Categories
Podcasts SciCast Stiinta

Tehnocultura SciCast 008 – Sunetul și lumea vibrațiilor

Tehnocultura SciCast 008 a fost înregistrat duminică, în data de 05 iunie 2016, în Londra, Marea Britanie.

Subiectul principal al acestui episod: sunetul.

Audio podcast pe iTunes:
https://itunes.apple.com/ro/podcast/tehnocultura/id929951093?mt=2

Video pentru sunet:

Atunci când o vibrație a aerului din jur are o frecvență între 20Hz – 20KHz și percepută de timpanul nostru creierul o interpretează ca fiind sunet.

La tot pasul suntem înconjurati de suntem înconjurati de vibratii. Matrix style

Aceste vibrații nu sunt altceva decât unde mecanice care se propagă prin tot felul de medii. Sunetul, ca undă mecanică, nu se poate propaga în vid, tocmai de aceea filmele SF te mint când îți rulează un sunet în fundal în timp ce navele se urmăresc ori când o navă explodează. În spatiu nu auzi nimic pentru ca nu există nimic care să propage sunetul.

Evoluția auzului are o istorie de mai bine de 350 de milioane de ani, de când au ieșit din mare primele animale. Pe la vremea aceea urechea, așa cum o știm noi, nu exista, însă animalele au putut percepe vibrațiile din sol sau apă cu tot corpul.

Abia odată cu evoluția amfienilor auzul s-a dezvoltat ca simț pentru că au părut oasele urechii medii. Astfel se puteau simți variatiile de presiune ale aerului, respectiv sunetele din jur, un pas major față de situația în care simți vibrațiile solului cu tot corpul tău, cum a fost până la vremea aceea.

Oamenii aud sunete între 20Hz – 20KHz și s-au făcut mai multe studii pentru a stabili exact intervalul aplicabil oamenilor: prin anul 2000 se considera auzul omului este în intervalul 15Hz – 18KHz ca mai apoi, în 2003, să se stabileasca faptul că este în intervalul 20Hz – 20KHz. La animale intervalul este mult diferit: pisici (55Hz – 77KHz), câini (64Hz – 44KHz), șoareci ( 900Hz – 79KHz), cal (55Hz – 33.5KHz) sau liliac (10KHz – 115 KHz).

Imagine via Wikipedia:
interval-auz-animale

Urechea umană are sensibilitatea cea mai mare la sunete între 1KHz – 3 KHz după anumite calcule sau între 2-5 KHz, după altele. După cum bine îti poți da seama oamenii sunt mai sensibili la sunetele ce pot fi produse tot de oameni, undeva între 300Hz si 3KHz. Tot așa și animalele au un interval auditiv care să cuprindă și intevalul vocal al respectivelor animale.

S-a descoperit că vocile femeilor sunt mai enervante decât cele ale bărbătilor pentru notele mai înalte prezente în sunetele generate. Se pare că, biologic vorbind, toți suntem subiectivi și apreciem mai mult vocile grave. Inclusiv Margaret Thatcher, fost premier al UK, a luat lecții în care învăța să folosească o voce mai gravă pentru a impune respect (via Business Insider).

Testează-ți auzul cu ajutorul filmului pus în show notes:

Când studiezi sunetul dai, destul de curând, de conceptul de frecvența naturală a obiectelor, care este frecvența cu care un obiect vibrează atunci când tu îl lovești. Știind frecventa naturală cu care un obiect vibrează tu poți crea instrumente muzicale interesante precum toba Hang. Să ascultăm puțin ca face o tobă Hang în mâinile dibace ale lui Daniel Waples:

Profesorul Nicolae Cretu a explicat ce este sunetul în episodul 31 filmat pe canalul de YouTube al Tehnocultura:

Curs complet despre sunet și unde sonoare via Michel van Biezen, pe YouTube, gratuit:

Curs complet despre unde mecanice pe YouTube via Michel van Biezen:

Trebuie înțeles că sunetul este o vibratie transmisă printr-un mediu. Cutremurele pot fi văzute, și ele, ca sunete, dar la frecvențe destul de mici. Cu toate acestea cutremurele pot distruge clădiri, tocmai de aceeea unii zgârie nori, ca Taipei 101, folosesc un amortizor de masă sau “tuned mass damper” cum i se zice în engleză. Acest amortizor este un pendul uriaș menit să contracareze vibrațiile generate de cutremur, vibratii ce ar putea distruge clădirea.

În asemenea amortizoare energia din vibrații este transferată acelui pendul iar ocupanții clădirii nu simt cutremurul la fel de mult ca cei care sunt la sol. Cum clădirile au frecvențe naturale de ordinul herților (PPT download) arhitecții iau în considerare faptul că un cutremur ar putea avea frecvențe similare și ar putea distruge clădirea. Tocmai de aceea se iau măsuri pentru a întări anumite părți din clădiri.

