Schallenergie: Eigenschaften, Arten, Verwendungen, Vorteile, Beispiele

Die Schall- oder Schallenergie ist diejenige, die von den Schallwellen transportiert wird, wenn sie sich in einem Medium ausbreiten, das ein Gas wie Luft, eine Flüssigkeit oder ein Feststoff sein kann. Menschen und viele Tiere nutzen akustische Energie, um mit der Umwelt zu interagieren.

Dafür haben sie spezialisierte Organe, zum Beispiel die Stimmbänder, die Vibrationen erzeugen können. Diese Schwingungen werden in der Luft transportiert, um andere spezialisierte Stellen zu erreichen, die für ihre Interpretation verantwortlich sind.

Das negative Vorzeichen zeigt einen Anstieg der potentiellen Energie an, da die Wellenausbreitung dank eines positiven Schalldrucks auf das Volumenelement dV wirkt, wenn es komprimiert ist.

Die Masse des Fluidelements in Bezug auf die Anfangsdichte ρ _o und das Anfangsvolumen V _o beträgt:

m _o = ρ _o V _o

Und wie der Teig konserviert wird (Prinzip der Konservierung des Teigs):

ρV = ρoVo = konstant

Daher bleibt die Gesamtenergie wie folgt:

Berechnung der potentiellen Energie

Das Integral kann mit Hilfe des Massenerhaltungsprinzips gelöst werden

m _o = m _f

Die Ableitung einer Konstanten ist 0, also (ρ V) ' = 0. Deshalb:

dV = (-V / ρ) dρ

Isaac Newton stellte fest, dass:

(dp / dρ) = c2

Dabei steht c für die Schallgeschwindigkeit in der betreffenden Flüssigkeit. Durch Ersetzen des Obigen im Integral wird die potentielle Energie des Mediums erhalten:

Wenn A _p und A _v die Amplituden der Druck- bzw. Geschwindigkeitswelle sind, ist die durchschnittliche Energie ε der Schallwelle:

Der Klang kann durch eine als Intensität bezeichnete Größe charakterisiert werden.

Die Intensität des Schalls ist definiert als die Energie, die in einer Sekunde durch die Oberflächeneinheit fließt, die senkrecht zur Richtung der Schallausbreitung ist.

Da die Energie pro Zeiteinheit die Leistung P ist, kann die Intensität des Schalls I ausgedrückt werden als:

Jede Art von Schallwelle hat eine charakteristische Frequenz und trägt eine bestimmte Energie. All dies bestimmt sein akustisches Verhalten. Da Schall für das menschliche Leben so wichtig ist, werden die Arten von Schall in drei große Gruppen eingeteilt, je nach dem Frequenzbereich, der für den Menschen hörbar ist:

- Infraschall, dessen Frequenz weniger als 20 Hz beträgt.

- Hörbares Spektrum mit Frequenzen von 20 Hz bis 20.000 Hz.

- Ultraschall mit Frequenzen über 20.000 Hz.

Der Ton eines Tons, dh ob er hoch, niedrig oder mittel ist, hängt von der Frequenz ab. Die niedrigsten Frequenzen werden als niedrige Töne interpretiert, ungefähr zwischen 20 und 400 Hz.

Die Frequenzen zwischen 400 und 1600 Hz gelten als mittlere Töne, während die hohen Frequenzen zwischen 1600 und 20.000 Hz liegen. Die hohen Töne sind leicht und durchdringend, während die tiefen Töne als tiefer und rumpelnd wahrgenommen werden.

Die Geräusche, die täglich zu hören sind, sind komplexe Überlagerungen von Geräuschen mit verschiedenen Frequenzen in der Nähe.

Der Klang hat neben der Frequenz noch andere Eigenschaften, die als Kriterien für seine Klassifizierung dienen können. Beispiele dafür sind die Klangfarbe, die Dauer und die Intensität.

Eine gute Frage ist, woher die Schallenergie in diesem Fall kommt, deren Intensität das menschliche Ohr erfasst.

Die Antwort liegt in der potentiellen Energie der Gravitation. Nur weil der Stift aus einer bestimmten Höhe fällt, in die er potentielle Energie hatte, wandelt er diese Energie beim Fallen in kinetische Energie um.

Und sobald es auf dem Boden aufschlägt, wird die Energie auf die Luftmoleküle übertragen, die den Ort des Sturzes umgeben, wodurch der Schall entsteht.

Die potentielle Gravitationsenergie U ist:

U = mgh

Dabei ist m die Masse des Stifts, g die Erdbeschleunigung und h die Höhe, aus der er gefallen ist. Durch Einsetzen dieser Zahlenwerte, jedoch nicht vor Durchführung der entsprechenden Umrechnungen im Internationalen Einheitensystem, haben wir:

U = 0, 1 · 10 & supmin; ³ · 9, 8 · 1 J = 0, 00098 J

Die Aussage besagt, dass von dieser Energie nur 0, 05% umgewandelt werden, um den Schallimpuls zu erzeugen, dh das Klirren des Stifts, wenn er auf den Boden trifft. Daher ist die Schallenergie:

E- _Ton = 4, 9 x 10 & supmin; & sup7; J

Aus der Intensitätsgleichung wird der Radius R gelöscht und die Werte für die Energie des Schalls E und die Dauer des Impulses werden ersetzt: 0, 1 s gemäß der Aussage.