SUNETULSUNETUL- u- unda elastica care poate fi perceputa de urechea umana

Aer → v = 331 m/s

Apa → v = 1430 m/s

Otel → v = 6000 m/s

v – viteza de propagare a sunetului

Viteza de propagare a sunetului intr-un gaz:

Formula Laplace dtp

v

0

0 1

- exponentul adiabatic

p0 – presiunea atmosferica normala (105 Pa)

- coeficientul de dilatare al unui gaz perfect (=(1/273) K-1)

t – temperatura

0 – densitatea aerului in conditii normale de presiune si temperatura

(0 = 1,293 kg/m3)

d – densitatea gazului in raport cu aerul

MRTv

Viteza de propagare a sunetului intr-un lichid (formula lui Laplace):

1v

- coeficientul de compresibilitate

- densitatea lichidului

Factori care pot influenta viteza de propagare a sunetului:*temperatura, *umiditatea aerului (viteza e mai mare in aerul umed decat decat in cel uscat), *ionizarea aerului duce la cresterea vitezei, *curentii de aer, *intensitatea sunetului.

Substanta ν(m/s) Temperatura (°C) Substanta ν(m/s)

Aer 331,8 0 Aluminiu 5104

Dioxid de Carbon 259 0 Fier 5000

Hidrogen 1261 0 Plumb 1320

Apa curata 1440 15 Cupru 3600

Apa de mare 1503 15 Cauciuc 50

Cand izvorul sonor (presupus punctiform) este in repaus, undele sonore care pornesc din acest punct sunt unde sferice, fronturile de unda fiind suprafete sferice concentrice. In cazule in care sursa Sonora se misca (sa presupunem rectiliniu), centrele suprafetelor sferice se vor gasi pe linia care reprezinta traiectoria sursei.

a) Inaltimea sunetului

Tanar adult: [16, 20 000] Hz

Persoana in varsta: < 12 000 Hz

Infrasunete: < 16 Hz

Ultrasunete: > 20 000 Hz

1, 2 → H1, H2

1

212 lg

kHH

k – constanta, a carei valoare depinde de unitatile de masura alese

, + ∆ ∆ - este cel mai mic interval dintre doua frecvente apropiate care dau senzatii sonore de inaltimi diferite

(∆/) – const., pentru o anumita persoana si o zona de frecvente date si depinde de: *persoana; poate varia intre 1/80 si 1/1000*frecventa* intensitate

Calitatile fiziologice ale sunetului:

* Inaltimea; * Intensitatea sonora; * Timbrul

b) Intensitatea sonora – calitate a unei senzatii sonore de a fi mai mult sau mai putin intens

Proprietatea e legata de energia (W) care strabate, in unitatea de timp (∆t), o suprafata (∆S) asezata perpendicular pe directia de propagare, avand aria egala cu unitatea:

v – viteza de propagare a sunetului

- densitatea mediului de propagare

A – amplitudinea undei sonore - frecventa undei sonore

prag de audibilitate cu un minim la 3000 Hz

prag al senzatiei de durere

cu un maxim la 500 Hz

domeniu de audibilitate

Curba acustica Fletcher si Munson

vAtS

W

2222

Intensitatea sonora Intensitatea sonora (acustica) reprezinta (acustica) reprezinta

puterea acustica puterea acustica receptionata pe unitatea de receptionata pe unitatea de arie, si se masoara in Wmarie, si se masoara in Wm-2-2

Senzatia auditivaSenzatia auditiva depinde de depinde de intensitatea sunetelor intensitatea sunetelor

receptionate. Senzatia acustica receptionate. Senzatia acustica se masoara in dbel si depinde de se masoara in dbel si depinde de

intensitatea sonoraintensitatea sonora

1

212 log

I

IkSS

legea Weber-Fechner

Doua senzatii auditive produse de doua sunete:

Daca I1 = I0 = 10-12 W/m2 S1 = S0 = 0

0

logI

IkS k = 1 <S> = bel

k = 10 <S> = dbel

c) Timbrul – calitate a sunetului care face ca sunete cu aceeasi intensitate si frecventa sa creeze senzatii sonore diferite, daca provin de la surse diferite

Timbrul: numarul, frecventa si intensitatea armonicelor care insotesc sunetul fundamental

Sunet fundamental; armonici

EFECTUL DOPPLER - 1842EFECTUL DOPPLER - 1842Efect Doppler-Fizeau - Efect Doppler-Fizeau - frecventa inregistrata de observator frecventa emisa de sursa, daca sursa

si/sau observatorul se afla in miscare

• Efect Doppler → unde acustice

• Efect Doppler-Fizeau → unde luminoase

Imagine a fronturilor de undă emise de o sursă în mişcare (de la dreapta la stânga) faţă de mediul în care se propagă undele — un observator aflat în faţa sursei va percepe unde cu frecvenţa mai ridicată decât unul aflat în spatele sursei

2

1' uvuv

TT Perioada aparenta

Frecventa aparenta

1) Sursa se deplaseaza (u1 0); observatorul se afla in repaus (u2 = 0):

1

2' uvuv

1' uv

v

vuv 2'

vuv

TT 1'

2) Sursa se afla in repaus (u1 = 0); observatorul se deplaseaza (u2 0):

