Ich habe an verschiedenen Stellen gelesen, dass sich die Frequenz nicht mit dem Medium ändert. Stattdessen ändert sich die Wellenlänge in verschiedenen Medien aufgrund einer Geschwindigkeitsänderung. Ich verstehe, warum sich die Geschwindigkeit mit dem Medium ändert, aber ich bin mir nicht sicher, warum sich die Wellenlänge und nicht die Frequenz ändert. Eine Website sagte, es sei wegen der Energieerhaltung, aber ich habe gelesen, dass die Energie einer Schallwelle von ihrer Amplitude abhängt, nicht von ihrer Frequenz. Ist das korrekt? Wenn ja, warum hängt die Häufigkeit nicht vom Medium ab?
Denn die Frequenz einer Schallwelle ist definiert als „die Anzahl der Wellen pro Sekunde“.
Wenn Sie eine Schallquelle hätten, die beispielsweise 200 Wellen pro Sekunde aussendet, und Ihr Ohr (in einem anderen Medium) nur 150 Wellen pro Sekunde empfängt, müssten sich die verbleibenden 50 Wellen pro Sekunde irgendwo ansammeln – vermutlich an der Schnittstelle zwischen den beiden Medien.
Nach, sagen wir, einer Minute Abspielen des Tons würden sich bereits 60 × 50 = 3.000 verzögerte Wellen an der Schnittstelle stapeln und darauf warten, dass sie an der Reihe sind, in das neue Medium einzutreten. Wenn Sie den Ton an diesem Punkt stoppen würden, würde es immer noch 20 weitere Sekunden dauern, bis all diese aufgetürmten Wellen bei 150 Wellen pro Sekunde in das neue Medium gelangen. Somit würde Ihr Ohr innerhalb des anderen Mediums den Ton noch weitere 20 Sekunden hören, nachdem er bereits aufgehört hat.
Solche Anhäufungen an den Grenzen unterschiedlicher Medien beobachten wir nicht. (Es wäre praktisch, wenn es so wäre, da wir einen solchen Effekt für einfache Tonaufnahmen verwenden könnten, ohne uns mit Mikrofonen und Aufnahmediscs / digitalem Speicher herumärgern zu müssen. Aber leider passiert es einfach nicht.) So ist es Es scheint, dass sich in der realen Welt die Tonfrequenz zwischen den Medien nicht ändert.
Stellen Sie sich außerdem vor, dass Sie die Medien umgeschaltet haben: Jetzt würde die Schallquelle 150 Wellen pro Sekunde im „niederfrequenten“ Medium aussenden, und Ihr Ohr würde 200 Wellen pro Sekunde im „hochfrequenten“ Medium empfangen. Woher würden die zusätzlichen 50 Wellen pro Sekunde kommen? Die Zukunft? Oder würden sie einfach magisch aus dem Nichts auftauchen?
Alles in allem gibt es physikalische Prozesse, die die Frequenz von Schall verändern oder zumindest einige neue Frequenzen einführen können. Beispielsweise gibt es Materialien, die mit einer Schallwelle interagieren und ihre Form verändern können , indem sie sie so verzerren , dass eine ursprünglich reine Einzelfrequenz-Schallwelle Obertöne bei höheren Frequenzen erhält.
Dies sind jedoch nicht die gleichen Arten von kontinuierlichen Verschiebungen, wie Sie sie bei der Wellenlänge beobachten würden, wenn Sie sich mit unterschiedlicher Schallgeschwindigkeit von einem Medium zum anderen bewegen. Vielmehr sind die auf diese Weise eingeführten Obertöne im Allgemeinen Vielfache (oder einfache Bruchteile) der ursprünglichen Frequenz: Sie können leicht Obertöne mit dem Zwei-, Drei- oder Vierfachen der ursprünglichen Frequenz erhalten, aber nicht mit beispielsweise dem 1,018-fachen der ursprünglichen Frequenz. Dies liegt daran, dass sie nicht wirklich die Geschwindigkeit ändern, mit der die Wellen zirkulieren, sondern eher die Form jeder einzelnen Welle (was so angesehen werden kann, als würde man einen Teil jeder ursprünglichen Welle in neue Wellen mit dem Zwei-/Drei-/usw.-fachen des Originals umwandeln Frequenz).
