in

Proč se nemůže zvuk šířit ve vesmíru?

Ve vesmíru vás nikdo neuslyší křičet, říká podtitulek jednoho slavného filmu s názvem Vetřelec. Je tomu opravdu tak, anebo není vesmír tak tichým místem?

Pokud vhodíme kámen na klidnou vodní hladinu, dojde k tomu, že z místa dopadu se začnou šířit vlny. Tyto vlny postupně slábnou, až zcela vymizí. Pokud vlna narazí na překážku, vytvoří se nová vlna, která může překážku obejít.

Stejné jevy můžeme pozorovat i v případě šíření zvuku. Zvuk (i když slaběji) slyšíme za překážkou, protože zvuk částečně skrz materiál (stěnu) apod. proniká. Jediný rozdíl mezi šířením zvukových vln ve vodě a ve vzduchu, je pouze v rozdílné hustotě vody a vzduchu.

Základní princip pro šíření zvuku ve vzduchu a ve vodě je stejný. Vždy dojde k rozkmitání média a tyto kmity se šíří dále. Podstatné je, že se tento jev může uplatnit v kapalinách i v plynech. Pochopitelně se zvuk může šířit i v pevných látkách. I v tomto případě dojde k rozkmitání atomů nebo molekul.

V minulosti proto vědci předpokládali, že i světlo je vlnění a šíří se stejně jako zvuk. Protože neznali medium (materiál), ve kterém se světlo šíří, vymysleli si hypotetické médium „ether“. Souběžně s tím byla navržená teorie, že světlo má částicový charakter, tj. je tvořeno částicemi zvanými fotony. V dalším vývoji fyziky bylo zjištěno, že pravdu měly obě strany. Světlo je tvořeno částicemi, které však s sebou nesou i vlnu.

Po této odbočce ke světlu se vrátíme ke zvuku.

Víme, že zvuk se může šířit pouze v hmotném, látkovém nebo plynném prostředí (ve vzduchu). Zvuk se šíří rychlostí cca 331 m za sekundu. Podstatné je, že v kompaktní hmotě je rychlost vyšší než v plynu.

Ve vzduchu se zvuk šíří jinak, pokud se jedná o vzduch vlhký (tam se šíří rychleji), nebo naopak suchý. Jeho šíření je také závislé na teplotě a tlaku vzduchu. Nám pro tyto potřeby stačí zaokrouhlená hodnota 330 m za sekundu.

Rychlost zvuku v pevných látkách je podstatně vyšší. Důvodem je, že zvuk se šíří dvěma způsoby. Existuje vlnění příčné a vlnění podélné. Pro rychlost zvuku se používá zvláštní jednotka Mach (Ma). U zemského povrchu odpovídá 1 Ma rychlosti asi 1 225 km·h−1 (340,3 m·s−1), ve stratosféře pak rychlostí 1060 km·h−1.

Jak vypadá Aerodynamický třesk za letu FA-18 Hornet při překročení zvukové bariéry, je vidět na tomto obrázku:

Zdroj: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4d/FA-18F_Breaking_SoundBarrier.jpg

Protože se zvuk může šířit pouze tam, kde je hmotné prostředí, je jasné, že ve vakuu se zvuk šířit nemůže, protože neexistuje nic, co by mohl rozkmitat. Ve vesmíru, mimo atmosféru proto nelze o zvuku hovořit.

Komunikace mezi dvěma kosmonauty může probíhat pouze za pomoci elektroniky. To znamená mikrofon, přenos a reproduktor.

Pokud se někdy setkáte s informaci o „hudbě vesmíru“, je to výsledek toho, že ve vesmíru existuje řada záření, které lze snímat, převést na vhodnou frekvenci a takový „zvuk“ pak slyšíme z reproduktoru.

U zvuku obdobně jako u všech druhů vlnění rozlišujeme frekvenci kmitů a jejich intenzitu. Na základě toho byl v naprosto izolované komoře pouštěn lidem zvuk o frekvenci až 1000 Hz a frekvence byla v průběhu pokusu měněna. Lidé potom nahlásili, jak jednotlivé frekvence vnímají, a přitom byl měřen akustický tlak. Bylo zjištěno, že člověk vnímá nejlépe zvuky o frekvenci 1-3 kHz.

