Почему звенит звонок?

Определения и обозначения

Звук — то, что мы слышим. Он возникает, когда какое-либо тело колеблется, то есть повторяет движения около своего обычного положения. Это определение помогает искать причину звука не в самом слухе, а в движении тела.

Источник звука — тело, которое колеблется и создаёт звук. У звонка таким телом становится его чашечка, а у музыкального инструмента источником может быть струна или мембрана. Понятие нужно, чтобы отличать тело, порождающее звук, от среды, которая только передаёт его.

Колебания — повторяющиеся движения тела около положения равновесия. Тело отклоняется в одну сторону, возвращается и движется в другую, а затем повторяет этот путь. По колебаниям можно объяснить появление звука, его громкость и высоту.

Звуковая волна — распространение колебаний от источника звука через среду. При этом сама чашечка звонка не летит к слушателю: передаётся её движение от частицы к частице. Это понятие объясняет, как звук доходит от звонка до уха.

Как это устроено

При нажатии на кнопку молоточек ударяет по чашечке звонка. Удар выводит чашечку из положения равновесия, и она начинает быстро двигаться туда и обратно. Именно движение чашечки создаёт звук, потому что она передаёт свои колебания ближайшему воздуху.

Воздух рядом с колеблющейся чашечкой то сжимается, то немного разрежается. Эти изменения заставляют двигаться соседние слои воздуха, а те воздействуют на следующие. Так звуковые колебания постепенно распространяются от звонка к слушателю и достигают его уха.

Звук проходит не только через воздух, поскольку передавать колебания могут частицы разных веществ. В воде движение передаётся от одной частицы к другой, а в твёрдом теле — через связанные между собой частицы вещества. Поэтому звук можно услышать под водой или приложив ухо к столу.

В пустом пространстве звук не распространяется, потому что там почти нет частиц среды. Колеблющаяся чашечка может продолжать двигаться, но передать это движение некому. Поэтому при откачивании воздуха из колпака звон становится всё тише и наконец перестаёт быть слышен.

Громкость зависит от силы колебаний: чем больше размах движения источника, тем сильнее воздействие на среду и громче звук. Высота связана с быстротой колебаний, то есть с тем, сколько движений происходит за одно и то же время. Быстрые колебания дают высокий звук, а медленные — низкий.

Как разные тела становятся источниками звука

В таблице сначала найдите тело, которое создаёт звук, затем посмотрите, какая его часть колеблется. Последний столбец показывает действие, запускающее колебания. Так легко отличить источник звука от воздуха или другого тела, передающего звук.

Разбор задач

Задача 1

Ученик ударил по металлическому звонку. Нужно назвать источник звука и указать, что начинает колебаться. В условии есть действие — удар, но оно лишь запускает движение. Источник следует искать среди тел, которые после удара продолжают колебаться.

1. Определим, что удар молотка или другого предмета вызывает движение звонка.
2. Отделим причину движения от самого колеблющегося тела: удар не является источником звука.
3. Назовём тело, которое колеблется после удара, — металлическую чашечку звонка.

Ответ: источник звука — металлический звонок, точнее его чашечка; после удара колеблется чашечка.

Задача 2

Звук будильника слышен через стол, к которому прижали часы. Нужно объяснить, почему звук передаётся. Колебания часов сначала воздействуют на воздух и корпус, а затем могут перейти в твёрдое тело. Стол передаёт эти колебания дальше, поэтому ухо воспринимает звук.

1. Найдём источник: детали будильника, создающие колебания, например мембрана или корпус.
2. Учтём, что при соприкосновении часов со столом колебания переходят в его частицы.
3. Сделаем вывод: твёрдый стол становится средой, по которой звук доходит до слушателя.

Ответ: звук передаётся через стол, потому что твёрдые тела тоже могут проводить звуковые колебания.

Задача 3

Звонящий звонок поместили под герметичный колпак и постепенно откачивают воздух. Нужно предсказать изменение слышимости. Пока под колпаком есть воздух, он передаёт колебания от звонка к стенкам и далее к уху. При уменьшении количества воздуха передача становится слабее.

1. В начале опыта воздух заполняет колпак, поэтому звон слышен достаточно хорошо.
2. По мере откачивания воздуха частиц-передатчиков становится меньше, и звук ослабевает.
3. При почти полном отсутствии воздуха звонок может продолжать колебаться, но звук до слушателя практически не дойдёт.

Ответ: слышимость будет постепенно уменьшаться, потому что для распространения звука нужна среда, передающая колебания.

Типичные ошибки

Ошибка 1. Считать, что звук возникает только от удара. Так думают из-за примера со звонком, но звук появляется и при щипке струны, движении смычка или работе голосовых связок. Проверка: найдите колеблющееся тело, даже если удара не было.

Ошибка 2. Называть воздух источником звука. Воздух обычно передаёт колебания, а создаёт их звонок, струна, мембрана или голосовые связки. Проверка: спросите себя, какое тело начало двигаться первым.

Ошибка 3. Утверждать, что звук распространяется в пустоте. Без частиц среды колебания не могут перейти от источника к слушателю, хотя сам источник способен двигаться. Проверка: представьте, что воздух полностью удалили.

Ошибка 4. Путать громкость и высоту звука. Громкость определяется силой колебаний, а высота — их быстротой. Проверка: сильнее движение — громче, быстрее движение — выше.

Связь с другими темами

Для понимания звука нужно знать, что тела могут двигаться, а вещества состоят из частиц. Частицы передают друг другу колебания, поэтому среда проводит звук. Без этих представлений трудно объяснить распространение звуковой волны.

Тема связана с изучением органов слуха и строения уха. Ухо воспринимает звуковые колебания и превращает их в сигналы для мозга. Знание этого помогает понять, почему слух нужно беречь от слишком громких звуков.

Распространение звука пригодится при изучении эха, шума и звукоизоляции. Эхо возникает из-за отражения звуковых волн, а звукоизоляция ослабляет их передачу. Эти знания применяют в строительстве, музыке и быту.

Что запомнить

• Звук возникает при колебаниях тел.
• Колеблющееся тело — источник звука.
• Звуковые колебания распространяются через воздух, жидкости и твёрдые тела.
• В пустоте звук не распространяется.
• Сила колебаний влияет на громкость звука.
• Быстрота колебаний влияет на высоту звука.