovushning o‘ziga xos xossalarini ko‘rib chiqamiz.
Tovush manbai — tebranayotgan jism: gitara tori, karnay membranasi, ovoz paychalari. Tebranayotgan jism atrofidagi havo qatlamlarini navbatma-navbat siqadi va siyraklashtiradi, bu siqilish va siyraklanishlar muhit bo‘ylab tarqaladi. Demak, tovush — bo‘ylama to‘lqin: zarralar to‘lqin tarqalish yo‘nalishi bo‘ylab tebranadi. Zarralarning o‘zi ko‘chib ketmaydi, faqat energiya uzatiladi.
Tovushni faqat modda o‘tkazadi: vakuumda tovush tarqalmaydi. Buni shisha qalpoq ostidagi qo‘ng‘iroq tajribasi ko‘rsatadi: havo so‘rib olinsa, qo‘ng‘iroq jiringlashi eshitilmay qoladi. Oyda atmosfera yo‘q, shuning uchun kosmonavtlar radio orqali gaplashadi.
To‘lqin tenglamasi: v = λν, ν = 1/T
Eshitiladigan diapazon: 16 Hz – 20 kHz
Yosh o‘tishi bilan yuqori chastotalarni eshitish qobiliyati pasayadi. Inson qulog‘i taxminan 2–5 kHz oralig‘idagi tovushlarga eng sezgir, juda past va juda yuqori chastotalarni esa faqat kuchli bo‘lganda eshitadi. Ko‘pchilik hayvonlarning eshitish diapazoni bizdan farq qiladi: itlar va mushuklar ultratovushning bir qismini ham eshitadi.
Eshitiladigan tovushlarning havodagi to‘lqin uzunliklari qanday oraliqda (v = 340 m/s)?
Tovush tezligi muhitning elastikligi va zichligiga bog‘liq: qattiq jismlarda zarralar bir-biri bilan kuchli bog‘langan, shuning uchun siqilish tez uzatiladi. Tezlik qattiq jismda eng katta, gazda eng kichik.
Havoda ≈ 340 m/s, suvda ≈ 1500 m/s, po‘latda ≈ 5000 m/s
Havoda harorat oshsa, molekulalar tezroq harakatlanadi va tovush tezligi ortadi: taxminan v ≈ 331 + 0,6t (m/s, t — °C da). Tovush bir muhitdan boshqasiga o‘tganda chastota o‘zgarmaydi — u manba bilan belgilanadi; tezlik va to‘lqin uzunligi esa o‘zgaradi: λ = v/ν.
Chastotasi 680 Hz tovush havodan suvga o‘tdi. To‘lqin uzunliklarini toping.
Uzunligi 1020 m po‘lat quvurning bir uchiga urildi. Ikkinchi uchidagi odam ikki zarbani qanday vaqt oralig‘ida eshitadi?
Tovush to‘siqdan qaytadi — aks-sado. Tovush borib-qaytgani uchun yo‘l ikki baravar:
2s = v·t → s = vt/2
Exolot dengiz chuqurligini, ko‘rshapalak va delfin o‘ljasini shunday "ko‘radi" — bu exolokatsiya. Inson aks-sadoni alohida eshitishi uchun kechikish kamida 0,1 s bo‘lishi, ya’ni to‘siq kamida 17 m uzoqda bo‘lishi kerak; aks holda aks-sado asosiy tovush bilan qo‘shilib, uni cho‘zadi (zallarda shunday bo‘ladi). Konsert zallarida ortiqcha aks-sadoni kamaytirish uchun devorlarga yumshoq, g‘ovak materiallar qoplanadi.
Exolot signali 4 s da qaytdi. Dengiz chuqurligi qancha?
Chaqmoq va momaqaldiroq: yorug‘lik deyarli bir zumda keladi, tovush esa kechikadi; s ≈ 340·t. 3 s kechikish → ≈ 1 km. Bu yerda yo‘l ikkiga bo‘linmaydi — tovush faqat bir tomonga boradi.
Tovush intensivligi I — sirt birligidan vaqt birligida o‘tadigan energiya (W/m²). Quloq juda katta oraliqni sezgani uchun logarifmik shkala ishlatiladi — intensivlik darajasi detsibelda:
L = 10·lg(I/I₀), I₀ = 10⁻¹² W/m² — eshitish bo‘sag‘asi
Har +10 dB intensivlikni 10 marta oshiradi. Shivirlash ~20 dB, oddiy suhbat ~60 dB, 120 dB atrofida — og‘riq chegarasi; uzoq vaqt 85 dB dan ortiq shovqin eshitishga zarar beradi.
Suhbat intensivlik darajasi 60 dB. Intensivlik qancha?
Har bir jism o‘z xususiy chastotasiga ega. Tashqi tovush chastotasi shu chastotaga teng bo‘lsa, jism kuchli tebrana boshlaydi — akustik rezonans. Kamerton qutiga o‘rnatiladi, gitara va skripka korpusi rezonator vazifasini bajaradi va tovushni kuchaytiradi. Bir xil sozlangan ikki kamertondan biri jiringlasa, ikkinchisi ham o‘z-o‘zidan yangray boshlaydi. Tor yoki havo ustuni qisqarsa, xususiy chastota ortadi — shuning uchun gitarachi barmog‘i bilan torni qisqartirib, notani ko‘taradi. Rezonans foydali bo‘lishi ham, zararli bo‘lishi ham mumkin: kuchli tovush chastotasi oyna yoki idishning xususiy chastotasiga to‘g‘ri kelsa, u qattiq titraydi, shuning uchun mashina va binolarni loyihalashda rezonansdan qochiladi.
UZI apparati 2 MHz chastotada ishlaydi, to‘qimada tovush tezligi ~1500 m/s. To‘lqin uzunligi qancha?
Yaqinlashayotgan manba tovushi ingichkaroq, uzoqlashayotganiniki yo‘g‘onroq eshitiladi — Doppler effekti (o‘tib ketayotgan tez yordam sireni).