2. Värähtelijä saa aikaan äänen

Laskuesimerkkejä

2013-08-05T09:26:02+03:00

Laskuesimerkki 1

Huhuilet metsään ja kaiku vastaa huutoosi. Kuulet kallionseinästä heijastuneen äänen 1,5 sekunnin kuluttua huudosta. Laske, kuinka kaukana kallionseinä on sinusta.

Ratkaisu: Kootaan tehtävän tiedot.

nopeus = 340 m/s (äänen nopeus ilmassa, poimittu kappaleesta)
aika = 1,5 s
matka = ?

matka = nopeus · aika = 340 m/s · 1,5 s = 510 m
Tämä on äänen kulkema matka, joten kallion etäisyys on puolet siitä.

510m : 2 = 255 m ≈ 260 m.

Vastaus: Etäisyys kallioon on noin 260 metriä.

Vastauksen pyöristys tapahtuu kahden merkitsevän numeron tarkkuuteen ilmoitetun ajan perusteella.

Laskuesimerkki 2

Ultraääntä hyödynnetään esimerkiksi kalastuksessa. Kalastusaluksen lähettämä kaikuluotaussignaali heijastuu takaisin kalaparvesta 0,85 sekunnin kuluttua. Kuinka syvällä kalaparvi on?

Ratkaisu: Kootaan tehtävän tiedot.

aika = 0,85 s
nopeus = 1500 m/s (äänen nopeus vedessä, taulukoista!)
matka = ?

matka = nopeus ∙ aika = 1500 m/s ∙ 0,85 s = 1275 m ≈ 1300 m

Vastaus: Kalaparvi on noin 1300 metrin syvyydessä.

Johdanto

2013-07-24T11:07:38+03:00

Seuraat televisiosta klassisen musiikin konserttilähetystä. Soittimien eri äänet muodostavat miellyttävän kokonaisuuden.

Katso video (Youtube)

Tiivistelmä - Värähtelijä ja ääni

2013-07-31T13:19:00+03:00

Äänen synnyttämiseen tarvitaan värähtelijä, väliaine, jota pitkin ääni etenee ja havaitsemiseen vastaanotin. Värähtelijä saadaan energian avulla värähtelemään. Kaksi samanlaista värähtelijää saa toisensa värähtelemään. Tätä ilmiötä kutsutaan resonanssiksi ja esimerkiksi ihmisen kuuloaistimus perustuu resonanssi-ilmiöön. Taajuuden suuruus vaikuttaa äänen korkeuteen. Mitä suurempi taajuus, sitä korkeampi ääni on kyseessä. Äänen voimakkuutta mitataan desibeleissä. Häiritsevää ääntä sanotaan meluksi.

Värähtelijä saa aikaan äänen

2013-08-22T14:28:17+03:00

Soittimissa ääni tuotetaan erilaisten värähtelijöiden avulla. Äänen synnyttämiseen tarvitaan värähtelijä. Kitarassa värisee värisee, trumpetissa ilma ja rummussa kalvo. Taajuuden suuruus vaikuttaa syntyneen äänen korkeuteen. Matalia ääniä synnyttää värähtelijä, jonka taajuus on pieni. Korkeita ääniä synnyttää suuritaajuuksinen värähtelijä. Ihmisen kuuloalue on 20 - 20 000 Hz. Ääntä sanotaan ultraääneksi, kun sen taajuus on yli 20 000 Hz. Alle 20 Hz olevia ääniä sanotaan infraääniksi.

Soitin, joka värähtelee suurella taajuudella, tuottaa korkeaa ääntä. Soitin, joka värähtelee pienellä taajuudella, tuottaa matalaa ääntä. Molemmat äänet voivat voimakkaita tai heikkoja.

Ultraääntä käytetään muun muassa sikiötutkimuksessa, koska ääni ei vahingoita sikiötä.

Ultraääntä käytetään raskaana olevien naisten sikiötutkimuksissa, koska ääni ei vahingoita sikiötä. Ultraääntä hyödynnetään myös tutkalaitteissa kuten kaikuluotaimessa. Kaikuluotainta käytetään esimerkiksi kalastuksessa, jonka avulla paikallistetaan kalaparvia sekä auton peruutustutkassa, joka lähettää ultraääntä ja siten auton kuljettaja saa tiedon lähestyvästä seinästä.

