Механізми виникнення звуків у живій природі
Звук з точки зору фізики
Коливання - рух, під час якого положення та швидкість руху тіла повторюються через певні інтервали часу.
Існуюють такі характеристики коливань: амплітуда коливань, період коливань, частота коливань.
Існують такі характеристики коливань: амплітуда коливань, період коливань, частота коливань.
1) Амплітуда коливань - це максимальне відхилення тіла від положення рівноваги, [A]=м.
Мал. Прикладами коливального руху є маятники (на рис. а - пружинний, б - нитяний), гойдалки
Мал. Коливання дерев під силою вітра
Мал. Рухи крил бджоли під час польоту
2) Період коливань, T - це час одного повного коливання.
T = t/N, де t - час одного коливання, N - кількість коливань, [T] = c
3) Частота коливань , v - кількість коливань за одиницю часу.
v = N/t, де N - кількість коливань за час t, [v] = Гц. Гц = [1/c].
Хвиля - процес поширення коливань у будь-якому середовищі.
Хвиля - це зміна стану середовища, яка поширюється у просторі й переносить енергію. Перенесення енергії без перенесення самої речовини є найголовнішою характеристикою будь-якої хвилі. Прикладом хвилі є хвиля, утворена кораблем, який пливе по воді або простим падінням краплі у воду.
Хвилі бувають поперечними та поздовжніми.
Поперечна хвиля
Поперечні хвилі - хвилі, у яких частинки коливаються в напрямку, перпендикулярному до напрямку їх поширення.
Повздовжня хвиля
Повздовжні хвилі - хвилі, у яких частинки коливаються вздовж напрямку поширення хвилі. Прикладом поздовжніх хвиль є звук.
Характеристиками хвилі є довжина хвилі, амплітуда хвилі, швидкість поширення хвилі, частота та період.
1) Довжина хвилі λ - це відстань між найближчими одна до одної точками хвилі, які коливаються в однаковій фазі.
Одиниця вимірювання довжини хвилі у СІ - метр
[λ] = м.
2) Амплітуда хвилі - найбільше відхилення величини, яка періодично змінюється від деякого значення, умовно прийнятого за нульове.
де λ - довжина хвилі, а y-амплітуда хвилі.
За один період хвиля поширюється на відстань, яка дорівнює довжині хвилі, тобто λ. Звідси випливає формула для знаходження швидкості поширення хвилі:
V = λ/T,
де V -швидкість поширення хвилі, λ - довжина хвилі, T - період коливання хвилі.
Звук - це повздовжні механічні хвилі частотою від 16 до 20 000 Гц.
Механічна хвиля - процес поширення коливань у пружному середовищі. Пружним називають середовище, у якому під час деформації виникають сили, що протидіють їй, тобто сили пружності.
Якщо довгу сталеву лінійку покласти на край стола і зробити кінець, що виступає, довгим, то звуку ми не почуємо, але якщо вкоротити край лінійки, що виступає, то звук ми почуємо.
Тобто, з визначення звуку, лінійка повинна робити від 16 до 20 000 коливань за секунду, щоб ми її почули.
Швидкість поширення звуку залежить від середовища, у якому він поширюється. Приклади швидкостей поширення наведено в таблиці.
Зверніть увагу! Звук може розповсюджуватися лише в пружному середовищі, у вакуумі звук не розповсюджується.
Тембр звуку
Тембр - якісний бік звуку, його забарвлення. Різниця тембрів залежить від складу часткових тонів (натуральних призвуків).
Будь-яка людина здатна відрізнити мелодію, виконувану на скрипці, від тієї самої мелодії, що виконується на гітарі або фортепіано. У цьому випадку ми говоримо про різницю тембрів.
Висота звуку
Мал. Графік залежності висоти звуку (Mel scale) від частоти звуку (Hertz scale).
Висота звуку являє собою суб'єктивну оцінку якості звуку. Висота звуку, головним чином, залежить від частоти коливань. Чим більше частота коливань, тим вище буде звук.
Гучність звуку
Гучність звуку - це суб'єктивна характеристика звуку.
Гучність звуку, головним чином, залежить від амплітуди звукових коливань. Чим більша амплітуда, тим гучніший звук. Одиницями вимірювання гучності звуку є децибел. Демонстрацію різної гучності звуку та її залежності від амплітуди коливань ви можете побачити на малюнку.
Виконано: Бірулін Олександр Дмитрович, 9-А клас