4. Механічні хвилі. Звук

Рис. 289

відхиляються від попереднього напрямку — порушується їх-

не прямолінійне поширення. Заходження хвиль в зону геометричної тіні називається дифракцією хвиль. Якщо лінійні

розміри перешкоди сумірні з довжиною хвиль, то хвилі їх відразу огинають.

Якщо лінійні розміри перешкоди (h) більші за довжину хвилі (λ), то за перешкодою утворюється хвильова тінь (простір, куди хвилі не потрапляють). Якщо h λ, то хвильова тінь простягається від перешкоди на більшу відстань, а за хвильовою тінню хвилі, які обігнули перешкоду, інтерферують.

4.5. Звук. Звукові хвилі. Інтенсивність, висота і тембр звуку

Звук — це механічні коливання з частотою від 16 до

20 000 Гц, які сприймаються органами слуху людини. Коливання з частотою, більшою від 20 кГц,— ультразвук, меншою від 16 Гц — інфразвук­.

Звукові хвилі в повітрі — хвилі поздовжні. Інтенсивність звуку — це енергія, яку звукова хвиля пе-

реносить за 1 с через одиницю площі поверхні, розміщеної нормально відносно напряму поширення:

311

Фізика коливань

Інтенсивність звуку прямо пропорційна квадрату­ амплітуди звукових коливань A2 :

I = 12 ρvω2 A2 ,

де ρ — густина середовища; v — швидкість поширення хви-

лі; ω — циклічна частота хвилі.

Гучність звуку — суб’єктивна характеристика. Вона залежить від інтенсивності звуку, зумовленої амплітудою коливань, а також частотою коливань (слух людини найбільш чутливий до коливань діапазону 1000—4000 Гц). Звукові хвилі, як правило, мають складну форму. Але кожне коливання можна подати як суму сінусоїдних хвиль. Кожна

синусоїдна звукова хвиля називається тоном.

Висота тону залежить від частоти: чим більша частота, тим вищий тон. Музикальні звуки — це періодичні коливан-

ня, що є сумою синусоїдних коливань (тонів). Тон із найменшою частотою називається основним тоном. Останні тони, що супроводжують основний, називаються обертонами або

вищими гармоніками.

Тембр звуку — це характеристика музикального звуку, яка залежить від кількості обертонів, які супроводжують основний тон, від їхніх частот, амплітуд.

Швидкість поширення звукових хвиль збільшується при нагріванні пружного середовища. Швидкість поширення звукової хвилі у повітрі — формула Ньютона—Лапласа:

4.6. Луна. Звуковий резонанс

Луна — це сприймання звукової хвилі, відбитої від перешкод, окремо від звукової хвилі джерела звуку. Якщо пе-

решкода, яка відбиває звук, ближча за 17 м, то хвилі зливаються (протяжний звук) — явище реверберації.

Звуковий резонанс — це явище різкого зростання амплітуди вимушених коливань тіла А (струни, стовпа повітря тощо), якщо частота вимушених коливань ν, зумовлених звуковою хвилею, наближається до частоти власних коливань тіла ν0 або дорівнює їй (рис. 290).

312

4. Механічні хвилі. Звук

4.7. Приклади розв’язання задач

Задача 1.

Точкове джерело звуку з частотою 680 Гц перебуває в точці A (рис. 291) над відбиваючою поверхнею. Амплітуда звукової хвилі поблизу джерела дорівнює a. Чому дорівнює вона в точці B, якщо швидкість звуку в повітрі 340 м/с?

Відповідь: хвильова різниця ходу 1/2, отже, AB наближається до нуля.

313