IX. Звук.

87. Коливання звучащого тіла.

Розділ фізики, де вивчається звукові явища, називається акустикою. Джерелом звуків завжди служать матеріальні тіла: голосові органи людей і тварин, труби, струни, частини машин тощо.

Щоб струна зазвучала, її треба примусити дрижати, коливатися. Ми робимо це, або водячи по струні смичком або ударяючи її. Розглянемо уважно дрижачу струну: вона посередині стала наче товстіша, а обриси її не такі виразні. Вигляд струни змінився від того, що вона коливається між двома крайніми положеннями 1 і 2 (рис. 104). Коливання струни відбувається в такій частоті, що ми не можемо слідкувати за її рухом. Якщо до дрижачої струни наблизити кінець паперової смужки, то смужка підскакуватиме від поштовхів струни.

Поки струна коливається, ми чуємо звук, спинимо струну — і звук припиниться.

Рис.104.

В такому самому коливальному русі будуть і всі інші тіла під час їхнього звучання. Щоб пересвідчитися в цьому, проведемо такі досліди. Вивчаючи звукові явища, дуже часто за джерело звука беруть камертон (рис. 105). Якщо по камертону вдарити м'яким молоточком або провести по ньому смичком, то камертон зазвучить. Піднесемо до звучащого камертона, легку кульку (скляну намистинку), почеплену на нитці: кулька відскакуватиме від камертона. Дрижання звучащого камертона можна відчути й безпосередньо, доторкнувшись злегка до його ніжок пальцем. Якщо ж камертон затиснути рукою, то він не зможе більше коливатись, і звук припиниться. Прикладемо руку до нашого горла, коли говоримо, і ми відчуємо коливання, що появляються разом з нашим голосом, і припиняються, коли ми перестанемо говорити.

Рис.105.

Прикріпимо до кінця одної з ніжок камертона якесь вістря. Під час звучання камертона проведемо цим вістрям по закуреній пластинці (рис. 106). На пластинці утворюється відомий нам графік коливального руху — синусоїда.

Рис.106

88. Поширення звука.

Ми сприймаємо звук нашим органом слуху — вухом. Вухо служить нам приймачем звука. Між вухом і звучащим (коливальним) тілом, вібратором, міститься передатне середовище; звичайно цим середовищем служить повітря. Коли якесь тіло звучить, воно коливається; його коливання передаються суміжним частинкам повітря, ці частинки теж починають коливатися й передають коливання суміжним частинкам, а ці своєю чергою передають коливання далі й т. д. Тоді в повітрі утворюються й біжать звукові хвилі (рис. 107).

Повітря, як і всякий інший газ, чинить опір проти тиску. Коли ми стиснемо (тобто згустимо) в якому-небудь місці якийсь об’єм повітря (хоча б плеснувши долонями), то це згущене повітря намагатиметься розширитися. Проте, частинки його, розсуваючись одна від одної за інерцією, відійдуть трохи далі від свого початкового положення. Через це на місці попереднього згущення утворюється розрідження, а в навколишньому шарі повітря— згущення. Цей згущений шар повітря своєю чергою розширюватиметься. На його місці виникне розрідження, а в суміжних з ним зовнішніх шарах повітря згущується. Таким чином, у повітрі утворюються й швидко поширюються у всі сторони хвилі, що складаються із згущень і розріджень.

До цих хвиль спричиняються коливальні рухи частинок середовища (повітря), при чому коливання частинок відбиваються вздовж руху хвилі. У газах і рідинах можливі тільки поздовжні пружні хвилі, бо в цих середовищах ми маємо тільки об'ємну пружність, з проти зміни форми ні гази, ні рідини опору не чинять. А в твердих тілах звук може поширюватися і поздовжніми і поперечними коливаннями.

Потрібною умовою для передавання звука від вібратора до приймача (зокрема до нашого вуха) є пружне матеріальне середовище між вібратором і приймачем. Маємо тоді таку схему поширення звука.

Вібратор → передавальне середовище → приймач.

Коли між вібратором і приймачем вилучити пружне звуко - передавальне середовище, то звукові хвилі не зможуть дійти до приймача.

Поставимо під ковпак повітряного насоса на м'якій підставці завідний дзвоник (рис. 108). Поки під ковпаком є повітря, звук дзвоника ми чітко чуємо Якщо повітря спід ковпака викачувати, то звук поступово затихає. Коли викачуємо все повітря, дзвоника більше не чути. Молоточок і далі вдаряє по дзвонику, отже дзвоник коливається, але ці коливання далі вже не можуть поширюватися (нема передатного середовища) і не можуть дійти до нашого вуха.

Рис.107.

Якби Земля не мала повітряної оболонки, то ми взагалі не мали б змоги чути будь-які звуки.

Легко пересвідчитися, що не тільки повітря передає звуки, а й тверді та рідинні тіла. Покладемо на кінець довгої дошки кишенькового годинника, а самі відійдемо до другого кінця. Ми не почуємо, як цокає годинник, але, приклавши вухо до дошки, чітко почуємо, як він цокає.

Прив'яжемо до руки металічної ложки шнур. Кіпці шнура прикладемо до вух. Ударимо чим-небудь ложку; тоді ночуємо сильний звук. Ще краще почуємо звук, коли замість шнурка взяти дріт, але зовсім не почуємо звука, коли замість шнурка візьмемо гумку.

З цієї спроби видно, що різні тверді тіла по різному проходять звук. В порядку зростання звукопровідності будуть іти такі тіла: гума, корок, сургуч, дерево, скло, сталь. М'які й пористі тіла — погані провідники звука. Коли годинник лежить у кишені, серед м'якої матерії, то ми не чуємо, як він цокає.

Щоб захистити якесь приміщення від сторонніх звуків, стіни, підлогу й стелі перекладають прошарками із звуконепровідних матеріалів (килими, пресований корок, пористе каміння, свинець). Звукові хвилі, дійшовши до таких прошарків, швидко в них слабнуть.

Рідини добре проводять звукові хвилі. Риба чує кроки й голоси з берега; це добре знають рибалки.

Отже, звукові хвилі поширюються і в твердих, і в рідинних, і в газоподібних тілах, але не можуть поширюватися в порожнині.