Cường độ âm thanh và định luật nghịch đảo bình phương
1 · Dự đoán
Một loa phát ra âm thanh như nhau theo mọi hướng. Nếu người nghe đi xa gấp đôi thì cường độ âm giảm đi bao nhiêu?
- Cường độ giảm xuống 1 /2 - nó giảm tuyến tính theo khoảng cách.
- Cường độ giảm xuống 1 /4 - nó giảm dần theo bình phương khoảng cách.
- Cường độ không đổi bất kể khoảng cách.
2 · Thiết lập
- Mở cài đặt trước sound-intensity và nhấn Reset. Nguồn phát ra 0.05 W theo mọi hướng (lan rộng hình cầu).
- Kích hoạt tính năng đọc cường độ ở người quan sát.
- Đặt khoảng cách của người quan sát với nguồn cho mỗi lần thử và ghi lại cường độ.
3 · Thu thập dữ liệu
| Khoảng cách r (m) | Cường độ tôi (µW/m²) |
|---|---|
| 2.00 | |
| 4.00 | |
| 8.00 |
Vẽ biểu đồ cường độ I (trục y) theo 1/r² (trục x) cho ba lần thử của bạn. Đường thẳng có đi qua gốc tọa độ không?
4 · Phân tích
- Đối với một lần thử, hãy tính I = P/(4πr²) bằng P = 0.05 W, thể hiện câu trả lời của bạn trong µW/m² ( 1 µW/m² = 10 ⁻⁹ W/m²). So sánh với bảng.
- Giải thích, bằng cách sử dụng diện tích bề mặt của một quả cầu 4πr², tại sao công suất âm thanh lan ra bên ngoài làm cho cường độ giảm xuống 1/r² thay vì 1/r.
5 · Gia hạn
- Khoảng cách tăng gấp đôi một phần tư cường độ, nhưng âm lượng (tính bằng decibel) dường như chỉ giảm một lượng cố định mỗi khi khoảng cách tăng gấp đôi. Hãy xem thí nghiệm âm thanh-decibel - loại hàm nào biến tỷ lệ cường độ × 4 thành chênh lệch dB cố định?
- Thí nghiệm này giả sử nguồn bức xạ như nhau theo mọi hướng. Thay vào đó, một chiếc loa sẽ tập trung âm thanh vào một hình nón hẹp. Bạn mong đợi định luật cường độ 1/r² thay đổi như thế nào đối với một nguồn hội tụ ở cùng một khoảng cách?
Vật lý đằng sau thí nghiệm này
Định luật nghịch đảo bình phương cho cường độ âm thanh
Năng lượng tỏa ra đều theo mọi hướng trên một quả cầu có diện tích 4πr². Cường độ - công suất trên một đơn vị diện tích - do đó giảm xuống 1/r2 khi khoảng cách đến nguồn.