Šírenie zvuku vo vode. Ako sa zvuk šíri vo vesmíre? Elastické pevné látky

Odraz zvuku V tejto časti budeme predpokladať, že dĺžka zvukovej vlny je dostatočne malá, a preto sa zvuk šíri pozdĺž lúčov. Čo sa stane, keď takýto zvukový lúč dopadne zo vzduchu na pevný povrch? Je jasné, že v tomto prípade dochádza k odrazu

OBJAV NEČAKÁVANÝCH VLASTNOSTÍ ATMOSFÉRY - PODIVNÉ EXPERIMENTY - PRENOS ELEKTRICKEJ ENERGIE JEDINÝM KÁBLOM BEZ NÁVRATKU - PRENOS CEZ ZEM BEZ KÁBLOV Ďalší z týchto dôvodov je ten, že som si uvedomil, že prenos elektrická energia

PRENOS ELEKTRICKEJ ENERGIE BEZ KÁBLOV* Koncom roku 1898 ma systematický výskum, ktorý sa dlhé roky vykonával na zlepšenie spôsobu prenosu elektrickej energie cez prírodné prostredie, priviedol k pochopeniu troch dôležitých potrieb; Najprv -

Prenos zvuku rádiovým elektrónkovým generátorom, ktorého schéma je znázornená na obr. 24 generuje rádiové emisie s nezmenenými parametrami. Urobme k tomu malé doplnenie: do obvodu, ktorý dodáva napätie do mriežky elektrónovej výbojky, pripojíme cez indukciu

48 Prenos energie hmotou Na experiment potrebujeme: tucet mincí za rubeľ. Už sme sa stretli s rôznymi vlnami. Tu je ďalší starý experiment, ktorý vyzerá celkom vtipne a ukazuje, ako vlna prechádza objektom. Vezmite si maličkosť – napríklad mince

30. Odovzdávanie správ minulosti Súbor pravidiel pre diváka Predtým, ako Christopher Nolan režíroval Interstellar a prepracoval scenár, jeho brat Jonah mi povedal o súbore pravidiel Aby sa sci-fi film udržal na správnej ceste

Kapitola 30 Posolstvá do minulosti Ako si moderní fyzici predstavujú cestovanie späť v čase v štyroch časopriestorových dimenziách bez objemu, pozri poslednú kapitolu Čierne diery a záhyby času [Thorn 2009], kapitoly

Kapitola 30 Posielanie správ do minulosti Vo veľkom, ako v našej bráne, sú pozície v časopriestore, kde možno posielať správy a čímkoľvek presúvať, obmedzené zákonom, že nič nemôže cestovať rýchlejšie ako svetlo. Preskúmať

Zvuk sa šíri cez zvukové vlny. Tieto vlny prechádzajú nielen cez plyny a kvapaliny, ale aj cez pevné telesá. Pôsobenie akýchkoľvek vĺn je hlavne v prenose energie. V prípade zvuku má transport podobu nepatrných pohybov na molekulárnej úrovni.

V plynoch a kvapalinách zvuková vlna posúva molekuly v smere svojho pohybu, teda v smere vlnovej dĺžky. V pevných látkach zvukové vibrácie molekuly sa môžu vyskytovať aj v smere kolmom na vlnu.

Zvukové vlny sa šíria zo svojich zdrojov všetkými smermi, ako je znázornené na obrázku vpravo, ktorý ukazuje, že kovový zvon sa pravidelne zráža s jazykom. Tieto mechanické kolízie spôsobujú, že zvon vibruje. Energia vibrácií sa prenáša na molekuly okolitého vzduchu a tie sú odtláčané preč od zvona. V dôsledku toho sa zvyšuje tlak vo vzduchovej vrstve susediacej so zvonom, ktorý sa potom šíri vo vlnách všetkými smermi od zdroja.

Rýchlosť zvuku je nezávislá od hlasitosti alebo tónu. Všetky zvuky z rádia v miestnosti, či už hlasné alebo tiché, vysoké alebo nízke, sa dostanú k poslucháčovi súčasne.

