Garso banga yra slėgio bangos rūšis, kurią sukelia objekto vibracija laidžioje terpėje, pavyzdžiui, ore. Kai objektas vibruoja, jis siunčia bangų seriją, kurios gali būti interpretuojamos kaip garsas. Pavyzdžiui, kai kas nors trenkia į būgną, vibruoja būgno membrana, o vibracija perduodama oru, kur gali pasiekti klausytojo ausį. Vibracijos sklinda skirtingu greičiu per skirtingas terpes, bet negali sklisti per vakuumą. Garso bangos naudojamos ne tik komunikacijai, bet ir neprieinamų objektų ir struktūrų vaizdams pateikti, vandenynų tyrinėjimams, geologijoje ir seismologijoje.
Bangų rūšys
Garsas sklinda per dujas, skysčius ir kietąsias medžiagas kaip išilginės bangos. Tai reiškia, kad terpės suspaudimas yra ta pačia kryptimi, kuria sklinda garsas. Kietose medžiagose ir skysčių paviršiuose vibracija taip pat gali sklisti skersinėmis bangomis. Šiuose suspaudimas yra stačiu kampu judėjimo krypčiai.
Garso greitis
Garso sklidimo greitis priklauso nuo terpės, kuria jis sklinda, tankio. Jis greičiau keliauja per tankesnes terpes, todėl greičiau kietose medžiagose nei skysčiuose, o skysčiuose – greičiau nei dujose. Įprastomis žemiškomis sąlygomis garso greitis visada yra nepaprastai mažesnis nei šviesos, tačiau itin tankioje neutroninės žvaigždės medžiagoje jis gali būti gana artimas šviesos greičiui. Greičių oru skirtumą rodo tolimas tarp žaibo blyksnio ir griaustinio tolimam stebėtojui: šviesa ateina beveik akimirksniu, tačiau garsas užtrunka pastebimai.
Garso greitis ore kinta priklausomai nuo slėgio ir temperatūros, o esant didesniam slėgiui ir temperatūrai, greitis yra didesnis. Pavyzdžiui, esant 68 °F (20 °C) ir standartiniam jūros lygio slėgiui, jis yra 1,126 pėdos per sekundę (343.3 metro per sekundę). Vandenyje greitis vėlgi priklauso nuo temperatūros; esant 68 °F (20 °C) temperatūrai yra 4,859 1,481 pėdos/sek (13,700 4,176 m/s). Greitis kietose medžiagose yra labai įvairus, tačiau kai kurios tipinės vertės yra 20,000 6,100 pėdų/sek (39,400 12,000 m/s) plytoje, XNUMX XNUMX pėdų/sek (XNUMX XNUMX m/s) plieninėje ir XNUMX XNUMX pėdų/sek (XNUMX XNUMX m/s) deimante.
Bangos ilgis, dažnis ir amplitudė
Garsą galima apibūdinti pagal bangos ilgį, dažnį ir amplitudę. Bangos ilgis apibrėžiamas kaip atstumas, kurio reikia, kad būtų užbaigtas visas ciklas. Visas ciklas juda nuo smailės iki viršūnės arba nuo dugno iki dugno.
Dažnis yra terminas, naudojamas apibūdinti užbaigtų ciklų skaičių per nustatytą laikotarpį, todėl trumpesni bangos ilgiai turi aukštesnius dažnius. Jis matuojamas hercais (Hz), kai vienas hercas yra vienas ciklas per sekundę, ir kilohercas (kHz), kai vienas kHz yra 1,000 Hz. Žmonės gali girdėti garsus, kurių dažnis svyruoja nuo 20 Hz iki maždaug 20 kHz, tačiau vibracijos gali turėti daug žemesnio ar aukštesnio dažnio. Daugelio gyvūnų klausa yra už žmogaus ribų. Virpesiai, esantys žemiau žmogaus klausos diapazono, vadinami infragarsu, o tie, kurie viršija šį diapazoną, vadinami ultragarsu.
Garso aukštis priklauso nuo dažnio, o aukštesni tonai turi aukštesnius dažnius. Amplitudė yra bangų aukštis ir apibūdina nešamos energijos kiekį. Didelės amplitudės turi didesnį garsumą.
Bangos reiškiniai
Garso bangos yra pavaldios daugeliui reiškinių, susijusių su šviesos bangomis. Pavyzdžiui, jie gali atsispindėti nuo paviršių, gali pasigirti difrakcija aplink kliūtis ir gali patirti lūžimą, kai praeina tarp dviejų skirtingų terpių, tokių kaip oras ir vanduo, panašiai kaip šviesa. Kitas bendras reiškinys yra trukdžiai. Kai susitinka dviejų skirtingų šaltinių garso bangos, jos gali sustiprinti viena kitą ten, kur sutampa viršūnės ir duburiai, ir panaikinti viena kitą ten, kur smailės susitinka dugne, sukurdamos trukdžių modelį su garsiomis ir tyliomis sritimis. Jei vibracijos yra skirtingų dažnių, tai gali sukurti impulsinį efektą arba „mušimą“ kombinuotame garse.
Programos
Garso bangos turi daug pritaikymų moksle ir medicinoje. Ultragarsinis vaizdas gali būti naudojamas medicininėms problemoms tirti ir svarbiems patikrinimams atlikti. Vienas gerai žinomas pritaikymas yra ultragarsinis skenavimas, naudojamas negimusio vaiko vaizdui gauti, siekiant patikrinti jo sveikatą, kai rentgeno nuotrauka būtų nesaugu. Garso impulsai, žinomi kaip sonaras, gali būti naudojami vandenyno dugno žemėlapiams nustatyti, tiksliai išmatuojant laiką, per kurį gaunamas aidas.
Seismologijoje vidinę Žemės sandarą galima tirti stebint garso bangų sklidimą. Kadangi skersinės bangos negali sklisti per skysčius, šis metodas gali būti naudojamas išlydytų uolienų plotams po paviršiumi nustatyti. Paprastai garsas sukuriamas sprogimo metu, o vibracijos paimamos įvairiuose tolimuose taškuose, keliaujant per Žemę. Nagrinėjant skersinių bangų, šiame kontekste vadinamų „s-bangomis“ ir išilginių bangų, vadinamų „p-bangomis“, modelį, galima sudaryti tikslų trimatį žemėlapį, rodantį kietų ir išlydytų uolienų pasiskirstymą. .