Звуковые волны
стреловидную форму.
Быстрое сжатие воздуха перед движущимся с большой скоростью
предметом приводит к повышению температуры, которая с нарастанием
скорости предмета - увеличивается. Когда скорость самолёта достигает
скорость звука, температура воздуха достигает 60 0C. При скорости
движения вдвое выше скорости звука, температура повышается на 240 0C,
а при скорости, близкой к тройной скорости звука - становится 800 0С.
Скорости близкие к 10 км/с приводят к плавлению и превращению
движущегося тела в газообразное состояние. Падение метеоритов со
скоростью в несколько десятков километров в секунду приводит к тому,
что уже на высоте 150 - 200 километров, даже в разрежённой атмосфере
метеоритные тела заметно нагреваются и светятся. Большинство из них на
высотах 100 - 60 километров полностью распадаются.
Шумы.
Наложение большого количества колебаний беспорядочно смешанных
одно относительно другого и произвольно изменяющих интенсивность во
времени, приводят к сложной форме колебаний. Такие сложные колебания,
состоящие из большого числа простых звуков различной тональности,
называют шумами. Примерами могут служить шелест листьев в лесу, грохот
водопада, шум на улице города. К шумам также можно отнести звуки,
выражаемые согласными. Шумы могут отличатся распределением по силе
звука, по частоте и продолжительности звучания во времени. Длительное
время звучат шумы, создаваемые ветром, падающей воды, морским прибоем.
Относительно кратковременны раскаты грома, рокот волн - это
низкочастотные шумы. Механические шумы могут вызываться вибрацией
твёрдых тел. Возникающие при лопании пузырьков и полостей в жидкости
звуки, которые сопровождают процессы кавитации, приводят к
кавитационным шумам.
В прикладной акустике изучение шумов проводится в связи с проблемой
борьбы с их вредностью, для усовершенствования шумопеленгаторов в
гидроакустике, а также для повышения точности измерений в аналоговых
и цифровых устройствах обработки информации. Продолжительные сильные
шумы (порядка 90 дБ и более) оказывают вредное действие на нервную
систему человека, шум морского прибоя или леса - успокаивающее.
Ультразвуки и инфразвуки.
Сейчас акустика, как область физики рассматривает более широкий
спектр упругих колебаний - от самых низких до предельно высоких,
вплоть до 1012 - 1013 Гц. Не слышимые человеком звуковые волны с
частотами ниже 16 Гц называют инфразвуком, звуковые волны с
частотами от 20 000 Гц до 109Гц - ультразвуком, а колебания с
частотами выше чем 109Гц называют гиперзвуком.
Этим неслышимым звукам нашли много применения.
Ультразвуки и инфразвуки имеют очень важную роль и в живом мире.
Так, например, рыбы и другие морские животные чутко улавливают
инфразвуковые волны, создаваемые штормовыми волнениями. Таким образом,
они заранее чувствуют приближение шторма или циклона, и уплывают в
более безопасное место. Инфразвук - это составляющая звуков леса,
моря, атмосферы.
При движении рыб, создаются упругие инфразвуковые колебания,
распространяющиеся в воде. Эти колебания хорошо чувствуют акулы за
много километров и плывут на встречу добыче.
Ультразвуки могут издавать и воспринимать такие животные, как
собаки, кошки, дельфины, муравьи, летучие мыши и др. Летучие мыши во
время полёта издают короткие звуки высокого тона. В своём полёте они
руководствуются отражениями этих звуков от предметов, встречающихся на
пути; они могут даже ловить насекомых, руководствуясь только эхом от
своей мелкой добычи. Кошки и собаки могут слышать очень высокие
свистящие звуки (ультразвуки).
Проведённые наблюдения показали, что муравьи так же издают
ультразвуковые сигналы с разными частотами в разных ситуациях. Все
записанные эти муравьиные звуковые сигналы можно разделить на три
группы: "сигнал бедствия", "сигнал агрессии" (во время борьбы) и
"пищевые сигналы". Эти сигналы представляют собой кратковременные
импульсы, длительностью от 10 до 100 микросекунд. Муравьи издают звуки
в сравнительно широком диапазоне частот - от 0,3 до 5 килогерц.
