"Физика", Пурышева Н.С., Важеевская Н.Е.
Звук возникает, когда тело колеблется, а эти колебания передаются окружающей среде и доходят до уха. Такое тело называют источником звука. Воздух, вода и твёрдые вещества могут передавать звук, потому что их частицы взаимодействуют и передают движение соседним частицам. В пустоте звуковая волна распространяться не может: там нет частиц, которые передавали бы колебания. Понимание этой связи помогает объяснить, как звучат музыкальные инструменты и как мы слышим речь.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Звук — механические колебания, распространяющиеся в упругой среде и воспринимаемые слухом. Механическими называют колебания тел или частиц, а упругой — среду, способную передавать их. Это определение помогает отличать звук от света: для звука необходима материальная среда.
Источник звука — тело, создающее звук при колебаниях. Источником может быть струна, барабанная мембрана или голосовые связки. Чтобы найти причину звучания, нужно выяснить, какая часть тела движется туда и обратно.
Звуковые колебания — колебания источника, вызывающие распространение звука. Они начинаются у звучащего тела и передаются окружающей среде. Это понятие связывает движение самого источника с тем, что впоследствии слышит слушатель.
Звуковая волна — распространяющиеся в среде колебания, переносящие звук. Частицы среды не летят вместе со звуком от источника к уху, а передают движение соседним частицам. Понятие волны нужно, чтобы описать распространение звука через пространство.
Звучащее тело колеблется, хотя его движение не всегда удаётся увидеть. Колебания часто слишком быстрые или малые для глаза, поэтому их обнаруживают по движению самого тела или по его воздействию на соседние предметы. Например, звучащая струна может задевать лёгкую бумажную полоску, и та начинает дрожать. Значит, наблюдаемое движение бумаги служит признаком колебаний струны.
Когда источник колеблется, он попеременно толкает и оттягивает прилегающие частицы среды. Эти частицы начинают колебаться и передают движение соседним, поэтому звуковое возмущение постепенно удаляется от источника. Так возникает звуковая волна: распространяется не само тело-источник, а колебания в среде. Без такой передачи звук не смог бы дойти до удалённого слушателя.
Среда необходима, потому что звук передаётся взаимодействующими частицами вещества. В газах, например в воздухе, колеблются молекулы; в жидкости и твёрдом теле движение передают их частицы. Поэтому звук может распространяться в воздухе, воде и твёрдых телах. В вакууме частиц нет, и передавать колебания нечему, так что звук там не распространяется.
Источники звука устроены по-разному, но во всех случаях звучит колеблющаяся часть. У гитары колеблется натянутая струна, у барабана — мембрана, а в духовом инструменте — столб воздуха внутри него. При речи колеблются голосовые связки; они приводят в движение окружающий воздух. Примеры показывают, что источником бывает не только твёрдое тело.
Чтобы услышать звук, нужно, чтобы колебания дошли до уха. Они передаются через среду к ушной раковине и воздействуют на барабанную перепонку, заставляя её колебаться. Ухо воспринимает это движение как звук. Если между источником и слушателем нет среды, колебания до перепонки не дойдут.
| Источник звука | Что колеблется | Как обнаружить колебания | Среда, передающая звук |
|---|---|---|---|
| Звучащая струна | Струна | Поднести лёгкую полоску бумаги и заметить её дрожание | Воздух |
| Камертон | Ветви камертона | Поднести лёгкий шарик и наблюдать его движение | Воздух |
| Голос человека | Голосовые связки | Ощутить их колебания при лёгком прикосновении к горлу во время речи | Воздух |
| Звучащий барабан | Мембрана | Наблюдать движение мембраны или мелких частиц на ней | Воздух |
Читайте таблицу слева направо: сначала определите источник, затем выясните, какая его часть колеблется. Последний столбец показывает, что источник и среда-передатчик — не одно и то же. Способы обнаружения основаны на том, что колебания могут привести в движение лёгкий предмет.
