Что такое отражение звука в физике

Отражение звука или эхо — это

Это создает эффект эха, когда отраженный звук слышен несколько раз, прежде чем рассеивается. Эхо можно использовать для определения местоположения объектов в окружающей среде и измерения расстояния и размера объектов.

Явление было известно с античных времен и применялось древними греками для определения местоположения объектов и измерения расстояний. Греческий философ Аристотель был первым, кто подробно описал это явление около 330 года до нашей эры. Он использовал термин для описания многократного отражения звука, которое он наблюдал в пещере.

1. В древние времена оно использовалось моряками и другими людьми для передачи сообщений на большие расстояния. Оно и сегодня используется для связи, например, в подводных системах связи.
2. Врачи также используют эхосигналы и ультразвук, чтобы получить изображение еще не родившегося ребенка. Ультразвуковая визуализация включает в себя использование датчика для передачи звуковых волн и записи волн, которые отражаются от него. Ультразвук — это очень высокочастотные акустические волны, обычно от 1 до 3 МГц — гораздо выше, чем диапазон частот, слышимых человеком (20 Гц — 20 кГц). Ультразвук выбран потому, что высокочастотные звуки имеют малую длину волны. Эта малая длина волны позволяет регистрировать очень высокую степень детализации изображения.
3. Эхо используется в сонарах и радарах. Обе системы посылают волны (звуковые волны в воде и электромагнитные волны в воздухе, соответственно) и регистрируют время, необходимое для возвращения отраженных сигналов. На основании этого они могут обнаружить близлежащие отражающие объекты.
4. Летучие мыши используют эхо и ультразвук, чтобы ориентироваться и обнаруживать добычу. Они издают ультразвуковые сигналы, а затем слушают эхо, и этот процесс называется эхолокацией.

Как происходит процесс

Отражение звука

Источник: dzen.ru

Физика эха подразумевает отражение звуковых волн от двух или более поверхностей. Когда генерируется звуковая волна, она движется по прямой линии до тех пор, пока не ударится о препятствие, и тогда волна отражается. Затем отраженная волна будет двигаться по прямой линии, пока не ударится о другое препятствие, и тогда она снова отразится. Этот процесс повторяется до тех пор, пока волна не будет полностью поглощена окружающей средой. Расстояние между источником звука и отражающей поверхностью, а также характер отражающей поверхности влияют на характеристики эха. Например, большое расстояние между источником звука и отражающей поверхностью может привести к более длинному эху. Твердая поверхность, например стена, будет отражать звук более эффективно, что приведет к более чистому эху, чем мягкая поверхность, например ковер или мягкая мебель. Пустые комнаты, а также помещения, где много гладких и твердых поверхностей, могут усилить эффект эха.

В зависимости от типа звуковых волн, отражающихся от поверхности, может возникать несколько типов явления. К ним относятся:

1. Прямое эхо — наиболее распространенный тип, который возникает, когда звуковая волна отражается от поверхности непосредственно к источнику.
2. Отраженное эхо возникает, когда звуковая волна отражается от поверхности под углом, а затем возвращается к своему источнику. Этот тип эха часто используется для создания акустического эффекта в музыке.
3. Реверберация — возникает, когда звуковая волна отражается от многих поверхностей, а затем возвращается к своему источнику. Этот тип эха позволяет создать более продолжительный и устойчивый звук.
4. Рефракция — звуковая волна изгибается или преломляется через поверхность, а затем возвращается к своему источнику.
5. Дифракция — звуковая волна дифрагирует или огибает поверхность, а затем возвращается к источнику.
6. Резонанс — это тип эха, возникающий, когда поверхность усиливает звуковую волну, а затем возвращает ее к источнику.

Эхо оказывает различное влияние на звук, как естественный, так и искусственный.

1. Естественное эхо может оказывать различное влияние на звук в зависимости от размера и формы отражающей поверхности, а также от расстояния между наблюдателем и отражающей поверхностью. Оно может создавать ощущение простора в больших замкнутых пространствах, таких как аудитории и каньоны. Также может усиливать или искажать звучание музыки или других аудиозаписей в зависимости от размера и формы отражающей поверхности.
2. Искусственное эхо используется для создания различных эффектов в звуке. Например, для создания ощущения глубины в музыке и других аудиозаписях или повышения четкости ультразвуковых изображений.

Закон, формула

Законы отражения

Источник: fis.wikireading.ru

1. Угол падения равен углу отражения.
2. Падающий луч, отраженный луч и нормаль лежат в одной плоскости.

Нормаль — это линия, проведенная под углом 90 градусов к поверхности отражателя в точке падения луча. Углы падения и отражения обычно измеряются между лучом и нормалью, а не между лучом и поверхностью отражателя. Все это хорошо работает для плоских поверхностей — обычных зеркал в доме или плоских стен, отражающих звуковые волны в акустике.

Если мы знаем скорость звука и время, необходимое для обнаружения эха, мы можем использовать уравнение:

V = S/T  для вычисления расстояния или

S = VхT.

Скорость равна расстоянию, деленному на время.

Скорость измеряется в метрах в секунду (м/с);
Расстояние измеряется в метрах (м);
Время измеряется в секундах (с).

Скорость отражения звука

Скорость звука также играет роль в том, как звук отражается. В разных средах звук распространяется с разной скоростью. В воздухе он движется со скоростью примерно 343 метра в секунду, в воде — со скоростью 1500 метров в секунду, а в стали — со скоростью 5000 метров в секунду. Эта разница в скорости может привести к тому, что звуковая волна изменит направление при переходе из одной среды в другую. Это явление известно как рефракция, которая очень важна для понимания того, как звук преломляется в различных средах.

Примеры решения задач

Ответ:
Время, затраченное звуком на путь до стены = 1 секунда / 2 = 0,5 секунды;
Скорость — 330 м/с;
Расстояние = скорость х затраченное время = 330 х 0,5 = 165 метров.

При расчете скорости нам нужны две части информации:

Расстояние между человеком 1 и стеной
Сколько времени требуется для того, чтобы эхо было слышно после хлопка человека 1.
С помощью рулетки или другого точного измерительного прибора определите расстояние между людьми и стеной. Предположим, что это расстояние составляет 686 метров (м).

Надо умножить 686 м на 2, потому что звуковые волны распространяются от человека 1 к стене и обратно к человеку 2. Итак, 686 × 2 = 1372 м.

Человек 2 записывает время, которое потребовалось, чтобы услышать эхо, как 4 секунды.

Теперь используем уравнение: Скорость = Расстояние ÷ Время

Расстояние составляет 1372 м.
Время - 4 с
Затем подставим эти значения в уравнение:

Скорость = 1372 ÷ 4 = 343 м/с.

Скорость звука в сухом воздухе при температуре 20°C составляет около 343 м/с.