Звук. Звукові хвилі
- Джерела звуку
Ми всі живемо у світі звуків. Цей світ необхідний нам для нормального розвитку й існування. Звуки, які ми чуємо, повідомляють про те, що відбувається навколо нас, навіть якщо ми не бачимо джерела звуку. Наприклад, ми чуємо телефонний дзвінок, гуркіт автомобілів або шум дощу.
Нас оточує багато предметів, здатних видавати звуки, наприклад, музичні інструменти: скрипка, гітара, віолончель, флейта, сопілка…
Виконаємо дослід, що підтверджує, що джерелами звуку дійсно є тіла, що коливаються. Скористаємося фізичним приладом, що називають камертоном. Повільно присунемо камертон, що звучить, до тенісної кульки, що висить на нитці. Як тільки вони зіткнуться, кулька відразу ж, начебто від сильного поштовху, відскочить убік. Так відбувається саме через часті коливання ніжок камертона.
Якщо піднести до струни, що звучить, кульку для гри в настільний теніс, то кулька, торкнувшись струни, відскакує убік. Дослід свідчить про те, що струна, яка звучить, коливається, тобто звук виникає під час коливання струни
Таким чином, поставлені нами досліди дозволяють зробити висновок, що
·джерелами звуків є тіла, що коливаються.
- Поширення звуку
Під скляний ковпак помістимо на поролоновій подушці годинники-будильник. Будемо викачувати повітря з-під ковпака.
Ми помітимо, що звук, який видає будильник, стає дедалі тихішим, і, нарешті, ми взагалі перестаємо чути звук.
Цей дослід доводить, що
·для поширення звуку необхідне середовище.
Середовище може бути різним: повітря, вода, скло, земля. Головне, щоб середовище, у якому поширюється звук, проявляло пружність під час зміни форми або об’єму.
- Хвилі
Чи спостерігали ви коли-небудь, як у ясний день колишеться поле зі спілим колоссям пшениці? Це дивовижне видовище! Далеко перед вами, куди сягає око, розстеляється жовта гладь, ніби зроблена з важкої оксамитої тканини. Але варто подути легкому вітерцю, як вигляд поля змінюється: воно скидає із себе важкий оксамит й одягається в найтонший серпанок, що тріпоче на вітру.
У цей момент нам здається, що по золотавій гладі раз у раз пробігають тіні — одна за одною. Але звідки їм узятися в ясний день?
Розгадка проста: це подув вітру пригинає колосся, змушує їх схилятися до землі.
Як же виходить, що «тіні» біжать по полю, тобто рухаються, адже кожен колосок росте на тому самому місці? Виявляється, по полю рухаються не саме колосся, а місця або області, де колосся відхилені від вертикалі однаково або майже однаково.
·Хвилею називається процес поширення у просторі і з часом коливань.
Механічні хвилі бувають поперечними й поздовжніми.
На першому рисунку ви бачите поперечну хвилю, а на другому — поздовжню. Обидві вони «біжать» вправо. Однак частинки середовища на першому рисунку коливаються вниз-вгору, а на другому — вліво–вправо. Інакше кажучи, коливання частинок поперечної хвилі відбуваються перпендикулярно (поперек) до напрямку поширення хвилі, а коливання часток поздовжньої хвилі — уздовж цього напрямку.
Поздовжні хвилі — це періодичні згущення й розрідження середовища. Тому такі хвилі можуть існувати в будь-яких тілах — твердих, рідких, газоподібних. Поперечні хвилі можуть існувати лише у твердих тілах. Це пояснюється тим, що для поширення такої хвилі необхідно «тверде» розташування частинок середовища, щоб між ними могли виникати сили, які б повертали частинки у вихідне положення.
- Швидкість звуку
У різних середовищах звукові хвилі рухаються з різною швидкістю, що і називають швидкістю звуку в даному середовищі.
Наприклад, швидкість звуку в повітрі 340 м/с, а у воді — 1500 м/с, у склі — 4500 м/с. Це пов’язане з тим, що агрегатний стан, густина, температура, молекулярна будова різних речовин є різною. З ростом температури швидкість звуку зростає.
В наступній таблиці представлено швидкість звуку в різних середовищах.
| Швидкості звуку в різних середовищах | |
|---|---|
| Речовина | Швидкість звуку, м/с |
| —- | |
| Повітря (при 20 °C)” | 343,1 |
| Вода | 1 483 |
| Водень | 1 284 |
| Гума | 1 800 |
| Дерево | 3 320 |
| Залізо | 5 850 |
| Морська вода | 1 530 |
- Приймачі звуку
Найважливішим для нас приймачем звуку є, звичайно, вухо.
Звукова хвиля, потрапляючи на барабанну перетинку, спричиняє її коливання. Ці коливання через мініатюрні кісточки, що називаються молоточком і ковадлом, передаються в наповнений рідиною завиток, названий равликом. У рідині виникають хвилі, які впливають на чутливі клітинки, де народжуються нервові імпульси, що йдуть у мозок. Саме ці імпульси й сприймаються мозком як звук.
Вухо є надзвичайно чутливим інструментом: воно здатне сприймати звуки, що відрізняються за інтенсивністю в 1014 разів. Сааме в стільки разів відрізняється інтенсивність тихого шепоту від інтенсивності звуку відбійного молотка або рок-концерту.
Наше вухо сприймає у вигляді звуку коливання, частота яких лежить у межах від 16 до 20 000 Гц. Зазначені границі звукового діапазону умовні, тому що залежать від віку людей й індивідуальних особливостей їх слухового апарата. Зазвичай верхня частотна границя звуків, що сприймаються, з віком значно знижується — деякі люди похилого віку можуть чути звуки із частотами, що не перевищують 6000 Гц.
Вухо є природним приймачем звуку, однак створені й штучні приймачі звуку. Найбільш широко використовуються різні мікрофони. Вони перетворюють звукові коливання на коливання електричного струму, завдяки чому з’явилася можливість записувати звук і передавати його на великі відстані.