Frecvența naturală a unei clădiri de 2 etaje este de 5Hz, la 5 etaje este 2Hz, la 10 etaje este 1Hz iar la 30 de etaje este 0,3Hz. Dacă un cutremur are asemenea frecvențe în vibratiile pe care le generează, atunci ai șansă ca clădirea să oscileze la unison cu cutremurul și, dacă nu ai metode prevenire a acestor oscilații, atunci clădirea se va dărâma.

Un exemplu este cutremurul din Mexic din 19 septembrie 1985 unde majoritatea clădirilor ce s-au prăbușit aveau 20 de etaje (frecvența naturală în acest caz este de 0,5Hz, periaoda de 2 secunde). Clădirile mai mici din zona lor nu au fost afectate.

Generalități:
– sunet este o undă mecanică, are amplitudine, lungime de undă, frecvență, fază, intensitate, putere, presiune
– ca la orice undă mecanică v = l*f, l – lungime undă, f – frecvența sunetului
– unda longitudinală, unde de compresie – ureche interna – cohlea – sunet
viteza sunetului depinde de modulul de elasticitate al mediului în care se propagă: 331 m./s în aer, 1440 m/s în apă, 5000 m/s în fier
viteza sunetului în aer, formulă rapidă, v = 331 + 0.6 * temp, temp este temperatura în grade Celsius
– intensitate minima I0 = 1* 10^-12 W/m^2, intensitatea când oamenii vorbesc = 10^-6 Wm^2
– legătura dintre intensitate și decibeli: I în dB = 10 log I/I0. Ex:
I = 10^-12 W/m^2 => 0 dB
I = 10^-6 W/m^2 => 60 dB, oameni vorbind
I = 10^-2 W/m^2 => 100 dB, copil plângând
I = 1 W/m^2 => 120 dB, pragul durerii
I = 10 W/m^2 => 130 dB, motor avion
( la intensități de zece ori mai mari, decibelii urcă cu 10)
– când folosești două boxe care au aceeași intensitate decibelii cresc cu 3. Exemplu: două boxe ce au 80dB rezulta într-un sunet perceput la 83dB.
intensitatea scade cu pătratul distanței: un sunet de 80dB la 10 metri distanță se va auzi la 40dB la o distanța de 1000 de metri
(I la 1000m) = 1 / (1000 /10)^2 * (I la 10m)
– I = P/ A = P / 4piR^2
sunetul supus fenomenelor de interfernța ca la orice alt tip de undă mecanică ( adică pot exista zone în care nu auzi sunet, deși alții din jur aud)
– efectul Doppler se aplică și aici:
f obs = f sursa ( ( v +/- vo) / (v +/- vs) )
f obs – frecvența observată
f sursa – frecvența sunetului emis de sursă
v – viteza sunetului, 340 m/s la 20 de grade Celsius
v0 – viteza observatorului
vs – viteza sursei
– efectul Doppler când este implicat și un perete care reflectă sunetul:
f obs = f sursa ( ( v +/- vo +/- vp ) / (v +/- vs +/- vp) ),
vp – viteza peretelui
– efect Doppler când vântul bate în direcția vitezei sunetului
f obs = f sursa ( ( v + vv +/- vp ) / (v + vv +/- vp) ),
vv – viteza vântului
– efect Doppler când vântul bate în direcție opusă vitezei sunetului
f obs = f sursa ( ( v – vv +/- vp ) / (v – vv +/- vp) ),
vv – viteza vântului
– boomul sonic la viteze trans și supersonice
dislocarea moleculelor are loc pe o distanța de numai 10^-8 m, adică 10 nm, la 60 dB și la o presiune de numai 5 milionimi din presiunea atmosferică normală (101200Pa sau N/m)
fiecare sunet, oricât de complex, este o sumă a unor sunete simple, periodice, numite armonice. În volumul Mathematics for the Nonmathematicians, a lui Morris Kline, capitolul 19 tratează analiza sunetului din punct de vedere matematic în detaliu. Capitolul se numește THE TRIGONOMETRIC ANALYSIS OF MUSICAL SOUNDS.

volumul trebuie dat mai tare la frecvențe mai mici, tocmai de aceeai boxele au bașii cu mebrana mare în comparatie cu înaltele
volum-sunete-functie-frecventa
sunetul de frecvențe mici ajunge mai departe (exemplul bașilor de la boxe)
sunetul este o undă mecanică și, astfel, se face transport de energie, dar nu și de materie
– știind faptul că sunetul este o undă mecanică putem să ne folosim de conversia analogic-digitală pentru a stoca sunetul sub formă de biți în calculator. Vezi episodul 4, din seria ElectroTehnică a Tehnocultura pe YouTube filmat cu Traian Emanuel Abrudan, de la Universitatea din Oxford:

ai putea afla masa unei monede dacă analizezi sunetul creat de aceasta la contactul cu masa
– HyperPhyics, Universitatea de Stat din Georgia, SUA: totul despre sunet

Generarea sunetului:
– boxa obișnuită:

– boxa electrostatică:

