ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Образование звуковых волн из "Звуковые волны Издание 2 " Образование звуковых волн. Звук — это упругие волны, чаще всего мы имеем дело с распространением звуковых волн в воздухе. Постараемся разобраться в причинах их возникновения. [c.51] Воздух, как и все газы, обладает свойством объёмной упругости. Когда мы накачиваем камеры велосипеда или автомашины, то чувствуем, как качать становится всё труднее и труднее. Это значит, что давление воздуха в камере повышается и требуется прилагать большее усилие, чтобы втолкнуть в неё ещё некоторое количество воздуха. Ещё более наглядно проявляется свойство объёмной упругости воздуха в следующем опыте. Если мы надавим на поршень, находящийся в замкнутом цилиндре, содержащем воздух, а затем отпустим этот поршень, то он подастся назад, как если бы его выталкивала сжатая пружина. Такой пружиной служит воздух объёмная упругость воздуха приводит к тому, что воздух сопротивляется сжатию. [c.51] Объёмная упругость воздуха сравнительно невелика это и используется в автомобильных шинах. Если обод колеса просто обит резиной, машина испытывает большую тряску — резина имеет слишком большую упругость и легко передаёт толчки кузову при езде по неровной дороге. Воздух, накачанный в камеры, вследствие малой упругости (т. е. значительно большей, чем у резины, податливости) смягчает удары, и ход автомобиля становится более плавным. [c.51] Из первой главы мы знаем, что наличие силы упругости и инерции служит при определённых условиях причиной возникновения волнового движения. Именно упругость и инерция воздуха приводят к образованию упругих волн в воздухе. Упругая воздушная волна образуется при внезапном изменении плотности воздуха, т. е. при появлении сгущения или разрежения в какой-нибудь точке. Когда, например, лопается сильно надутый резиновый шар, освободившийся сжатый воздух ударяет об окружающий воздух, находящийся при нормальном давлении, и расталкивает его во все стороны. Вследствие своей инерции воздух не может расшириться мгновенно, и более близкий слой оказывается сжатым. Этот слой благодаря объёмной упругости воздуха снова расширяется и при этом сжимает следующий наружный слой, который, в свою очередь расширяясь, сжимает следующий слой. Так в воздухе возникает шаровая упругая волна состояния сжатия и разрежения передаются от одного слоя к другому. В воздушной волне каждая частица воздуха движется взад и вперёд по направлению движения волны, т. е. по радиусам, проходящим через центр лопнувшего мяча. Таким образом, в воздушной упругой волне частицы колеблются в направлении распространения волны такая волна называется продольной. Вспомним, что движение частиц в волнах на воде имеет совсем другой характер частицы воды совершают движение по круговым орбитам, причём плоскость кругов лежит в направлении распространения волны. [c.52] Лопнувший мяч создаёт в воздухе одиночный импульс давления. При длительных колебаниях какого-либо тела, например ножек камертона или рояльной струны, в воздухе беспрерывно возникают упругие волны. Колеблющееся тело при своём движении вперёд сжимает воздух, находящийся перед ним, и это сжатие передаётся наружным слоям воздуха. При движении тела назад непосредственно за сгущением начинает распространяться разрежение. Затем, когда тело движется опять вперёд, снова распространяется сгущение, и т. д. Таким образом, колеблющееся тело непрерывно образует, или, как говорят, излучает, упругие волны, состоящие из последовательных сгущений и разрежений воздуха. [c.52] Эти упругие волны сжатия и разрежения, возникающие в воздухе при колебаниях тел, и есть звуковые волны, или звук. Звук возникает и распространяется не только в воздухе и газах, но также в жидкостях и твёрдых телах. [c.53] Когда лучи света проходят через воздух, в котором распространяется звуковая волна, они попадают в области сжатия и разрежения, вызванные этой волной, и следовательно, несколько изменяют своё направление. Это и даёт возможность увидеть звук. [c.54] Более совершенен так называемый метод Тёплера или метод тёмного поля, который поясняется рис. 33. Свет от щели или малого круглого отверстия, освещенных каким-либо сильным источником, падает на большое вогнутое зеркало. Зеркало достаточно удалено от светящейся щели или отверстия и имеет довольно большое фокусное расстояние, равное нескольким метрам., В той точке, где зеркало собирает падающие от источника света лучи, ставится экран, например простой нож от бритвы. Нож устанавливается так, что захватывает весь падающий световой пучок, и экран будет тёмным. [c.54] Если на пути лучей имеются неоднородности в плотности среды, как показано на рис. 33, то лучи света слегка преломятся, изменят своё направление и пройдут в обход ножа в результате часть лучей попадёт на экран. На экране появится изображение неоднородности в виде просветления на тёмном фоне. [c.54] На рис. 35 приведена фотография звукового импульса, проходящего через цилиндрическую стенку с отверстиями. Эта фотография в наглядной форме ещё раз даёт нам представление о сущности принципа Гюйгенса. На ней ясно видно, как каждое отверстие служит источником вторичных сферических волн огибающая этих волн совпадает с фронтом действительно распространяющейся волны. [c.56] Вернуться к основной статье