Czy możemy użyć energii dźwięku, aby przekształcić hałas w energię? Brzmi szalenie, ale cały czas odkrywamy różne rodzaje energii — zwłaszcza jeśli chodzi o odnawialne źródła energii — a energia dźwiękowa jest po prostu innym rodzajem.

na całym świecie trudno znaleźć miejsce, w którym hałas nie jest częścią krajobrazu. Od ryku ruchu do dźwięku instrumentów muzycznych, ludzie robią dużo hałasu. Istnieje wiele różnych rodzajów dźwięku, od słyszalnego do niesłyszalnego.

źródła dźwięku mogą być przyjemne lub nieprzyjemne dla ludzkiego ucha, w zależności od głośności, różnych wysokości dźwięku, rodzaju dźwięku, źródła dźwięku i natężenia dźwięku. Niezależnie od tego, energia dźwięku podróżuje i w zależności od źródła dźwięku i intensywności, dźwięk może być czasami uważany za zanieczyszczenie.

czym właściwie jest energia dźwięku? Energia dźwięku zamienia dźwięk w elektryczność. Mimo że nauka o przekształcaniu energii dźwiękowej w energię elektryczną wciąż się rozwija, została już wykonana. Na przykład Mikrofony i głośniki są przykładami przekształcania dźwięku w energię elektryczną.

w rzeczywistości grupa młodych licealistów wymyśliła, jak wyprodukować wystarczającą ilość energii elektrycznej za pomocą energii dźwiękowej, aby włączyć żarówkę. Trzeba przyznać, że to długa droga od wytworzenia wystarczającej ilości energii elektrycznej do zasilania domu lub całego miasta. Ale to początek, a nauka za nim się rozwija. Dowiedzmy się więcej o intrygującym świecie dźwięku, w tym przykłady energii dźwięku.

Jak Słyszymy Fale Dźwiękowe?

mechanika słyszenia demonstruje część mechaniki energii dźwięku.

kiedy słyszymy dźwięk, doświadczamy fal dźwiękowych lejących się do kanału słuchowego i poruszających błonę bębenkową, podobnie jak głowa bębna wibruje po uderzeniu. Różne dźwięki wytwarzają różne wibracje, które wpływają na ruch błony bębenkowej.

wibracje przemieszczają się z błony bębenkowej przez kosteczki do ślimaka (narządu wypełnionego płynem), powodując fale powierzchniowe uderzające w komórki włosowe. W zależności od lokalizacji komórek włosowych w ślimaku mózg „słyszy” dźwięki o wysokim lub niskim tonie za pośrednictwem nerwu słuchowego. Następnie przekłada początkowe wibracje cząsteczek powietrza w fali dźwiękowej na dźwięki, które rozumiemy.

w fizyce nauka o dźwięku jest znana jako akustyka i obejmuje wszystkie konstrukcje dźwięku.

Jaka jest definicja energii dźwięku?

mówiąc prościej, energia dźwięku pochodzi z drgań poruszających się przez coś. Ciała stałe, ciecze i gazy przekazują dźwięk jako fale energetyczne.

Energia dźwięku jest wynikiem, gdy siła, dźwięk lub ciśnienie, sprawia, że obiekt lub substancja wibruje. Ta energia porusza się przez substancję falami. Te fale dźwiękowe nazywane są kinetyczną energią mechaniczną.

Dlaczego Fale Dźwiękowe Nazywane Są Falami Mechanicznymi?

fale dźwiękowe są czasami nazywane falami mechanicznymi, ponieważ fale dźwiękowe wymagają fizycznego medium do propagacji. Ciecze, gazy lub materiały stałe przenoszą zmiany ciśnienia, tworząc energię mechaniczną w falach.

jak wszystkie fale, fale dźwiękowe mają szczyty i doliny. Szczyty nazywane są uciskami, podczas gdy rozrzedzenie jest terminem używanym do upadków.

oscylacje między sprężaniem a rozrzedzeniem przemieszczają się przez media gazowe, ciekłe lub stałe w celu wytworzenia energii. Liczba cykli kompresji/rozrzedzenia w danym okresie określa częstotliwość fali dźwiękowej.

naukowcy mierzą natężenie i ciśnienie energii dźwięku w Pascalach i decybelach. Fale dźwiękowe są czasami nazywane falami ciśnienia, ponieważ ciśnienie fali dźwiękowej porusza cząstki, przez które przechodzi.

Jak Mierzy Się Fale Dźwiękowe?

źródło

długość fali, okres, amplituda i częstotliwość są czterema podstawowymi częściami fali dźwiękowej, niezależnie od rodzaju fali i medium, przez które przechodzi dźwięk.

