เรื่อง พลังงานเสียง
พลังงานเสียงเป็นพลังงานรูปหนึ่งที่เกิดจากการสั่นสะเทือน เราสามารถได้ยินได้ คือเป็นพลังงานรูปหนึ่งที่สำคัญโดยมนุษย์ เพราะเราใช้เสียงในการสื่อสาร หรือแม้แต่สัตว์ หรือพืชบางชนิดจะใช้เสียงในการส่งสัญญาณเิช่น พลังงานเสียงที่ได้จากพูดคุยกัน พลังงานเสียงที่ได้จากเครื่องดนตรี เป้นต้น
ธรรมชาติของเสียง
1. กำเนิดเสียง
เสียงเกิดจากการสั่นของวัตถุที่เป็นต้นกำเนิดเสียง เช่นการดีดสายกีตาร์ พลังงานในการดีดซึ่งเป็นพลังงานกล จะถูกถ่ายโอนให้กับสายกีตาร์ ทำให้สายกีตาร์สั่น พลังงานในการสั่นของสายกีตาร์จะเปลี่ยนเป็นพลังงานเสียงแผ่กระจายออกไปโดยรอบ
การแผ่กระจายพลังงานเสียงออกไป ถูกส่งออกไปในลักษณะของคลื่นกล ซึ่งต้องอาศัยตัวกลางในการส่งผ่านพลังงาน ตัวกลางที่คลื่นเสียงผ่านได้มีทั้ง ของแข็ง ของเหลว และก๊าซ โดยตัวกลางที่เป็นของแข็งคลื่นเสียงผ่านได้ดีกว่าในของเหลว และ ก๊าซตามลำดับ
ความถี่ของเสียงจะเท่ากับความถี่การสั่นของอนุภาคตัวกลาง(แบบซิมเปิลฮาร์มอนิก) และเท่ากับความถี่การสั่นของแหล่งกำเนิดเสียง โดยความถี่ของเสียงที่แตกต่างกันจะทำให้ได้ยินเป็นเสียงแหลมและเสียงทุ้มต่างกัน ดังนั้นเสียงดนตรีที่ไพเราะจึงเกิดจากการส่งเสียงออกไปด้วยความถี่เสียงที่แตกต่างกันอย่างมีลำดับที่สวยงามและสอดคล้องกันจากจินตนาการของนักประพันธ์เพลง
กิจกรรม : ให้หาคำตอบแบบฝึกหัดต่อไปนี้ แล้วโพสต์ลงในกล่องความคิดเห็นเพื่อแลกเปลี่ยนเรียนรู้กัน
1. ในวันที่ลมสงบอากาศอุณหภูมิ 15 องศาเซลเซียส นักเรียนคนหนึ่งทดลองตะโกนเข้าใส่หน้าผาสูง โดยเขาห่างหน้าผา 350 เมตร ปรากฏว่าได้ยินเสียงสะท้อนกลับมาจากหน้าผาหลังจากตะโกนเป็นเวลา 2 วินาที ระยะห่างจากหน้าผาที่ได้จากการคำนวณ ต่างจากระยะที่เขายืนห่างจากหน้าผาจริงเป็นระยะกี่เมตร
2. การทดลองเสียงเดินทางในน้ำทะเลกับในอากาศ โดยติดตั้งตัวรับสัญญาณเสียงไว้ 2 ตัว โดยไว้ในอากาศ และใต้ทะเลอย่างละตัว ซึ่งทั้งสองห่างจากแหล่งกำเนิดเสียงเป็นระยะทาง 13.5 กิโลเมตรเท่ากันหลังจากที่ส่งเสียงออกไปจากแหล่งกำเนิด พบว่าเครื่องรับสัญญาณเสียง 2 ตัว ได้รับสัญญาณเสียงในเวลาที่ต่างกัน 30.3 วินาที ถ้ากำหนดอัตราเร็วเสียงในอากาศเท่ากับ 340 เมตรต่อวินาที อยากทราบว่าอัตราเร็วเสียงในน้ำทะเลเป็นเท่าไร
3. อัตราเร็วเสียงในอากาศอุณหภูมิ 0 องศาเซลเซียส เท่ากับ 331 เมตรต่อวินาที ขณะที่อากาศมีอุณภูมิ 67 องศาเซลเซียส อยากทราบว่าเสียงจะเดินทางผ่านอากาศได้กี่เมตรในเวลา 10 วินาที
