Хвилі та звук

Шкала децибел на вухі

Гучніше джерело підіймає рівень децибел на фіксованій відстані.

Шкала децибел на вухі — інтерактивне моделювання: Хвилі та звук. Гучніше джерело підіймає рівень децибел на фіксованій відстані. Безкоштовна браузерна віртуальна фізична лабораторія з живими вимірюваннями в СІ та керованим заняттям.

Шкала децибел

Шкала децибел стискає величезний діапазон інтенсивностей у керовані числа через логарифм.

Рівень звуку β = 10 log₁₀(I/I₀) dB. Зростання на 10 dB означає десятикратну інтенсивність. Гучніші джерела підіймають β на фіксованій відстані.

• β = 10 log₁₀(I/I₀)
• Δβ = 10 log₁₀(I₂/I₁)

Короткий опис дослідження

Сплануйте запитання, перш ніж відкрити лабораторію

Короткий відповідає передрендереній сторінці: рушійне запитання, конкуруючі прогнози, ролі змінних, керівні закони, установка, аналіз і підсилення лишаються видимими та в цьому порядку.

Рушійне запитання

Звукові інтенсивності, які чує людина, охоплюють трильйон разів — від шепоту до реактивного двигуна. Чому ми вимірюємо гучність у децибелах, а не просто у W/m²?

Прогнози для зважування

• Децибели використовують логарифмічну шкалу, тож рівні кроки dB відповідають рівним мультиплікативним стрибкам інтенсивності.
• Децибели — це просто лінійно перемасштабовані W/m² для зручності.
• Децибели вимірюють щось фізично інше, ніж інтенсивність.

Ролі змінних

Що ви задаєте:

• Відстань r (m)

Що ви вимірюєте:

• Інтенсивність I (µW/m²)
• Рівень звуку β (dB)

Як проходить дослідження

1. Відкрийте пресет шкали децибел та натисніть «Скинути». Джерело випромінює 0.12 W в усі боки.
2. Увімкніть покази інтенсивності та рівня звуку в спостерігача.
3. Задайте відстань спостерігача від джерела для кожного заміру та запишіть інтенсивність і рівень звуку.

Керівне рівняння

Рівень звуку в децибелах — L = 10·log₁₀(I/I₀)

Шкала децибел стискає величезний динамічний діапазон інтенсивності логарифмом за основою 10 відносно найтихішої чутної інтенсивності I₀ = 10⁻¹² W/m², тож кожні +10 dB — це стрибок фактичної інтенсивності ×10.

Що друкований робочий аркуш пропонує учням обчислити

• Для одного заміру обчисліть I = P/(4πr²) з P = 0.12 W (у µW/m², 1 µW/m² = 10⁻⁶ W/m²), потім β = 10·log₁₀(I/I₀) з еталонною інтенсивністю I₀ = 10⁻¹² W/m². Порівняйте обидва з таблицею.
• Хоча ваш найближчий і найдальший заміри різняться інтенсивністю в 16 разів, колонка рівня звуку змінюється лише приблизно на 12 dB між ними. Поясніть чому, використовуючи логарифм у формулі.

Де це трапляється за межами лабораторії

• Еталонна інтенсивність I₀ = 10⁻¹² W/m² визначена як приблизно найтихіший звук, який чує людина (0 dB). За формулою, який рівень звуку виміряв би слухач точно на пороговій інтенсивності?
• Кожні +10 dB відповідають збільшенню інтенсивності ×10, а не подвоєнню. За формулою, приблизно скільки dB додає подвоєння інтенсивності (×2)?

• 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. Вітаємо в децибелах
2. Виберіть спостерігача
3. Натисніть «Запустити»
4. Логарифмічна гучність
5. Відкрийте панель властивостей
6. У вас вийшло!

Відкрийте інтерактивне моделювання, щоб зібрати сцену, натиснути «Запустити» та дослідити з живими вимірюваннями й керованим заняттям.

Відкрити інтерактивну лабораторію →

Завантажити лабораторний аркуш →

Гучність звуку та децибели