Здравствуйте, уважаемые обучающиеся. На позапрошлой лекции мы с вами исследовали свойства пружинного маятника его колебания, выяснили от чего зависит период и частота этих колебаний. На сегодняшней лекции мы будем рассматривать еще более сложный вид движения, чем механическое, вращательное или колебательное движения, которое называется механические волны. И с этими волнами тесто связано одно из наших чувств, речь идет о слухе.
Ну а теперь давайте представим себе следующую ситуацию: пруд...спокойная поверхность пруда...вода. Мы бросаем в этот пруд камень и что мы при этом начинаем наблюдать? Мы начинаем наблюдать расходящиеся круги...сначала, конечно, мы наблюдаем брызги, но нас будут интересовать именно расходящиеся круги. А что если этот камень мы не просто бросим, а вместо этого, например, возьмем мячик и будем приводит его в колебательное движение. Что при этом будет происходить? Круги будут постоянно порождаться колебания мяча и мы увидим картину, которая представлена ниже...
Давайте запишем определение того, что мы с вами увидели в анимации в видеоролике выше. То что мы с вами увидели называется волнами.
Волной называются колебания распространяющиеся в пространстве с течением времени.
То что мы видели в видеоролике - это анимация и это, то что происходит не в действительности. А теперь давайте с вами понаблюдаем за реальной волной.
И теперь давайте запишем, что такое поперечные волны.
Поперечные волны - волна, в которой направление колебаний частиц среды перпендикулярна направлению распространения волны.
А теперь давайте продемонстрируем второй вид волн...продольные волны.
Продольные волны - это волны, в которых направление колебаний частиц среды совпадает с направлением распространения среды.
Стоит обратить внимание, что в поперечной волне происходит смещение вверх и вниз, а волна при этом распространяется вправо и влево. Давайте представим себе сплошную среду, например газ или жидкость или твердое тело. Если мы попытаемся сместить частицы твердого тела вертикально относительно друг друга и смещение при этом будет бежать вдоль твердого тела. Какой это будет деформацией? Это будет деформация, которую мы называем сдвиг. Возникающие при этом силы упругости, при такой деформации сдвига вызовут появление волны. Детальнее мы это рассмотрим в следующих лекциях. Такая деформация сдвига вызывает деформацию только в твердых телах. Давайте представим себе, что у нас жидкость и мы один слой жидкости сдвинули относительно другого слоя. При этом силы упругости возникнут? Нет. А ведь силы упругости играют роль возвращающей силы, которая порождает колебания среды. Значит в газах тоже самое и силы упругости при этом не возникает и в жидкостях поперечная волна распространятся не может. И поперечные волны распространяются только в твердых телах.
В продольных волнах частицы среды в горизонтальной плоскости между собой сближаются или удаляются, т.е среда в которой распространяется волна испытывает, то сжатие, то растяжение. Давайте вспомним в твердом теле деформация растяжения-сжатия существует? Мы можем, например, растянуть металлический стержень. Да, можем. Будут возникать при этом силы упругости? Да, это значит, что это деформация растяжения-сжатия. Мы можем взять шприц с водой и нажать на поршень при этом вода хоть чуть-чуть, но сожмется. Хотя, говорят, что жидкости не сжимаемые и это немного преувеличение, они слабо, но сжимаемые. Значит в жидкостях деформация растяжения-сжатия возможна. Мы можем взять тот же самый шприц не наполняя его водой, оставить воздух в цилиндре шприца. Передвигая поршень мы будем сжимать воздух. Значит в газах тоже возможна деформация растяжения-сжатия. Значит в газах и жидкостях возможно существование продольных волн и в твердых телах тоже. Давайте еще раз повторим:
- поперечная волна может существовать только в твердых телах;
И так идем дальше...мы хотим описать волны с помощью каких-то физических величин. Какие же физические величины можно использовать для описания волн? Чтобы ответить на этот вопрос давайте вспомним определение, что называется волной...давайте запишем это определение еще раз:
Волна - это колебания распространяющиеся в пространстве с течением времени.
