Possiamo usare l’energia sonora per trasformare il rumore in forme di energia? Sembra pazzesco, ma scopriamo diversi tipi di energia tutto il tempo — soprattutto quando si tratta di rinnovabili — e l’energia sonora è solo un altro tipo.

In tutto il mondo, è difficile trovare da qualche parte che il rumore non faccia parte del paesaggio. Dal rombo del traffico al suono degli strumenti musicali, gli esseri umani fanno molto rumore. Ci sono molti diversi tipi di suono che vanno dal udibile al non udibile.

Le sorgenti sonore possono essere piacevoli o sgradevoli per l’orecchio umano, a seconda del volume, delle altezze diverse, dei tipi di suono, della sorgente sonora e dell’intensità del suono. Indipendentemente da ciò, l’energia sonora viaggia e, a seconda della sorgente sonora e dell’intensità, il suono può talvolta essere considerato un inquinante.

Allora, qual è l’energia sonora, esattamente? L’energia sonora sta trasformando il suono in elettricità. Sebbene la scienza di trasformare l’energia sonora in elettricità stia ancora emergendo, è stata fatta. Ad esempio, microfoni e altoparlanti sono esempi di suono che diventa energia elettrica.

In effetti, un gruppo di giovani studenti delle scuole superiori ha capito come produrre abbastanza elettricità con energia sonora per accendere una lampadina. Certo, questo è molto lontano dalla generazione di elettricità sufficiente per alimentare una casa o un’intera città. Ma è un inizio e la scienza dietro di esso si sta sviluppando. Impariamo di più sull’intrigante mondo del suono, inclusi esempi di energia sonora.

Come sentiamo le onde sonore?

La meccanica dell’udito dimostra alcuni dei meccanismi dell’energia sonora.

Quando sentiamo un suono, stiamo vivendo le onde sonore che incanalano nel condotto uditivo e spostano il timpano, proprio come una testa di tamburo vibra quando viene colpita. Suoni diversi producono vibrazioni diverse che influenzano il modo in cui il timpano si muove.

Le vibrazioni viaggiano dal timpano attraverso ossicini alla coclea (un organo pieno di liquido), causando onde superficiali che colpiscono le cellule ciliate. A seconda della posizione delle cellule ciliate nella coclea, il cervello “sente” suoni acuti o bassi attraverso il nervo uditivo. Quindi traduce le vibrazioni iniziali delle molecole d’aria nell’onda sonora in suoni che comprendiamo.

In fisica, lo studio del suono è noto come acustica e include tutti i costrutti del suono.

Qual è la definizione di energia sonora?

In termini semplici, l’energia sonora deriva dalle vibrazioni che si muovono attraverso qualcosa. Solidi, liquidi e gas trasmettono tutti il suono come onde energetiche.

L’energia sonora è il risultato quando una forza, suono o pressione, fa vibrare un oggetto o una sostanza. Quell’energia si muove attraverso la sostanza in onde. Quelle onde sonore sono chiamate energia meccanica cinetica.

Perché le onde sonore sono chiamate onde meccaniche?

Le onde sonore sono talvolta chiamate onde meccaniche perché le onde sonore richiedono un mezzo fisico per propagarsi. Liquidi, gas o materiali solidi trasferiscono le variazioni di pressione, creando energia meccanica in onde.

Come tutte le onde, le onde sonore hanno picchi e valli. I picchi sono chiamati compressioni, mentre rarefazione è il termine usato per i minimi.

Le oscillazioni tra compressione e rarefazione si muovono attraverso mezzi gassosi, liquidi o solidi per produrre energia. Il numero di cicli di compressione/rarefazione in un dato periodo determina la frequenza di un’onda sonora.

Gli scienziati misurano l’intensità e la pressione dell’energia sonora in Pascal e decibel. Le onde sonore sono anche talvolta chiamate onde di pressione perché la pressione dell’onda sonora muove le particelle attraverso le quali passa.

Come vengono misurate le onde sonore?

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Lunghezza d’onda, periodo, ampiezza, e la frequenza sono le quattro parti primarie di un’onda sonora, indipendentemente dal tipo di onda e il mezzo attraverso il quale il suono viaggia.

• Lunghezza d’onda: immagina un’onda che viaggia lungo un asse orizzontale; in tal caso, la lunghezza d’onda viene misurata come la distanza orizzontale tra due punti successivi ed equivalenti sull’onda. Quindi, in termini di base, una singola lunghezza d’onda è un ciclo tra i due punti uguali.
• Periodo: un periodo di lunghezza d’onda è il tempo necessario a una singola lunghezza d’onda per passare un determinato punto. Generalmente, un periodo più esteso indica un passo più basso.
• Ampiezza: misuriamo l’ampiezza del suono (forza o livello di pressione sonora) per l’altezza dell’onda sonora. È legato al volume relativo del suono. Quando l’ampiezza dell’onda è significativa — come da un suono forte — l’onda è alta. È vero anche il contrario; suoni più morbidi producono onde con un’ampiezza minore. Il volume più basso equivale a livelli di decibel più bassi( dB); un decibel misura l’intensità del suono. Zero decibel equivale ai suoni più silenziosi che un orecchio umano possa sentire. I decibel aumentano di un fattore sei. Una voce parlante normale è di 60 dB.
• Frequenza: Hertz (Hz) misura la frequenza di un’onda sonora. Hertz misura i cicli di un’onda sonora al secondo che passano un set point sull’asse orizzontale. (Ricorda, ogni processo ha una compressione e una rarefazione.) Le onde sonore di frequenza sono misurate in hertz. Pertanto, Hertz (Hz) indica il numero di cicli al secondo che passano una determinata posizione. Ad esempio, se, mentre si parla, il diaframma vibra a 900 Hz, il diaframma genera 900 compressioni (aumento della pressione) e 900 rarefazioni (diminuzione della pressione). Pitch è una funzione di come il cervello interpreta la frequenza del suono. Un passo più alto è il risultato di una frequenza più alta; frequenza più bassa si traduce come passo più basso.

L’energia sonora è potenziale o cinetica?

Quando l’energia può funzionare ma non applica attivamente la forza, si chiama energia potenziale.

In fisica, il lavoro è misurato dall’energia trasferita. Quando qualcosa viene spostato a distanza da una forza esterna, questo è lavoro.

La molla a spirale di uno Slinky è un esempio di energia potenziale. Fino a quando la primavera non viene rilasciata, non sta facendo il lavoro. Il lavoro si verifica quando la molla si muove (viene rilasciata), diventando energia cinetica. L’energia cinetica è l’energia del movimento.

L’energia sonora può essere sia: energia cinetica che energia potenziale.

Un esempio potrebbe essere quello di uno strumento musicale. Quando lo strumento viene suonato, genera onde sonore, producendo energia cinetica. Ma quando lo stesso strumento musicale è a riposo, c’è solo il potenziale di energia.

Le onde sonore condividono caratteristiche e comportamenti?

Oltre ai costituenti primari di un’onda — frequenza, ampiezza, lunghezza d’onda e frequenza — gli scienziati classificano le onde in base a tre caratteristiche distintive: movimento longitudinale, trasversale e superficiale.

L’utilizzo del movimento delle particelle di un mezzo rispetto alla direzione di marcia è un metodo standard per distinguere il tipo di onda.

Per capire le onde trasversali, parleremo di nuovo dello Slinky. Considera il movimento di uno Slinky mentre la tua mano si alterna su e giù. L’energia di questo Slinky “attivato” si muove verticalmente lungo la direzione di marcia, spostando le bobine (che, in questo caso, rappresentano particelle d’onda) su e giù.

I tipi di onde trasversali includono:

• Vibrazioni di una corda di chitarra
• gli appassionati di Sport in piedi e seduti in un sincronico onda intorno stadio
• onde Elettromagnetiche, come la luce e le onde radio

d’altra parte, le onde longitudinali spostare l’onda di energia a destra o a sinistra lungo l’onda dell’asse orizzontale. Quindi il nostro Slinky, quando è disteso orizzontalmente e pulsato orizzontalmente come una fisarmonica, pulserà orizzontalmente lungo la sua direzione di marcia sinistra-destra parallela all’asse dell’onda.

Le onde sonore sono onde longitudinali, così come le onde ultrasoniche e le onde P sismiche.