Применение звуковых волн
Звукозапись и фонограф Эдисона
Вряд ли сегодня можно встретить человека, Который ни разу бы не
слышал радио, магнитофон или проигрыватель. Без звукозаписи наша жизнь
кажется немыслимой. А ведь всего немного более века прошло с того
времени, когда американский изобретатель Эдисон в 1877 году впервые
продемонстрировал изобретённый им фонограф - прибор для записи звука. В
фонографе лёгкая мембрана воспринимала звук и передавала колебания на
иглу, движущуюся вдоль вращающегося валика, покрытого воском. Колебания
иглы оставляли на валике звуковую дорожку. Профиль дна этой дорожки в
сущности есть развёртка или осцилограмма колебаний конца иглы. Когда
игла вновь проходила по ней, из мембраны доносился записанный звук.
Изобретённый Эдисоном способ звукозаписи получил название
механического. Используют его и сейчас, но, конечно, в новом качестве:
мембрану, с её низкой чувствительностью заменили высокочувствительные
микрофоны с электронными усилителями, а сигнал, преобразованный в
механические колебания, записывают на металлической матрице, с которой
затем печатают грампластинки. Запись ведут уже не иглой, а специальным
резцом. Запись звука в виде борозды переменной глубины была заменена
поперечной записью, то есть в виде борозды с поперечными извилинами. На
современных пластинках звуковая дорожка имеет форму спирали, по которой
при вращении пластинки движется игла, обычно от края пластинки к её
центру. Извилины этой дорожки легко рассмотреть в сильное
увеличительное стекло.
Звуколокация.
На явлении эхо основан метод определения расстояний до различных
предметов и обнаружения их месторасположений. Допустим, что каким-
нибудь источником звука испущен звуковой сигнал и зафиксирован момент
его испускания. Звук встретил какое-то препятствие, отразился от него,
вернулся и был принят приёмником звука. Если при этом был измерен
промежуток времени между моментами испускания и приёма, то легко найти
и расстояние до препятствия. За измеренное время t звук прошёл
расстояние 2s, где s - это расстояние до препятствия, а 2s - расстояние
от источника звука до препятствия и от препятствия до приёмника звука.
Если скорость звука v известна, то можно написать:
2s vt
t = ------- , или s = ------- .
v 2
По этой формуле можно найти расстояние до отражателя сигнала. Но
ведь надо ещё знать, где он находится, в каком направлении от источника
сигнал встретил его. Между тем звук распространяется по всем
направлениям, и отраженный сигнал мог прийти с разных сторон. Чтобы
избежать этой трудности используют не обычный звук, а ультразвук.
Ультразвуковые волны по своей природе такие же, как обычные
звуковые волны, но не воспринимаются человеком как звук. Это
объясняется тем, что частота колебаний в них больше, чем 20 000 Гц.
Такие волны наблюдаются в природе. Есть даже такие живые существа,
способные их испускать и принимать. Ультразвуковые волны и притом
большой мощности можно создавать с помощью электрических и магнитных
методов.
Главная особенность ультразвуковых волн состоит в том, что их можно
сделать направленными, распространяющимися по определённому направлению
от источника. Благодаря этому по отражению ультразвука можно не только
найти расстояние, но и узнать, где находится тот предмет, который их
отразил. Так можно, например, измерять глубину моря под кораблем.
Звуколокаторы позволяют обнаруживать и определять местоположение
различных повреждений в изделиях, например пустоты, трещины,
постороннего включения и др. В медицине ультразвук используют для
обнаружения различных аномалий в теле больного - опухолей, искажений
формы органов или их частей и т.д. Чем короче длина ультразвуковой
волны, тем меньше размеры обнаруживаемых деталей. Ультразвук
используется также для лечения некоторых болезней.
Применение ультразвуков и инфразвуков.
Ещё полстолетия назад неслышимый звук был мало кому известен;
первые научные изыскания носили чисто академический характер. Однако
практика поставила некоторые неотложные задачи и новые открытия
наметили пути к их разрешению. Неслышимый звук получил многочисленные
применения.
Ещё сравнительно недавно никто не мог предположить, что звуком
станут не только измерять глубину моря, но и сваривать металл, сверлить
стекло и дубить кожи.
В.В. Шулейкин в 1932 году обнаружил явление, которое он назвал
"голосом моря".
Взаимодействие сильного ветра и морских волн создаёт сильные
инфразвуковые волны, которые распростр
| |  скачать работу |
Звуковые волны |
