شدت صوت و قانون عکس مجذور
1 · پیشبینی
بلندگویی صدا را در همه جهتها یکسان میپراکند. اگر شنونده دو برابر دورتر شود، شدت صوت چقدر افت میکند؟
- شدت به 1/2 میافتد — خطی با فاصله افت میکند.
- شدت به 1/4 میافتد — با مجذور فاصله افت میکند.
- شدت بیتوجه به فاصله همان میماند.
2 · آمادهسازی
- پیشتنظیم شدت صوت را باز کنید و Reset بزنید. منبع 0.05 W را در همه جهتها میتاباند (پخش کروی).
- قرائت شدت را نزد ناظر فعال کنید.
- فاصلهٔ ناظر از منبع را برای هر آزمایش تنظیم کنید و شدت را ثبت کنید.
3 · گردآوری داده
| فاصله r (m) | شدت I (µW/m²) |
|---|---|
| 2.00 | |
| 4.00 | |
| 8.00 |
برای سه آزمایش، شدت I (محور y) را بر حسب 1/r² (محور x) رسم کنید. آیا خط از مبدأ صاف میگذرد؟
4 · تحلیل
- برای یک آزمایش، مقدار I = P/(4πr²) را با P = 0.05 W حساب کنید و پاسخ را برحسب µW/m² بیان کنید (1 µW/m² = 10⁻⁶ W/m²). با جدول مقایسه کنید.
- با سطح کره 4πr² توضیح دهید چرا پخش شدن توان صوت، شدت را 1/r² میاندازد نه 1/r.
5 · گسترش
- دوبرابرشدن فاصله، شدت را یکچهارم میکند، اما بلندی (بر حسب دسیبل) هر بار فقط مقدار ثابتی به نظر میافتد. آزمایش صوت-دسیبل را ببینید — چه تابعی نسبت شدت ×4 را به اختلاف dB ثابت بدل میکند؟
- این آزمایش فرض میکند منبع در هر جهت یکسان میتاباند. بلندگوی شیپوری صدا را در مخروطی باریک متمرکز میکند. برای منبع متمرکز در همان فاصله، انتظار دارید قانون 1/r² چگونه تغییر کند؟
فیزیک پشت این آزمایش
قانون عکس مجذور برای شدت صوت
توانِ یکسان در همه جهتها تابیدهشده روی کرهای با سطح 4πr² پخش میشود. شدت — توان بر واحد سطح — پس با فاصله از منبع 1/r² افت میکند.