И так если волна - это колебания, распространяющиеся в пространстве, значит все характеристики колебаний можно использовать и для описания волны. И так характеристики волны: частота, период и амплитуда колебаний. Мы перечислили характеристики колебаний, а теперь давайте поговорим о том, что эти колебания распространяются с течением времени. Давайте вернемся к той анимации с которой мы начали сегодняшнюю лекцию.
Давайте еще раз посмотрим на волну, но только уже на другой модели.
Источником волн является любое колеблющееся тело.
И так если мы создали в воздухе волну, то при определенных условиях это волна должна быть с достаточно большой частотой, то тогда возникает ощущение звука. Следовательно звук имеет непосредственное отношение к механическим волнам. Что же такое звук? Звук - это волны? Нет, звук - это то, что мы слышим. Звук - это ощущение, которое возникает при попадании в ухо звуковых волн. Звук - это то, что мы чувствуем. А звуковая волна - это то, что существует на самом деле, реально. Это механические волны. И так запишем определение звука.
Звук - это ощущение, которое возникает когда в ухо попадает звуковая волна. Так что же такое звуковая волна?
И так давайте еще раз запишем, что такое звуковая волна?
Звуковая волна - это механическая продольная волна частота колебаний, которой лежит в диапазоне от 20 до 20000 Гц.
А что если частота колебаний механической волны меньше 20 Гц, мы ее не услышим, но это колебание среды. Такая волна называется инфразвуковая волна. Или сокращенно инфразвук.
Инфразвуковая волна - это волна имеющая частоту колебаний меньше 20 Гц.
Например, люди ее не слышат, но оказывается медузы инфразвук воспринимают. Когда разыгрывается шторм на море, то медузы уходят на глубину, чтобы их не выбросило на берег. Как медузы узнают, что надвигается шторм? Именно по инфразвуковым волнам, которые распространяются в воде. Звуковые и инфразвуковые волны могут распространятся в воде и, например, в газах.
А что если частота колебаний механической волны больше 20000 Гц? Такая волна называется ультразвуковой.
Ультразвуковая волна - это механическая волна имеющая частоту колебаний больше 20000 Гц или 20 кГц.
Оказывается маленькие дети воспринимают звук с частотой колебаний даже 21-22 кГц. Собаки тоже слышать ультразвуковую волну и этим пользуются дрессировщики у которых есть специальные ультразвуковые свисточки, которые они используют для того, чтобы подать собаке в цирке сигнал и собака при этом начинает выполнять какие-то команды, хотя зритель при этом ничего не слышит. Пожилые люди уже могут не воспринимать звуки частотой 20 и даже 18 кГц.
И так мы знаем какие звуковые волны существуют. А теперь скажите пожалуйста как вы думаете, что может быть источником звуковых волн? Например, колебания любого твердого предмета - линейки, которую мы приводили в видеоролике выше. А может звуковую волну породить колебание воздуха? Колебания в газе. Да, конечно, может и на этом принципе устроены духовые инструменты.
Теперь давайте поговорим о распространении звука. Звук может распространяться в разных средах:
- и в газах мы слышим что мы говорим, благодаря тому, что в воздухе распространяется звук, который мы создаем говоря;
- звук может распространяться в жидкостях. Например, рыбы слышать обычный звук, а уже упоминаемые медузы - инфразвук, да и мы когда сами ныряем слышим, что, что-то при этом происходит. Особенно, если рядом проплывает моторная лодка и при этом винтами будоражит воду, то мы прекрасно слышим этот звук;
- а в твердых телах звук может распространяться? Да, конечно
Кстати, еще одна интересная особенность, когда вы слушаете свою собственную запись, сделанную на магнитофоне или каком-то записывающем устройстве. То ваш голос очень не похож на тот голос к которому вы привыкли. Т.е когда мы сами себя записываем на звукозаписывающее устройство и сами себя начинаем слушать, то наш голос, сказать мягко, не очень нам нравится, на столько он не похож на тот голос к которому мы привыкли. Почему? Да, потому что по костям черепа звук тоже распространяется и попадает к нам в ухо и мы привыкли к тому, что мы слышим звук не столько, который пришел нам по воздуху из нашего рта, сколько звук который приходит к нам в ухо по костям черепа. И это приводит к тому, что наш собственный голос мы воспринимаем немного по-другому.
