Акустические звуковые колебания это колебания частота которых лежит в пределах

Звуковые колебания

Звуковые колебания – это очень распространенный в Природе процесс, играющий большую роль как в жизни человека, так и в жизни других живых существ. Рассмотрим особенности таких колебаний.

Звуковые колебания в Природе

Для возникновения механических колебаний необходимо наличие упругой среды, которая стремится сохранять свое состояние. Поскольку все природные вещества в той или иной степени обладают упругостью, то все они способны участвовать в колебательных процессах.

Частота таких процессов определяется, с одной стороны, упругостью среды, а с другой – ее плотностью и объемом. Минимальная частота колебаний может лежать в пределах долей герца, максимальная частота – быть больше гигагерца. Однако, наиболее широко распространены механические колебания частотой от 1 Гц до 100 кГц. Такие колебания, как правило, являются продольными, и представляют собой распространяющиеся уплотнения среды, движущиеся с разными скоростями.

Эти колебания возбуждаются практически любыми механическими воздействиями, по их наличию можно делать вывод о событиях, происходящих в отдалении. Поэтому такие колебания играют исключительно важную роль для всех живых существ в Природе, включая человека, и воспринимаются, как звук.

Рис. 1. Звуковые колебания в Природе

Характеристики звуковых колебаний

Обычно под звуком подразумеваются механические колебания среды, воспринимаемые человеческим ухом.

Верхняя граница частоты звуковых колебаний принимается равной 20 кГц, а нижняя – 20 Гц. При этом, конечно, существуют индивидуальные особенности, некоторые люди слышат частоты, несколько выходящие за этот диапазон, но для большинства такие звуки не слышны.

Колебания с более низкими частотами называются инфразвуком. Инфразвук могут слышать животные с большими размерами слухового анализатора – слоны или киты.

Звуковые колебания с частотами выше 20 кГц называются ультразвуком. Человек также не воспринимает ультразвук, однако, многие животные его способны слышать. Например, большинство собак хорошо слышат ультразвук частотой 30 кГц, некоторые особи слышат 50 кГц, а летучие мыши способны слышать ультразвук частотой свыше 100 кГц.

Рис. 2. Звук, ультразвук, инфразвук

Второй важной характеристикой звука является его сила. Поскольку чаще всего звук – это распространяющиеся уплотнения воздуха, можно выражать мощность звука в единицах давления. Однако, характер восприятия звука человеком нелинеен. На малых уровнях громкости хорошо слышна очень небольшая разница в давлениях. При больших же уровнях такая же разница становится незаметной. Поэтому для характеристики громкости звука используется логарифмическая шкала со специальными единицами – децибелами. Нулю децибел соответствует порог слышимости, 120 дб – болевой порог.

Рис. 3. Таблица звукового давления в Па и силы звука в дБ

Если звуковые колебания происходят по закону синуса, они называются гармоническими и воспринимаются нами, как «чистый», музыкальный звук. Музыкальные звуки, частоты которых относятся, как небольшие целые числа (1:2, 2:3 или 3:4) воспринимаются наиболее приятно, именно из них составляются музыкальные аккорды. Звуковые колебания не имеющие гармонического характера, и представляющие собой смесь самых разных частот называются шумом.

Что мы узнали?

Звуковые колебания – это механические колебания упругой среды, с частотами от 20 Гц до 20 кГц. Сила их измеряется в децибелах, и лежит в пределах от 0 дБ (предел слышимости) до 120 дБ (болевой предел).

Акустические колебания

Акустические колебания — это колебания, распространяющиеся волнообразно в жидкой, твердой и газообразных средах под воздействием какой-то возмущающей силы. Выделяют слышимые (звуковые) колебания с частотой от 16 до 20000 Гц и неслышимые с частотой меньше 16 Гц- инфразвук, свыше 20000 Гц — ультразвук.

Под шумом понимают звуки различной природы со случайными изменениями по частоте и амплитуде, мешающие работе, отдыху и т.д.

Шумы классифицируют на постоянные и непостоянные. Постоянным считается шум интенсивность которого изменяется за смену не больше, чем на 5 дБА. Шумы бывают колеблющимися (непрерывно изменяющиеся во времени), прерывистыми и импульсными. Прерывистый — интенсивность шума меняется больше чем на 5дБ, а длительность сигналов больше 1с. Импульсный шум — интенсивность изменения больше чем на 7дБ, а длительность звуковых сигналов меньше 1с.

Основными характеристиками шума являются: частота, спектр шума, звуковое давление Р, Па, а также логарифмический уровень звукового давления:

где — порог слышимости. Р – действующее звуковое давление.

При прохождении препятствий акустическими колебаниями наблюдаются следующие явления: отражение, дифракция, поглощение звука и звукопередача. В закрытых помещениях наблюдается явление реверберации (послезвучание). Воздействие шума на человека определяется прежде всего воздействием на слуховой анализатор. Воздействие любого уровня шума вызывает адаптацию слухового анализатора. При громкости адаптации пороги слуха за 2-5 минут повышаются на 15-25 дБА. Восстановление их до исходного уровня занимает от 2 до 3 часов. При длительном воздействии шумы интенсивностью больше 85 дБА приводят к постоянному повышению порогов слуха сначала на высоких частотах, а затем и к развитию профессиональных заболеваний тугоухости и глухоты, то есть полной потере слуха. Шум уровнем порядка 65дБА способствует снижению производительности труда.

