Ultradźwięki i infradźwięki

około 10 minut
W tej lekcji1/9

Wieczorem pod latarnią panuje kompletna cisza — a tuż nad Twoją głową nietoperze wrzeszczą tak donośnie, że gdybyś to usłyszał, musiałbyś zatkać uszy. Dziś sprawdzimy, gdzie kończy się słyszalny świat człowieka i co dzieje się tuż za tą granicą — z obu stron.

Granice ludzkiego słuchu

Ucho człowieka reaguje na drgania tylko w pewnym przedziale częstotliwości. Nazywamy go zakresem słyszalnym:

ultradźwięk — fale krótkie
Ten sam odcinek i ten sam czas: u góry infradźwięk — jedno bardzo długie drganie; u dołu ultradźwięk — dziesięć krótkich drgań

Te granice są umowne

Zakres słyszalny nie jest murem z betonu. U każdego człowieka wypada trochę inaczej — dlatego w części podręczników dolną granicę zobaczysz jako 16 Hz zamiast 20 Hz.

Zwierzęta słyszą wyżej od nas

Górna granica słyszenia zależy od gatunku, a nasza wypada dość skromnie. Dlatego gwizdek dla psa wydaje się popsuty: dmuchasz, nic nie słychać, a pies zrywa się z posłania. Gwizdek gra około 30 000 Hz — dla nas ultradźwięk, dla psa zwykły sygnał.

Słoń i wieloryb: infradźwięki

Słoń i wieloryb porozumiewają się infradźwiękami o częstotliwości kilkunastu herców. Taka fala jest bardzo długa i słabo się tłumi, więc niesie się kilometrami: stado słoni dogaduje się przez gęsty busz, a pieśń płetwala przebywa w oceanie setki kilometrów.

Echolokacja krok po kroku: jak nietoperz mierzy odległość

  1. 1

    Nietoperz wysyła bardzo krótki impuls ultradźwiękowy. Dla nas panuje cisza — 50 000 Hz leży daleko powyżej naszej granicy.

    f≈50 000 Hz>20 000 Hzf \approx 50\,000\ \text{Hz} > 20\,000\ \text{Hz}
  2. 2

    Impuls odbija się od ćmy i wraca. Nietoperz mierzy uchem czas do powrotu echa, a prędkość dźwięku w powietrzu bierze się z ośrodka.

    v=340 ms,t=0,1 sv = 340\ \tfrac{\text{m}}{\text{s}}, \quad t = 0{,}1\ \text{s}
  3. 3

    Najpierw CAŁA droga fali. Prędkość podstawiamy w metrach na sekundę, czas w sekundach — wynik wychodzi w metrach.

    s=v⋅t=340 ms⋅0,1 s=34 ms = v \cdot t = 340\ \tfrac{\text{m}}{\text{s}} \cdot 0{,}1\ \text{s} = 34\ \text{m}
  4. 4

    Fala leciała TAM I Z POWROTEM, więc odległość do ćmy to połowa tej drogi.

    d=s2=34 m2=17 md = \frac{s}{2} = \frac{34\ \text{m}}{2} = 17\ \text{m}
Wszystkie kroki za Tobą!

Wszystkie 4 kroków odsłonięte.

Twoja kolej

Nietoperz wysłał impuls ultradźwiękowy i usłyszał echo po 0,2 s. W jakiej odległości w metrach jest przeszkoda? Przyjmij prędkość dźwięku w powietrzu 340 m/s.

Pułapka! Ultradźwięk nie znaczy głośniejszy

Słowo ultra brzmi potężnie, więc wiele osób sądzi, że ultradźwięki są mocniejsze od zwykłych. Nieprawda — podział na infradźwięki, dźwięki słyszalne i ultradźwięki opiera się wyłącznie na częstotliwości.

Ściąga do zapamiętania

Czym są ultradźwięki i infradźwięki oraz jak liczyć odległość z echa?

ZAKRES SŁYSZALNY człowieka: od 20 Hz do 20 000 Hz — granice umowne, u każdego trochę inne, a górna opada z wiekiem. Poniżej 20 Hz są INFRADŹWIĘKI, powyżej 20 000 Hz ULTRADŹWIĘKI; jednych i drugich nie słyszymy. ZWIERZĘTA: pies słyszy do około 45 000 Hz (stąd gwizdek dla psa), nietoperz i delfin używają ultradźwięków do ECHOLOKACJI, a słoń i wieloryb rozmawiają infradźwiękami na kilometry. ULTRADŹWIĘKI W TECHNICE: USG, echosonda, czujniki parkowania. ECHOLOKACJA: policz całą drogę s = v · t (v w m/s, t w s), a potem PODZIEL PRZEZ 2, bo fala leci tam i z powrotem — 0,1 s przy 340 m/s to 17 m. UWAGA: ultra i infra to sprawa CZĘSTOTLIWOŚCI, nie głośności.

Sprawdź się!

Odpowiedziano na 0 z 5 pytań

Skróty klawiszowe quizu: klawisze od 1 do 4 wybierają odpowiedź, Enter sprawdza, a po sprawdzeniu przechodzi do następnego pytania. Każdy przycisk możesz też wybrać Tabem i Spacją.

1

Rysunek pokazuje dwie fale dźwiękowe zarejestrowane na tym samym odcinku. Jedna ma częstotliwość 12 Hz, druga 30 000 Hz. Która jest która?

dolna fala
Dwie fale dźwiękowe zarejestrowane na tym samym odcinku: górna i dolna
2

Dmuchasz w gwizdek dla psa o częstotliwości 30 000 Hz. Nie słyszysz nic, a pies natychmiast przybiega. Dlaczego?

3

Nauczyciel nie słyszy dzwonka telefonu o częstotliwości 17 000 Hz, a Ty słyszysz go bez trudu. Co z tego wynika?

4

Które zdanie o ultradźwiękach jest prawdziwe?

5

Które zastosowanie NIE opiera się na ultradźwiękach?

Następny temat
Fale elektromagnetyczne