2' uv

vTT

Distanta sursa – observator creste ‘ < (sunetul perceput este mai grav)

Distanta sursa – observator scade ‘ > (sunetul perceput este mai ascutit)

Distanta sursa – observator este constanta ‘ =

Daca vitezele u1 si u2 nu sunt indreptate dupa dreapta ce uneste sursa cu observatorul:

cos

cos'

2

1

2

1

uv

uvTuv

uvTT

x

x

cos

cos'

1

2

1

2

uv

uvuvuv

x

x

Spectrul radiaţiei emise de un grup de galaxii îndepărtate (BAS11) (în dreapta), comparat cu spectrul Soarelui

În astronomie, efectul Doppler ne dă certitudinea că universul nu este static, deoarece, conform acestui principiu, stelele ce se departează de noi vor avea lumina deplasată spre "partea roşie" a spectrului, în vreme ce acelea care se apropie vor avea lumina deplasată spre "partea albastră" a spectrului. Ceea ce ne dă certitudinea că Universul este în expansiune este faptul că majoritatea observaţiilor ne arată că lumina ce ajunge la noi este deplasată spre roşu.

ULTRASUNETE ULTRASUNETE (US)(US)

Vibratii ale unui mediu elastic, cu frecventa > 20 Vibratii ale unui mediu elastic, cu frecventa > 20 000 Hz000 Hz

[30, 60] kHz 30 semnale/

secundaMetode de producere a US:

• Efectul piezoelectric

• Consta in apariția unor sarcini electrice egale și de semne contrare pe fețele cristalelor supuse la deformări după anumite direcții, de exemplu, in cazul aplicarii unei tensiuni alternative cu o frecvență mai mare de 20000 Hz.

• Sub acțiunea câmpului electric alternativ, cristalul începe să vibreze cu o frecvență egală cu cea a tensiunii aplicate. Vibrațiile lamei sunt transmise în mediul înconjurător sub formă de ultrasunete.

Efectul magnetostrictiv -- consta in faptul ca unele materiale feromagnetice isi modifica dimensiunile la magnetizare. Atunci cand aceste materiale se afla intr-un camp magnetic variabil, ele incep sa oscileze, devenind surse de unde acustice. • Generatorul de ultrasunete magnetostrictiv este alcătuit dintr-un mănunchi de fire de Ni (de exemplu), introdus într-o bobină prin care trece un curent electric alternativ de frecvență mare (mai mare de 20000 Hz).

In ambele cazuri de generare a ultrasunetelor, este necesar ca dimensiunile placutelor oscilante sa fie astfel alese incat frecventa lor proprie sa coincida cu frecventa de excitatie (frecventa campului electric, respectiv a campului magnetic). Deci generatoarele de ultrasunete lucreaza in regim de rezonanta..

Montajul piezoelectric în rezonanță este folosit mereu cânt sunt necesare energii ultrasonore mari. Cuarțul piezoelectric este montat în paralel cu condensatorul circuitului oscilant LC. El vibrează forțat pe frecvența curentului electric alternativ care i se aplică în paralel cu circuitul oscilant.

Proprietati ale US:

Pot fi emise si se propaga sub forma de fascicule, ca si

lumina

Fenomenul de difractie se produce doar pentru obstacole de

dimensiuni foarte mici

Sufera reflexie si refractie la suprafata de separare dintre

doua medii diferite asemenea undelor luminoase

Transporta cantitati mari de energie in comparatie cu undele

sonore de aceeasi amplitudine deoarece intensitatea este

proportionala cu frecventa

Sunt puternic absorbite de aer; se propaga pe distante mari

in lichide si solide

Efecte ale USEfecte ale US

Duc la omogenizarea unor sisteme disperse: solutii Duc la omogenizarea unor sisteme disperse: solutii coloidale si suspensii sau pot distruge aceste structuricoloidale si suspensii sau pot distruge aceste structuri

Pot accelera sau provoca reactii chimicePot accelera sau provoca reactii chimice

Pot favoriza reactii de polimerizarePot favoriza reactii de polimerizare

Produc fenomenul de cavitatie: aparitia unor Produc fenomenul de cavitatie: aparitia unor goluri in fluidele in miscaregoluri in fluidele in miscare

Distrug microorganismeDistrug microorganisme

Produc incalzirea si redistribuirea materiei in Produc incalzirea si redistribuirea materiei in celula viecelula vie

Accelereaza cresterea plantelor si germinarea Accelereaza cresterea plantelor si germinarea semnitelorsemnitelor

Aplicatii ale US • *terapeutica, *conservarea alimentelor, *sterilizarea unor instrumente, produse farmaceutice si alimentare, * industrie

•In farmacie:

• Macinarea si dispersarea unor substante solide, formarea de sisteme disperse sub forma de emulsii si suspensii, amestecarea unor lichide nemiscibile sau, din contra, distrugerea omogenitatii

• Preparare de vaccinuri, seruri

• Filtrare, uscare prin eliminarea apei, extractie si separare

• Cristalizarea se bazeaza pe diferenta de solubilitate a componentelor amestecului

• Sedimentarea particulelor fine prin aglomerarea lor in nodurile unor campuri stationare produse de propagarea US