§ 18. Звук

Определения и обозначения

Звук — ощущение, которое возникает, когда звуковые колебания достигают органа слуха. Проще говоря, мы слышим звук, если колебания дошли до ушей и были восприняты слухом. Это определение помогает отличать сам звук, который мы слышим, от движения предмета, которое его вызывает.

Источник звука — тело, которое колеблется и создаёт звук. Например, таким телом может быть струна, поверхность барабана или голосовые связки. Если найти источник, становится понятнее, откуда начались колебания и что именно звучит.

Звуковые колебания — движения частиц среды, которые передают звук от источника. Частицы могут двигаться туда и обратно около своего места, передавая движение соседним частицам. Это понятие помогает объяснить, как звук доходит до слушателя, хотя частицы не летят к нему от источника.

Звуковая волна — распространение колебаний в среде от источника звука. Волна переносит звуковое воздействие через воздух, воду или твёрдое тело. Этот термин нужен, чтобы описывать путь звука от звучащего тела к уху.

Как это устроено

Звук возникает, когда тело начинает колебаться — двигаться туда и обратно. Если оттянуть натянутую струну и отпустить, она быстро движется и передаёт свои колебания воздуху. Удар по барабану заставляет колебаться его натянутую поверхность, а при разговоре колеблются голосовые связки. Во всех этих случаях источник звука — именно колеблющееся тело, а не звук сам по себе.

Возле источника колебания передаются частицам среды, например воздуха. Частицы начинают двигаться и воздействуют на соседние частицы, те — на следующие, и так колебания распространяются дальше. Подобная передача возможна и в воде, и в твёрдом теле, потому что их частицы тоже могут передавать движение. Так звуковая волна доходит до уха, хотя одни и те же частицы не переносятся от источника до слушателя.

Чтобы звук распространялся, нужна среда — вещество, частицы которого могут передавать колебания. Воздух, вода и твёрдые тела подходят для этого, хотя устроены по-разному. В пустом пространстве частиц нет, поэтому колебания некому передавать дальше. Вот почему звук не распространяется в пустоте, даже если источник продолжает колебаться.

Разные тела звучат неодинаково, потому что их колебания отличаются. Значение имеют особенности самого источника: его форма, материал, размер и то, как именно он колеблется. Струна, поверхность барабана и голосовые связки создают не одинаковые колебания, поэтому мы различаем их звучание. Изменение движения одного источника тоже может менять звук, который он создаёт.

Человек воспринимает звук ушами: звуковые колебания доходят до органа слуха, и мы слышим звон, речь или шум. Очень громкий звук сильно воздействует на слух, а долгое слушание громкой музыки может ему навредить. Поэтому полезно не включать музыку слишком громко и давать ушам отдых. Беречь слух нужно так же, как и другие органы чувств.

Как распространяется звук

Чтобы пользоваться таблицей, сначала найдите среду, через которую должен идти звук. Затем проверьте, есть ли в ней частицы, передающие колебания. Если частицы есть, звук может распространяться; если их нет, передавать колебания некому.

Разбор задач

Коснуться пальцем звучащей струны. Что можно заметить и как это связано со звуком?

Условие. Струна звучит, а к ней осторожно прикасаются пальцем. Нужно определить, что можно почувствовать и почему наблюдение связано со звуком. Важно не дёргать струну резко, чтобы не повредить её.

1. Сначала найдём источник звука: им является натянутая струна.
2. Когда струна звучит, она колеблется. При лёгком прикосновении пальцем можно почувствовать её быстрое движение или заметить, что она дрожит.
3. Колеблющаяся струна передаёт движение окружающему воздуху. Именно эти колебания распространяются к ушам и воспринимаются как звук.

Ответ. Звучащая струна дрожит, то есть колеблется. Наблюдение подтверждает, что звук возникает при колебаниях источника.

Почему звук будильника слышен в комнате, но не будет слышен в пространстве без воздуха?

Условие. Будильник звенит в комнате, а во втором случае его помещают в пространство без воздуха. Нужно объяснить, почему результат будет разным. Сравним, есть ли в каждом случае среда с частицами.

1. Будильник — источник звука: внутри него колеблется звучащая часть.
2. В комнате есть воздух. Его частицы передают колебания от будильника дальше, пока они не достигнут ушей слушателя.
3. В пространстве без воздуха частиц воздуха нет. Если нет и другой среды, колебаниям некому передаваться от источника к слушателю.

Ответ. В комнате звук доходит до человека через воздух. В пустом пространстве без среды звук не распространяется, поэтому будильник не будет слышен.

Ученик услышал стук по металлической трубе, приложив ухо к её другому концу. Объяснить, как звук дошёл до него.

Условие. По одному концу металлической трубы стучат, а ученик прикладывает ухо к другому. Нужно проследить путь звуковых колебаний и назвать среду, которая их передаёт. В этом случае звук может идти не только через воздух комнаты.

1. Стук заставляет колебаться металл возле места удара. Значит, ударившая часть трубы становится источником звука.
2. Металл — твёрдое тело, частицы которого передают колебания соседним частицам вдоль трубы.
3. У другого конца трубы колебания достигают уха ученика, и он слышит стук. Для этого пути средой служит сама металлическая труба.

Ответ. Звук дошёл до ученика благодаря передаче колебаний через металл трубы. Твёрдые тела тоже могут проводить звук.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что звук создаётся самим воздухом. Так можно подумать, потому что мы часто слышим звуки, распространяющиеся по комнате через воздух. Но источник звука — колеблющееся тело, а воздух только передаёт колебания. Проверьте себя: найдите, что именно звучит, и отдельно назовите среду.

Ошибка: думать, что звук может идти через пустое пространство. Иногда это кажется возможным, потому что звук слышен на расстоянии от источника. Однако на пути должны быть частицы, передающие колебания. Проверьте себя: спросите, есть ли в этом пространстве воздух, вода или другое вещество.

Ошибка: представлять, что частицы среды перемещаются от источника к слушателю. Колебания действительно доходят до уха, но частицы лишь передают движение соседям и не летят весь путь вместе со звуком. Проверьте себя: различайте распространение колебаний и перенос частиц на большое расстояние.

Ошибка: путать источник звука со средой. Например, звонок создаёт звук, а воздух комнаты передаёт его к слушателю. Путаница возникает, когда оба предмета участвуют в одном событии. Проверьте себя: источник должен колебаться и создавать звук, а среда — передавать эти колебания дальше.

Связь с другими темами

Чтобы понять передачу звука, пригодится знание о том, что тела состоят из частиц и могут двигаться. Частицы среды передают колебания соседним частицам, поэтому звук распространяется от источника. Если представить, что частицы могут колебаться и взаимодействовать, становится понятнее, зачем звуку нужна среда.

Знание о звуке связано с изучением органов слуха и слуховой гигиены: уши помогают воспринимать звуковые колебания, а слух нужно беречь от слишком громких звуков. Оно пригодится и при изучении способов передачи звуковых сигналов. В таких случаях важно знать, кто создаёт сигнал и через какую среду он доходит до человека.

Что запомнить

• Звук возникает при колебаниях тела.
• Колеблющееся тело называют источником звука.
• Звуковые колебания передаются через среду.
• Звук распространяется в газах, жидкостях и твёрдых телах.
• В пустом пространстве звук не распространяется.
• Слух нужно беречь от чрезмерно громких звуков.