Intenzita zvyku se měří v decibelech dB a tuto intenzitu nám nejlépe ukáže logaritmická stupnice. Decibel je bezrozměrná jednotka stanovená na základě měření lidského sluchu. Pokud je např. zvuk dvakrát hlasitější, rozdíl intenzity je 3 dB.

Je známo, že intenzita zvuku v klidném prostředí je nízká a činí cca 30 dB. Pokud je však intenzita zvuku vysoká např. 130 dB, např. při startu stíhačky dosahuje až 120 dB, pak nám takový zvuk již způsobuje bolest a nevratně poškozuje sluch. Obecně se má za to, že v současné době je intenzita zvuku příliš vysoká a zcela jistě negativně ovlivňuje naše zdraví. V hluku se špatně soustředíme na jakoukoliv činnost a v hluku nemůžeme dobře spát. 

Lidské ucho v mládí běžně slyší zvuk o frekvenci 50Hz – 15KHz. U starších lidí klesá tato hodnota až na 10kHz.

Zvuk o frekvenci nižší, než 50 Hz neslyšíme, vnímáme však jeho vibrace. Zdá se však, že zvířata vnímají nízké frekvence zvuku lépe než člověk a na základě toho cítí blížící se zemětřesení nebo tsunami. Název takového zvuku je infrazvuk.

Zvuk o frekvenci nad 20kHz se nazývá ultrazvuk („UZ“).  V tomto případě mají někteří živočichové schopnost využívat vysoké frekvence zvuku pro vzájemnou komunikaci, jako je tomu např. u delfínů, nebo jako „sonar“ u netopýrů.

Také my v praxi využíváme zařízení na bázi ultrazvuku např. v medicíně. V tomto případě jde o vyslání zvuku o určité (vysoké) frekvenci, která však nepoškozuje lidský organismus. Měří se zvuk vyslaný zdrojem a přenášený na lidské tělo pomocí přiložené sondy. (Pro lepší průnik zvuku přes pokožku k vnitřním orgánům se na sondu nanáší speciální gel). Tento zvuk se odrazí od vnitřních orgánů a je znovu přenesen na snímač vedle zdroje, tedy na obrazovku přístroje, kde se jeho hodnota zobrazí.

Také policie využívá podobný způsob měření pro měření rychlosti vozidel. Toto je založeno na tzv. Dopplerově principu. Když se k nám zvuk blíží, vnímáme vyšší frekvenci, pokud se zvukový zdroj vzdaluje, pak frekvence zvuku klesá.  Je však nutno upozornit, že v současné době se již využívá k těmto účelům i měření laserem.

Ultrazvuková měření se uplatňují i při měření vzdálenosti nebo při měření hloubky moře apod. Samozřejmě jsme schopni takto nalézt i potopenou loď.

Zvuková izolace a ozvěna

Jak vzniká ozvěna? Představme si, co se děje, pokud zvuk narazí na překážku. V každém případě se část vlnění přenese do tuhé látky a část vlnění se odrazí. Odražené vlnění se však dostane zpátky ke zdroji zvuku s určitým zpožděním. Pak tedy slyšíme původní zvuk a se zpožděním zvuk odražený. Pokud je vzdálenost mezi zdrojem a překážkou dostatečně velká, slyšíme ozvěnu. Zpoždění ale musí být větší než 0.1 sekundy.

Podobný princip platí i pro zvukovou izolaci. Po nárazu na překážku se odrazí pouze část zvuku a druhá část zvuku je částečně hmotou pohlcena a částečně jí prochází a dál se z této tuhé látky šíří vzduchem. Pochopitelně je zvuk slabší. Pokud tedy sestavíme izolaci z několika přechodů – vzduch a tuhá látka, vzduch a tuhá látka, potom dojde k výraznému zeslabení zvuku. V tomto případě tedy můžeme ovlivnit šíření zvuku pouze šířkou vzduchové vrstvy a volbou pevného materiálu, který zvuk pohlcuje. Technicky se tento problém řeší např. izolací z pěnového nebo vláknitého materiálu nejlépe umístěného do řady přepážek.

What do you think?

0 points
Upvote Downvote

Comments

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Loading…

0

Comments

0 comments

Periodická soustava prvků: Uhlík podruhé

Bedřich Hrozný: Představil světu písmo a kulturu starověkých Chetitů, část první