В наших руках уже целая связка ключей, но нужный еще не подобран. Продолжим поиски — изучение природы волн. Погрузим в пруд палку и будем водить ею, с разной скоростью, туда и обратно. Что же мы замечаем?

Звуковые волны

Чем чаще движения палки, тем чаще возникают волны и меньше расстояние между ними. Будем мерить его между одинаковыми частями смежных волн, например между гребнями (наиболее высокими местами) или ложбинами (впадинами). Это расстояние называется длиной волны.
Упругие пластинки, крылья насекомых, струны и другие тела могут колебаться реже и чаще. Чем больше частота, то есть число колебаний в секунду, тем короче, как в примере с палкой в пруду, волны. И тем тоньше — выше звук.

Звуковыми волны становятся при полутора десятках колебаний в секунду. Это — самые низкие басовые тона, гудение, гул. У наиболее высоких звуков, например у тончайшего мышиного писка, колебания исчисляются тысячами в секунду. Вне этих частот воздушные волны не воспринимаются нами как звук. Слуховые органы — аппаратура с настройкой в известных пределах. На волны, длина которых выходит за эти пределы, она не может отзываться. В этом отношении органы слуха похожи на радиоприемник.

Волны на пруду и веревке нетрудно измерить, потому что они видны. Но как определить длину воздушных волн?

Длинна звуковой волны

Она легко вычисляется. Для этого, во-первых, нужно знать скорость, с какой звуковые волны распространяются в воздухе. Эта скорость равна примерно 340 метрам в секунду. Она одинакова для звуков всех высот, то есть волн разной частоты и, следовательно, длины. Если бы это было не так, то по мере удаления от нас оркестра одни звуки все больше отставали бы от других, и вместо музыки мы услышали бы звуковой хаос. На деле же этого не бывает.

Во-вторых, нужно установить число волн, возникающих в секунду. Оно равно числу колебаний, скажем, пластинки, вызывающей эти волны. Сосчитать же ее колебания довольно просто. Для этого достаточно прикрепить к пластинке стрелку, острие которой касается вращающегося барабана. Барабан должен быть покрыт сажей.

Таким образом, во время звучания пластинки стрелка будет чертить на саже извилистую линию. Число извилин и покажет число колебаний пластинки.
Вычислим длину волны одного из самых низких звуков, доступных уху. Если число колебаний равно, скажем, 17, то через 1 секунду после начала звучания в воздухе возникнет 17 волн. Они распространятся на расстояние, которое звуковые волны проходят в секунду, то есть на 340 метров. Значит, на протяжении 340 метров уложатся 17 волн. Разделив 340 метров на 17, найдем, что длина одной волны равна 20 метрам.

Число колебаний наиболее высоких звуков достигает 40 тысяч в секунду. В этом случае имеем:
340 метров : 40 000 = 0,85 сантиметра.
Итак, длина воздушно-звуковых волн заключается в пределах примерно от двух десятков метров до одного сантиметра.

Что, однако, общего между картиной звука и явлениями на воде и веревке?
Правильно ли и то, что происходит вокруг звучащего тела, считать и называть волнами?
Да, правильно. Картина звука напоминает пример с рядом людей. Колеблющаяся пластинка давит — давит отдельными толчками — на воздух.

Однако дело здесь несколько сложнее, поскольку воздух сжимаем. Вследствие этого пластинка вызывает в окружающих ее воздушных массах попеременно сгущения и разрежения, которые распространяются все дальше. Самые же массы воздуха, как вода и веревка, остаются на месте.

У каждого из случаев, которые мы рассмотрели, свои особенности. Но главные из них, основные — одни и те же, а именно: возникают одинаковые, повторяющиеся явления, будь, то повышения и понижения поверхности воды, извилины веревки или сгущения и разрежения воздуха. Возникают они периодически — через определенные промежутки времени — и распространяются в какой-то среде. При этом сама среда никуда не перемещается: движение ее частиц колебательное.

То, что распространяется, мы и называем "волной". К тому, как протекает процесс распространения, будем применять слово волнообразно.
А каковы звуковые волны — продольны они или поперечны?
Очевидно, продольны: под ударами пластинки частицы воздуха колеблются в том же направлении, в каком распространяются волны.

 
 

← Ранее