Александр Леонович - Физика без формул

Если сравнить звуковые волны с электромагнитными, то можно отметить серьезное отличие их друг от друга. Звуковые волны бывают двух сортов, а электромагнитные — только поперечные. Скажем, приемную антенну телевизора располагают поперек идущей к ней от станции волны. Лишь в этом случае дошедшая до антенны поперечная волна приведет в ней в движение электрические заряды и наилучшим образом передаст нам телесигнал.

Леонид Исаакович Мандельштам(1879–1944) — российский физик. Один из создателей нового направления — теории нелинейных колебаний. Обобщил понятие резонанса. Разработал новые системы радиотелеграфной и радиотелефонной связи, метод генерации электромагнитной энергии. Предложил теорию рассеяния света, немало плодотворных идей внес в квантовую теорию. Многое сделал для разъяснения теории относительности.

Почему мы слышим? Представьте, что вы глубоко вдохнули, задержали дыхание и на минутку оказались на Луне. Услышим ли мы что-нибудь на ней? Рядом могли бы взлетать ракеты, падать метеориты, играл бы целый симфонический оркестр, а наши уши — ноль внимания.

Ответ на эту загадку, как говорят, лежит на поверхности. Поверхности… той же Луны. Вернее, в отсутствии на ней атмосферы. Нет воздуха, нечем звук передавать, и ушам воспринимать нечего. Значит, наше ухо реагирует на те толчки, которые доносит до него воздушная среда.

А в воде? Да то же самое, иначе мы ничего не слышали бы под водой. И в твердых телах похожая картина. Например, если мы приложим ухо к рельсу на железной дороге, то расслышим перестук колес далеко идущего поезда. А как давным-давно узнавали о приближении конного всадника? Да, именно прикладывали ухо к земле.

Конечно, звук при распространении затухает. Гром от молнии, ударившей поблизости, может оглушить. Его же раскаты, доносящиеся от грозы, сверкающей на горизонте, еле слышны. И тем не менее наш слух весьма чувствителен. Достаточно совсем небольших перепадов давления воздуха, доставляемых звуковой волной, чтобы барабанная перепонка внутри уха пришла в колебание и просигнализировала бы нашему мозгу о «приеме» звука.

Безусловно, слух некоторых животных намного острее, чем у человека. Вы, разумеется, не раз замечали, как кошка «навострила» уши, уловив царапание мыши, когда нам не слышно абсолютно ничего.

А могут ли быть звуки, которые не услышит и кошка? Да, такие звуки существуют. Когда выяснилось, что звук представляет собой волновое явление, его стали описывать с помощью двух понятий — длины волныи частоты. Смотря на речные или морские волны, вы обращали внимание на их различный вид. У одних расстояние между гребнями или впадинами — большое, а у мелкой ряби — маленькое. Мы и говорим: длинная волнаили короткая волна.

А теперь взглянем на поплавок у берега, на который набегают эти волны. Если они крупные, с большой «длиной волны», поплавок ходит вверх-вниз медленно, редко. А бегущая рябь заставляет его буквально трястись на месте, то есть колебаться быстро, часто. Ну-ка, сосредоточьте свое внимание: большая длина волны — частота низкая, а короткая волна — частота высокая.

Эта удивительная особенность присуща всем волновым процессам. Но вернемся к звуку. С увеличением длины волны он становится «толще», ниже, еще говорят: низкочастотный звук. Когда же частота колебаний возрастает, то длина волны уменьшается, а звук воспринимается как более тонкий, высокий.

Таким образом, частота колебаний— одна из самых важных характеристик звука. Измеряют ее в герцах. Эта единица, названная в честь немецкого физика, показывает, сколько колебаний совершается в секунду. Так вот, у каждого живого существа есть свой диапазон, свои границы испускаемых и воспринимаемых звуков. У человека диапазон слышимости простирается примерно от 16 до 20 000 герц.

Можно ли назвать звуком то, что мы совсем не слышим? Ну и что, если не слышим мы? Разве эти звуки недоступны больше никому или ничему?

Скажем, звуки с частотой ниже 16 герц называют инфразвуком. И хотя наши уши такие колебания не «улавливают», но каким-то образом человек все-таки их воспринимает. При этом у нас возникают неприятные, а порой тревожные ощущения.

Давно было замечено, что некоторые животные намного раньше человека испытывают чувство опасности. Они заранее реагируют на далекий ураган или надвигающееся землетрясение. С другой стороны, ученые обнаружили, что при катастрофических событиях в природе возникает инфразвук — низкочастотные колебания воздуха. Это и породило гипотезу о том, что животные благодаря острому чутью воспринимают такие сигналы раньше, чем человек.

К сожалению, инфразвук создается многими машинами и промышленными установками. Если, скажем, он возникает в автомобиле или самолете, то через какое-то время летчиков или водителей охватывает беспокойство, они быстрее утомляются, а это может быть причиной аварии.

Шумят в инфразвуковом диапазоне вращающиеся детали некоторых станков, и тогда тяжелее работать на них. Да и всем, кто вокруг, придется несладко. Ничуть не лучше, если «гудит» инфразвуком вентиляция в жилом доме. Вроде бы не слышно, а люди раздражаются и даже могут заболеть. Избавиться от инфразвуковых невзгод позволяет специальный «тест», который должно пройти любое устройство. Если оно «фонит» в зоне инфразвука, то пропуска к людям не получит.

А как называется очень высокий звук? Такой вот писк, который для нашего уха недоступен? Это — ультразвук, колебания с частотой выше 20 000 герц.

Человек к ультразвуку ну совершенно глух. Однако многие животные свободно его воспринимают. Это, в том числе, так хорошо знакомые нам собаки. Но «лаять» ультразвуком собаки, увы, не могут. А вот летучие мыши и дельфины обладают удивительной способностью и испускать и принимать ультразвук.

Поль Ланжевен(1872–1946) — французский физик. Разработал методы получения ультразвуковых волн при помощи пьезокварца. Первым применил этот метод в подводной сигнализации и ультраакустическом эхолоте. Значительный вклад внес в теорию магнетизма, электродинамику. Активно участвовал в развитии квантовой механики и теории относительности.