Теперь давайте поговорим об отражении звука... давайте вернемся к тому, что мы наблюдали в самом начале.
Давайте еще раз запишем, что такое эхо
Эхо - это звуковая волна, отраженная от удаленного предмета.
А давайте подумаем, почему в определении упоминается слово удаленный? Звук должен пройти достаточно большое расстояние, чтобы мы могли отличить звук от источника и звук вернувшийся к нам отраженным. И для этого расстояние должно быть достаточно большим. А если мы, например, находимся в учебном классе, то звук от его стен отражается, но эхо при этом мы не слышим, потому что время, которое проходит до момента возвращения отраженной волны слишком мало и мы этот промежуток времени не воспринимаем. Однако, мы все-таки слышим, что мы находимся при этом в помещении, потому что звук при этом становится гулким, ну, кстати, он становится довольно громким. Если бы, например, мы завесили все стены какими-нибудь коврами, то звук бы при этом был бы глухой, не звонкий и довольно не приятный "сухой звук". Значит если мы хотим, чтобы в помещении была хорошая слышимость, то очень важно как отражается звук от стен. Где это особенно важно? В акустических залах, в театрах, в филармонии. Там предпринимают специальные меры для того, чтобы зал имел, как говорят, хорошую акустику. Такие залы имеют специальную форму потолка, специальную форму стен. Формы потолка и формы стен таких залов не плоские, они обеспечивают отражение звука от сцены так чтобы до любой точки зала отраженная волна дошла и тогда слушатели будут слышать солиста на оперной сцене хорошо, даже если они находятся в конце зала. Стоит отметить, что для того чтобы звук отражался и обратно возвращался к нам в виде эха, он должен отражаться в нашу же сторону.
И напоследок давайте поговорим о поглощении звука. Только что мы с вами говорили о том, что если бы мы выложили стены комнаты или учебного класса какими-нибудь коврами или каким-нибудь пористым материалом, то звук при этом не отражался бы. А куда бы он девался? Он поглощался бы стенами. Точнее он поглощался бы тем, чем мы эти стены с вами бы покрыли. Какие вещества хорошо поглощают звук? Ткань, ковры, пенопласт, поролон, вата - это все пористые материалы. Значит пористые волокнистые материалы служат хорошими поглотителями звука. Поэтому там где отражение звука не должно происходить стены выкладывают специальными пористыми материалами. Например, в некоторых учебных классах, в которых происходит съемка лекции, которые читаются обучающимся стены так же покрыты такими специальными материалами. И для студийной записи звука нужно чтобы стены этот звук поглощали, иначе будут лишние призвуки, которые могут исказить качество записи. Если мы, например, к студийной записи хотим добавить эхо, то это на самом деле делается электронными средствами - с помощью специальных процессоров обработки звука.
И последнее...мы говорили с вами об эхе. Эхо приходит к нам через некоторое время. От чего зависит это время? От скорости звука и, конечно же, от расстояния. И оказывается, что скорость звука зависит от того в какой среде звук распространяется.
На следующей лекции мы с вами поговорим о том, от каких объективных величин зависят такие субъективные свойства звука, как высота, громкость и самое сложное свойство - это тембр.
На этом мы эту лекцию закончим.
Если тебе понравилось, то пожалуйста подпишись на канал и поддержи автора.