Параграф 36 Физика 9 класс Пёрышкин | Конспект

Источники звука. Звуковые колебания

Источники звука

Звук — это механические колебания, распространяющиеся в упругой среде и воспринимаемые слухом. Источниками звука являются колеблющиеся тела: голосовые связки, струны музыкальных инструментов, мембраны и другие объекты. Например, металлическая линейка, закрепленная в тисках и приводимая в движение, начинает вибрировать и издавать звук, пока остаётся в состоянии колебаний. В каждом случае для создания звука тело должно совершать колебания с частотой, находящейся в диапазоне слышимости человека. Таким образом, звук является результатом взаимодействия механических колебаний и среды, в которой они распространяются.

Колебания струн

Струны музыкальных инструментов — это яркие примеры источников звука. Когда струну приводят в движение, она начинает совершать гармонические колебания. Движение струн можно наблюдать визуально, если сфокусироваться на размытии их положения. Если струну приглушить, колебания прекращаются, и звук затихает. Каждое колебание струны вызывает изменения давления в окружающем воздухе, что и воспринимается как звук. Амплитуда колебаний струны определяет громкость звука, а частота — его высоту. Например, на рисунке 121 видно, что даже небольшие колебания струны могут создавать значительное звуковое давление.

Колебания камертона

Камертон — это специальный прибор для получения звука с определённой частотой. Удар по одной из его ветвей вызывает малые колебания, которые трудно заметить на глаз, но легко услышать. Камертон используется для настройки музыкальных инструментов, так как его колебания создают чистый звуковой тон. Для того чтобы сделать колебания камертона заметными, к его ножке прикрепляют легкий шарик на нити, который начинает двигаться в такт колебаниям. Частота звука камертона зависит от его конструкции, длины и материала. Чем длиннее и массивнее ветви камертона, тем ниже его частота. Этот прибор демонстрирует принцип получения звука на основе механических колебаний.

Запись звуковых колебаний

Колебания камертона можно записывать с помощью специальной установки. На рисунке 123 показан метод регистрации колебаний с помощью стеклянной пластины, покрытой тонким слоем сажи. При вибрации кончик камертона оставляет на пластине волнообразный след, по которому можно определить амплитуду и частоту колебаний. Этот метод позволяет визуализировать звуковые колебания и изучать их свойства. Волнообразные линии показывают гармонический характер колебаний. Таким образом, с помощью подобных устройств можно не только слышать, но и видеть звуковые колебания, что облегчает их изучение.

Диапазон частот звука

Человеческое ухо воспринимает звуки с частотами от 16 до 20 000 Гц. Колебания ниже 16 Гц называются инфразвуковыми, а выше 20 000 Гц — ультразвуковыми. Звуки вне этого диапазона недоступны для слуха, но их могут воспринимать животные. Например, летучие мыши и дельфины используют ультразвук для ориентации и общения. Ультразвуковые волны применяются и в технике: для измерения глубины воды, исследования прочности материалов и даже в медицине для диагностики. В отличие от обычного звука, ультразвуковые и инфразвуковые волны обладают особыми свойствами, такими как высокая направленность и способность проникать в материалы.

Эхолокация

Эхолокация — это метод определения расстояния до объекта с помощью отражённого звука. Примером эхолокации служит работа ультразвуковых приборов на кораблях. Ультразвуковой сигнал посылается в воду и отражается от дна, после чего возвращается к приёмнику. Зная скорость звука в воде и время, за которое сигнал проходит туда и обратно, можно рассчитать глубину. Эта методика используется в навигации, морских исследованиях и при изучении морских животных. Эхолокация помогает определять местоположение объектов даже в условиях плохой видимости или полной темноты, что делает её важным инструментом в науке и технике.

Таким образом, звуковые колебания и их источники имеют большое значение как в природе, так и в технике, а изучение их свойств помогает создавать новые технологии и устройства для использования звука.