Rýchlosť zvuku závisí od typu prostredia, v ktorom sa šíri a od jeho teploty. V plynoch sa zvukové vlny šíria pomaly, pretože ich riedka molekulárna štruktúra len málo bráni kompresii. V kvapalinách sa rýchlosť zvuku zvyšuje a v pevných látkach je ešte rýchlejšia, ako je znázornené na obrázku nižšie v metroch za sekundu (m/s).

vlnová dráha

Zvukové vlny sa šíria vzduchom podobným spôsobom, ako je znázornené na obrázkoch vpravo. Čelá vĺn sa pohybujú od zdroja v určitej vzdialenosti od seba, určenej frekvenciou kmitov zvonu. Frekvencia zvukovej vlny je určená spočítaním počtu vlnoploch, ktoré prejdú daným bodom za jednotku času.

Čelo zvukových vĺn sa vzďaľuje od vibrujúceho zvona.

V rovnomerne ohriatom vzduchu sa zvuk šíri konštantnou rýchlosťou.

Druhý front nasleduje v diaľke prvý, rovná dĺžke vlny.

Intenzita zvuku je maximálna v blízkosti zdroja.

Grafické znázornenie neviditeľnej vlny

Zvukové ozvučenie hlbín

Lúč sonarových lúčov, pozostávajúci zo zvukových vĺn, ľahko prechádza oceánskou vodou. Princíp činnosti sonaru je založený na skutočnosti, že zvukové vlny sa odrážajú od dna oceánu; toto zariadenie sa zvyčajne používa na určenie vlastností podvodného reliéfu.

Elastické pevné látky

Zvuk sa šíri v drevenej doske. Molekuly väčšiny pevných látok sú viazané do elastickej priestorovej mriežky, ktorá sa slabo stláča a zároveň urýchľuje prechod zvukových vĺn.

Táto lekcia sa zaoberá témou „Zvukové vlny“. V tejto lekcii budeme pokračovať v štúdiu akustiky. Najprv si zopakujeme definíciu zvukových vĺn, potom zvážime ich frekvenčné rozsahy a zoznámime sa s pojmom ultrazvukové a infrazvukové vlny. Tiež si rozoberieme vlastnosti zvukových vĺn v rôznych médiách a zistíme, aké vlastnosti majú. .

Zvukové vlny - ide o mechanické vibrácie, ktoré sa šíria a sú v interakcii s orgánom sluchu, ktoré človek vníma (obr. 1).

Ryža. 1. Zvuková vlna

Časť, ktorá sa vo fyzike zaoberá týmito vlnami, sa nazýva akustika. Profesiou ľudí, ktorí sa bežne nazývajú „počujúci“, je akustika. Zvuková vlna je vlna šíriaca sa v elastickom prostredí, je to pozdĺžna vlna a pri jej šírení v elastickom prostredí sa strieda stláčanie a riedenie. Prenáša sa v priebehu času na vzdialenosť (obr. 2).

Ryža. 2. Šírenie zvukovej vlny

Zvukové vlny zahŕňajú také vibrácie, ktoré sa vykonávajú s frekvenciou 20 až 20 000 Hz. Tieto frekvencie zodpovedajú vlnovým dĺžkam 17 m (pre 20 Hz) a 17 mm (pre 20 000 Hz). Tento rozsah sa bude nazývať počuteľný zvuk. Tieto vlnové dĺžky sú uvedené pre vzduch, rýchlosť šírenia zvuku sa rovná.

Existujú aj také rozsahy, ktorým sa venujú akustici - infrazvuk a ultrazvuk. Infrazvukové sú tie, ktoré majú frekvenciu menšiu ako 20 Hz. A ultrazvukové sú tie, ktoré majú frekvenciu vyššiu ako 20 000 Hz (obr. 3).

