Sunetele - proiect fizica

SUNETELE

Sunetul este un fenomen fizic care stimuleaza auzul, cand vibratiile de frecvente de 15000-20000 Hz ajung la urechea interna. Vibratiile sunt transmise prin aer. Fizicienii moderni au extins termenul, pentru a include vibratii similare in medii lichide sau solide.

Sunetele se deplaseaza sub forma de unde, adica perturbatii care pulseaza prin mediu. Undele sonore se propaga longitudinal. In timp ce energia miscarii undei se propaga in exteriorul sursei, moleculele de aer care duc sunetul se misca in fata si in spate, paralel pe directia de miscare a undei. Astfel, o unda sonora reprezinta o serie de compresii si extensii alternative ale aerului, exprimate prin scaderea sau cresterea presiunii aerului. Orice sunet simplu are trei caracteristici: frecventa, amplitudine si armonice. Ele depind de diferiti factori, cum ar fi: viteza, temperature specifica, densitate, vascozitate.

Numarul de vibratii sau unde care se propaga in fiecare secunda, se numeste frecventa sunetului.O vibratie alternative completa se numeste ciclu, astfel ca frecventa este masurata in cicluri pe secunda.Unitatea de masura a frecventei este hertzul care este egal cu un ciclu pe secunda.

Undele se propaga la frecvente mai inalte,sau mai joase.Oamenii pot sa le auda pe cele cuprinse intre 20Hz-si 20 de kHz. Aceasta se numeste gama de audiofrecventa.La frecvente mai joase, vibratiile sunt mai mult simtite,decat auzite.

Frecventa unei vibratii determina inaltimea sunetului produs.Vibratiile de frecventa joasa dau sunete adanci, de inaltime redusa.Vibratiile de frecventa ridicata, dau sunete inaltesi ascutite. Miscarea sursei de sunet sau a ascultatorului poate sa modifice inaltimea sunetului, chiar daca frecventa vibratiilor initiale ramane aceeasi. Acesta este efectul Doppler. De exemplu, inaltimea sunetului sirenei unei locomotive este mai inalta pentru o persoana care se afla pe peron cand trenul se apropie, deoarece undele sonore sunt comprimate in fata trenului, propagandu-se mai multe unde in fiecare secunda. In acelasi timp, pentru alta persoana, care se afla in tren, acelasi sunet are o inaltime constanta.

Vibratiile de frecventa joasa au lungime de unda lunga, iar vibratiile de frecventa ridicata, au lungime de unda scurta. Lungimea de una este distanta dintre doua varfuri successive ale undei. Prin lungime se masoara numarul de unde sonore care trec printr-un punct dat intr-o secunda.Produsul dintre lungimea de unda si frecventa este egal cu viteza de propagare a undei.La temperature de 0grade Celsius, sunetul se deplaseaza cu 332m/s. In acest caz, lungimea de unda este 1m. Daca se dubleaza frecventa, lungimea de unda se reduce la jumatate.

Viteza sunetului in alte gaze decat aerul, depinde de densitatea acestora. Daca moleculele sunt grele, sunetul se propaga mai incet.Sunetul se propaga mai repede in aer umed, decat in aer uscat, deoarece aerul umed contine un numar mai mare de molecule mai usoare.

Sunetul se propaga, in general, mult mai repde in lichide si solide decat in gaze. Viteza de propgare este invers proportionala cu radacina patrata a densitatii mediului. De asemenea , viteza este direct proportionala cu radacina patrata a elasticitatii. De exemplu, viteza sunetului in apa este de aproximativ 1525m/s la temperature normale, dar creste foarte mult cand creste temperature.In cupru, viteza scade la temperature crescuta,din cauza scaderii elasticitatii.Undele sonore calatoresc mai rapid si mai efficient in apa decat in aer, permitand animalelor, cum ar fi balenele, sa comunice intre ele de la distante foarte mari.Balenele si casalotzii folosesc undele sonore si pentru a le ajuta sa navigheze in ape intunecate, directionand si primind undele la fel ca un radar al unei nave sau submarine.

Un fenomen legat de viteza sunetului, este redat in urmatoarea intamplare: un om se afla sub apa unui lac.La un moment dat aude o impusctura, iese din apa,dupa care mai aude o impuscatura, pentru ca apoi sa afle, surprins ca nu s-a tras decat o singura data. Aceasta s-a intamplat, deoarece, viteza sunetului printr-un mediu oarecare, creste cu cresterea rezistentei la deformarea mediului.Stim ca sunetul e cauzat de mici comprimari si rarefieri locale ale mediului, deci cu atat cu cat este mai mare rezistenta la deformare, creste viteza de decomprimare, deci si viteza sunetului. Astfel, pentru apa, viteza sunetului este de trei ori mai mare decat pentru aer, si pentru medii mai putin compresibile. Amplitudinea, o alta caracteristica a sunetului, este gradul de miscare al moleculelor de aer din unda. Este perceputa ca volum al undelor sonore. Cu cat amplitudinea este mai mare, cu atat moleculele lovesc mai puternic timpanul urechii si sunetul este mai puternic. Amplitudinea unei unde sonore poate fi masurata prin compararea sunetului emis cu un sunet standard si se exprima in decibeli(dB). Cantitatea masurata este exprimata ca fiind un anumit numar de decibeli deasupra sau sub nivelul de referinta. De obicei, nivelul de referinta este ales un sunet care abia mai poate fi auzit. Aceasta intensitate se numeste pragul sunetului. Cu aproximativ 140dB deasupra acestui prag, este pragul durerii.