• długość fali: wyobraź sobie falę poruszającą się wzdłuż osi poziomej; w takim przypadku długość fali jest mierzona jako odległość pozioma między dwoma kolejnymi i równoważnymi punktami na fali. Tak więc, w podstawowych kategoriach, pojedyncza długość fali jest jednym cyklem między dwoma równymi punktami.
• okres: okres długości fali to czas, w którym pojedyncza długość fali przechodzi przez określony punkt. Ogólnie rzecz biorąc, bardziej wydłużony okres oznacza niższy skok.
• Amplituda: mierzymy amplitudę dźwięku (siłę lub poziom ciśnienia akustycznego) przez wysokość fali dźwiękowej. Jest to związane ze względną głośnością dźwięku. Gdy amplituda fali jest znacząca – jak od głośnego dźwięku-fala jest wysoka. Jest również odwrotnie; bardziej miękkie dźwięki wytwarzają fale o mniejszej amplitudzie. Niższy poziom głośności oznacza niższy poziom decybeli (dB); decybel mierzy natężenie dźwięku. Zero decybeli odpowiada najcichszym dźwiękom, jakie słyszy ludzkie ucho. Decybele zwiększają się o sześć. Normalny głos wynosi 60 dB.
• Częstotliwość: Hertz (Hz) mierzy częstotliwość fali dźwiękowej. Hertz mierzy cykle fali dźwiękowej na sekundę, które mijają zadany punkt na osi poziomej. (Pamiętaj, że każdy proces ma jedną kompresję i jedną rozrzedzenie.) Fale dźwiękowe częstotliwości są mierzone w hercach. Dlatego Hertz (Hz) wskazuje liczbę cykli na sekundę, które mijają daną lokalizację. Na przykład, jeśli podczas mówienia membrana wibruje przy 900 Hz, membrana generuje 900 ucisków (zwiększone ciśnienie) i 900 rozrzedzeń (zmniejszone ciśnienie). Pitch jest funkcją, w jaki sposób mózg interpretuje częstotliwość dźwięku. Wyższy skok jest wynikiem wyższej częstotliwości; niższa częstotliwość przekłada się na niższy skok.

czy energia dźwięku jest potencjalna czy kinetyczna?

kiedy energia może działać, ale nie działa aktywnie, nazywa się to energią potencjalną.

w fizyce pracę mierzy się przenoszoną energią. Kiedy coś jest przemieszczane na odległość przez siłę zewnętrzną, to jest praca.

zwinięta sprężyna Slinky jest przykładem energii potencjalnej. Dopóki wiosna nie zostanie uwolniona, nie działa. Praca zachodzi, gdy sprężyna porusza się (jest uwalniana), stając się energią kinetyczną. Energia kinetyczna jest energią ruchu.

energia dźwięku może być zarówno energią kinetyczną, jak i potencjalną.

przykładem może być instrument muzyczny. Kiedy instrument jest grany, generuje fale dźwiękowe, wytwarzając energię kinetyczną. Ale kiedy ten sam instrument muzyczny jest w spoczynku, istnieje tylko potencjał energii.

czy fale dźwiękowe mają wspólne cechy i zachowania?

oprócz podstawowych składników fali — częstotliwości, amplitudy, długości fali i częstotliwości — naukowcy klasyfikują fale w oparciu o trzy wyróżniające się cechy: ruch Podłużny, poprzeczny i powierzchniowy.

wykorzystanie ruchu cząstek ośrodka względem kierunku jazdy jest standardową metodą rozróżniania rodzaju fali.

aby zrozumieć fale poprzeczne, ponownie porozmawiamy o Slinky. Rozważ ruch Slinky ’ ego, gdy twoja ręka zmienia się w górę iw dół. Energia tej „aktywowanej” Slinky porusza się pionowo wzdłuż kierunku podróży, przesuwając zwoje (które w tym przypadku reprezentują cząstki falowe) w górę i w dół.

rodzaje fal poprzecznych obejmują:

• wibracje w strunie gitary
• fani sportu stojąc i siedząc w fali synchronicznej wokół stadionu sportowego
• fale elektromagnetyczne, takie jak światło i fale radiowe

z drugiej strony, fale podłużne przesuwają energię fali w prawo lub w lewo wzdłuż osi poziomej fali. Więc nasz Slinky, rozciągnięty poziomo i pulsujący poziomo jak akordeon, będzie pulsował poziomo wzdłuż lewego-prawego kierunku podróży równoległego do osi fali.

fale dźwiękowe są falami podłużnymi, podobnie jak fale ultradźwiękowe i sejsmiczne fale P.

główną cechą fali powierzchniowej jest ruch kołowy jej cząstek. Tylko cząstki na powierzchni medium poruszają się kołowo; ruch maleje, gdy cząstki oddalają się od powierzchni.

jakie są przykłady energii dźwięku?