Ryža. 3. Rozsahy zvukových vĺn

Každý vzdelaný človek by sa mal orientovať vo frekvenčnom rozsahu zvukových vĺn a vedieť, že ak pôjde na ultrazvukové vyšetrenie, obraz na obrazovke počítača sa vytvorí s frekvenciou viac ako 20 000 Hz.

ultrazvuk - Ide o mechanické vlny podobné zvukovým vlnám, ale s frekvenciou 20 kHz až miliarda hertzov.

Volajú sa vlny s frekvenciou viac ako miliarda hertzov hypersonický.

Ultrazvuk sa používa na detekciu defektov odliatkov. Prúd krátkych ultrazvukových signálov je nasmerovaný na testovanú časť. V miestach, kde nie sú žiadne závady, signály prechádzajú cez diel bez toho, aby ich prijímač zaregistroval.

Ak je v časti prasklina, vzduchová dutina alebo inej nehomogenity, potom sa ultrazvukový signál od nej odráža a vracia sa do prijímača. Takáto metóda sa nazýva ultrazvuková detekcia defektov.

Ďalšími príkladmi využitia ultrazvuku sú prístroje ultrazvuk, ultrazvukové prístroje, ultrazvuková terapia.

Infrazvuk - mechanické vlny podobné zvukovým vlnám, ale s frekvenciou menšou ako 20 Hz. Nie sú vnímané ľudským uchom.

Prirodzenými zdrojmi infrazvukových vĺn sú búrky, cunami, zemetrasenia, hurikány, sopečné erupcie, búrky.

Infrazvuk sú tiež dôležité vlny, ktoré sa používajú na rozvibrovanie povrchu (napríklad na ničenie niektorých veľkých predmetov). Spustíme infrazvuk do pôdy – a pôda sa rozdrví. Kde sa to používa? Napríklad v diamantových baniach, kde berú rudu, ktorá obsahuje diamantové zložky a rozdrvia ju na malé častice, aby našli tieto diamantové inklúzie (obr. 4).

Ryža. 4. Aplikácia infrazvuku

Rýchlosť zvuku závisí od podmienok prostredia a teploty (obr. 5).

Ryža. 5. Rýchlosť šírenia zvukových vĺn v rôznych prostrediach

Poznámka: vo vzduchu sa rýchlosť zvuku rovná , zatiaľ čo rýchlosť sa zvyšuje o . Ak ste výskumník, takéto znalosti vám môžu byť užitočné. Môžete dokonca prísť s nejakým druhom teplotného senzora, ktorý bude detekovať teplotné rozdiely zmenou rýchlosti zvuku v médiu. Už vieme, že čím je médium hustejšie, tým závažnejšia je interakcia medzi časticami média, tým rýchlejšie sa vlna šíri. Diskutovali sme o tom v poslednom odseku na príklade suchého vzduchu a vlhkého vzduchu. Pre vodu rýchlosť šírenia zvuku. Ak vytvoríte zvukovú vlnu (klopanie na ladičku), rýchlosť jej šírenia vo vode bude 4-krát väčšia ako vo vzduchu. Po vode sa informácie dostanú 4-krát rýchlejšie ako vzduchom. A ešte rýchlejšie v oceli: (obr. 6).

Ryža. 6. Rýchlosť šírenia zvukovej vlny

Viete z eposov, ktoré používal Iľja Muromec (a všetci hrdinovia a obyčajní ruskí ľudia a chlapci z Gajdarovej revolučnej vojenskej rady), veľmi zaujímavým spôsobom detekcia objektu, ktorý sa blíži, ale je ešte ďaleko. Zvuk, ktorý vydáva pri pohybe, ešte nie je počuť. Ilya Muromets s uchom priloženým k zemi ju počuje. prečo? Zvuk sa totiž prenáša po pevnej zemi vyššou rýchlosťou, čo znamená, že sa rýchlejšie dostane do ucha Ilju Murometsa a ten sa bude môcť pripraviť na stretnutie s nepriateľom.

