Ασκήσεις στο σπίτι

Τρίτη, 21 Ιανουαρίου 2014

Χρήσιμες γνώσεις από τον κόσμο της Φυσικής


Ήχος και Aκουστική

Τι είναι ο ήχος και πώς διαδίδεται; Πόσο γρήγορα ταξιδεύει και σε τι τον μετράμε;
Αυτό που ξέρουμε σίγουρα είναι ότι τον ακούμε με τα αυτιά μας. Όμως γιατί η συντριπτική πλειοψηφία των όντων της γης έχουμε δύο αυτιά και όχι ένα; Μήπως για την περίπτωση που το ένα «μας αφήσει»;
Ας ξεκινήσουμε.
Ο ήχος είναι απλά ένα ερέθισμα που εγείρει την αίσθηση της ακοής. Μια που συνηθίσαμε να ζούμε μέσα σε αυτό το ρευστό που λέγεται ατμόσφαιρα, ο καλός Θεός σκέφτηκε να μας χαρίσει άλλη μία ιδιότητα: να ακούμε. Γιατί χωρίς αυτό το ελαστικό μέσο διάδοσης (τον αέρα), θα ήταν αδύνατη η παραγωγή και η μεταφορά του ήχου.
Ο ήχος διαδίδεται με μορφή κυμάτων και μάλιστα διαμήκη κύματα, όπως λένε και οι φυσικοί. Κατά τη διάδοση του ηχητικού κύματος, δημιουργούνται στην ατμόσφαιρα περιοχές με μεγαλύτερη πίεση από την συνήθη (που λέγονται πυκνώματα) και περιοχές με μικρότερη πίεση (αραιώματα). Τα πυκνώματα και τα αραιώματα ξεκινούν από την πηγή του ήχου, ταξιδεύουν και φτάνουν στα αυτιά μας όπου σπρώχνοντας το τύμπανο του αυτιού το εξαναγκάζουν να ταλαντωθεί. To εντυπωσιακό είναι ότι ενώ τα πυκνώματα και τα αραιώματα προχωρούν, ωστόσο τα μόρια του αέρα δεν μετατοπίζονται από τη θέση τους σημαντικά (δε δημιουργείται δηλαδή άνεμος). Δείτε το μηχανισμό σε αυτό το εξαιρετικό gif animation.
Μετά, μέσω ενός πολύπλοκου μηχανισμού, το ακουστικό μας νεύρο αντιλαμβάνεται την κίνηση του τύμπανου και με ένα μικρό ηλεκτρικό ρεύμα στέλνει την πληροφορία στον εγκέφαλο μας. Έτσι μπορούμε να απολαμβάνουμε τη μουσική μας ή να ενοχλούμαστε από το φορτηγό που περνάει στο δρόμο.
Κάποιοι ήχοι προκαλούν στο τύμπανο μας πολύ γρήγορες ταλαντώσεις και άλλοι πιο αργές ταλαντώσεις. Αυτό όμως δεν έχει να κάνει με το πόσο δυνατά ακούγεται ο ήχος, αλλά με το πόσο μπάσος ή πρίμος είναι. Οι φυσικοί το λένε αυτό συχνότητα του ήχου και το μετρούν σε Hz (Χερτζ). Το ανθρώπινο αυτί έχει κάτω ακουστό όριο τα 20Hz και άνω ακουστό όριο τα 20.000Hz. Χαμηλές συχνότητες (μπάσα), μπορεί να έχει ο ήχος που ακούγεται όταν ξεσπά μία αστραπή στην καταιγίδα και υψηλές συχνότητες (πρίμα) έχει το τιτίβισμα ενός πουλιού ή ο ήχος μιας χορδής του μπουζουκιού.

