Sunetul: viteza, intensitate, inaltimea; ecoul

Sunetul este o vibratie mecanica care se propaga printr-un mediu elastic (solid, lichid sau gazos) sub forma unor unde longitudinale. El nu se poate propaga in vid, deoarece are nevoie de un mediu material pentru a transporta energia. Viteza sunetului depinde de natura mediului si de temperatura acestuia.

In aer, la 0°C, viteza sunetului este de aproximativ 331 m/s; pentru fiecare crestere cu 1°C a temperaturii, viteza creste cu circa 0,6 m/s. In lichide si solide, viteza este mai mare decat in aer (de exemplu, in apa aproximativ 1500 m/s, in otel circa 5000 m/s). Intensitatea sunetului reprezinta energia transportata de unda sonora printr-o unitate de suprafata perpendiculara pe directia de propagare, intr-o secunda.

Ea se masoara in decibeli (dB) si este perceputa de ureche ca volum sau sonoritate. Sunetele cu intensitate foarte mare (peste 120 dB) pot fi daunatoare. Inaltimea sunetului (sau frecventa) este caracteristica prin care deosebim sunetele grave de celeacute.

Ea se masoara in hertzi (Hz) si reprezinta numarul de vibratii complete pe secunda. Un sunet cu frecventa mica (de exemplu 100 Hz) este grav, iar unul cu frecventa mare (de exemplu 3000 Hz) este ascutit. Urechea umana aude sunete cu frecvente intre aproximativ 20 Hz si 20000 Hz (ultrasunetele depasesc aceasta limita).

Ecoul este fenomenul de reflexie a sunetului. Atunci cand o unda sonora intalneste un obstacol (cum ar fi un perete sau o stanca), o parte din energia sa se intoarce catre sursa. Pentru a auzi ecoul distinct, distanta pana la obstacol trebuie sa fie suficient de mare (cel putin 17 m) astfel incat sunetul reflectat sa ajunga la ureche dupa cel putin 0,1 secunde fata de sunetul direct.

In incaperi mici, reflexiile multiple (reverberatia) nu sunt percepute ca ecouri separate. Aplicatiile ecoului includ sonarele, ecografia medicala si masurarea distantelor.

Exemple

• Exemplul 1: Calculul distantei pana la un obstacol folosind ecoul. O persoana isi aude ecoul dupa 2 secunde de la emiterea sunetului. Stiind ca viteza sunetului in aer este 340 m/s, distanta pana la obstacol este: d = v * t / 2 = 340 * 2 / 2 = 340 m. Explicatie: sunetul parcurge drumul dus-intors, deci distanta reala este jumatate din distanta totala.
• Exemplul 2: Diferenta de inaltime intre sunete. Un diapazon vibreaza cu frecventa de 256 Hz (do central), iar altul cu 512 Hz. Cel de-al doilea sunet este mai ascutit (inalt) deoarece frecventa lui este dubla. Inaltimea (pitch-ul) este direct proportionala cu frecventa.
• Exemplul 3: Efectul temperaturii asupra vitezei sunetului. Intr-o zi de vara la 30°C, viteza sunetului este: v = 331 m/s + 0,6 * (30 - 0) = 331 + 18 = 349 m/s. Calculul arata ca la temperaturi mai mari viteza creste, explicand de ce sunetele par mai apropiate in zilele calde.

Concepte cheie: Sunetul este o unda mecanica longitudinala care necesita un mediu material pentru propagare., Viteza sunetului variaza in functie de mediul de propagare si de temperatura (in aer, aproximativ 340 m/s la 20°C)., Intensitatea sonora (masurata in dB) corespunde volumului perceput si depinde de energia undei., Inaltimea sau frecventa (masurata in Hz) determina cat de grav sau ascutit este un sunet., Ecoul apare prin reflectarea undelor sonore si necesita o distanta minima de aproximativ 17 m pentru a fi perceput distinct.