Czy częstotliwość dźwięku zmienia się wraz z medium: dlaczego nie?

Prędkość dźwięku w powietrzu wynosi 330 m/s, aw wodzie 1480 m/s w typowych warunkach. Ale czy częstotliwość dźwięku zmienia się wraz z medium? Omówmy szczegółowo.

Częstotliwość dźwięku pozostaje taka sama, ale długość fali i prędkość zmieniają się w różnych mediach. Częstotliwość zależy tylko od źródła fali dźwiękowej, podczas gdy prędkość i długość fali są parametrami, które zmieniają się podczas podróży przez różne media, ponieważ zależą od ośrodka, w którym fala się przemieszcza.

Przeczytaj więcej o 21+ Częstotliwości Fali Przykład: Szczegółowe wyjaśnienia

Dlaczego częstotliwość nie zmienia się w różnych mediach?

Fale dźwiękowe zalicza się do kategorii fal podłużnych i wymaga materialnego ośrodka do propagacji. 

Liczba fal przechodzących przez ustalony punkt ośrodka w ciągu sekundy lub liczba drgań cząstki w ośrodku podczas przemieszczania się fali to jej częstotliwość. Ponieważ cząsteczka w ośrodku wibruje z określoną częstotliwością, sąsiadująca z nią cząsteczka również zaczyna wibrować z tą samą częstotliwością. Częstotliwość jest niezależna od ośrodka, natomiast prędkość fal dźwiękowych zależy od elastyczności i gęstości ośrodka. 

v=√E/ρ

Częstotliwość fali dźwiękowej zmienia się tylko wtedy, gdy następuje zmiana źródła fali i jest niezależna od sztywności ośrodka materialnego.

Dlatego; prędkość dźwięku jest różna w ciałach stałych i płynach. 

Wiemy, v = fλ

Gdzie, v jest prędkość, f jest częstotliwość, λ to odpowiednio długość fali dźwiękowej.

Prędkość i długość fal dźwiękowych zmieniają się w taki sposób, aby utrzymać stałą częstotliwość. Stąd fale dźwiękowe poruszające się z dużą prędkością miałyby duże długości fal, tak że częstotliwość się nie zmienia.

Kilka przypadków/przykładów na temat Czy częstotliwość dźwięku zmienia się wraz z medium?

Nasze mózgi odbierają częstotliwość fal dźwiękowych jako wysokość. Tak więc zmiana wysokości dźwięku jest równoznaczna ze zmianą jego częstotliwości. Oto kilka przykładów analizujących, czy częstotliwość dźwięku zmienia się wraz z medium:

• Częstotliwość dźwięku z dowolnego instrumentu muzycznego
• ćwierkanie ptaków
• Dźwięk wytwarzany przez dzwonienie dzwonów

Częstotliwość dźwięku z dowolnego instrumentu muzycznego

Częstotliwość dźwięku wydobywającego się z instrumentu muzycznego nie zmienia się wraz z medium, ponieważ zależy tylko od jego źródła.

Na przykład częstotliwość dźwięku wytwarzanego przez gitarę nie zmienia się, gdy rozchodzi się w różnych mediach. Jego częstotliwość zmienia się tylko wtedy, gdy muzyk zmienia nuty. Struny gitary są źródłem częstotliwości dźwięku muzycznego wytwarzanego przez gitarę. Zmiana częstotliwości jest odbierana przez słuchaczy jako zmiana wysokości tonu.

ćwierkanie ptaków

Źródłem częstotliwości dźwięku wydawanego przez świergot ptaków jest ich struna głosowa. Ilekroć zmieniają się wibracje strun głosowych, zmienia się częstotliwość, ale nie zmienia się wraz z medium.

Dźwięk wytwarzany przez dzwonienie dzwonów

Aby wyjaśnić bardziej zgrubnie, załóżmy, że dzwon wibruje 4 razy na sekundę. Oznacza to, że częstotliwość wynosi 4 Hz. Otaczające cząsteczki powietrza zaczynają wibrować z tą samą częstotliwością i są przenoszone na sąsiednie cząsteczki. Żaden inny środek nie może zmienić częstotliwości wibracji nawet przy zmianie medium.