– boxele cu piese piezoelectrice cu o grosime de 1mm – Kyocera Smart Sonic Sound:

– Tehnocultura.ro – filmul electro-acustic sau boxa flexibilă:

gelul muzical (Tehnocultura.ro):

Exemple interesante:
– levitatie acustica realizată cu ajutorul ultrasunetelor – Argonne National Laboratory:

– Smarter Every Day: levitația acustică explicată

extragerea semnalului audio din imagini făcută de echipa de la MIT.
Testele făcute:
1. melodie cântă în fundal iar o camera video înregistrează o imagine a unor plante din jur. Atunci când undele sonore călătoresc în jurul nostru ele creează vibratii imperceptibile ale frunzelor plantelor. O cameră video foarte rapidă poate detecta acele vibratii iar editarea ulterioară duce a reproducerea sunetului originar cu ceva lipsuri de calitate.
2. cameră video plasată în afara casei, după un geam care izolează fonic încăperea. Se poate extrage semnalul audio din filmare, chiar dacă microfonul este închis. Exemplul cu o pungă de chipsuri, apoi cu telefon.

sunetul afectează modul în care șofezi

– viteze supersonice: o minge de ping-pong la viteza sunetului rupe paleta (Tehnocultura.ro)
– generezi curent electric: Încarci telefonul țipând la el sau folosindu-te de gălăgia din bar: Queen Mary University din London și Nokia lucrează la un model de telefon care convertește undele mecanice (sunetul) în elnergie electrică folosindu-se de oxidul de zinc care genereza electricitate atunci când este supus vibrațiilor
– sau generezi curent cu ajutorul unei boxe obișnuite (Instructables)
– ori generezi curent electric cu ajutorul unei piese piezoelectrice folosite la boxe piezoelectrice:

fașcicol tractor cu ajutorul ultrasunetelor:

Microsoft a creat SoundWave, proiect prin care detectează gesturile oamenilor cu ajutorul ultrasunetelor
UltraHaptics: înteracționare cu suprafețele touchscreen print interfață touchless ce oferă feedback tactil:

Despre rezonanță:
HyperPhysics are un curs despre rezonanță / frecvența rezonantă este frecvența naturală la care vibrează un corp în funcție de materialul din ce este compus și de geometria lui. Trei lucruri despre frecvențele rezonante:
1. este ușor sa faci un obiect să vibreze la frecevența sa naturală, dar greu la alte frecvențe
2. obiectul filtrează frecvențele la care vibrează atunci când este supus unor vibratii complexe
3. majoritatea obiecteleor au mai multe frecvențe rezonante

capturarea energiei
– cum afli frecvența naturală a unui obiect:

rezonanța mecanică wiki
frecvență naturală
cum se distruge un elicopter din cauza rezonanței la sol:

– cum poți face muzica folosindu-te de frecvența naturală a obiectelor. Exemplu: harpa din pahare de sticlă:

– faci muzică știind frecvențele la cre rezonează în mod natural obiecte obișnuite din jur, cum ar fi galeți, oale, bucăți de tablă. Exemplu este street erformerul Dario Rossi care bate tot feluld e bucăți de metal pentru a obține muzică tehno (2:30, 6:30,8:30):

Metode de vizualizare a sunetului:
– Se poate face acest lucru prin metoda numită Schlieren flow visualization, metodă prin care filmezi devierea razelor de lumină în urma modificării indicelui de refracție a aerului prin care trec acestea (Tehnocultura.ro).

CYMATICS: știință prin muzică, vibrații și sarcini electrice – folosești praf, apă sau lichid magnetic pentru a vizualiza formele creare de undele sonore

– Veritasium vede cum se comporta o undă sonoră în preajma focului

Joc cu fiinte digitale care cântă: Seaquence.

Întrebarea săptămânii: sunt oamenii radioactivi?

Da. Am publicat un articol pe tema aceasta acum 2 ani în care discutam despre radioactivitatea oamenilor datorată descompunerii elementului radioactiv potasiu-40 în țesuturile umane.


Mai întâi să vedem filmul de mai sus. Radiația la 10 000 de metri altitudine este de 30 de ori mai mare decât cea de la sol, cu toate acestea poți zbura liniștit cu avionul fără să ai probleme de sănătate. Radiația de fond, cea care ne înconjoară la nivelul solului, este de aproximativ 3 miliSievert pe an. În filmul de mai sus vezi că inginerul calculează 0.1 microSievert/oră, ceea ce este un lucru normal. La 10 metri de centrul reactorului nuclear este de 10 ori mai mare, dar la înâlțimea de 10 000 de metri ai de-a face cu radiație de 30 de ori mai mare, adică 3 microSievert/oră.

Reactoarele nucleare de azi sunt mult mai sigure decât cele de acum 20 de ani și este interesant de aflat că putem fi iradiați cu mai multă radiație într-o plimbare cu avionul decât dacă stăm lângă un asemenea reactor.