Najzaujímavejšie zvukové vlny sú hudobné zvuky a zvuky. Aké predmety môžu vytvárať zvukové vlny? Ak vezmeme zdroj vĺn a elastické médium, ak zdroj zvuku prinútime harmonicky vibrovať, potom budeme mať nádhernú zvukovú vlnu, ktorá sa bude nazývať hudobný zvuk. Týmito zdrojmi zvukových vĺn môžu byť napríklad struny gitary alebo klavíra. Môže to byť zvuková vlna, ktorá sa vytvára v medzere vzduchového potrubia (orgánu alebo píšťaly). Z hudobnej výchovy poznáte noty: do, re, mi, fa, salt, la, si. V akustike sa nazývajú tóny (obr. 7).

Ryža. 7. Hudobné tóny

Všetky položky, ktoré môžu vydávať tóny, budú mať funkcie. Ako sa líšia? Líšia sa vlnovou dĺžkou a frekvenciou. Ak tieto zvukové vlny nie sú vytvorené harmonicky znejúcimi telesami alebo nie sú spojené do spoločnej orchestrálnej skladby, potom sa takýto počet zvukov nazýva hluk.

Hluk- náhodné výkyvy rôzneho fyzikálneho charakteru, vyznačujúce sa zložitosťou časovej a spektrálnej štruktúry. Pojem hluk je každodenný a je fyzikálny, sú si veľmi podobné, a preto ho uvádzame ako samostatný dôležitý predmet úvahy.

Prejdime k kvantitatívne odhady zvukové vlny. Aké sú vlastnosti hudobných zvukových vĺn? Tieto charakteristiky platia výlučne pre harmonické zvukové vibrácie. takže, hlasitosť zvuku. Čo určuje hlasitosť zvuku? Uvažujme o šírení zvukovej vlny v čase alebo kmitoch zdroja zvukových vĺn (obr. 8).

Ryža. 8. Hlasitosť zvuku

Zároveň, ak sme do systému nepridali veľa zvuku (napríklad jemne udreli na klávesu klavíra), bude to tichý zvuk. Ak nahlas, zdvihneme ruku vysoko, zavoláme tento zvuk stlačením klávesu, dostaneme hlasný zvuk. Od čoho to závisí? Tiché zvuky majú menšie vibrácie ako hlasné zvuky.

Ďalšie dôležitá charakteristika hudobný zvuk a iné - výška. Čo určuje výšku zvuku? Výška závisí od frekvencie. Môžeme prinútiť zdroj, aby osciloval často, alebo ho môžeme prinútiť, aby osciloval nie príliš rýchlo (to znamená, že za jednotku času urobil menej kmitov). Zvážte časový priebeh vysokého a nízkeho zvuku rovnakej amplitúdy (obr. 9).

Ryža. 9. Smola

Dá sa vyvodiť zaujímavý záver. Ak človek spieva v basoch, potom má zdroj zvuku (to je hlasivky) kmitá niekoľkonásobne pomalšie ako človek, ktorý spieva soprán. V druhom prípade hlasivky vibrujú častejšie, a preto častejšie spôsobujú ohniská kompresie a zriedenia pri šírení vlny.

Existuje ďalšia zaujímavá charakteristika zvukových vĺn, ktorú fyzici neštudujú. to timbre. Poznáte a ľahko rozlíšite rovnakú hudobnú skladbu hranú na balalajke alebo na violončele. Aký je rozdiel medzi týmito zvukmi alebo týmto výkonom? Na začiatku experimentu sme požiadali ľudí, ktorí produkujú zvuky, aby mali približne rovnakú amplitúdu, aby bola hlasitosť zvuku rovnaká. Je to ako v prípade orchestra: ak nie je potrebné vyčleniť nástroj, všetci hrajú približne rovnako, rovnakou silou. Takže zafarbenie balalajky a violončela je odlišné. Ak by sme nakreslili zvuk, ktorý je extrahovaný z jedného nástroja, z druhého, pomocou diagramov, potom by boli rovnaké. Ale tieto nástroje ľahko rozoznáte podľa zvuku.

