Қандастар Ассамблея

Акустика

05.12.2012 7474
  Акустика — физиканың ең төменгі жиіліктен (шартты түрде 0 Гц) ең жоғарғы жиілікке (1011  – 1013 Гц) дейінгі аралығын қамтитын серпімді тербелістер мен толқындарды және олардың затпен өзара әсерлесуі мен түрліше қолданылуын зерттейтін саласы. Акустика (грекше akustіkos – естілетін, тыңдалатын) – өте ерте заманнан белгілі. Ол алғаш адам құлағы ести алатын дыбыс туралы ілім ретінде дамыды. Ертеде Пифагор (біздің заманымыздан бұрынғы 6 ғасыр) естілетін дыбыс тонының биіктігі мен перненің не кернейдің (трубаның) арасындағы байланысты тапты. Аристотель (біздің заманымыздан бұрынғы 4 ғасыр) дыбыс шығаратын дененің ауаны қысатындығын, оны сирететіндігін, ал жаңғырық дыбыстың кедергіден кері қарай шағылу құбылысы екендігін түсіндіріп берді. Леонардо да Винчи (15 – 16 ғасырлар) дыбыстың шағылуын зерттеді, дыбыс толқындарының таралуы дыбыс көздеріне тәуелсіз болатындығын (тәуелсіздік принципі) тұжырымдады. 17 ғасырдың аяғы мен 18 ғасырдың басында Галилео Галилей дыбыс шығаратын денеде тербеліс пайда болатындығын және дыбыстың биіктігі оның жиілігіне, ал қарқыны дыбыс амплитудасына тәуелді екендігін тапты. Ауадағы дыбыс жылдамдығын алғаш рет француз физигі Марен Мерсенн анықтаған. 17 ғасырдың аяғынан 20 ғасырдың басына дейін акустика механиканың бір бөлімі ретінде дамыды. Механикалық тербелістердің жалпы теориясы, дыбыс толқындарының (серпімді) белгілі бір ортада таралу және пайда болу заңдылықтары, дыбыстың негізгі сипаттамаларын (дыбыс қысымы, импульсі, энергиясы, дыбыстың таралу жылдамдығы, т.б.) өлшеу әдістері Исаак Ньютон механикасына, Роберт Гуктің серпімділік теориясының негізгі заңына, Христиан Гюйгенстің толқындық қозғалыс принципіне негізделіп жасалды. Сөйтіп дыбыс толқындарының диапазоны кеңейіп, акустика инфрадыбыс (16 Гц-ке дейін) пен ультрадыбыс (20 кГц-тен жоғары) аймақтарын қамтыды. Ағылшын ғалымы Томас Юнг пен француз ғалымы Огюстен Френель толқын интерференциясы мен дифракциясы теориясын, австриялық ғалым Кристиан Доплер дыбыс көзінің бақылаушымен салыстырғандағы қозғалуы кезіндегі толқын жиілігінің өзгеру заңын тұжырымдады. Күрделі тербеліс процесін қарапайым құраушыларға жіктеу әдісінің (Фурье әдісі) жасалуы дыбыс анализін және гармониялық құраушылардан күрделі дыбыс синтезін алудың негізі болды. Акустиканың жоғарыда баяндалған даму сатыларын Джон Рэлей (Джон Стретт) «Дыбыс теориясы» (1877 – 78) деген еңбегінде қорытындылап берді. 20 ғасырдың 20 жылдары радиотехника мен радиохабар таратудың дамуына байланысты акустиканың жаңа даму сатысы басталды. Дыбыс сигналдарын электрмагниттік сигналдарға және керісінше түрлендірудің қажеттігі туды. Техникалық сұранысқа байланысты акустиканың қолданылатын жаңа бағыттары – әуедегі ұшақтың дыбыс локациясы, гидролокация және акустикалық навигация, жарылыстың түрін, орнын және уақытын анықтау, авиацияда, өнеркәсіпте, көлікте болатын шуды азайту, т.б. мәселелер пайда болды. Осы мәселелерді шешу үшін дыбыстың пайда болу және жұтылу механизмін, күрделі жағдайларда дыбыс (мысалы, ультрадыбыс) толқындарының таралуын жете зерттеу керек болды. Әсіресе қарқыны күшті дыбыс толқындарының (мысалы, жарылыс толқындары) таралуы туралы мәселеге ерекше көңіл бөлінді. Бұл сызықтық емес акустиканың дамуына әсер етті. 20 ғасырдың ортасынан бастап ультрадыбысты (УД) зерттеудің маңызы зор болды. Дыбыстың көпатомды газдарда, кейіннен сұйықтарда қатты жұтылатындығы және дисперсиясы анықталғаннан кейін акустиканың жаңа бағыты – зат құрылымын УД-пен зерттеу (молекулалық акустика) әдісі пайда болды. Қуатты УД тек зерттеу құралы ғана емес, сондай-ақ затқа әсер ету құралына айналды. Бұл УД-тық технологияның дамуына негіз болды. 1960 – 70 жылдары гипердыбысты (1 ГГц-тен жоғары) зерттеу нәтижесінде акустикалық электроника және акустикалық оптика салалары, сондай-ақ психофизиологиялық акустика жедел дамыды. Қазіргі акустиканың ауқымы кең және ол ғылымның көптеген салаларымен астасып жатады. Оның статистикалық акустика, қозғалатын орта акустикасы, кристалдар акустикасы, физикалық акустика, атмосфералық акустика, геоакустика, гидроакустика, электрлік акустика, архитектуралық акустика құрылыс акустикасы, УД техникасы, биологиялық акустика, т.б. салалары бар.  