Care este legătura, totuși, cu radioactivitatea umană? Ei bine, află că totul pe Terra este radioactiv, de la miezul foarte fierbinte până la bananele ce le mânânci cu atâta poftă. Oamenii au evoluat să suporte cantități destul de mari de radiație și de aceea nu avem dificultăți. Excepție este, totuși, o plimbare la reactorul 4 de la Cernobîl.

Cei de la Health Physics Society și-au pus întrebarea: este omul radioactiv? Răspunsul este un răsunător da, dar cantitatea de radiație este atât de mică încât este neglijabilă. În fiecare secundă 5000 de atomi de Potasiu-40, element care se găsește în fiecare om, se descompun radioactiv în alte elemente prin ceea ce se numește descompunere beta minus (beta decay, β−), eliberând un electron și un antineutrino.

În descompunerea beta minus, cea mai raspândită descompunere din cadrul celor 5000 de atomi, un neutron se va tranforma într-un proton și va elibera un electron și un antineutrino. Procesul este descris în detaliu în articolul despre Quantum Field Theory.

Cei de la Health Physics Society au calculat că procesele de descompunere radioactivă din noi ne iradiază cu aproximativ 0,3 miliSievert pe an, de 10 ori mai puțin decât cei 3 miliSievert pe an din mediul ambiant. Este rău sau bine? Ei bine, pentru asta trebuie să avem aproape un tabel excelent legat de cât de multă radiație este în jur și cât de mult ne poate afecta (sursa imagine):
cantitati-radiatie-tabel

Din imaginea de mai sus poți vedea că 3-4 mSv/an este o doză normală. Maximul admis pentru lucrătorii în zone cu radiație este de 50 mSv/an iar de la 100 mSv/an avem risc crescut de cancer. La 2000 mSv sau 2Sv primiți deodată avem de-a face cu efecte imediate asupra sănătății iar la 4Sv supraviețuirea este opțională. La 8 Sv poți fi considerat deja mort.

Fun fact: dacă mânânci o banană, te iradiezi mai mult decât dacă ai dormi 2 ore cu cineva în pat, adică 0.1microSv. Tocmai de aceea s-a inventat unitatea de măsură numită BED – banana equivalent dose. Dacă ai reuși să mănânci un milion de banane odată, atunci te-ai intoxica de radiație și ai avea șanse să mori.

Acum, câtă radiație emite un om? Din tabel vei vedea că avem de-a face cu 0,05 microSv pe secundă sau cu 390 de microSv/an. Da, cu cât dormi mai mult cu cineva cu atât te iradiezi mai mult. În plan localizat, pe termen scurt, efectul este imperceptibil, însă efectul cumulat de-a lungul anilor se poate resimți în risc puțintel mai mare de cancer.

Richar Muller, profesor de fizică la Universitatea California din Berkeley a prezentat public, în articolul Radioactivity of the human body, un calcul prin care un om din 28 000 de oameni care moare din cauza cancerului are acel cancer generat de propria radiație. Calculat la populația SUA el a ajuns la cifra de 35 de oameni, din 340 de milioane, care mor anual de cancer generat de propria radiație. Calculele nu sunt exacte, dar ne prezintă cu perpectivă nouă asupra lucrurilor.

Richard Muller mai are o serie de asemenea calculate puse în directorul public. Interesant de citit și calculele despre obezitate și moduri de a slăbi. De știut: eliminăm 120 de grame de carbon din corp în fiecare zi numai respirând. Ce trebuie să faci ca să slăbești? Muller zice clar: respiră mai mult, adică fă sport mai mult.

Revenind la radioactivitatea umană, cantitatea de izotopi radiaoctivi de Potasiu-40 este de 5000 Becquereli, adică acei 5000 de atomi care se descompun în fiecare secundă. Potasiu-40 are perioada de înjumătățire de 1,23 miliarde de ani, ceea ce înseamnă că acest element provine de la supernova ce a generat Sistemul Solar.

De aici aflăm că doar 10% din cei 500 de atomi generează radiație gamma iar o parte bună din această radiație se duce către exterior. Radiația gamma este suficient de puternică încât să afecteze ADN-ul din celule. Gamma are energii de cel puțin 1MeV, suficient de mari încât să arunce electronii de pe orbitele din jurul atomilor, rupând astfel legăturile moleculare. Din fericire generăm doar 500 de raze gama pe secundă iar parte bună din acestea nu ne afectează.

Un om de 70 kg are aproximativ 140 de grame de Potasiu-40 în corp (0.2-0.4% din greutatea corpului) astfel că, la o activitate specifică de 30.5 Bq/g (Becquereli/gram), putem calcula faptul că există 4.26 kBq sau 4260 de atomi în descompunere acum. Circa 0.0117% din potasiul din corp este Potasiu-40. Un lucru interesant: Carbon-14, alt element radioactiv din corpul uman, element ce are o perioadă de înjumătățire de 5730 de ani, se află în cantitatea de 3.08kBq în om.