Dies hat mit der Kontinuität der Wellenbewegung zu tun. Stellen Sie sich vor, Sie hätten eine Frequenzänderung von Medium A zu Medium B - sagen wir, aus 10 Hz werden 20 Hz.
Wie bringt man etwas dazu, sich mit 20 Hz zu bewegen? Sie müssen natürlich eine Antriebskraft bei 20 Hz aufbringen. Aber die ankommende Welle geht mit 10 Hz.
Um der Welle Energie hinzuzufügen, müssen wir drücken, wenn sie sich von uns wegbewegt, und ziehen, wenn sie sich auf uns zubewegt (oder hochziehen, während sie sich nach oben bewegt usw.). Wenn Sie sich zu langsam bewegen, um Schritt zu halten, können Sie der sich schneller bewegenden (höherfrequenten) Welle keine Energie geben.
Die einzige Möglichkeit, "synchron" zu bleiben, besteht darin, die gleiche Frequenz zu haben. Aber die Wellenlänge kann sich ändern - das hängt nur von der Frequenz und der Ausbreitungsgeschwindigkeit ab.
Frequenz ist in der Physik die Anzahl der Wellenberge, die in einer Zeiteinheit einen festen Punkt im Medium passieren.
Es sollte also von der Quelle abhängen, nicht vom Medium. Wenn ich eine Quelle nehme, die schneller vibriert als Ihre, dann ist die Anzahl der Spitzen, die meine Quelle pro Sekunde erzeugen kann (zum Beispiel), höher als Ihre.
Aber die Geschwindigkeit der Welle hängt von den Eigenschaften des Mediums ab, zum Beispiel Temperatur, Dichte usw.
das wissen wir auch
Aus dieser Gleichung hängt die Wellenlänge von der Geschwindigkeit der Welle (dh des Mediums) und der Frequenz ab; Es ist also für verschiedene Medien unterschiedlich. Stellen Sie sich die Frequenz in der Gleichung als eine Konstante vor, da sie nur von der Quelle abhängt – wenn sich also jetzt die Geschwindigkeit ändert (dh das Medium ändert), dann ändert sich nur die Wellenlänge!
Nehmen wir das einfachste Beispiel einer Schallwelle, die Komponente, die ihre Frequenz bestimmt, ist die "Auf-Ab"-Bewegung der Welle (senkrecht zur Bewegungsrichtung), während ihre Ausbreitungsgeschwindigkeit (in Bewegungsrichtung) durch die " Widerstand" des Mediums. Ändert sich also das Medium , ändert sich nur die Wellenlänge .
Es gibt ein System, bei dem sich die Frequenz ändert, wenn sich das Medium ändert: eine an beiden Enden befestigte Saite, z. B. eine Gitarrensaite.
Wenn Sie eine Gitarrensaite zupfen und dann den mittleren Status ändern, indem Sie die Spannung ändern, ändert sich die Tonhöhe, die Sie hören. Dies liegt daran, dass die Wellenlängen fest sind (2L, L, L/2, L/3 usw.), sich aber die Geschwindigkeit der Welle ändert. Durch kontinuierliches Ändern der Geschwindigkeit wird die Energie nicht ausreichend aufgeladen, um die Vibration zu stoppen, und die neuen Resonanzfrequenzen werden gehört.
Normalerweise dient jedoch ein Punkt in einer Welle als Quelle für eine neue Welle ( Huygens-Wavelets ). Wenn nichts die Wellenlänge(n) dazu zwingt, konstant zu bleiben, ist die Frequenz der Fortsetzung der Welle dieselbe wie die Frequenz des Quellpunkts.
Brent