27042014

Звуковые волны

Добавил: Luckyman в раздел Познавательное | Комментариев: 0 | Просмотров: 2005
Звуковые волны

Всё, что мы слышим, будь то приятный голос или шум дорожного движения, это не что иное, как колебания воздуха. Различные звуки — это разные виды таких колебаний, которые улавливают наши уши, чтобы затем определённым образом их интерпретировал наш мозг.

Звук — это колебания воздуха. Такие колебания могут происходить и в твёрдом теле, или даже в жидкости. Но главное здесь — это само колебание, или вибрация. Там, где вибрировать нечему, например в вакууме, вообще нет звука. Именно поэтому в космосе абсолютно тихо. Если бы в космосе не было вакуума, то мы, вероятно, были бы оглушены шумами, которые производит движение планет, или грохотом сталкивающихся метеоров.
Звук, распространяющийся в воздухе, заставляет вибрировать его молекулы, которые смещаются назад и вперед, меняя свое предыдущее расположение. Представление о вибрации звука в воздухе, хотя и приблизительное, можно получить, глядя на волны или рябь на воде. Именно поэтому звуковые колебания называются звуковыми волнами.
Нам кажется, что волны на море всегда движутся. Сами по себе волны так и делают, но в каждой из них одна и та же вода просто перекатывается на месте.
Волна поднимается, когда вода накатывает, и опускается, когда она скатывается вниз.

Волновое движение
Но всё же звуковые волны отличаются от морских. В звуковых волнах частицы перемещаются на короткие расстояния туда и обратно, передавая эти импульсы движения по цепочке.
Наглядно демонстрирует принцип движения звуковых волн игрушка «Слинки» — «шагающая» пружинка. Когда она движется, спирали пружины сжимаются в одних местах и растягиваются в других. Если говорить о звуковых волнах, то в данном случае сжимаются и растягиваются не спирали, а молекулы воздуха. Движение молекул вперёд называется сжатием, а растяжение — разрежением.

Звуковые волны можно представить как изменения давления — молекулы поочерёдно сжимаются, создавая высокое давление, и растягиваются, создавая низкое давление. Движение волны зависит от естественной упругости воздуха. Первый толчок звука посылает в воздух расходящийся поток высокого давления, но, сжимаясь под противодействующим давлением, воздух устремляется назад, так что высшие и низшие точки этого движения быстро сглаживаются, когда волна проходит.

Как мы слышим звуки

То, как мы воспринимаем звук, зависит от наших ушей и мозга. Мы не можем слышать колебания воздуха, которые идут очень медленно или очень быстро.
Мы не слышим вибраций, в которых молекулы воздуха совершают лишь очень слабые движения. Колебания с очень большой амплитудой, напротив, могут вызывать боль в ушах, а могут даже навсегда повредить слух.

Амплитуда и громкость
Звуковые волны всегда движутся с постоянной скоростью. Но их интенсивность и частота могут варьироваться. Учёные называют интенсивность «амплитудой» — назовём её «высотой» волны. Действительно, когда мы смотрим на линию, отражающую звук на экране компьютера, то звуковая волна с высокой амплитудой и впрямь напоминает высокую морскую волну. Но «взлёты и падения» на экране не совсем похожи на подъёмы и спады волн в воздухе. Это просто давление, или сила вибрации, которая таким образом отражается на звукоприёмнике. Чем выше «гребень» волны и чем выше амплитуда, тем сильнее и энергичнее движутся молекулы и тем интенсивнее они бомбардируют звукоприёмник, которым может быть и наше ухо.
Амплитуда звука обычно определяется как давление воздуха в волне. Мощные звуки с большой амплитудой, которые заставляют воздух энергично перемещаться, — это громкие звуки. Слабые звуки, от которых воздух приходит в лёгкое движение, — это тихие звуки. Слух у людей разный, некоторые способны слышать очень тихие звуки, другие не могут безболезненно переносить очень громкие звуки.

Частота и высота
Скорость, с которой звуковые волны достигают нашего уха, называется частотой. Скорость волны не меняется; меняется количество волн, проходящих за определённый отрезок времени. Учёные называют полную волну циклом, поэтому частота измеряется в циклах в секунду, или в герцах (Гц), по имени немецкого физика Генриха Герца (1857-1894 гг.). Один Гц — это одно колебание в секунду.
Самая высокая частота звука, которую может уловить человек, — примерно 20 000 Гц, или 20 кГц (килогерц). Самая низкая частота звука, которую можно услышать, составляет примерно 20 Гц.

Поскольку звуковые волны перемещаются с одинаковой скоростью, единственная возможность скопления в определённом отрезке времени большего количества волн — это их укорочение. Таким образом, высокочастотные звуки — это короткие волны, а низкочастотные звуки — это длинные волны.
Высокочастотные коротковолновые звуки для нас звучат высоко — это, скажем, писк мыши. А низкочастотные длинноволновые звуки для нас, например, бой большого барабана.
Очень немногие звуки состоят из всего лишь одной простой вибрации. Большинство звуков — это смешение вибраций. В звуке может присутствовать одна главная структура волны, но на неё, как правило, накладываются различные более слабые колебания, или «обертоны». Вот почему, когда одна и та же нота играется на фортепиано и на гитаре, она звучит совершенно по-разному. Каждый звук имеет собственные обертоны, которые придают ему характерный оттенок — «тембр».

Скорость звука
В одних веществах звук распространяется быстрее, чем в других. Скорость звука в воздухе, например, составляет примерно 330 метров в секунду, Таким образом, чтобы пройти 1 км, звуку требуется около трёх секунд.
В жидкостях звук движется быстрее, чем в воздухе и других газах. В чистой воде его скорость составляет немногим больше 1300 м/с, а в солёной морской воде немного выше. Быстрее всего звук распространяется в твёрдых веществах. К примеру, звук приближающегося поезда можно услышать в колебаниях рельсов задолго до того, как звук локомотива достигнет наших ушей в воздухе. Так происходит потому, что через сталь звук проходит в 15 раз быстрее, чем через воздух.

Звуковые волны отталкиваются от очень твёрдых поверхностей, и мы улавливаем их дважды — слышим эхо. Стоя на одной стороне знаменитой Шепчущей галереи собора Святого Павла в Лондоне, можно услышать даже то, что сказано шёпотом на другой её стороне, так как звук отражается от стены.

Комментарии пользователей

Информация Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.

Вход/Регистрация

Наш опрос

Вы хорошо учились в школе?
Да
Нет
Иногда :)
Я еще учусь