Ok, dar de unde atâta radioactivitate în jurul nostru? Orice atingem are o urmă de radioactivitate, oricât de mult ai curăța lucrurile. Elementele radioactive provin de la formarea sistemului solar și vor mai trece miliarde de ani până toate se vor descompune în elemente ne-radioactive.

Un lucru mai puțin știut este că planeta noastră este una dintre cele mai mari surse de elemente radioactive din zona noastră. Datorită fenomenului de descompunere radioactivă Pământul are suficient de multă căldură încât să îi ajungă pentru câteva miliarde de ani de-acum încolo.

Cum am scris și în articolul citat în linkul de mai sus, în momentul de față planeta noastră își menține căldura în proporție de 20% datorită căldurii reziduale rămase de la discul de acreție și în proporție de 80% datorită descompunerii radioactive a izotopilor Uraniu 238, Uraniu 235, Thoriu 232 și Potasiu 40.

Așadar, noi stăm pe un bulgăre încins la mii de grade de descompunerea radioactivă. Suntem protejați de expunere la radiația radioactivă de către scoarța terestră.

În acest context este ușor de răspuns la întrebarea “Ce am face dacă Soarele as dispărea pe loc?“. Ne-am ascunde sub pământ, loc unde vom avea căldură preț de miliarde de ani datorită proceselor radioactive ce au loc în centrul planetei. Același proces de descompunere radioactivă este folosit și la roverul Curiosity, trimis pe Marte. Nu are loc fuziune sau fisiune acolo, ci roverul își generează energia electrică din căldura rezultată în urma descompunerii radioactive a elemenetelor radiogenice.

Mai rămâne un mister: de unde radiație la altitudinea de 10 000 de metri? Ei bine, aceasta vine din spațiul interstelar, de departe. Vezi detalii în filmul de mai jos:

Așadar, chiar dacă tu ești radioactiv într-o mică măsură iar riscul de cancer crește odată cu creșterea timpului petrecut lângă alte persoane, nu ai nici un motiv să folosești pastă de dinți cu radon 😀 Prea multă radioactivitate strică!

Minutul de tehnologie

– Tom’s Hardware: cele mai bune memorii RAM ale lunii mai 2016 / cele mai bune plăci de bază
– EE Vlog: unboxingul roverului lunar Audi Quatro, care participă la Lunar X Prize / video 2 unboxing
– Extreme Tech: un spital, victimă a ransomware, plătește răscumpărarea datelor însă hackerii cer mai mulți bani
– Linus Tech Tips: Nvidia GTX 1070, cel mai bun la 1440p
– Security Now 562: IdIoT – “I Don’t IoT” / SN 562
– Interesting Engineering: un camion Volvo trage 750 de tone pe o distanță de 100 de metri
– Android Authority: ce aduce nou procesorul mobil Cortez A-73
– Fully Charged: o primă privire a Tesla Model X care abia a intrat pe piața UK
– Ars Technica: TeamViewer este folosit de hackeri ca vector prin care să fure datele victimelor

Știri din lumea științei

– Tehnocultura.ro: Cancer în șoareci din cauza radiației de la telefoane? Nu tocmai. / studiu: Report of Partial findings from the National Toxicology Program Carcinogenesis Studies of Cell Phone Radiofrequency Radiation in Hsd: Sprague Dawley® SD rats (Whole Body Exposure)
– ASUR, săptămâna trecută în știință: Liniaritatea timpului, Eliminare HIV cu CRISPR, Mantia invizibilității, Eradicarea virusurilor, Imprimare 3D mai rapidă și altele.
– Science Friday: Alzheimer ar putea fi provocat de o infecție la creier, care duce, indirect, la înfășurarea greșită a proteinei amiloidă-beta
– ESA: ESA va lansa, în curând, misiunea e.Deorbit, prin care va îndepărta în mod activ resturile sateliților din orbita Terrei
– SciShow Space: ingredientele vieții pe comete. S-a găsit aminoacidul glicină pe cometa 67P
– Dan Graur: diferența de salarii dintre femei și bărbați din lumea științei se datorează faptului că femeile sunt mai implicate în viața de familie odată ce vin copii pe lume
– Microbe Magazine Podcast: raportul nr. bacterii din microbiom vs număr de celule din corpul uman este de 3 la 1 nu 10 la 1 pe cum s-a crezut până de curând / Tehnocultura, articol vechi despre microbiom în care se pomentește raportul 10 la 1studiu Nature
– Smithsonian Mag: în viitor vom putea folosi bacteria Wolbachia în țânțari și muște pentur a opri răspândirea unor boli precum malaria, Zika, febra Dengue
– Vox: dă vina pe genele tale pentur că te trezești târziu
– Romania Insider: scandal în România, unde doctorii au folosit pacienți ca subiecți de teste psihiatrice fără acceptul acestora
– Science(ish): Minority Report – chiar și azi putem determina lucruri care ne-ar putea indica un viitor infractor
– Phys ORG: convecția azotului lichid a dus la crearea unor formatiuni tip poligonal pe planeta pitică Pluto

– RetractionWatch: imagini reutilizate în mai multe studii publicate în Journal of Biological Chemistry / PLOS One: studiu care a plagiat alte 17 studii /

Despre ce se mai discută în lumea pseudoștiinței?