Ένας ήχος που διαδίδεται δε φτάνει ποτέ και στα δύο αυτιά μας ταυτόχρονα, γιατί πολύ απλά απέχουν μεταξύ τους μερικά εκατοστά του μέτρου. Μάλιστα εκτός του ότι έρχεται σε κάθε αυτί σε διαφορετική χρονική στιγμή, έρχεται και με διαφορετική συχνότητα. Αυτό όμως είναι μεγάλο πλεονέκτημα. Ο εγκέφαλος σε απειροελάχιστο χρόνο συγκρίνει τα δύο δείγματα και έτσι μας δίνει να καταλάβουμε από ποια κατεύθυνση έρχεται ο ήχος σε εμάς. Έτσι αν κάποιος μας φωνάξει από πίσω το καταλαβαίνουμε και γυρίζουμε. Ένας άνθρωπος με βλάβη στο ένα του αυτί, θα έπρεπε να κοιτάξει όλο το χώρο γύρω του σαρώνοντας τον, για να καταλάβει από πού τον φωνάζουν.
Να λοιπόν γιατί έχουμε δύο αυτιά και να γιατί ο στερεοφωνικός ήχος είναι υψηλότερης πιστότητας από τον μονοφωνικό. Τα δύο ηχεία παίζουν διαφορετική πληροφορία, ώστε να αναπαραστήσουν τις 3 διαστάσεις όπου είναι τοποθετημένα τα όργανα μιας ορχήστρας. Όταν και η εγγραφή της μουσικής έχει γίνει σωστά, τότε, αν κλείσουμε τα μάτια μας θα μπορούμε να φανταστούμε τους μουσικούς τοποθετημένους στο χώρο να παίζουν τα όργανα τους.
Τα ηχητικά κύματα μπορούν να διαδίδονται μέσα σε κάθε λογής υλικό. Και μέσα σε στερεά όπως οι τοίχοι, και μέσα σε υγρά όπως η θάλασσα. Η ταχύτητα διάδοσης του ήχου διαφέρει από μέσο σε μέσο. Επειδή εμείς ακούμε κυρίως μέσα στον αέρα να αναφέρουμε ότι η ταχύτητα του ήχου εξαρτάται και από τη θερμοκρασία και από την πίεση του αέρα. Πχ. στους 0οC είναι 331m/s, ενώ στους 20οC αυξάνεται στα 343m/s. Μη μας φαίνονται μικρές αυτές οι ταχύτητες γιατί η πρώτη μεταφράζεται σε 1191 Km/h, ενώ η δεύτερη σε 1234 Km/h !!!
Πώς μετράμε όμως το πόσο δυνατός είναι ο ήχος;
Τους ήχους τους μετράμε σε decibel (dB).
Όλοι οι ήχοι συγκρίνονται με τον ήχο που προκαλεί ένα κουνούπι που πετά σε απόσταση 3 μέτρα από το αυτί μας. Αυτό είναι οριακά ακουστό, λέγεται «κατώφλι ήχου» και αντιστοιχεί σε 0dB. Μια ήσυχη αναπνοή (όχι ροχαλητό), από απόσταση 1 μέτρου αντιστοιχεί σε περίπου 10dB, ενώ η κίνηση ενός πολυσύχναστου δρόμου όπως αυτή ακούγεται από το μπαλκόνι μας (από τα 10 μέτρα περίπου) είναι στα 85dB. Από τα 120 dB και πάνω τα αυτιά μας αρχίζουν και πονούν και πιθανόν να πάθουμε και καμιά μόνιμη βλάβη.
Στον παρακάτω πίνακα σας παραθέτουμε μερικά παραδείγματα στάθμης θορύβου μερικών κοινών παραγόμενων ήχων.
dB Σχόλιο
120 Όριο πόνου. Απογείωση αεροπλάνου στα 60m
115 Πέρασμα τρένου υψηλής ταχύτητας μπροστά από σταθμό
105 Ζωντανή ορχήστρα
100 Θόρυβος τρένου μετρό
95 Βιοτεχνία βιομηχανία με βαριά μηχανήματα
85 Ώρα αιχμής σε supermarket
80 Δυνατή ομιλία για επικοινωνία. Θόρυβος κυκλοφορίας
70 Ομιλία στα 30cm, Θέατρο, κατάστημα
65 Ομιλία στο 1m
45 Σκίσιμο χαρτιού στο 1m
40 Κοινή συνοικία προαστίου, ήσυχο σπίτι, ήχος ψυγείου
35 Πολύ χαμηλή μουσική
20 Θρόισμα φύλλων
10  Πολύ χαμηλός ψιθυρισμός         Κ. Χατζηκωνσταντίνου
                                                              Φυσικός 
(Πηγή: Διαδίκτυο)