La caratteristica principale di un’onda di superficie è il moto circolare delle sue particelle. Solo le particelle sulla superficie del mezzo si muovono circolarmente; il movimento diminuisce man mano che le particelle si allontanano dalla superficie.

Quali sono esempi di energia sonora?

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L’energia sonora si verifica quando un oggetto vibra. Il rumore, sia all’interno della gamma umana dell’udito o no, è energia sonora. Sonar, musica ultrasonica (superiore a 20 kilohertz), discorso e rumore ambientale sono tutte forme di energia sonora.

Che provengano da un oggetto inanimato o da un essere senziente, i suoni provengono da ogni luogo. Alcuni sono piacevoli al nostro udito, altri no. Considera questi esempi di energia sonora e come ti fanno sentire:

• L’alto, delicato o formicolio profondo, vibrante tonalità di un vento carillon
• Il motore rumble, lo stridore delle gomme, radio a tutto volume, e il cigolio dei freni di traffico
• Neonati piangere, balbettando, urlando e ridendo
• Cani abbaiare, ringhiare, o urlando
• Telefoni squillare, ronzii, o tintinnio
• patter di Pioggia, venti ululanti, e il tuono
• Gatti a fare le fusa, miagola, e graffi
• gli esseri Umani e gli animali di respirazione, russare, starnuti, respiro affannoso
• La frittura, scoppiettante, bollente, tagliare e battere una lunga cucina
• Onde che si infrangono e la revoca
• Motori in esecuzione, su di giri, martellante, e ruggente
• morbido, forte, brassy, morbido, profondo, reedy, rauco, e distinti suoni della musica
• Il basso, costante rumore bianco di aria condizionata

Anche quando è apparentemente tranquilla, c’è sempre il suono.

In che modo l’energia sonora produce elettricità?

Le vibrazioni sonore possono diventare energia elettrica attraverso il principio dell’induzione elettromagnetica. L’induzione elettromagnetica genera corrente elettrica utilizzando un campo magnetico.

Quando un campo magnetico e un conduttore, come una bobina di filo, si muovono in relazione tra loro, si verifica l’induzione elettromagnetica. Finché il conduttore è in un circuito chiuso, la corrente scorre ovunque il conduttore attraversi le linee della forza magnetica.

Che cos’è la piezoelettricità e come si relaziona con l’energia sonora?

La piezoelettricità utilizza cristalli unici per convertire l’energia meccanica — in questo caso, l’energia delle onde sonore — in energia elettrica.

Sotto compressione, i cristalli fungono da conduttori. Quando i cristalli vengono compressi, la loro struttura cambia e il cristallo acquisisce una carica netta. Quella carica può essere convertita in una corrente elettrica.

Altri materiali, come osso, ceramica speciale e smalto, sono anche conduttori piezoelettrici. Questi materiali hanno in comune la capacità di produrre una carica elettrica interna dovuta a sollecitazioni meccaniche applicate.

Utilizzando onde sonore ad altissima frequenza-frequenze 100 milioni di volte superiori a quelle che le persone possono sentire-i materiali piezoelettrici diventano segnali elettrici che emettono onde luminose nella gamma di frequenza terahertz.

La piezoelettricità unisce gli stati elettrici e meccanici del materiale piezoelettrico. Sotto compressione, il materiale utilizzato ha un flusso di corrente che cambia la sua polarizzazione per diventare una carica elettrica, nota come momento di dipolo netto.

Qual è il futuro dell’energia elettrica generata dall’energia sonora?

Come sappiamo, i suoni riempiono costantemente il nostro ambiente acustico. Come tutta l’energia, l’energia sonora ha il potenziale per generare elettricità. Proprio come il sole fornisce energia solare illimitata e la brezza fornisce energia eolica, l’energia sonora è rinnovabile perché gli esseri senzienti e gli oggetti insenzienti producono costantemente suoni.

Mentre le onde sonore e i principi di produzione di energia sono stati a lungo compresi, la tecnologia per convertire l’energia sonora in elettricità è agli inizi.

Tuttavia, mentre scienziati e tecnici studiano e migliorano le tecnologie coinvolte nell’elettricità generata dal suono, l’energia sonora può produrre elettricità di massa un giorno.

Se questo suona come un sogno irrealizzabile, ricordate energia solare ed eolica erano una volta al di là della nostra portata troppo.

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