Ďalší príklad dôležitosti zafarbenia. Predstavte si dvoch spevákov, ktorí vyštudujú rovnakú hudobnú školu s rovnakými učiteľmi. Učili sa rovnako dobre s piatakmi. Z nejakého dôvodu sa jeden stáva vynikajúcim umelcom, zatiaľ čo druhý je celý život nespokojný so svojou kariérou. V skutočnosti je to určené výlučne ich nástrojom, ktorý spôsobuje v prostredí len vibrácie hlasu, to znamená, že ich hlasy sa líšia farbou.

Bibliografia

1. Sokolovič Yu.A., Bogdanova G.S. Fyzika: referenčná kniha s príkladmi riešenia problémov. - Redistribúcia 2. vydania. - X .: Vesta: vydavateľstvo "Ranok", 2005. - 464 s.
2. Peryshkin A.V., Gutnik E.M., Physics. 9. ročník: učebnica pre všeobecné vzdelávanie. inštitúcie / A.V. Peryshkin, E.M. Gutnik. - 14. vyd., stereotyp. - M.: Drop, 2009. - 300 s.

1. Internetový portál "eduspb.com" ()
2. Internetový portál "msk.edu.ua" ()
3. Internetový portál "class-fizika.narod.ru" ()

Domáca úloha

1. Ako sa šíri zvuk? Čo môže byť zdrojom zvuku?
2. Môže zvuk cestovať vesmírom?
3. Je ním vnímaná každá vlna, ktorá dosiahne ľudské ucho?

Na veľké vzdialenosti sa zvuková energia šíri len pozdĺž jemných lúčov, ktoré sa po celej ceste nedotýkajú dna oceánu. V tomto prípade je obmedzením, ktoré médium kladie na rozsah šírenia zvuku, jeho absorpcia v morskej vode. Hlavný mechanizmus absorpcie je spojený s relaxačnými procesmi, ktoré sprevádzajú porušenie termodynamickej rovnováhy medzi iónmi a molekulami solí rozpustených vo vode akustickou vlnou. Treba poznamenať, že hlavnú úlohu v absorpcii v širokom rozsahu zvukových frekvencií patrí sulfid horečnatý MgSO4, hoci percentuálne je jeho obsah v morskej vode pomerne malý - takmer 10-krát menší ako napríklad kamenná soľ NaCl, ktorá však nehrá žiadnu výraznejšiu úlohu v absorpcii zvuku.

Absorpcia v morskej vode je vo všeobecnosti tým väčšia, čím vyššia je frekvencia zvuku. Pri frekvenciách od 3-5 do aspoň 100 kHz, kde dominuje uvedený mechanizmus, je absorpcia úmerná frekvencii s mocninou asi 3/2. Pri nižších frekvenciách sa aktivuje nový absorpčný mechanizmus (pravdepodobne v dôsledku prítomnosti bórových solí vo vode), čo je obzvlášť viditeľné v rozsahu stoviek hertzov; tu je úroveň absorpcie anomálne vysoká a s klesajúcou frekvenciou klesá oveľa pomalšie.

Aby sme si jasnejšie predstavili kvantitatívne charakteristiky absorpcie v morskej vode, poznamenávame, že v dôsledku tohto efektu je zvuk s frekvenciou 100 Hz zoslabený faktorom 10 na dráhe 10 000 km a s frekvenciou 10 kHz. - vo vzdialenosti len 10 km (obr. 2). Na komunikáciu pod vodou na veľké vzdialenosti, na detekciu podvodných prekážok na veľké vzdialenosti a podobne je možné použiť iba nízkofrekvenčné zvukové vlny.

Obrázok 2 - Vzdialenosti, pri ktorých sa zvuky rôznych frekvencií pri šírení v morskej vode 10-krát stlmia.