К струне гитары поднесли лёгкую полоску бумаги во время звучания. Нужно по её поведению определить, колеблется ли струна, и объяснить наблюдение.
Ответ: полоска бумаги начинает дрожать; это служит признаком колебаний звучащей струны.
Звучащий камертон находится рядом с подвешенным лёгким шариком. Требуется объяснить, почему шарик начинает двигаться, хотя камертон и шарик не обязательно соприкасаются.
Ответ: шарик движется, потому что колебания камертона передаются через воздух и воздействуют на него.
После разгерметизации космического аппарата внутри образовался вакуум. Нужно определить, услышат ли люди рядом звук работающего устройства, если между ним и людьми нет воздуха или другой среды.
Ответ: нет, в вакууме люди не услышат звук устройства через пустое пространство. Для передачи звука нужна материальная среда.
Ошибка — считать, что звук создаёт сам факт удара или движения тела. Удар может привести тело в колебание, но звук связан именно с колеблющимся источником; потому иногда после удара предмет звучит, а иногда нет. Эту ошибку допускают, потому что замечают удар раньше, чем колебания. Проверь себя: назови тело, которое колеблется, и способ обнаружить его движение.
Ошибка — полагать, что звук распространяется в вакууме, как свет. Звуку необходима среда, а свет может распространяться и в пустоте, поэтому переносить свойства света на звук нельзя. Такое заблуждение появляется из-за того, что оба явления доходят до нас от удалённых объектов. Проверь себя вопросом: есть ли между источником и слушателем частицы, передающие колебания?
Ошибка — путать источник звука со средой распространения. Например, у гитары источник — струна, а воздух передаёт её колебания к слушателю; воздух при этом не становится струной или самим источником. Путаница возникает потому, что звучание слышно именно через воздух. Чтобы проверить ответ, отдельно назови, где начались колебания и через что они дошли до уха.
Ошибка — думать, что источником звука может быть только твёрдое тело. Звук создают и колеблющиеся воздух или жидкость, например воздушный столб в духовом инструменте. Заблуждение связано с тем, что движение твёрдой струны или мембраны легче заметить. Проверь себя: важно не состояние вещества, а наличие колебаний, создающих звук.
Для понимания звука понадобятся знания о механических колебаниях и упругой среде. Колебания объясняют, что делает источник, а свойства среды — почему движение может передаваться от частицы к частице. Если разделять эти два процесса, легче понять, почему источник и путь распространения звука — не одно и то же.
Эта тема станет основой для изучения распространения волн, высоты и громкости звука, а также работы музыкальных инструментов. В последующих темах можно будет рассматривать свойства звука подробнее, но отправной точкой останется колеблющийся источник. Устройство инструмента тоже проще объяснить, если знать, какая его часть колеблется.
Почему звучащее тело не всегда заметно колеблется?
Колебания могут быть очень быстрыми и небольшими, поэтому глаз их не различает. Их можно обнаружить косвенно: например, по дрожанию лёгкой бумаги рядом со звучащей струной.
Может ли звук распространяться в воде?
Да, вода является материальной средой, частицы которой могут передавать колебания. Поэтому звук распространяется не только в газах, но и в жидкостях.
Почему в вакууме нельзя услышать звук?
В вакууме нет частиц среды, которые могли бы передавать звуковые колебания. Источник может колебаться, но звук не дойдёт до уха через пустоту.
Что именно колеблется, когда человек говорит?
При образовании голоса колеблются голосовые связки. Они приводят в движение воздух, а его колебания распространяются и могут дойти до уха слушателя.
Как проверить, что тело является источником звука?
Можно проверить, колеблется ли тело во время звучания. Иногда это видно непосредственно, а иногда колебания обнаруживаются по движению лёгкого предмета, которого касается или которого достигает звук.
§ 40. Звук. Источники звука