Luminosity plătește o amendă de 2 milioane de dolari către FTC pentru că a mințit clienții că jocurile sale ajută la îmbunătățirea abilităților mentale

Bonus

– SciShow: 8 lucruri interesante despre brânză
– Learn Engineering: cum ajută efectul Coandă la crearea de portanță, forța care ține avioanele în aer în zbor
– Compound Chem: chimia chibriturilor care ard
– Computerphile: furt de cookies
– Sixty Symbols: investigații criminale care analizează urmele pantofilor
– TechQuickie: cum folosește un procesor mai multe nuclee?
– SciShow: cum funcționează ecranele tactile?
– Brainstuff: cum găsești apă în sălbăticie (sapi, folosești un celofan ori te folosești de transpirația plantelor)
– Ask A Mathematician: ce s-ar întămpla dacă ar fi micșorați la mărimea unei celule albe? Ce am vedea? Hint: totul ar fi în ceață și aproape întunecat
– Field Tested Systems: care sunt liniile de emisie ale elementelor? Imagine via Field Tested Systems:
liniile-de-emilie-ale-elementelor

Vizitează

Tehnocultura pe Facebook
Grupul știința pe Facebook și Știința pe Facebook
Grupul Știința, candelă în întuneric
Grupul Pseudoștiința pe Facebook

Categories
Podcasts Stiinta

F@TC 031 – Ce este sunetul? Analiza Fourier.

Ce este sunetul? Ce este analiza Fourier a semnalelor? Ce este timbrul vocal? Cum ajută analiza Fourier la înțelegerea sunetelor?

Despre sunet și analiza Fourier ne povestește Conf. Dr. Nicolae Crețu, de la Universitatea “Transilvania” Brașov, Laboratorul de Fizică Aplicată și Computațională.

Analiza Fourier a semnalelor înseamnă descompunerea unui semnal complex într-o serie de semnale simple caracterizate de funcții ușor de calculat.
Fourier_decomposition

Semnalele pot fi neperiodice sau periodice, iar cele periodice pot fi nearmonice și armonice. Vom discuta despre semnalele periodice armonice, cum este sunetul, și vom înțelege de ce orice sunet, oricât de complex, este o sumă de sunete simple.

Atunci când auzim o notă muzicală graficul funcției pentru acel sunet este format din multe munți și văi apropiate, însă, aplicând analiza Fourier, descoperim că la baza acelei note muzicale se află o serie de sunete sinusoidale de frecvențe multipli întregi a unei frecvențe numită frecvența de bază.
harmonics

Acele frecvențe multipli întregi se numesc armonice. Cu cât există mai multe armonice într-un sunet generat, de exemplu, de vocea umană, cu atât mai plăcut este sunetul perceput.

Orice sunet periodic armonic are o formulă de genul:
Sunetul conform analizei Fourier:
y = D sin 2π ν T
D = amplitudinea, volumul, tăria sunetului
ν = frecvența, sunet înalt sau jos
2ν,3ν,4ν,…,nν = armonice

Fundamentele matematice ale sunetului și a analizei sunetului pot fi explorate în detaliu în volumul Mathematics for the Nonmathematician scris de Morris Kline, la Capitolul 19 – THE TRIGONOMETRIC ANALYSIS OF MUSICAL SOUNDS.

mate-morris-cline

În materie de sunet, mai specific, de tăria sunetului, amplitudinea este cea care dă tărie sau volum sunetului. Tăria unui sunet este măsurată în dB sau deciBeli. Relația dintre decibeli și intensitatea efectivă a unui sunet este următoarea:
N = 10 log I/Io
N = deciBeli
I = intensitatea curentă W/m^2
Io = intensitatea la 0 dB adică 10-^12 W/m^2

Dată fiind formula de mai sus, atunci când noi folosim butonul de la radio pentru a da sunetul mai tare noi percepem o creștere liniară, dar, în fapt, intensitatea are o creștere logaritmică (în baza 10). De aceea pentru butoanele de volum se folosesc potențiometre logaritmice care fac această transformare.

Listă cu corespondența dintre decibeli și intensitatea sunetului:

decibel

Filmat și editat de Manuel Cheța: http://tehnocultura.ro

Filmat la Universitatea “Transilvania” Brașov, Colina Universității.

