Механические явления
Колебания, волны, звук

Волны. Звук

Пёрышкин «Физика 9», §31–40
1

Волна переносит энергию, а не вещество

Частицы среды колеблются около своих мест, а вдоль среды бежит колебание.
λ=vT=vν\lambda = v T = \dfrac{v}{\nu}λ\lambda — длина волны: расстояние, которое волна проходит за один период
Поперечные и продольные3

Поперечные — частицы колеблются поперёк направления распространения. Возможны только в твёрдых телах (и на поверхности жидкости).

Продольные — частицы колеблются вдоль направления распространения, образуя сгущения и разрежения. Возможны в любой среде.

Поплавок на волне качается вверх-вниз и остаётся на месте — вещество не переносится.

⚗
Опыт в Физлабе
Поперечные и продольные волны
Сравни оба типа в одном окне.
Открыть опыт
2

Звук — продольная волна

Звук распространяется в любой среде, кроме вакуума: в вакууме нечему колебаться.
Скорость звука в разных средах3

В воздухе около 340 м/с, в воде примерно 1500 м/с, в стали около 5000 м/с. Чем плотнее и жёстче связи между частицами, тем быстрее.

Отсюда классическая задача про гром: расстояние до грозы ≈ 340 м на каждую секунду задержки.

Человек слышит примерно от 16–20 Гц до 20 000 Гц; границы индивидуальны и с возрастом верхняя падает. Ниже — инфразвук, выше — ультразвук.

В вакууме звука нет. Это отличает звук от света: свет через пустоту проходит, звук — нет.
3

Громкость, высота, эхо

Высота тона определяется частотой, громкость — амплитудой.
Отражение и эхо3

Чем выше частота, тем выше воспринимаемый звук. Чем больше амплитуда, тем громче.

Звук отражается от препятствий — так возникает эхо. По времени возврата определяют расстояние: сигнал проходит путь туда и обратно, поэтому расстояние равно vt/2v t / 2.

На этом же принципе работают эхолот и ультразвуковое исследование.

⚗
Опыт в Физлабе
Эффект Доплера
Двигай источник и слушай глазами: частота впереди растёт, позади падает.
Открыть опыт
Разобранные примеры
Скорость звука в воздухе 340340 м/с, частота 170170 Гц. Найдите длину волны.разбор
  1. λ=vν=340170\lambda=\dfrac{v}{\nu}=\dfrac{340}{170}.
  2. λ=2\lambda=2 м.
Ответ: 22 м
Почему в вакууме звук не распространяется, а свет распространяется?разбор
  1. Звук — механическая волна: ей нужны частицы среды, которые колеблются и передают колебания дальше.
  2. В вакууме частиц нет, передавать колебания нечему.
  3. Свет — электромагнитная волна, для неё среда не нужна.
Ответ: звуку нужна среда, свету — нет