 

Акустика — физиканың ең төменгі жиіліктен (шартты түрде 0 Гц) ең жоғарғы жиілікке (1011  – 1013 Гц) дейінгі аралығын қамтитын серпімді тербелістер мен толқындарды және олардың затпен өзара әсерлесуі мен түрліше қолданылуын зерттейтін саласы. Акустика (грекше akustіkos – естілетін, тыңдалатын) – өте ерте заманнан белгілі. Ол алғаш адам құлағы ести алатын дыбыс туралы ілім ретінде дамыды. Ертеде Пифагор (біздің заманымыздан бұрынғы 6 ғасыр) естілетін дыбыс тонының биіктігі мен перненің не кернейдің (трубаның) арасындағы байланысты тапты. Аристотель (біздің заманымыздан бұрынғы 4 ғасыр) дыбыс шығаратын дененің ауаны қысатындығын, оны сирететіндігін, ал жаңғырық дыбыстың кедергіден кері қарай шағылу құбылысы екендігін түсіндіріп берді. Леонардо да Винчи (15 – 16 ғасырлар) дыбыстың шағылуын зерттеді, дыбыс толқындарының таралуы дыбыс көздеріне тәуелсіз болатындығын (тәуелсіздік принципі) тұжырымдады. 17 ғасырдың аяғы мен 18 ғасырдың басында Галилео Галилей дыбыс шығаратын денеде тербеліс пайда болатындығын және дыбыстың биіктігі оның жиілігіне, ал қарқыны дыбыс амплитудасына тәуелді екендігін тапты. Ауадағы дыбыс жылдамдығын алғаш рет француз физигі Марен Мерсенн анықтаған. 17 ғасырдың аяғынан 20 ғасырдың басына дейін акустика механиканың бір бөлімі ретінде дамыды. Механикалық тербелістердің жалпы теориясы, дыбыс толқындарының (серпімді) белгілі бір ортада таралу және пайда болу заңдылықтары, дыбыстың негізгі сипаттамаларын (дыбыс қысымы, импульсі, энергиясы, дыбыстың таралу жылдамдығы, т.б.) өлшеу әдістері Исаак Ньютон механикасына, Роберт Гуктің серпімділік теориясының негізгі заңына, Христиан Гюйгенстің толқындық қозғалыс принципіне негізделіп жасалды. Сөйтіп дыбыс толқындарының диапазоны кеңейіп, акустика инфрадыбыс (16 Гц-ке дейін) пен ультрадыбыс (20 кГц-тен жоғары) аймақтарын қамтыды. Ағылшын ғалымы Томас Юнг пен француз ғалымы Огюстен Френель толқын интерференциясы мен дифракциясы теориясын, австриялық ғалым Кристиан Доплер дыбыс көзінің бақылаушымен салыстырғандағы қозғалуы кезіндегі толқын жиілігінің өзгеру заңын тұжырымдады. Күрделі тербеліс процесін қарапайым құраушыларға жіктеу әдісінің (Фурье әдісі) жасалуы дыбыс анализін және гармониялық құраушылардан күрделі дыбыс синтезін алудың негізі болды. Акустиканың жоғарыда баяндалған даму сатыларын Джон Рэлей (Джон Стретт) «Дыбыс теориясы» (1877 – 78) деген еңбегінде қорытындылап берді.

20 ғасырдың 20 жылдары радиотехника мен радиохабар таратудың дамуына байланысты акустиканың жаңа даму сатысы басталды. Дыбыс сигналдарын электрмагниттік сигналдарға және керісінше түрлендірудің қажеттігі туды. Техникалық сұранысқа байланысты акустиканың қолданылатын жаңа бағыттары – әуедегі ұшақтың дыбыс локациясы, гидролокация және акустикалық навигация, жарылыстың түрін, орнын және уақытын анықтау, авиацияда, өнеркәсіпте, көлікте болатын шуды азайту, т.б. мәселелер пайда болды. Осы мәселелерді шешу үшін дыбыстың пайда болу және жұтылу механизмін, күрделі жағдайларда дыбыс (мысалы, ультрадыбыс) толқындарының таралуын жете зерттеу керек болды. Әсіресе қарқыны күшті дыбыс толқындарының (мысалы, жарылыс толқындары) таралуы туралы мәселеге ерекше көңіл бөлінді. Бұл сызықтық емес акустиканың дамуына әсер етті. 20 ғасырдың ортасынан бастап ультрадыбысты (УД) зерттеудің маңызы зор болды. Дыбыстың көпатомды газдарда, кейіннен сұйықтарда қатты жұтылатындығы және дисперсиясы анықталғаннан кейін акустиканың жаңа бағыты – зат құрылымын УД-пен зерттеу (молекулалық акустика) әдісі пайда болды. Қуатты УД тек зерттеу құралы ғана емес, сондай-ақ затқа әсер ету құралына айналды. Бұл УД-тық технологияның дамуына негіз болды. 1960 – 70 жылдары гипердыбысты (1 ГГц-тен жоғары) зерттеу нәтижесінде акустикалық электроника және акустикалық оптика салалары, сондай-ақ психофизиологиялық акустика жедел дамыды. Қазіргі акустиканың ауқымы кең және ол ғылымның көптеген салаларымен астасып жатады. Оның статистикалық акустика, қозғалатын орта акустикасы, кристалдар акустикасы, физикалық акустика, атмосфералық акустика, геоакустика, гидроакустика, электрлік акустика, архитектуралық акустика құрылыс акустикасы, УД техникасы, биологиялық акустика, т.б. салалары бар.

 

Ұқсас материалдар