Ich habe vor kurzem angefangen, mich mit dem Thema "Wellen" zu beschäftigen und habe angefangen, es von Transverse Waves zu lernen. Nachdem ich genügend Intuition aufgebaut hatte, wandte ich mich Longitudinalwellen zu, insbesondere Schallwellen. Als ich dasselbe aus "The Concepts of Physics - by H. C Verma" las, stieß ich auf den folgenden Teil:
Die Tatsache, dass die Verschiebung 0 ist, wo die Druckänderung maximal ist und umgekehrt, stellt die beiden Beschreibungen auf unterschiedliche Füße. Das menschliche Ohr oder ein elektronischer Detektor reagiert direkt auf die Druckänderung und nicht auf die Verschiebung.
Darüber hinaus zitierte der Autor ein Beispiel von 2 einander zugewandten Lautsprechern und einem Detektor in der Mitte. Die Verschiebung des Teilchens am Detektor ist 0, der Druck steigt jedoch gleichzeitig in beide Richtungen. Der Detektor würde die Druckänderung erfassen und Geräusche erfassen, obwohl die Verschiebung der Partikel null ist.
Ich konnte es vage verstehen, konnte mir aber keine feste Vorstellung davon machen. Eine Longitudinalwelle ist nur die Bewegung von Teilchen um ihren Mittelwert (in Richtung der Wellenausbreitung). Ich konnte mir jedoch nicht intuitiv vorstellen, wie eine Welle ohne die Bewegung von Partikeln an diesem Punkt möglicherweise existieren könnte. Wie bei einer stehenden Querwelle könnte ich einen Knoten berühren und keine Wellen bei der Arbeit spüren. Aber ich kann mir keine solide Vorstellung davon machen, warum ein Detektor eine Welle erfassen könnte, ohne dass zu diesem Zeitpunkt überhaupt eine Welle existiert? Bitte sagen Sie mir für einige Klarstellungen, da ich selbst ziemlich verwirrt darüber bin.
Ihr Lehrbuch scheint nicht sehr verständlich! Das könnte helfen:
Erstens bestehen Schallwellen in der Luft aus kleinen Luftbewegungen hin und her, begleitet von einem kleinen Anstieg und Abfall des Luftdrucks . Die Eigenschaften von Luft (ihre Masse pro Volumeneinheit und ihre Elastizität) bewirken, dass eine Druckänderung zu einer Luftbewegung führt, und eine Luftbewegung eine Druckänderung erzeugt, so dass sich die Bewegung/Druckstörung durch die Luft ausbreitet Schallwelle mit einer bestimmten charakteristischen Geschwindigkeit.
Wenn eine Schallwelle in der Luft auf einen Detektor, ein Ohr oder ein festes Objekt trifft, "staut" sich die in der Welle transportierte Energie gegen dieses Objekt, und dabei kommt die Welle selbst zum Stillstand und übt Druck gegen dieses Objekt aus . In diesem Moment könnte man sagen, dass die Schallwelle "nicht existiert", aber das stimmt nicht: Ihre Vorwärtsbewegung wurde in einen Druckanstieg umgewandelt.
Jetzt, einen Moment später, drückt dieser Druckaufbau die nahe Luft vom Objekt weg und die Welle formiert sich neu und geht jetzt in die entgegengesetzte Richtung: Sie wurde reflektiert .
Die gebräuchlichsten Schalldetektoren (einschließlich des Ohrs) sind Wandler, die Luftdruckänderungen in Spannungsänderungen umwandeln. Die Menge der tatsächlichen Luftbewegung , die zum Erfassen der Druckänderungen erforderlich ist, ist extrem gering, und einige Mikrofone (sogenannte Druckzonenmikrofone ) sind absichtlich so konzipiert, dass sie den Druckaufbau direkt neben einem Objekt nutzen, um die ankommende Welle zu erfassen.
Es gibt viele ausgezeichnete Animationen zur Ausbreitung von Longitudinalwellen im Internet, und ich denke, es wäre auch hilfreich, sie anzusehen. Wenn Sie können, suchen Sie nach einem anderen Lehrbuch über Akustik - eines mit dem Namen des Autors Beranek darin wäre besonders gut.
Betrachten wir zuerst einen "Lichtdetektor". Ein Fotodetektor misst die Lichtintensität, die proportional zum Quadrat des elektrischen Feldes ist, . Wenn das elektrische Feld maximal ist, erhalten wir daher ein "großes" Signal und wenn es minimal ist, erhalten wir ein "kleines" Signal.
Betrachten wir nun einen Schalldetektor. Stehen wir auf einem „hohen Berg“, werden unsere Ohren einem „niedrigen“ Luftdruck ausgesetzt. Tauchen wir hingegen unter Wasser, ist der Druck auf unseren Ohren „größer“ als 1bar. Trotzdem hören wir in keinem Fall einen Ton. Daraus schließen wir, dass unsere Ohren den Druck selbst nicht wahrnehmen. Stattdessen nehmen unsere Ohren die Druckänderung wahr .
Ich bin sicherlich kein Experte für das Funktionsprinzip unserer Ohren, aber so stelle ich es mir vor:
Ich kommentiere Ihren letzten Absatz nicht, weil ich glaube, dass er lediglich das Ergebnis des oben erwähnten konzeptionellen Missverständnisses ist.
Vamsi Krishna
ZaellixA
niels nielsen
ZaellixA