In discutzie, muzica sau zgomotul, exista sunete legate armonic intre ele. Dar notele pure sunt rareori auzite. Vocea este un amestec complex de sunete, dintre care unele sunt in armonie unele cu altele. Zgomotul este un sunet complex, o mixare de frecvente diferite, care nu sunt legate armonic. Zgomote diferite sunt distinse prin diferite distributii ale energiei in mai multe intervale de frecventa. Instrumentele musicale produc vibratii caracteristice. Un diapason scoate un sunet pur, vibrand regulat intr-o forma curbata. La fel, flautul. Unda Sonora produsa de o vioara este ascutita.

Studiul sunetelor se numeste acustica. Undele sonore sufera reflexia si refractia, la fel ca undele luminoase. Una di proprietatile sunetului este si aceea ca este reflectat de suprafetele tari. Daca strigam direct spre suprafata indepartata a unei stanci, sunetul reflectat va putea fi recunoscut ca ecoul vocii noastre. El se aude cu o intarziere, datorata timplului de care are nvoie sunetul sa se ajunga pana la suprafata stancii, sa o atinga sis a se intoarca. Sistemul de radar subacvatic depinde de reflexia sunetelor propagate in apa.

Intr-un mediu cu densitate uniforma, sunetul se deplaseaza inainte, intr-o linie dreapta. Insa refractia, poate indeparta undele sonore pe directia lor initiala. In regiunile polare, unde aerul de langa pamant este mai rece decal cel ce se afla la inaltimi, o unda Sonora indreptata in sus, intrand intr-o zona mai calda din atmosfera, este refractata inspre pamant. De asemenea, receptia sunetului in directia in care bate vantul si receptia proasta in sens invers bataii vantului se datoreaza tot refractiei. Viteza vantului este, de obicei , mai mare la altitudini ridicate, decat la nivelui solului. De aceea, o unda Sonora verticala care se deplaseaza in directia vantului, este refractata spre pamant, in timp ce aceeasi unda indreptata invers directiei vamtului, este refractata in sus.

Refractia luminii.Reflexia luminii.Legile reflexiei si refractiei

Refractia luminii

Refractia este schimbarea directiei luminii la trecerea acesteia dintr-un mediu transparent in altul. Fiindca lumina calatoreste cu viteze diferite in medii diferite, ea trebuie sa-si schimbe viteza la trecerea dintr-un mediu in altul. Daca un fascicol de lumina atinge aceasta suprafata intr-un unghi, atunci lumina de pe partea facicolului care atinge prima suprafata de separare este fortata sa incetineasca sau sa-si mareasca viteza inainte ca lumina de pe cealata parte sa atinga noul mediu. Acest lucru determina indoirea, sau refractarea, fascicolului la suprafata de separare. De exemplu lumina reflectata de un obiect aflat sub apa trece intai prin apa si apoi prin aer pentru ajunge la ochiul unui observator. Din unele unghiuri un obiect partial scufundat pare indoit in locul unde intra in apa fiindca lumina care vine de sub apa este refractata.

Indicele de refractie al unui mediu este raportul dintre viteza luminii in vid si viteza luminii in acel mediu. Datorita faptului ca lumina de frecvente diferite calatoreste la viteze diferite intr-un mediu, indicele de refractie este diferit pentru lumina de frecvente diferite. Asta inseamna ca lumina de culori diferite este refractata la unghiuri diferite cand trece dintr-un mediu in altul . Efectul obtinut este dispersia luminii la trecerea acesteia prin prisma.

Reflexia luminii

Reflexia are loc de asemenea cand lumina atinge suprafata de separare dintre doua medii O parte din lumina care atinge suprafata de separare va fi reflectata in primul mediu. Daca lumina atinge suprafata de separare intr-un unghi atunci lumina este reflectata in acelasi unghi, asemanator cu felul in care o minge sare cand atinge pamantul. Lumina care este reflectata de pe o suprafata plana, cum ar fi suprafata dintre aer si un lac, va forma o imagine in oglinda. Lumina reflectata de pe o suprafata curba poate fi focusata intr-un punct, o linie, sau intr-o zona, acest lucru depinzand de curbura suprafetei.