Przeczytaj więcej o 4+ przykładach dyfrakcji dźwięku: szczegółowe informacje i fakty

Często Zadawane Pytania: Czy częstotliwość dźwięku zmienia się wraz ze średnim?

Czy fala dźwiękowa jest poprzeczna czy podłużna? Wyjaśnij każdy z nich.

Dźwięk fala jest przykładem podłużnego fala.

Falę podłużną można opisać jako rodzaj fali, w której drgania cząstek w ośrodku przebiegają zgodnie z kierunkiem propagacji fali. Wręcz przeciwnie, falą poprzeczną określa się falę, w której drgania cząstek w ośrodku są prostopadłe do kierunku propagacji fali.

Fala świetlna, promieniowanie elektromagnetyczne, jest przykład dla fali poprzecznej gdzie drgania pola elektrycznego, drgania pola magnetycznego i kierunek propagacji są wzajemnie prostopadłe do siebie.

Czym jest efekt Dopplera w dźwiękach?

Efekt Dopplera w falach dźwiękowych jest pozorną zmianą częstotliwości dźwięku postrzeganą przez obserwatora, gdy źródło lub obserwator lub obaj zbliżają się lub oddalają od siebie.

Prosta demonstracja efektu Dopplera polega na tym, że obiekt wytwarzający dźwięk zbliża się do nas, wzrasta częstotliwość dźwięku lub słyszymy dźwięk o wysokim tonie. A gdy źródło oddala się od nas, częstotliwość dźwięku spada lub słyszymy dźwięk o niskim tonie. 

Najczęściej obserwowanym przykładem demonstrującym ten efekt jest zmiana wysokości dźwięku słyszanego z karetki, gdy porusza się ona szybciej z syreną. Gdy karetka zbliża się do nas, słyszymy dźwięk o wysokim tonie, a gdy odjeżdża, słychać dźwięk o niskim tonie.

Wzór na znalezienie obserwowanej częstotliwości dźwięku w efekcie Dopplera wyraża się wzorem

f'=f (v' v₀)/(v' v_s)

Gdzie f’ jest obserwowaną częstotliwością

f jest rzeczywistą częstotliwością

v jest prędkością fal dźwiękowych

v₀ jest prędkością obserwatora

v_s jest prędkością źródła

W zależności od tego, czy źródło i obserwator zbliża się czy oddala, a prędkość źródła i obserwatora, powyższy wzór będzie się nieznacznie różnił w różnych sytuacjach. Istnieją cztery różne przypadki:

1. Kiedy źródło zbliża się do obserwatora w stanie spoczynku

Ponieważ obserwator jest w spoczynku, v₀ = 0. Stąd równanie staje się

f'=f (v/vv_s)

• Kiedy źródło oddala się od obserwatora, który jest w spoczynku

Tutaj v₀=0, a kierunek prędkości źródła jest przeciwny, a więc ujemny.

Zatem f'=fv/v-(-v_s)

• Kiedy obserwator zbliża się do stacjonarnego źródła

Tutaj v_s= 0. Równanie staje się

f'=f{v+v₀/v}

• Kiedy obserwator oddala się od stacjonarnego źródła

Tutaj, ponieważ obserwator się oddala, kierunek jest przeciwny

f'=f {vv₀/v}

Przeczytaj także:

• Prędkość dźwięku w różnych ośrodkach
• Dyfrakcja przykładów dźwiękowych
• Jaka jest prędkość dźwięku
• Tłumienie i izolacja dźwięku
• Zanieczyszczenie dźwiękiem i jego skutki
• Przykłady dźwięków o średniej wysokości
• Jakość dźwięku w różnych instrumentach
• Formuła szybkości dźwięku
• Dyfrakcja dźwięku
• Jak obliczyć prędkość dźwięku