Для школьников.
Инфразвук
Инфразвуком или инфразвуковыми колебаниями и волнами являются упругие колебания и волны с частотами, меньшими 16 Гц. Они не воспринимаются человеческим ухом.
Однако инфразвук также широко распространён в природе, как слышимый звук и ультразвук. Их излучают и воспринимают живые существа на суше и в море.
Морская вода насыщена звуками. Рыбы не безмолвны. Чаще всего рыбы издают звуки, воздействуя особыми мышцами на свой туго натянутый плавательный пузырь. Рыбы прекрасно слышат звуки в воде и разбираются в их значении. Они собираются в стаи по одним сигналам и бросаются врассыпную по другим.
Учёные давно знают, что сельди обладают сложным и очень чувствительным аппаратом и сами испускают очень тихие звуки.
Особенно сложная звуковая сигнализация у морских млекопитающих дельфинов. Их свистящие звуки почти не воспринимаются нашим ухом, они приближаются к ультразвукам. Самка дельфина прекрасно слышит призывы своего малыша и мчится туда. откуда они несутся. В случае опасности дельфины издают особые тревожные звуки и всё стадо мгновенно рассыпается. Когда опасность минует дельфины, перекликаясь между собой, вновь собираются.
Издаёт инфразвук и само море. Где-о зарождается шторм и приводит в движение поверхность воды. Сжатие и разрежение морской воды передаются в пространство над водой и порождают инфразвуковые волны. Эти звука называют "голосом моря". Частота этих звуков меньше 16 Гц.
Инфразвуковое излучение ощущают различные жители моря: медузы, ракообразные и др. Прибрежные животные, услышав "голос моря", прячутся в морской глубине или водорослях. Ещё раньше узнают о приближении шторма морские животные, находящиеся вдали от берега.
Инфразвук мы не слышим, но можем его ощущать. Когда в троллейбусе компрессор воздушного тормоза начинает работать ненормально, хотя звук мы не слышим, но начинаем ощущать боль в ушах.
Обычно инфразвук содержит обертоны, которые мы можем слышать. Например, в грохоте грома основная энергия сосредоточена в инфразвуковой области, нами не слышимая. Но мы слышим обертоны, более высокие, чем инфразвук.
Инфразвук по сравнению со слышимыми звуками мало поглощается воздухом, поэтому инфразвуковая волна распространяется на очень далёкие расстояния, и приборы их улавливают.
Интересно, что на своём пути инфразвук очищается от своих обертонов, так как воздух поглощает их.
Инфразвук имеет большое значение в военном деле. Улавливая его приборами, весьма точно определяют место, откуда действует дальнобойная артиллерия.
В воде инфразвук также поглощается значительно слабее слышимых звуков, поэтому может быть уловлен за многие сотни километров. Это помогает рыболовецким судам быстро находить стаи рыб, издающих инфразвук.
Эффект Доплера для звуковых волн
Сущность эффекта Доплера разберём на конкретном примере.
Пусть мимо платформы, на которой стоит человек, проносится поезд, издающий звук сирены.
Когда поезд приближается к платформе, человек слышит высокий звук сирены.
Когда поезд проносится мимо платформы, звук сирены резко меняется. Он становится более низким - это и есть эффект Доплера.
Эффект Доплера заключается в том, что человек (приёмник звука) "слышит" увеличение частоты звуковой волны, создаваемой сиреной (источником звука) при приближении источника к приёмнику, и уменьшение частоты звука при удалении источника звука от приёмника.
Эффект Доплера наблюдается при движении источника звука или приёмника звука относительно среды или при движении источника и приёмника звука относительно друг друга.
Если источник и приёмник волн неподвижны относительно среды, в которой распространяется звуковая волна, то частота колебаний, воспринимаемых приёмником, будет равна частоте колебаний источника.
Будет более понятно, если эффект Доплера рассмотреть на следующем числовом примере:
Мы стоим на платформе. Поезд приближается к нам. Пусть частота издаваемого сиреной звука равна 100 Гц. Скорость поезда примем равной 34 м/с. Скорость звука в воздухе равна 340 м/с. Предположим, что сирена, приближаясь к нам, звучит 1 с. За это время она возбуждает 100 колебаний.
Если бы поезд не двигался, мы услышали бы звук с частотой 100 Гц. Но поезд приближается к нам.
Допустим, что сирена начала гудеть за 340 м от платформы. Первое из её колебаний мы услышим через 1 с.
За эту секунду поезд промчится 34 м. Последнее колебание произойдёт на расстоянии 306 м от нас. Мы услышим это колебание через 306/340 секунд, то есть через 0,9 с.
Со времени, когда мы услышали первое колебание, прошло всего 0,9 с, так как сирена перестала гудеть, когда мы услышали её первое колебание. Таким образом, все 100 колебаний мы восприняли за 0,9 с, а частота, услышанного нами звука, стала равна 100/0,9 Гц, то есть 111 Гц.
Повторив те же рассуждения для удаляющегося поезда, мы найдём, что частота звука должна уменьшиться до 91 Гц. Разница в частотах звука при приближении и удалении поезда равна 2/9 от основной частоты.
К.В. Рулёва, к. ф.-м. н., доцент. Подписывайтесь на канал. Ставьте лайки. Спасибо.
Предыдущая запись: Ультразвук, его применение. Излучатели ультразвука. Кавитация.
Следующая запись: Почему камертон излучает слабый звук и как его усилить?
Ссылки на занятия до электростатики даны в Занятии 1 .
Ссылки на занятия (статьи), начиная с электростатики, даны в конце Занятия 45 .
Ссылки на занятия (статьи), начиная с теплового действия тока, даны в конце Занятия 58.
Ссылки на занятия, начиная с переменного тока, даны в конце Занятия 70 .