V oblasti počuteľných zvukov pre frekvenčný rozsah 20-2000 Hz dosahuje rozsah šírenia zvukov strednej intenzity pod vodou 15-20 km av oblasti ultrazvuku - 3-5 km.

Na základe hodnôt tlmenia zvuku pozorovaných v laboratórnych podmienkach v malých objemoch vody by sa dali očakávať oveľa väčšie rozsahy. Avšak v vivo Okrem tlmenia v dôsledku vlastností samotnej vody (tzv. viskózne tlmenie) ovplyvňuje aj jej rozptyl a pohlcovanie rôznymi nehomogenitami média.

Lom zvuku alebo zakrivenie dráhy zvukového lúča je spôsobené heterogenitou vlastností vody, hlavne pozdĺž vertikály, z troch hlavných dôvodov: zmeny hydrostatického tlaku s hĺbkou, zmeny slanosti a zmeny teploty v dôsledku nerovnomerného ohrevu vodnej hmoty slnečnými lúčmi. V dôsledku spoločného pôsobenia týchto príčin sa rýchlosť šírenia zvuku, ktorá je asi 1450 m/s pre sladkú vodu a asi 1500 m/s pre morskú vodu, mení s hĺbkou a zákon zmeny závisí od ročného obdobia. , denná doba, hĺbka nádrže a množstvo ďalších dôvodov. Zvukové lúče opúšťajúce zdroj pod určitým uhlom k horizontu sú ohnuté a smer ohybu závisí od rozloženia rýchlostí zvuku v médiu. V lete, keď sú horné vrstvy teplejšie ako spodné, sa lúče ohýbajú a väčšinou sa odrážajú od spodnej časti, čím strácajú značnú časť svojej energie. Naopak, v zime, keď si spodné vrstvy vody udržiavajú svoju teplotu, kým horné sa ochladzujú, sa lúče ohýbajú nahor a podliehajú viacnásobným odrazom od hladiny vody, pri ktorých sa stráca oveľa menej energie. Preto je v zime vzdialenosť šírenia zvuku väčšia ako v lete. V dôsledku lomu, tzv. mŕtve zóny, t. j. oblasti nachádzajúce sa blízko zdroja, v ktorých nie je počuteľnosť.

Prítomnosť lomu však môže viesť k zvýšeniu rozsahu šírenia zvuku – fenoménu ultradlhého šírenia zvukov pod vodou. V určitej hĺbke pod hladinou vody je vrstva, v ktorej sa zvuk šíri najnižšou rýchlosťou; nad touto hĺbkou sa rýchlosť zvuku zvyšuje v dôsledku zvýšenia teploty a pod ňou v dôsledku nárastu hydrostatického tlaku s hĺbkou. Táto vrstva je akýmsi podvodným zvukovým kanálom. Lúč vychýlený z osi kanála nahor alebo nadol v dôsledku lomu má vždy tendenciu dostať sa späť do kanála. Ak je v tejto vrstve umiestnený zdroj zvuku a prijímač, potom možno na vzdialenosti stoviek a tisícok kilometrov zaznamenať aj zvuky strednej intenzity (napríklad výbuchy malých náloží 1-2 kg). Významné zvýšenie rozsahu šírenia zvuku v prítomnosti podvodného zvukového kanála možno pozorovať, keď sa zdroj zvuku a prijímač nenachádzajú nevyhnutne blízko osi kanála, ale napríklad blízko povrchu. V tomto prípade lúče lámajúce sa nadol vstupujú do hlbokých vrstiev, kde sa odchyľujú nahor a opäť vychádzajú na povrch vo vzdialenosti niekoľkých desiatok kilometrov od zdroja. Ďalej sa vzor šírenia lúčov opakuje a výsledkom je postupnosť tzv. sekundárne osvetlené zóny, ktoré sa zvyčajne sledujú na vzdialenosti niekoľko stoviek km.

