Что такое звуковые волны — физика, свойства и примеры 🔵

Говорят, что человека со всех сторон окружают волны. Это могут быть электромагнитные волны, морские волны, а также есть понятие звуковых волн. Что такое звуковые волны, читайте далее в нашей статье.

Содержание

Колебания

Ощущения звука возникает вследствие колебательных движений, которые вызываются особым типом волн. Их называют — звуковые волны.

Когда человек музицирует на гитарных струнах либо играет на барабане, поверхности музыкальных инструментов приходят в колебательные движения. Данные колебания переносятся через вибрации атмосферы по воздуху и уже принимаются живыми организмами в качестве звука.

Длительность единичного колебания называется периодом. Тот набор подобных колебаний, произошедший в течение одной секунды, являющейся основной характеристикой звука, называется частотой. Например, в балалайке звук рождается с помощью струнной вибрации. Такие вибрации в дальнейшем усиливаются корпусом инструмента — резонатором.

Распространение звука

Чтобы звук появился, необходим какой-либо источник вибрации. Ими могут служить как музыкальные инструменты, так и человеческий голос. Но только лишь источника не достаточно. Волны звука pacпространяются исключительно в тех случаях, если в наличии имеется подходящая среда.

Звуковые волны способны распространяться в:

Твердых предметах — стенах;
Жидкостях — вода;
Газообразных средах — атмосфера.

Однако если попытаться ударить по мембране барабана в пространстве, лишенном воздуха, каким, например, является космос, то никакого звука не последует.

Скорость звука

В разных средах и скорость у звука разная.

В воде он двигается быстрее, чем в атмосфере, в связи с тем, что молекулы воды, его передающие, находятся ближе друг к другу, чем в воздухе;
В твердых материалах, таких как металлы, молекулы расположены еще плотнее, в результате чего звук способен распространяться гораздо стремительнее;
Звук будет двигаться в воздухе 340 метров в секунду;
Звук в воде распространяется со скоростью 1400 метров в секунду;
В твepдых телax его скорость в среднем достигает 5000 метров в секунду.

Поэтому материалы, имеющие пористую структуру, в которых в избытке воздуха (пенопласты, пробка, пенопропилены) применяют как звукоизоляторы.

Музыкальные звуки

В соответствии с методом, благодаря которому звук извлекается, все музыкальные инструменты разделяют на 3 категории:

Ударные;
Струнные;
Духовые.

В инструментах духовых, вроде волынки или тромбона, звуки появляются из-за вибраций входящего в них воздуха. Виолончель и фортепиано— это струнные инструменты, несмотря на то, что пианино издает звуки за счет ударов молоточков по струнам, а виолончель — трением смычка о струны. Ударные инструменты звучат благодаря ударам в них, либо из-за тряски.

Амплитуда и давление: почему звук бывает громким

Задумывались ли вы, почему шепот и раскат грома воспринимаются по-разному, даже если их тон совпадает? Все дело в амплитуде — максимальном размахе колебаний частиц среды от точки покоя.

Чем мощнее источник толкает молекулы воздуха, тем выше звуковое давление, которое мы измеряем в децибелах (дБ).

Порог болевой чувствительности человека начинается в районе 120–130 дБ. Постоянное воздействие шума высокой интенсивности необратимо повреждает волосковые клетки внутреннего уха, что со временем ведет к тугоухости. Как защитить свой слух в городской среде? Ответ кроется в понимании логарифмической шкалы громкости.

Отражение и дифракция: как волна обходит преграды

Звуковая волна ведет себя коварно: она способна огибать препятствия, размеры которых сопоставимы с длиной самой волны. Этот эффект называется дифракцией. Слышали низкий гул работающего мотора из-за угла здания? Это результат того, что низкочастотные волны буквально «обтекают» препятствия.

Когда волна сталкивается с плотной массивной поверхностью, она отражается, возвращаясь к источнику в виде эха.

В архитектурной акустике этот процесс называют реверберацией: она создает ощущение «объема» в концертных залах или неприятный гул в пустых бетонных помещениях.

Ультразвук и инфразвук: за гранью восприятия

Человеческое ухо — это биологический фильтр, настроенный на диапазон от 16 Гц до 20 кГц. Все, что вибрирует медленнее, физики называют инфразвуком, а быстрее — ультразвуком. Эти «невидимые» колебания находят применение в самых разных сферах:

Эхолокация в живой природе (дельфины, летучие мыши);
Медицинская визуализация тканей и органов при помощи УЗИ;
Очистка прецизионных деталей в специальных ультразвуковых ваннах;
Промышленный контроль целостности металлических конструкций.

Инфразвук особенно коварен своей способностью входить в механический резонанс с внутренними органами человека. При определенных частотах такие волны могут вызвать беспричинный страх или тошноту, оставаясь при этом абсолютно неслышными для уха.