Laivan lähettämä kaikuluotaussignaali heijastuu takaisin meren pohjasta. Signaalin lähettämisen ja vastaanottamisen aikaeron ja signaalin etenemisnopeuden perusteella saadaan selville meren syvyys.

Äänenvoimakkuutta mitataan desibeleissä, 1 dB. Ihmisen kuulokynnys on 0 dB ja kipukynnys 120-130 dB.

Taulukossa on koottu melutasoja eri tilanteista.

Ihmisen puhuessa ilma alkaa värähtelemään. Ääni etenee ilmassa pitkittäisenä aaltoliikkeenä. Ääni tarvitsee väliaineen edetäkseen. Äänen nopeus ilmassa on noin 340 m/s. Mitä tiheämpää ainetta väliaine on, sitä suurempi on äänen nopeus. Vedessä äänen nopeus on noin 1500 m/s ja raudassa noin 5000 m/s. Kun ääni saapuu korvaan, alkaa korvan tärykalvo resonoimaan samalla taajuudella.

Resonanssi-ilmiössä kaksi samantaajuista värähtelijää saavat toisensa värähtelemään. Esimerkiksi kuuloaisti perustuu resonanssiin. Resonanssin synnyttämä signaali etenee äänihermoa pitkin aivoihin, jossa tapahtuu kuuloaistimus. Äänen synnyttämiseen tarvitaan värähtelijä, väliaine, jota pitkin ääni etenee ja havaitsemiseen vastaanotin. Lisäksi tarvitaan energiaa, jotta värähtelijä alkaisi värähtelemään.

Häiritsevää ääntä sanotaan meluksi. Kaikuva luokkahuone on huono opetustila. Kaikumista vähennetään asentamalla akustiikkalevyä kattoihin. Myös verhot ja muut pehmeät materiaalit huonetilassa vähentävät kaikua.

Esimerkki äänen nopeudesta

2013-07-29T12:30:45+03:00

Salaman iskun etäisyyttä voidaan arvioida äänen ja valon nopeuksien eron perusteella. Kun salama iskee, se havaitaan heti, koska valon nopeus on noin 300 000 km/s. Salaman iskusta aiheutunut ääni etenee ilmassa äänen nopeudella, joten se havaitaan myöhemmin. Näiden tapahtumien aikaeron avulla voidaan tehdä arvio iskupaikan etäisyydestä: jokaista kolmea sekuntia kohden salaman lyöntietäisyys on kilometrin verran.

Avainsanat

2013-07-24T11:17:05+03:00

väliaine: On jokin aine, jota pitkin ääni tai valo etenee, esimerkiksi ilma, vesi, rauta

vastaanotin: Äänen havaitsemiseen tarvitaan vastaanotin. Se voi olla esimerkiksi ihmisen korva tai mikrofoni.

energia: Energia on kyky tehdä työtä. Sen yksikkö on joule, 1 J.

resonanssi: Ilmiö, jossa kaksi samanlaista värähtelijää vuorovaikuttavat toistensa kanssa eli toinen värähtelijä saa toisen värähtelijän värähtelemään.

äänen voimakkuus: yksikkö desibeli, 1dB. Ääni voi olla heikkoa tai voimakasta. Heikon äänen tuottamiseen on käytetty vähän energiaa. Heikon äänen desibelilukema on pienempi kuin voimakkaan äänen.

melu: Häiritsevää ääntä sanotaan meluksi. Äänen kokeminen meluksi on subjektiivinen kokemus eli ääni, joka on toiselle ihmiselle melua voi olla toiselle ihmiselle musiikkia.

ultraääni: Ääni, jonka taajuus on yli 20 000 Hz, on nimeltään ultraääntä.

infraääni: Ääni, jonka taajuus on yli 20 Hz, on nimeltään infraääntä.

kaikuluotaus: On menetelmä, joka hyödyntää ultraäänen etenemistä ja heijastumista esineiden ja asioiden paikallistamiseen, useimmiten veden alla.

Navigointi

2013-07-29T12:38:30+03:00

1. Aaltoliike on säännöllistä liikettä
2. Värähtelijä saa aikaan äänen
3. Valo etenee suoraviivaisesti
4. Peilit heijastavat valoa
5. Valon taittuminen
6. Linssit taittavat valoa

7. Universumin mittasuhteita
8. Aurinkokunta
9. Maa ja Kuu
10. Valoilmiöt
11. Radioaktiivisuus ja säteily