Звук
Звук — механическая волна, представляющая собой отклонения плотности и давления упругой материальной среды от равновесного состояния. В более узком смысле, под звуком понимаются волны, которые способны восприниматься органами чувств человека. Источником звуковых колебаний может выступать любое тело, совершающее механические колебания по определённому закону[1].
Физическая природа звука
Звуковая волна распространяется через колебания частиц среды, будь то воздух, вода или твёрдые тела. Представьте, что вы бросаете камень в воду: вокруг точки падения камня образуются круги. Эти круги — аналог звуковых волн, которые распространяются от источника. В случае звука, колебания частиц происходят вдоль направления волны, что делает звук продольной волной[2].
Уравнение звуковой волны можно задать как ξ(x, t) = Аcos(ωt-kx+φ).
, где A — амплитуда , ω — циклическая частота, k — волновое число , φ — начальная фаза[2].
Основные характеристики звука
Звук имеет несколько ключевых характеристик: частота, амплитуда, скорость, тембр и тон. Частота — это количество колебаний звуковой волны в секунду, измеряемое в герцах (Гц). Она определяет высоту звука: чем выше частота, тем выше воспринимаемый звук.
Амплитуда звука — это максимальное отклонение звуковой волны от положения равновесия . Она определяет громкость звука: чем больше амплитуда, тем громче звук. Амплитуда измеряется в децибелах (дБ) и влияет на интенсивность звука, которую воспринимают наши уши[3].
Скорость звука зависит от среды, через которую он распространяется. В воздухе при комнатной температуре звук распространяется со скоростью около 340 метров в секунду, а в воде — примерно 1500 метра в секунду. Это связано с плотностью и упругостью среды: чем плотнее среда, тем быстрее распространяется звук[3].
Тембр — это своеобразная «окраска», позволяющая отличить один музыкальный инструмент или голос от другого при одинаковой высоте и громкости звука. Тембр определяется гармоническим составом звуковой волны, то есть наличием и относительными амплитудами обертонов к основному тону. Именно уникальный спектр обертонов придаёт каждому источнику звука неповторимую звуковую палитру, узнаваемую нашим слухом[4].
Тон — это звук, который издаёт тело, совершающее гармонические колебания (например, камертон или струна). Высота тона определяется частотой этих колебаний: чем выше частота, тем выше нам кажется звук. Так, натягивая струну, мы увеличиваем частоту её колебаний и, соответственно, высоту звука[4].
Применение и восприятие звука
Звук находит широкое применение в различных областях. В музыке и речи он служит средством коммуникации и выражения эмоций. Эхолокация, используемая летучими мышами и дельфинами, помогает им ориентироваться в пространстве и находить добычу. Человеческое ухо воспринимает звуки в диапазоне частот от 16 Гц до 20 кГц.[1]. Животные, такие как слоны и собаки, могут слышать инфразвук (ниже 16 Гц) и ультразвук (выше 20 кГц) соответственно. В медицине ультразвук используется для диагностических исследований[3], а инфразвук позволяет исследовать сейсмологические активности [5].
Примечание
- ↑ 1,0 1,1 Голямина И. Звук. old.bigenc.ru. Дата обращения: 23 мая 2024.
- ↑ 2,0 2,1 Косенко А. Основные понятия и физический смысл звука. blog.fenix.help (6 августа 2023). Дата обращения: 28 мая 2024.
- ↑ 3,0 3,1 3,2 Есипов И. Физика звука. elementy.ru (2018). Дата обращения: 23 мая 2024.
- ↑ 4,0 4,1 Ландсберг Г.С. Элементарный учебник физики том 3 / под ред. Г.С. Ландсберг. — 1985. — С. 53—55. — 656 с.
- ↑ Сорокин А.Г. , Добрынина А.А. Сравнительный анализ сейсмических и инфразвуковых сигналов при импульсных событиях и землетрясениях // cyberleninka.ru : журнал. — 2017. — Т. 20. — С. 3.
Данная статья имеет статус «готовой». Это не говорит о качестве статьи, однако в ней уже в достаточной степени раскрыта основная тема. Если вы хотите улучшить статью — правьте смело!