źródło

energia dźwięku występuje, gdy obiekt wibruje. Hałas, czy to w zasięgu ludzkiego słuchu, czy nie, jest energią dźwięku. Sonar, Muzyka ultradźwiękowa (większa niż 20 kiloherców), mowa i hałas otoczenia to wszystkie formy energii dźwiękowej.

czy to z obiektu nieożywionego, czy z czującej istoty, Dźwięki dochodzą zewsząd. Niektóre są przyjemne dla naszego słuchu, inne nie. Rozważ te przykłady energii dźwiękowej i jak się z nimi czujesz:

• wysokie, delikatne mrowienie lub głębokie, żywe dźwięki dzwonka wiatru
• dudnienie silnika, pisk opon, brzęczenie radia i skrzypienie hamulców ruchu
• dzieci płaczące, bełkotające, krzyczące i chichoczące
• psy szczekające, warczące lub wycie
• telefony dzwonienie, brzęczenie lub dzwonienie
• deszcz, wycie wiatrów i grzmot
• koty mruczenie, miauczenie i drapanie
• ludzie i zwierzęta oddychanie, chrapanie, kichanie lub świszczący oddech
• smażenie, trzeszczenie, gotowanie, siekanie i Walenie ruchliwej osoby kuchnia
• fale rozbijające się i wycofujące
• silniki pracują, obracają się, dudnią i ryczą
• miękkie, głośne, bezczelne, gładkie, Głębokie, reedycyjne, hałaśliwe i wyraźne dźwięki muzyki
• niski, stały biały hałas klimatyzacji

nawet gdy jest pozornie cicho, zawsze słychać dźwięk.

W Jaki Sposób Energia Akustyczna Wytwarza Energię Elektryczną?

wibracje dźwiękowe mogą stać się energią elektryczną dzięki zasadzie indukcji elektromagnetycznej. Indukcja elektromagnetyczna generuje prąd elektryczny za pomocą pola magnetycznego.

gdy pole magnetyczne i przewodnik, taki jak cewka druciana, poruszają się względem siebie, następuje indukcja elektromagnetyczna. Tak długo, jak przewód znajduje się w obwodzie zamkniętym, prąd płynie wszędzie tam, gdzie przewód przecina linie siły magnetycznej.

czym jest piezoelektryczność i jak ma się ona do energii dźwięku?

piezoelektryczność wykorzystuje unikalne kryształy do przekształcania energii mechanicznej – w tym przypadku energii fali dźwiękowej-w energię elektryczną.

w Warunkach kompresji kryształy pełnią rolę przewodników. Kiedy kryształy są ściskane, ich struktura zmienia się i kryształ otrzymuje ładunek netto. Ładunek ten można przekształcić w prąd elektryczny.

inne materiały, takie jak kość, specjalna ceramika i emalia, są również przewodnikami piezoelektrycznymi. Materiały te mają wspólną zdolność do wytwarzania wewnętrznego ładunku elektrycznego z powodu zastosowanych naprężeń mechanicznych.

używanie fal dźwiękowych o bardzo wysokiej częstotliwości-częstotliwości 100 milionów razy wyższe niż ludzie słyszą-materiały piezoelektryczne stają się sygnałami elektrycznymi, które emitują fale świetlne w zakresie częstotliwości terahercowych.

piezoelektryczność łączy Stany elektryczne i mechaniczne materiału piezoelektrycznego. Podczas kompresji zastosowany materiał ma przepływ prądu, który zmienia swoją polaryzację, aby stać się ładunkiem elektrycznym, znanym jako moment dipolowy netto.

Jaka jest przyszłość energii elektrycznej wytwarzanej przez energię dźwiękową?

jak wiemy, Dźwięki nieustannie wypełniają nasze środowisko akustyczne. Podobnie jak cała energia, energia dźwiękowa ma potencjał do wytwarzania energii elektrycznej. Tak jak słońce zapewnia nieograniczoną energię słoneczną, a wiatr zapewnia energię wiatru, energia dźwięku jest odnawialna, ponieważ czujące istoty i niewzruszone obiekty stale wytwarzają dźwięk.

podczas gdy fale dźwiękowe i zasady produkcji energii są od dawna zrozumiałe, Technologia przekształcania energii dźwiękowej w energię elektryczną jest w powijakach.

jednak ponieważ naukowcy i technicy badają i ulepszają technologie związane z wytwarzaniem energii elektrycznej wytwarzanej przez dźwięk, energia dźwiękowa może pewnego dnia wytworzyć masową energię elektryczną.

jeśli to brzmi jak marzenie o rurze, pamiętaj, że energia słoneczna i wiatrowa były kiedyś poza naszym zasięgiem.

justenergy.com

Wszystkie obrazy na licencji Adobe Stock.
Polecane zdjęcie: