Тема: Механічні коливання і хвилі. звук
Урок 37. Швидкість звуку. Відображення звуку. відлуння
Ерюткін Євген Сергійович
Швидкість звуку в повітрі
Тема уроку - поширення звуку, швидкість звуку. Також ми поговоримо про відображення звуку і обговоримо таке явище, як луна. Нагадаємо, що звук - поздовжня механічна хвиля, яка поширюється в пружною середовищі і сприймається органами слуху людини, викликає звукові відчуття. Наявність середовища - необхідна умова поширення звуку. Як пов'язана швидкість поширення звукових коливань із середовищем? Перші експерименти, які були проведені за визначенням швидкості звуку в повітрі, відносяться до 1636 році. Французький вчений Мерсенн в результаті експерименту, пов'язаного з вимірюванням часу спостереження за спалахом при пострілі з рушниці і почутим звуком, визначив, що швидкість звуку в повітрі становить 343 м / с. При 20 ° С швидкість звуку в повітрі становить 343.
Після уточнень вдалося з'ясувати, що швидкість звуку в повітрі визначається на сьогоднішній день як 340-330. Зверніть увагу, що є деякий розкид, пов'язаний з тим, в якому стані знаходиться наша атмосфера. Надалі стало ясно, що швидкість звуку залежить, по-перше, від температури: чим вища температура, тим швидкість звуку більше. І ще, виявляється, швидкість звуку в газах залежить від того, якими є самі ці гази, молекули цих газів. Чим молекули, атоми газів менше, тим швидкість звуку більше. Чим маса молекул газу менше, тим швидкість звуку більше.
Наприклад, в водні, молекули - маленькі об'єкти, маленькі частинки, швидкість звуку становить тисячі двісті вісімдесят чотири. У кисні молекули цього газу більше, ніж молекули водню, швидкість звуку становить 316. Можна судити про те, як змінюється швидкість звуку в залежності від властивостей того, які частки даного газу.
Швидкість звуку в воді та інших середовищах
Поговоримо тепер про швидкість звуку в рідині. Зокрема, в воді. У рідини виміряти швидкість звуку було, звичайно, складніше. Але в 1826 році в Женевському озері був проведений наступний експеримент: в воду було спущено дзвін і разом з цим піднімався факел над водою.
Мал. 1. Визначення швидкості звуку в воді
Дослідники в човні били в дзвін, який знаходився під водою, молотком. В результаті звук, який поширювався по воді і під водою, досягав спостерігача і в цей момент піднімали інший факел, на іншому човні. Засікали час, протягом якого відбувалося це спостереження. Отже, швидкість звуку у воді саме в цьому експерименті склала 1440. Швидкість звуку в воді при 8 ° С становить 1440.
Зверніть увагу, що в даному випадку теж є залежність від температури води. Звичайно, найбільша швидкість поширення звуку - це поширення звуку в твердих тілах. Наприклад, в стали швидкість поширення звуку становить 5000. тобто 5 км в секунду. Залежно від того, яка сталь за складом, швидкість може змінюватися. Вона може бути і більше і складати навіть 6000.
Можна зробити наступний висновок про величинах, від яких залежить швидкість звуку в різних речовинах. По-перше, величезну роль грає щільність речовини. Давайте подивимося на таблицю і поспостерігаємо, як змінюється швидкість звуку в залежності від речовини.
Другий параметр, що визначає швидкість звуку в середовищі, - це температура. Про це ми говорили вище.
відображення звуку
Як можна уявити собі відбиток звуку? Уявити можна наступним чином: якщо звукова хвиля поширюється в речовині і доходить до кордону з іншою речовиною, то при взаємодії частинки другого тіла теж починають здійснювати коливання. У свою чергу частки другого речовини на межі розділу передаватимуть свої коливання не тільки всередину свого середовища, а й передавати середовищі, з якої хвиля прийшла. Ось таким чином і створюється хвиля відбита. Відбита хвиля, прийнята спостерігачем, може нами сприйматися як відлуння.
Відлуння - відбита від якої-небудь перешкоди звукова хвиля, яка сприймається спостерігачем.
Рис.2. Відображення звуку. відлуння
Зверніть увагу на те, що відлуння ми можемо чути не завжди, а тільки в тому випадку, якщо від моменту створення звуку до моменту сприйняття відбитого звуку пройде не менше 0,06 с. Якщо час буде менше, то ніякого відлуння ми не почуємо. Наш слуховий апарат не сприймає сигнал як два окремих звуку. Саме тому ми не чуємо відлуння в маленьких приміщеннях. Величезну роль відіграє ще й те, чи багато речей знаходиться в кімнаті, які поглинають звук. Наприклад, м'які пористі речовини добре поглинають звук, в цьому випадку ніякого відлуння не створюється.
Відлуння є однією з основних проблем при проектуванні концертних та театральних залів. Тому спеціальна оббивка цих залів проводиться таким чином, щоб ніякого відображення не було або це відображення було мінімально. Але є області, де ми повинні обов'язково створювати це відображення, посилювати його.
Наприклад, всім відомий рупор працює виключно на принципі відображення звуку. Це або кругла, або квадратна труба, в яку ми вимовляємо щось, і звук в результаті відображення від стінок рупора збирається в один пучок, який в певному напрямку поширюється з великою інтенсивністю. В цьому випадку цей звук чутно набагато далі.
Список додаткової літератури: