Отражение звука. Эхо. Звуковой резонанс

Отражение звука. Эхо
ОТРАЖЕНИЕ ЗВУКА(ЭХО)- явление, возникающее при падении звуковой волны на границу раздела двух упругих сред и состоящее в образовании волн, распространяющихся от границы раздела в ту же среду, из которой пришла падающая волна.

На использовании эха основан принцип действия рупора. Рупор представляет собой расширяющуюся круглую трубу. Человек говорит в узкий конец, звук его голоса несколько раз отражается от стенок рупора и выходит через широкий конец в одном направлении, не рассеиваясь во все стороны. Таким образом, усиливается его мощность в заданном направлении, и звук может распространяться на большее расстояние..

Многие животные способны издавать ультразвуковые колебания и воспринимать их после отражения от препятствий. Острая направленность ультразвука позволяет им определять местоположения и расстояния до каких-либо предметов по времени запаздывания отраженного звукового сигнала.

Летучие мыши- ничего не видят, но в темноте летают и ловят добычу
Дельфины- ориентируются в мутной воде
Ночные бабочки и жуки слышат ультразвуковые волны, издаваемые мышами и успевают от них спрятаться
Зубчатые киты с помощью ультразвука охотятся на кальмаров

Возникает вопрос почему же мы слышим эхо не всегда, а в некоторых случаях? Почему мы не слышим эхо в маленьких помещениях, например?
Дело в том, что, во-первых, находящиеся в помещениях вещи и мебель гасят отраженные звуки, поглощая эхо. Во-вторых, чтобы наш мозг различил отраженный сигнал отдельно от посланного, в виде эхо, нужно, чтобы разница между ними составила не меньше шести сотых секунды.

Амплитуда установившихся вынужденных механических
колебаний достигает наибольшего значения в том
случае, если частота вынужденной силы совпадает с
собственной частотой колебательной системы.
Это явление называется резонанс.
Звуковой резонанс

Резонанс может быть вызван и действием звуковых волн. Чтобы пронаблюдать это, проделаем следующий опыт. Возьмём два камертона А и В с одинаковыми собственными частотами и поставим их рядом, обратив отверстия ящиков, на которых они укреплены, навстречу друг другу. Ударяя резиновым молоточком по камертону А, приведём его в колебание, а затем приглушим пальцами. Мы услышим звук, издаваемый камертоном В, который отзывается на колебания камертона А.

В музыкальных инструментах роль резонаторов выполняют части их корпусов. Например, в гитаре, скрипке и других подобных им струнных инструментах резонаторами служат деки, которые усиливают издаваемые струнами звуки и придают звучанию инструмента характерную для него окраску — тембр. Тембр звука зависит не только от формы и размера резонатора, но и от того, из какого дерева он изготовлен, и даже от состава лака, покрывающего его. Тембр определяется также материалом, из которого сделана струна, и тем, гладкая она или витая.

Резонаторы имеются и в голосовом аппарате человека. Источники звука в голосовом аппарате — голосовые связки. Они приходят в колебание благодаря продуванию воздуха из лёгких и возбуждают звук, основной тон которого зависит от их натяжения. Этот звук богат обертонами. Гортань усиливает те из обертонов, частота колебаний которых близка к её собственной частоте. Дальше звуковые волны попадают в полость рта. Для произнесения каждой гласной необходимо особое положение губ, языка и определённая форма резонаторной полости во рту.

Вред и польза резонанса
Использование:
Растворение порошкового молока в воде.
Резонаторы в музыкальных инструментах.
Магнитно-резонансное обследование организма.
Раскачивание качелей.
Раскачивание языка колокола.
Резонансные замки и ключи.
Вред:
Разрушение сооружений.
Обрыв проводов.
Расплескивание воды из ведра.
Раскачивание вагона на стыках рельсов.
Вибрации в трубопроводах.
Раскачивание груза на подъёмном кране.

Обрушение мостов
С резонансом можно встретиться и тогда, когда это совсем нежелательно. Так, например, в 1750 году близ города Анжера во Франции через цепной мост длиной 102 м шел в ногу отряд солдат. Частота их шагов совпала с частотой свободных колебаний моста. Из-за этого размахи колебаний моста резко увеличились, и цепи оборвались. Мост обрушился в реку.
В 1830 году по той же причине обрушился подвесной мост около Манчестера в Англии, когда по нему маршировал военный отряд.
В 1906 году из-за резонанса разрушился и так называемый Египетский мост в Петербурге, по которому проходил кавалерийский эскадрон.
Теперь для предотвращения подобных случаев войсковым частям приказывают “сбить ногу” и идти не строевым, а вольным шагом.
Чтобы избежать резонанса при переезде поезда через мост, он проходит его либо на медленном ходу, либо на максимальной скорости ( чтобы частота ударов колес о стыки рельсов не оказалась равной собственной частоте моста).
С резонансом можно встретиться не только на суше, но и в море и даже в воздухе. Так, например, при некоторых частотах вращения гребного вала в резонанс входили целые корабли. А на заре развития авиации некоторые авиационные двигатели вызывали столь сильные резонансные колебания частей самолета, что он разваливался в воздухе.