การแผ่กระจายพลังงานเสียงออกไป ถูกส่งออกไปในลักษณะของคลื่นกล ซึ่งต้องอาศัยตัวกลางในการส่งผ่านพลังงาน ตัวกลางที่คลื่นเสียงผ่านได้มีทั้ง ของแข็ง ของเหลว และก๊าซ โดยตัวกลางที่เป็นของแข็งคลื่นเสียงผ่านได้ดีกว่าในของเหลว และ ก๊าซตามลำดับ
ความถี่ของเสียงจะเท่ากับความถี่การสั่นของอนุภาคตัวกลาง(แบบซิมเปิลฮาร์มอนิก) และเท่ากับความถี่การสั่นของแหล่งกำเนิดเสียง โดยความถี่ของเสียงที่แตกต่างกันจะทำให้ได้ยินเป็นเสียงแหลมและเสียงทุ้มต่างกัน ดังนั้นเสียงดนตรีที่ไพเราะจึงเกิดจากการส่งเสียงออกไปด้วยความถี่เสียงที่แตกต่างกันอย่างมีลำดับที่สวยงามและสอดคล้องกันจากจินตนาการของนักประพันธ์เพลง
วีดีโอแสดงการกำเนิดเสียงจากการสั่นของสายกีตาร์
เสียงเป็นคลื่นตามยาว แบบเดียวกับคลื่นในสปริง เมื่อเสียงออกจากแหล่งกำเนิดถ่ายทอดพลังงานออกไปทำให้อนุภาคตัวกลางสั่นไปและกลับในแนวขนานกับทิศการเคลื่อนที่ของคลื่นเสียง
วีดีโอแสดงการสั่นอนุภาคตัวกลางของคลื่นตามยาว
2. อัตราเร็วเสียง(Sound Speed)
- อัตราเร็วเสียงในของแข็ง ค่าอัตราเร็วเสียงขึ้นอยู่กับค่ามอดูลัสของยังก์ และความหนาแน่นของตัวกลาง ตามสมการ
- อัตราเร็วเสียงในของเหลว ค่าอัตราเร็วขึ้นอยู่กับค่ามอดูลัสตามปริมาตร และค่าความหนาแน่นของตัวกลาง ตามสมการ
- อัตราเร็วเสียงในก๊าซ ค่าอัตราเร็วขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของก๊าซ โดยเมื่ออุณหภูมิสูง อัตราเร็วเสียงจะมาก
3. สมการคำนวณการเดินทางของเสียง
ในตัวกลางเดิม เช่นในอากาศอุณหภูมิคงที่ คลื่นเสียงจะเดินทางด้วยอัตราเร็วคงตัว ดังนั้นเมื่อคำนวณการเดินทางของเสียงจึงใช้สมการ
1. ในวันที่ลมสงบอากาศอุณหภูมิ 15 องศาเซลเซียส นักเรียนคนหนึ่งทดลองตะโกนเข้าใส่หน้าผาสูง โดยเขาห่างหน้าผา 350 เมตร ปรากฏว่าได้ยินเสียงสะท้อนกลับมาจากหน้าผาหลังจากตะโกนเป็นเวลา 2 วินาที ระยะห่างจากหน้าผาที่ได้จากการคำนวณ ต่างจากระยะที่เขายืนห่างจากหน้าผาจริงเป็นระยะกี่เมตร
2. การทดลองเสียงเดินทางในน้ำทะเลกับในอากาศ โดยติดตั้งตัวรับสัญญาณเสียงไว้ 2 ตัว โดยไว้ในอากาศ และใต้ทะเลอย่างละตัว ซึ่งทั้งสองห่างจากแหล่งกำเนิดเสียงเป็นระยะทาง 13.5 กิโลเมตรเท่ากันหลังจากที่ส่งเสียงออกไปจากแหล่งกำเนิด พบว่าเครื่องรับสัญญาณเสียง 2 ตัว ได้รับสัญญาณเสียงในเวลาที่ต่างกัน 30.3 วินาที ถ้ากำหนดอัตราเร็วเสียงในอากาศเท่ากับ 340 เมตรต่อวินาที อยากทราบว่าอัตราเร็วเสียงในน้ำทะเลเป็นเท่าไร
3. อัตราเร็วเสียงในอากาศอุณหภูมิ 0 องศาเซลเซียส เท่ากับ 331 เมตรต่อวินาที ขณะที่อากาศมีอุณภูมิ 67 องศาเซลเซียส อยากทราบว่าเสียงจะเดินทางผ่านอากาศได้กี่เมตรในเวลา 10 วินาที
ตัวอย่าง
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น