Šírenie vysokofrekvenčných zvukov, najmä ultrazvuku, keď sú vlnové dĺžky veľmi malé, je ovplyvnené malými nehomogenitami, ktoré sa zvyčajne nachádzajú v prírodných rezervoároch: mikroorganizmy, bubliny plynu atď. Tieto nehomogenity pôsobia dvoma spôsobmi: absorbujú a rozptyľujú energiu zvukových vĺn. V dôsledku toho sa so zvýšením frekvencie zvukových vibrácií znižuje rozsah ich šírenia. Tento efekt je badateľný najmä v povrchovej vrstve vody, kde je najviac nehomogenít. Rozptyl zvuku nehomogenitami, ako aj nepravidelnosťami na vodnej hladine a dne spôsobuje jav podvodného dozvuku, ktorý sprevádza vysielanie zvukového impulzu: zvukové vlny, ktoré sa odrážajú od kombinácie nehomogenít a splývajú, spôsobujú sprísnenie zvukový impulz, ktorý po jeho skončení pokračuje podobne ako dozvuk pozorovaný v uzavretých priestoroch. Podvodný dozvuk je pomerne významnou interferenciou pre množstvo praktických aplikácií hydroakustiky, najmä pre sonar.

Hranice rozsahu šírenia podvodných zvukov sú obmedzené aj tzv. vlastné šumy mora, ktoré majú dvojaký pôvod. Časť hluku vzniká dopadom vĺn na hladinu vody, z príboja, z hluku valiacich sa kamienkov atď. Druhá časť súvisí s morskou faunou; to zahŕňa zvuky vydávané rybami a inými morskými živočíchmi.

>>Fyzika: Zvuk v rôznych prostrediach

Šírenie zvuku vyžaduje elastické médium. Zvukové vlny sa nemôžu šíriť vo vákuu, pretože tam nemá čo vibrovať. Dá sa to overiť na jednoduchá skúsenosť. Ak položíme elektrický zvonček pod sklenený zvon, pri odčerpávaní vzduchu spod zvona zistíme, že zvuk zo zvona bude stále slabší, až úplne prestane.

zvuk v plynoch. Je známe, že pri búrke najskôr vidíme záblesk a až po chvíli počujeme hrmenie (obr. 52). Toto oneskorenie nastáva v dôsledku skutočnosti, že rýchlosť zvuku vo vzduchu je oveľa menšia ako rýchlosť svetla prichádzajúceho z blesku.

Rýchlosť zvuku vo vzduchu prvýkrát zmeral v roku 1636 francúzsky vedec M. Mersenne. Pri teplote 20 °C sa rovná 343 m/s, t.j. 1235 km/h. Všimnite si, že práve na túto hodnotu klesá rýchlosť strely vystrelenej z guľometu Kalašnikov (PK) na vzdialenosť 800 m. Úsťová rýchlosť strely je 825 m/s, čo je oveľa viac ako rýchlosť zvuku vo vzduchu. Preto sa človek, ktorý počuje zvuk výstrelu alebo píšťalku guľky, nemusí obávať: táto guľka ho už minula. Guľka predbehne zvuk výstrelu a dorazí k obeti skôr, ako zvuk dorazí.

Rýchlosť zvuku závisí od teploty média: so zvyšovaním teploty vzduchu sa zvyšuje a s poklesom klesá. Pri 0 °C je rýchlosť zvuku vo vzduchu 331 m/s.

Zvuk sa šíri rôznymi rýchlosťami v rôznych plynoch. Čím väčšia je hmotnosť molekúl plynu, tým nižšia je rýchlosť zvuku v ňom. Takže pri teplote 0 ° C je rýchlosť zvuku vo vodíku 1284 m / s, v héliu - 965 m / s a ​​v kyslíku - 316 m / s.

