Aallot ja ääni

Äänen intensiteetti vs. etäisyys

Intensiteetti laskee kuin 1/r² – liikuta havaitsijaa ja katso I:n ja L:n muutoksia.

Äänen intensiteetti vs. etäisyys – interaktiivinen Aallot ja ääni-simulaatio. Intensiteetti laskee kuin 1/r² – liikuta havaitsijaa ja katso I:n ja L:n muutoksia. Ilmainen selaimessa toimiva virtuaalinen fysiikkalaboratorio, jossa on reaaliaikaiset SI-mittaukset ja opastettu tutoriaali.

Käänteisen neliön intensiteetti

Äänen intensiteetti vaimenee kuin 1/r² pistelähteestä kolmessa ulottuvuudessa.

Teho levittäytyy pallomaisen pinta-alan 4πr² yli, joten intensiteetti I = P/(4πr²). Etäisyyden kaksinkertaistaminen neljääntää intensiteetin.

• I = P/(4πr²)
• I ∝ 1/r²

Tutkimustiivistelmä

Suunnittele kysymys ennen laboratorion avaamista

Tiivistelmä vastaa esirendattua sivua: tutkimuskysymys, kilpailevat ennusteet, muuttujien roolit, hallitsevat lait, kokoonpano sekä analyysi- ja laajennuskysymykset pysyvät näkyvissä tässä järjestyksessä.

Tutkimuskysymys

Kaiutin säteilee ääntä tasaisesti kaikkiin suuntiin. Jos kuulija siirtyy kaksi kertaa kauemmas, kuinka paljon äänen intensiteetti laskee?

Punniteltavat ennusteet

• Intensiteetti laskee arvoon 1/2 – se vaimenee lineaarisesti etäisyyden mukaan.
• Intensiteetti laskee arvoon 1/4 – se vaimenee etäisyyden neliön mukaan.
• Intensiteetti pysyy samana riippumatta etäisyydestä.

Muuttujien roolit

Mitä asetat:

• Etäisyys r (m)

Mitä mittaat:

• Intensiteetti I (µW/m²)

Miten tutkimus etenee

1. Avaa äänen intensiteetti -esiasetus ja paina Nollaa. Lähde säteilee 0.05 W kaikkiin suuntiin (pallomainen levittäytyminen).
2. Ota käyttöön intensiteetin lukema havaitsijalla.
3. Aseta havaitsijan etäisyys lähteestä jokaiselle suoritukselle ja kirjaa intensiteetti.

Hallitseva yhtälö

Käänteisen neliön laki äänen intensiteetille — I = P/(4πr²)

Tasaisesti kaikkiin suuntiin säteilevä teho levittäytyy 4πr² pinta-alaisen pallon yli. Intensiteetti – teho per pinta-alayksikkö – vaimenee siksi kuin 1/r² etäisyyden mukaan lähteestä.

Mitä tulostettava työarkki pyytää opiskelijoita selvittämään

• Yhdelle suoritukselle laske I = P/(4πr²) arvolla P = 0.05 W ja ilmoita vastaus yksikössä µW/m² (1 µW/m² = 10⁻⁶ W/m²). Vertaa taulukkoon.
• Selitä pallon pinta-alan 4πr² avulla, miksi ulospäin levittäytyvän äänitehon intensiteetti vaimenee kuin 1/r² eikä 1/r.

Missä tämä näkyy laboratorion ulkopuolella

• Etäisyyden kaksinkertaistaminen neljääntää intensiteetin, mutta voimakkuus (desibeleinä) näyttää laskevan vain kiinteän määrän joka kerta, kun etäisyys kaksinkertaistuu. Katsele äänidesibeli-koe – millainen funktio muuttaa ×4 intensiteettisuhteen kiinteäksi dB-eroksi?
• Tämä koe olettaa, että lähde säteilee tasaisesti kaikkiin suuntiin. Megafoni sen sijaan keskittää äänen kapeaan kartioon. Miten odotat 1/r²-intensiteettilain muuttuvan keskitetylle lähteelle samalla etäisyydellä?

• AP Physics 2 — Unit 14: Waves, Sound, and Physical Optics
• IB Physics — C.2 Wave model
• General High School Physics — Waves & sound
• NGSS High School Physics — Wave properties

1. Tervetuloa äänen intensiteettiin
2. Valitse havaitsija
3. Paina Toista
4. Heikompi etäisyyden myötä
5. Avaa Ominaisuudet-paneeli
6. Onnistuit!

Avaa interaktiivinen simulaatio rakentaaksesi kohtauksen, paina Toista ja tutki reaaliaikaisten mittausten ja opastetun tutoriaalin kanssa.

Avaa interaktiivinen laboratorio →

Lataa työarkki →

Äänen intensiteetti ja desibeli