Audio podcast:
https://itunes.apple.com/ro/podcast/tehnocultura/id929951093?mt=2
——
Referințe:

– analiza sunetelor din punct de vedere matematic: http://www.amazon.com/Mathematics-Nonmathematician-Dover-Books/dp/0486248232/
– analiza Fourier: https://en.wikipedia.org/wiki/Fourier_analysis
– serii Fourier: https://en.wikipedia.org/wiki/Fourier_series
– img descompunere sunet complex: http://powercircuits.net/the-significance-of-fourier-analysis/
– imagine: https://people.richland.edu/james/lecture/m116/logs/models.html
– imagine: https://soundphysics.ius.edu/?page_id=912
– imagine: https://soundphysics.ius.edu/?page_id=1043
– imagine https://e2e.ti.com/blogs_/archives/b/thesignal/archive/2012/10/22/logarithmic-potentiometers
– imagine: http://why-sci.com/monster-energy/
– imagine: http://www.hsc.csu.edu.au/ipt/mm_systems/3288/digitising_sound_answers.htm
– imagine: http://users.tpg.com.au/users/battagli/sound.html
– imagin: https://www.boundless.com/physics/textbooks/boundless-physics-textbook/sound-16/
– imagine: http://jahej.com/alt/2011_11_29_the-craft-of-game-systems-part-2.html

Categories
Stiinta Tehnologie

Linkurile zilei 040 – Dilatarea timpului, văzul, săpunul, decofeinizare, sunet, sânge cald, energia consumată de internet

Linkurile zilei prezintă o selecție de pagini web de unde poti afla știrile zilei legate de știință, tehnologie, cultură. Aceste linkuri sunt selectate din zeci de canale de YouTube si alte câteva zeci de website-uri care publică zilnic informații din mai multe domenii.

Selecția Linkurile zilei te ajută să îți mărești cunoștințele generale, dar și te ține în temă cu cele mai noi informații din lumea științei și tehnologiei. În fiecare zi, de luni până vineri, după orele 20 va apare un nou articol Linkurile zilei la Tehnocultura.

=========

Știrile zilei: marți, 12 mai 2015

Featured:

Știință

1. Ce impact are gravitatia asupra curgerii timpului – Relativitatea Generală a lui Einstein
2. Curs anatomie: văzul
3. De ce ne ajuta săpunul?
4. Matematică: distribuție normală
5. Cum se decofeinizează cafeaua

6. Care este cel mai puternic sunet?
7. De ce folosim simboluri?
8. Cum poți să schimbi culoarea ochilor din căprui în albaștri
9. Animale cu sânge cald versus animale cu sânge rece
10. Cel mai radioactiv loc de pe planetă este plămânul fumătorului

11.

Tehnologie

1. Cât de multă energie consumă internetul?
2. Cum se fac: ventilatoare industriale
3. Invizibilitate, Glontul inteligent, Lenovo X1 Carbon – Doza iT
4.

Cultură/societate

1. De ce are nevoie ultimul rinocer alb din lume de protecție armată?
2. Maestrul caselor din pădure
3.

Categories
TechArt

CYMATICS: știință prin muzică, vibrații și sarcini electrice

Filmul CYMATICS: Science Vs. Music a fost creat de către Nigel Stanford și prezintă vizualizarea undelor sonore, unde mecanice, cu ajutorul prafului sau a lichidelor. Asemenea experimente permit vizualizarea sunetelor sub forma unor modele pe care le fac pe suprafețele 2D ale obiectelor.

Sunetele sunt vibrații care transmit energie la distanță și, lucru uimitor, aproape orice contact dintre două suprafețe va genera un sunet audibil. Urechea umană poate percepe sunete de la 0db până la peste 120 db, unde apare distrugerea timpanului.

Un al lucru interesant, pentru propagarea sunetului este necesară o dislocare a atomiclor de numai 120 de picometri ( 1 picometru = 10^-12 metri). Cum un atom poate avea 30-90 de picometri în diametru, vorbim aici de trei diametre de atom. Este uimitor cum putem percepe ca sunet mișcări de numai trei diametre ale unor atomi.

Extra: învață tot ce trebuie să știi despre sunet de aici.

În filmul de mai sus ai văzut cum arată sunetele vizualizate cu ajutorul prafului sau cu ajutorul focului. Filmul de mai sus cuprinde elemente explicate pe larg în următoarele linkuri:
Amazing Resonance Experiment!
Pyro Board: 2D Rubens’ Tube!
Amazing Water & Sound Experiment #2

Bonus: două melodii despre știință care îti vor fura toată admirația.
Sympohny of Science

Bio Rad GTCA

Via Endgadget.

Categories
Stiinta

Dacă asculți muzică tare la căști, poți asurzi – Dr. MIT


Dr. MIT aka Bogdan Ivănescu ne învață din nou despre câteva lucruri importante din viața noastră. De data aceasta aflăm că dacă ascultăm muzică la 90 db 4 ore pe zi timp de un an, noi vom ajunge să surzim. La fel, un sunet de 140 db provoacă dureri mari iar un sunet de 180 db ne asurzește pe loc.

Noi putem auzi sunete între frecvențe de 20 Hz și 20 KHz. Un lucru important de știut este că nu frecvența sunetului ne provoacă asurzirea, ci volumul ori puterea sunetului. Volumul este măsurat în decibeli (db) iar o șoaptă are 30 db, sunetului generat de un copil mic care plânge are 100 db iar un motor de avion generează un sunet ce are 180 de decibeli.