Zvuk v kvapalinách. Rýchlosť zvuku v kvapalinách je vo všeobecnosti väčšia ako rýchlosť zvuku v plynoch. Rýchlosť zvuku vo vode prvýkrát zmerali v roku 1826 J. Colladon a J. Sturm. Svoje pokusy uskutočnili na Ženevskom jazere vo Švajčiarsku (obr. 53). Na jednom člne zapálili pušný prach a zároveň udreli na zvon spustený do vody. Zvuk tohto zvona pomocou špeciálneho klaksónu spusteného tiež do vody bol zachytený na inom člne, ktorý sa nachádzal vo vzdialenosti 14 km od prvého. Podľa časového intervalu medzi zábleskom svetla a príchodom zvukový signál určiť rýchlosť zvuku vo vode. Pri teplote 8 °C to vyšlo približne 1440 m/s.

Na hranici medzi dvoma rôzne prostrediačasť zvukovej vlny sa odráža a časť postupuje ďalej. Keď zvuk prechádza zo vzduchu do vody, 99,9 % zvukovej energie sa odráža späť, ale tlak vo vode zvuková vlna je takmer 2-krát vyššia. Naslúchadlo ryba na to reaguje. Preto sú napríklad výkriky a zvuky nad hladinou vody správna cesta vystrašiť morské živočíchy. Tieto výkriky neohlušia človeka, ktorý je pod vodou: keď sa ponorí do vody, v ušiach zostanú vzduchové „zátky“, ktoré ho ušetria pred preťažením zvukom.

Keď zvuk prechádza z vody do vzduchu, 99,9 % energie sa opäť odráža. Ak sa však akustický tlak pri prechode zo vzduchu do vody zvýšil, teraz naopak prudko klesá. Z tohto dôvodu sa napríklad zvuk, ktorý vzniká pod vodou, keď jeden kameň narazí na druhý, nedostane k človeku vo vzduchu.

Toto správanie zvuku na hranici medzi vodou a vzduchom dalo našim predkom dôvod na zamyslenie podmorský svet„svet ticha“. Odtiaľ pochádza výraz: "Je nemý ako ryba." Dokonca aj Leonardo da Vinci navrhol počúvať podvodné zvuky priložením ucha k veslu spustenému do vody. Pomocou tejto metódy môžete vidieť, že ryby sú v skutočnosti dosť zhovorčivé.

Zvuk v pevných látkach. Rýchlosť zvuku v pevných látkach je väčšia ako v kvapalinách a plynoch. Ak priložíte ucho na koľajnicu, potom po náraze na druhý koniec koľajnice budete počuť dva zvuky. Jeden z nich sa dostane do ucha pozdĺž koľajnice, druhý - vzduchom.

Zem má dobrú zvukovú vodivosť. Preto boli v dávnych dobách počas obliehania do múrov pevnosti umiestnení „poslucháči“, ktorí podľa zvuku prenášaného zemou mohli určiť, či nepriateľ kopal k múrom alebo nie. Priložením ucha k zemi sledovali aj príchod nepriateľskej jazdy.

Pevné telesá dobre vedú zvuk. Z tohto dôvodu sú ľudia, ktorí stratili sluch, niekedy schopní tancovať na hudbu, ktorá sa k nim dostane. sluchové nervy nie cez vzduch a vonkajšie ucho, ale cez poschodie a kosti.

1. Prečo počas búrky najskôr vidíme blesky a až potom počujeme hromy? 2. Čo určuje rýchlosť zvuku v plynoch? 3. Prečo človek stojaci na brehu rieky nepočuje zvuky, ktoré sa vyskytujú pod vodou? 4. Prečo boli „počujúci“, ktorí v dávnych dobách sledovali zemné práce nepriateľa, často slepí?

Experimentálna úloha . Nasadenie na jeden koniec dosky (alebo dlhé drevené pravítko) náramkové hodinky, priložte ucho na jeho druhý koniec. Čo počuješ? Vysvetlite jav.

S.V. Gromov, N.A. Vlasť, fyzika 8. ročník

Zaslané čitateľmi z internetových stránok

Plánovanie fyziky, plány hodín fyziky, školský program, učebnice a knihy o fyzike pre 8. ročník, kurzy a úlohy z fyziky pre 8. ročník