Звукова хвиля — це механічна поздовжня хвиля певної частоти. У статті ми розберемося, що таке поздовжні і поперечні хвилі, чому не кожна механічна хвиля є звуковий. Дізнаємося швидкість хвилі і те, на яких частотах виникає звук. З’ясуємо, однаковий звук у різних середовищах і навчимося знаходити його швидкість за формулою.
Поява хвилі
Уявімо водну гладь, наприклад ставок в тиху погоду. Якщо кинути камінь, то на поверхні води ми побачимо розходяться від центру кола. А що буде, якщо ми візьмемо не камінь, а м’яч і будемо приводити його у коливальний рух? Круги будуть постійно породжуватися коливаннями м’яча. Ми побачимо приблизно те ж, що зображено на комп’ютерній анімації.
Якщо на деякій відстані від м’яча ми опустимо поплавок, то він теж буде коливатися. Коли коливання з часом розходяться по простору, цей процес називається хвилею.
Для вивчення властивостей звуку (довжини хвилі, швидкості хвилі та ін) підходить відома іграшка «Веселка», або Happy Rainbow.
Розтягнемо пружинку, дамо їй заспокоїтися і різко струснемо рухом вгору-вниз. Ми побачимо, що з’явилася хвиля, яка побігла по пружинці, а потім повернулася назад. Це означає, що вона відбилася від перешкоди. Ми спостерігали, як хвиля поширювалася на пружинці з плином часу. Частинки пружинки рухалися вгору-вниз по відношенню до свого рівноваги, а хвиля бігла вліво-вправо. Така хвиля називається поперечною. В ній напрям її поширення перпендикулярно напрямку коливання частинок. У нашому випадку середовищем поширення хвилі була пружинка.
Тепер розтягнемо пружинку, дамо їй заспокоїтися і смикнемо вперед-назад. Ми побачимо, що витки пружини стискаються вздовж неї. Хвиля біжить в цьому ж напрямку. В одному місці пружинка більш стиснута, в іншому більш розтягнута. Така хвиля називається подовжньої. Напрямок коливання частинок збігається з напрямом поширення.
Уявімо щільну середу, наприклад, тверде тіло. Якщо ми будемо деформувати його зрушенням, виникне хвиля. Вона з’явиться, завдяки діючим тільки в твердих тілах силам пружності. Ці сили відіграють роль повертають і породжують пружну хвилю.
Деформувати зрушенням рідина не вийде. В газах і рідинах поперечна хвиля поширюватися не може. Інша справа – поздовжня: вона поширюється в усіх середовищах, де діють сили пружності. В поздовжній хвилі частинки то зближуються, то віддаляються, а сама середовище стискається і разреживается.
Багато хто думає, що рідини несжимаемы, однак це не так. Якщо натиснути на поршень шприца з водою, вона трохи стиснеться. У газах теж можлива деформація стиснення-розтягування. При натисканні на поршень порожнього шприца повітря стискається.