Asurzim din cauza sunetului putermic pentru că cilii cochiliei, fire de păr din cadrul cochiliei, parte a urechii interne, ajung să fie rupți. Aceștia, rupți fiind, nu mai pot transmite vibrațiile sub formă de semnal electric către creier. Vezi pe Scientia cum funcționează urechea și cum se creează sunetul în creierul nostru.

Așadar, grijă mare la cât de mult asculți muzică la volum mare.

Categories
Stiinta

Cum arată sunetul?


Ce treabă are sunetul cu văzul? Ei bine, dacă te uiți mai atent la ceea ce este sunetul, atunci te vei întreba de ce doar auzim sunetul și nu-l și vedem.

La urma-urmei sunetul nu este decât materie în mișcare, vibrații care călătoresc prin materiale, prin obiectele din jurul nostru și prin aer, vibrații ce ajung apoi la urechile noastre, generând astfel senzația numită sunet.

În modul cel mai simplu îți poți imagina că sunetul este un val de energie (este, de fapt, energie potențială) care se transmite prin tot felul de materiale, asemeni valurilor de la suprafața apei unui lac. Și asemeni valurilor din lac, undele sonore au același comportament și structură: lungime de undă, frecvență, pot fi reflectate, absorbite și refractate.

Dacă am avea ochi așa de bine formați chiar am putea vedea sunetul cum se propagă în jurul nostru iar spectacolul ar fi formidabil. Se poate face acest lucru prin metoda numită Schlieren flow visualization, metodă prin care filmezi devierea razelor de lumină în urma modificării indicelui de refracție a aerului prin care trec acestea. Cu alte cuvinte, când unda sonoră (poți s-o numești unda de șoc, chiar) trece prin aer ea creează zone cu densități diferite.

După cum probabil știi, lumina își va schimba direcția de propagare dacă întâlnește aer de altă densitate decât cel în care este la un moment dat, adică are loc fenomenul de refracție.

Cu un video proiector special setat să folosească metoda Schlieren vei fi în stare să vezi sunetul. Have fun!

Categories
Tehnologie

Filmul electro-acustic sau boxa flexibilă

Filmul are sensul general de producție cinematografică, dar este și pelicula plastică pe care se salvează pozele în aparatul foto analog (cu film). În filmarea de mai sus poți vedea cum un asemenea film este folosit pe post de boxă foarte flexibilă.

Categories
Tehnologie

SoundWave – Efectul Doppler, acum trei la bucată

Mulți sar în capul Microsoft pentru amărâtul de IE și pe bună dreptate, dar gigantul IT face multe lucruri bune (vezi Kinect). SoundWave este un proiect de cercetare a Microsoft în care se folosește sunetul pentru a detecta gesturile oamenilor.

Pentru a detecta mișcarea SoundWave folosește boxele și microfonul laptopului și un fenomen interesant numit Efectul Doppler. Efectul Doppler îl observi foarte bine când auzi o ambulanță venind din depărtare: când se apropie auzi sunete mai ascuțite iar când se îndepărtează auzi sunete mai grave.

Modificarea în frecvența sunetului este tocmai ceea ce duce la detectarea mișcării. Dat fiind că se folosește de sunete pe care nu le putem auzi sistemul este bun de folosit și în locuri aglomerate. Spre deosebire de Kinect, SoundWave nu poate fi folosit în spațiu. Cum de? Via [Vsauce].

Categories
Online

Sunetul în slujba noastră

simply noise sunet calmant relaxantFără doar și poate muzica (varietate a sunetului) este ceva nelipsit din viața noastră. Eu nu am zi fără să ascult muzica mea preferată. Din când în când mai apar site-uri foarte interesante care folosesc sunetul pentru a ne crea o stare de bine.

Un asemenea exemplu este Simply Noise, în traducere liberă ar însemna doar zgomot. Ce-i drept, zgomotul creat este, de fapt, un sunet liniștitor. În partea de sus a site-ului ai trei butoane: alb, roz și maro. Dând clic pe unul dintre ele vei auzi un anumit tip de sunet. Foarte plăcut și interesant mi se pare sunetul “maro”.

Trebuie să zic că nu tuturora ni se potrivește același tip de sunet. Simply Noise se poate folosi pentru : somn, mărirea atenției, depășirea perioadelor cu migrene, reducerea stresului, liniștirea copiilor sau animalelor de casă și pentru alte situații. Este puțin mai greu până te obișnuiești cu sunetul care ți se are mai plăcut, dar nu îți va părea rău.

Clic pe imaginea de mai jos să accesezi site-ul care are și multe alte lucruri frumose în meniu. Via [Presurfer].
simply noise white pink brown noise

Dacă tot nu te liniștește sunetul din site-ul de mai sus ai nevoie de o cură de muzică duminicală. Ce părere ai despre tipurile astea mai ciduate de sunete?