Источники звука. Звуковые колебания

Мы живем в мире звуков, которые позволяют нам получать информацию о том, что происходит вокруг.
В результате самых разнообразных многочисленных экспериментов удалось установить, что звук возникает вследствие колебания тел. Источниками звука являются тела, которые колеблются. Эти колебания передаются молекулами воздуха и наше ухо, воспринимая эти колебания, интерпретирует их в понятные нам ощущения звука.
Звук – это механические колебания, распространяющиеся в упругих средах, газах, жидкостях и твердых телах, воспринимаемые ухом.

Колебания металлической пластинки передаются окружающему воздуху. Когда пластинка отклонится, например в левую сторону, она уплотняет (сжимает) слои воздуха, прилегающие к ней слева; при этом слой воздуха, прилегающий к пластине с правой стороны, разредится. При отклонении пластины в правую сторону она сжимает слои воздуха справа и разрежает слои воздуха, прилегающие к ней с левой стороны, и т. д. Сжатие и разрежение прилегающих к пластине слоев воздуха будет передаваться соседним слоям. Этот процесс будет периодически повторяться, постепенно ослабевая, до полного прекращения колебаний.
Таким образом, колебания пластинки возбуждают колебания окружающего воздуха и, распространяясь, достигают уха человека, заставляя колебаться его барабанную перепонку, вызывая раздражение слухового нерва, воспринимаемое нами как звук.

Пластина будет совершать колебания, но звук мы не услышим.
Груз на пружине будет совершать колебания, но звук мы не услышим.
Увеличим длину пластины в тисках,
чтобы частота стала < 16 Гц.
Не всякое колеблющееся тело является источником звука.

Колебания воздуха, источником которых является колеблющееся тело, называют звуковыми волнами.
Струна
Пока струна колеблется, мы слышим звук.
Если остановить струну, звук прекратиться.

Камертон - металлическая рогатка, укреплённая на ящичке без передней стенки для лучшего излучения звуковых волн.
Еще в 1711 году трубач королевы Елизаветы Джон Шор из Англии изобрел специальный инструмент, в котором нуждались все музыканты и настройщики музыкальных инструментов. Этот прибор имел вид металлической вилочки, которая имела два зубца. Именно эта вилочка и была названа камертоном.

Шарик тотчас же отскочит в сторону. Так происходит именно из-за частых колебаний концов рогатки камертона.
Если ударить молоточком по концам рогатки камертона, он будет издавать «чистый» звук, называемый музыкальным тоном (например, ноту «ля» первой октавы с частотой 440 Гц).
Придвинем звучащий камертон к лёгкому шарику на нити.

Вид сбоку
Камертон с малой (порядка 16 Гц) собственной частотой и большой амплитудой колебаний.
Тонкая и узкая металлическая полоска с острием.
Закопченная стеклянная пластина
При быстром перемещении пластинки колеблещаеся острие оставляет на ней след в виде волнообразной линии.
Волнообразная линия очень близка к синусоиде. Можно считать, что каждая ветвь звучащего камертона совершает гармонические колебания.*

Откачаем воздух
Поместив будильник на подушечке под колокол воздушного насоса, мы заметим: тиканье станет тише, но всё равно будет слышно. Откачав из-под колокола воздух, мы перестанем слышать звук вообще. Этот опыт подтверждает, что звук распространяется по воздуху и не распространяется в вакууме.
Скорость звука в воздухе сравнительно велика: лежит в интервале от 300 м/с при –50°С до 360 м/с при +50°С. Это в 1,5 раза больше, чем скорость пассажирских самолётов. В жидкостях звук распространяется заметно быстрее, а в твёрдых телах – ещё быстрее. В стальном рельсе, например, скорость звука - 5000 м/с.
Рассмотрим опыт.
Звук распространяется в любой упругой среде - твердой, жидкой и газообразной, но не может распространяться в вакууме.

Механические колебания, частота которых превышает 20 000 Гц,
называются ультразвуковыми, а колебания с частотами меньше
16 Гц – инфразвуковыми.
Ультразвук и инфразвук в природе распространены так же широко, как и волны звукового диапазона.
Ультразвуковые сигналы, посылаемые летучей мышью в полете, имеют характер очень коротких импульсов — своеобразных щелчков. Длительность каждого такого щелчка t = 1 - 5 мс. Ежесекундно мышь производит около десяти таких щелчков.

Эхолокация – определение расстояния до объекта.
Звуковые волны от источника звука достигают дна моря, отражаются и бегут обратно, неся с собой эхо. Оно улавливается чувствительным прибором, установленным у днища корабля. Часы измеряют промежуток времени между возникновением звука и приходом эхо. Зная скорость звука в воде, легко вычислить расстояние до отражающей преграды, определить глубину моря или океана.