§47. Звуковые колебания и волны Человеческое ухо слышит звук, когда на слуховой аппарат уха действуют механические колебания с частотой не ниже 16 Гц, но не выше 20 000 Гц. Механические колебания с указанными частотами называются звуковыми или акустическими. Колебания с частотами ниже 16 Гц называются инфразвуковыми, а с частотами больше 20 кГц — ультразвуковыми, они человеческим ухом неслышимы. Звук обусловливается механическими колебаниями в упругих средах: в газах, жидкостях и твердых телах. Передача колебаний от звучащего тела осуществляется через среду. При своих колебаниях звучащее тело деформирует слой среды, прилегающий к поверхности тела. Какие виды деформаций вам известны? Какие из них возможны в газах, какие в жидкостях и какие в твердых телах? Электрический звонок поместили под колокол воздушного насоса. Будет ли меняться звук по мере откачивания воздуха? 6-00 Скорость звука зависит от свойств среды. Самая большая скорость звука в твердых телах, меньше в жидкостях, еще меньше в газах. Она также связана с температурой, но в различных агрегатных состояниях по-разному. Так, скорость звука в газах и парах увеличивается с повышением температуры, а в большинстве жидкостей, наоборот, уменьшается. Вода является одним из немногих исключений: от 0 С до 74 С скорость звука в ней растет от 1403 м/с до 1555 м/с, а затем падает до 1543 м/с при 100 С. Хорошей звуковой проводимостью обладает земля. Поэтому при осаде в крепостных стенах помещали «слухачей», которые по звуку, передаваемому землей, могли определить, ведет ли враг подкоп к стенам или нет. Прикладывание уха к земле также позволяло обнаружить приближение вражеской конницы. С помощью разных источников информации узнайте об истории измерения скорости звука в разных средах. Опираясь на молекулярную гипотезу, предположите, почему с увеличением температуры скорость звука в газах увеличиваеися, а в жидкостях и твердых телах уменьшается. При какой температуре t2 скорость звука 2 в воздухе вдвое больше, чем при tl = 0°С? (Вспомните, что температура это мера средней кинетической энергии молекул.) 1-02 Прочитайте про инфразвук и ультразвук, музыкальный тон. Резонанс Резонанс — явление резкого возрастания амплитуды колебаний при совпадении частот вынуждающей силы (внешней) с собственной частотой колебаний системы. С этим явлением мы встречаемся, когда раскачиваем качели или раскачиваемся на них. Чтобы добиться результата при минимуме затраченных усилий, надо действовать на качели с частотой, кратной их собственной частоте. Явление резонанса часто бывает нежелательным. На заводах и больших предприятиях частота работы механизмов не должна быть кратной собственной частоте фундамента зданий, на котором эти механизмы установлены. Инженеры должны учитывать, что собственная частота колебаний мостов не должна совпадать с частотой колебаний транспорта следующего по мостам. Широко известен случай, который произошел в Петербурге в 1906 году По Египетскому мосту через реку Фонтанку проходила кавалерия. Кони одновременно в определенном ритме ударяли копытами по мосту, он разрушился. Почему это могло произойти? Почему военным перед входом на мосты дают команду вольно? Почему трамваи и поезда, следующие по мостам должны придерживаться скорости на указателе перед мостом? Акустический резонанс. 2 1 Поставим рядом два одинаковых камертона, так как показано на рисунке. Ударим по камертону 1. Он зазвучит. После этого, прикоснемся рукой к камертону 1, чтобы остановить его колебания. Почему звук не прекращается? К ножке второго камертона прикрепим кусочек пластилина. Повторим опыт. Объясните разные эффекты.