Legile reflexiei si refractiei

Cantitatea de lumina reflectata depinde de raportul indicilor de refractie pentru cele doua medii. Planul de incidenta contine raza de incidenta si normala la suprafata in punctul de incidenta. Unghiul de incidenta (de reflexie sau de refractie) este unghiul dintre raza incidenta (reflectata sau refractata) si normala. Legile reflexiei spun ca unghiul de incidenta este egal cu unghiul de reflexie si ca raza incidenta , raza reflectata si normala la suprafata in punctual de incidenta sunt coplanare.Daca suprafata celui de al doilea mediu este neteda aceasta poate actiona ca o oglinda si poate produce o imagine reflectata. Daca oglinda este plana atunci imaginea pare sa se afle in spatele oglinzii la o distanta egala cu distanta dintre obiect si ogilinda. Sursa de lumina in figura doi este obiectul A, si un punct din A trimite lumina in toate directiile. Cele doua raze care ating oglinda in punctele B si C sunt reflectate ca razele BD si CE. Pentru un observator din spatele oglinzii aceste raze par sa vina dintr-un punct F aflat in spatele oglinzii. In conformitate cu legile reflexiei BF si CF formeaza acelasi unghi ca si AC si AB . Daca suprafata celui de al doilea mediu nu este neteda atunci normalele la suprafata in diferite puncte ale suprafetei au directii diferite. In acest caz razele care pot f i in acelasi plan cand pleaca dintr-un punct se afla in diferite plane de incidenta si nu pot forma o imagine.

Nu toata lumina care atinge o oglinda este reflectata; o parte din lumina poate trece prin oglinda sau poate fi absorbita de aceasta. Multi oameni de stiinta au crezut ca o oglinda perfecta - care sa reflecte lumina 100%- nu poate exista. In 1998 oamenii de stiinta au realiza o astfel de oglinda punand unele peste altela straturi microscopice de telleriu si polistiren plastic.

CALATORIE PE MARTE

Am trait cea mai frumoasa aventura din viatza mea acum 2 ani. Dincolo de atmosfera terestra se intinde o lume diferita si plina de mister. Nimic material nu poate intrece frumusetzea planetei Marte.

Nu exista nimic asemanator pe Pamant cu planeta Marte. pacat ca am reusit sa ajung acolo numai in vis.

Oricum, planeta Marte mi`a aparut ca ostila vietii dar fascinanta sub aspect geologic, o multime de cratere, unele noi si asemanatoare celor de pe Luna, iar altele erodate sip line de un praf fin spulberat de vant, terenuri accidentate cu bazine create prin topirea crustei inghetate, vulcani uriasi: mult mai mari decat cei de pe Pamant.

Am putut observa existenta unor calote polare: cea Nordica sub forma unor ramasite martiene si cea sudica a carei gheata aflata la temperature zapezii carbonice reflecta aproape tot fluxul de radiatii ultraviolete din lumina solara incidenta.

Am putut realiza ca pe Marte a existat candva apa, zeci de vai sinuoase serpuiesc peste desert, unindu-se in vai tot mai largi, asemanatoare, ca aspect cu cel al torentelor aparute in urma inundatiilor de pe Pamant in zonele aride. In zona de langa ecuatorul planetei apare un canion urias: o prapastie lunga de 5000 km, lata de 150 km si adanca de 10 km, cu marginile rotunjite.

Atmosfera era foarte rarefiata, la sol s-au masurat 6 milibari- echivalentul cu cea de pe Pamant la 30km inaltime, practiv vid.

Planeta Marte este o planeta rece, uscata si pustie. numai eu pot calatori in visele mele prin ea pentru a-I descoperi misterele. si eventualele forme de viata.

Curcubeul

Curcubeul,cel mai frumos fenomen din atmosfera, a impresionat omenirea din toate timpurile, fiind considerat un 'semn ceresc' care aduce binele, pacea si prosperitatea. Cam atat stiam si eu in primii ani de viata, de la parintii si bunicii mei. Mi se parea ceva divin, toate acele culori adunate la un loc pareau desprinse dintr-un basm in care toata lumea este fericita.

Dupa cativa ani mi-am putut satisface curiozitatea, putand sa inteleg fenomenul, care s-a dovedit fiind un fenomen fizic, nu doar un 'semn ceresc'. Am aflat ca acest curcubeu,o enigma pana atunci, se produce prin efectele combinate ale refractiei, dispersiei si reflexiei luminii soarelui de catre picaturile de ploaie. Atunci cand conditiile de observare sunt favorabile, se pot vedea doua curcubee, cel interior numit si primar si cel exterior, numit secundar. Curcubeul interior care este mai stralucitor este rosu la margine si violet in centru, pe cand in curcubeul exterior, mai stins, culorile sunt inversate.

Lumina soarelui este reflectata atat la intrarea cat si la iesire din picatura de apa. In interiorul picaturii, lumina este dispersata si sufera o reflexie in cazul curcubeului primar, doua reflexii in cazul curcubeului secundar. Directia de emergenta a razei luminoase depinde de indicele de refractie, deci de lungimea de unda. In curcubeul primar unghiul de deviatie este de 42,5 grade pentru lumina rosie si 40,8 grade pentru cea violeta. In cazul curcubeului secundar unghiurile corespunzatoare sunt de 50,1 grade pentru lumina rosie si 53,2 grade pentru cea violeta.