Государственными стандартами ГОСТ 12.1.003-85 устанавливаются предельно допустимые уровни логарифмического уровня звукового давления для октавных полос со средними геометрическими частотами 63;125;250;500;1000;2000;4000;8000Гц.

В зависимости от характера труда для ориентировочной оценки условий труда применяют эквивалентный уровень звукового давления. При этом шум на рабочем месте считается постоянным в течение всей смены, равным уровню шума на частоте 1000Гц.

Звуковые волны в физике — формулы и определение с примерами

Мы живем в мире звуков. Звук — это голоса людей, пение птиц, звуки музыкальных инструментов, шум леса, гром во время грозы и т. п.

Что такое звук? Как он возникает? Чем одни звуки отличаются от других?

Звук — это механические колебания любой частоты в упругой среде.

Главу физики, изучающую звуковые явления, называют акустикой.

Акустика — это учение о возникновении, распространении и восприятии звуковых волн.

Волны на поверхности воды или вдоль резинового шнура можно непосредственно видеть. Если же волны распространяются в прозрачной среде (например, воздухе или жидкости), они невидимы. Но при определенных условиях их можно слышать.

Опыт 1. Зажмем длинную металлическую линейку в тисках или плотно прижмем ее к краю стола. Отклонив свободный конец линейки от положения равновесия, мы возбудим ее колебания (рис. 211).

Если линейка достаточно длинная, мы ничего не услышим. Укоротим свободный конец линейки — и она начнет «звучать».

Пластина сжимает слой воздуха, прилегающий к одной из ее сторон, и одновременно создает разрежение с другой стороны. Эти сжатия и разрежения чередуются во времени и распространяются в обе стороны в виде упругой продольной волны. Она достигает нашего уха и вызывает колебание барабанной перепонки (3), находящейся в среднем ухе (рис. 212).

Ухо человека — хороший приемник звуковых колебаний. Оно состоит из трех частей: внешнего, среднего и внутреннего уха.

Элементами внешнего уха являются ушная раковина (1) и внешний слуховой проход (2). Они служат для того, чтобы направлять звуковые волны к барабанной перепонке (3). Барабанная перепонка и соединенные с ней три слуховые косточки — это среднее ухо. Они передают звуковые колебания к внутреннему уху — овальной полости (4).

Здесь звуковые колебания превращаются в последовательность нервных импульсов, которые передаются в мозг слуховым нервом (5).

Наше ухо воспринимает звуковые колебания, частота которых лежит в пределах от 16-17 до 20 000 Гц. Такие колебания называют звуковыми или акустическими. В предыдущем опыте мы наблюдали, что чем короче выступающий конец линейки, тем больше частота его колебаний. Поэтому мы и слышали звук, достаточно укоротив конец линейки.

Любое твердое, жидкое или газообразное тело, колеблющееся со звуковой частотой, создает в окружающей среде звуковую волну.

Чаще всего наших ушей достигают волны, воздуху. Если звуковая волна распространяется продольной, поскольку в газах возможно таких волн.

В продольных волнах колебания частиц приводят к тому, что в газе возникают сжатия и разрежения, периодически повторяющиеся (рис. 213).

Опыт 2. Разместим источник звука под колпаком воздушного насоса (рис. 214, а) и начнем выкачивать из него воздух. По мере того как количество воздуха под колпаком уменьшается, звук ослабевает, а потом вообще исчезает (рис. 214, б).

Такой опыт впервые выполнил в 1660 г. Роберт Бойль и этим же доказал, что звук хорошо распространяется в воздухе и вовсе не распространяется в безвоздушном пространстве, называемом вакуумом.

Звук распространяется также в жидких и твердых средах. Нырнув с головой во время купания, вы можете услышать звук от удара двух камней, производимого в воде на большом расстоянии (рис. 215). Под водой также хорошо слышны звуки гребных винтов теплоходов и т. п.

Опыт 3. Приложите вплотную к уху конец длинной деревянной линейки и слегка постучите по другому ее концу ручкой. Вы отчетливо будете слышать звук. Отодвинув линейку немного от уха, постучите по ней снова. Вы почти не услышите звука.

Шум поезда, раздающийся издалека, не слышен, но его можно услышать, если прислониться ухом к рельсе. Хорошо проводит звук и земля.

Звук хорошо распространяется в жидкостях и твердых телах.

Существуют материалы, плохо проводящие звук, поскольку поглощают его. Например, пористые панели, прессованная пробка, пенопласт используют для звукоизоляции, то есть для защиты помещений от проникновения в них посторонних звуков. Звуковые волны, подобно всем другим волнам, распространяются с конечной скоростью. Вы, наверное, замечали, что вспышка молнии предшествует удару грома. Если гроза далеко, то звук грома мы услышим через несколько десятков секунд.

Как и любая волна, звуковая волна характеризуется скоростью распространения колебаний. С длиной волны и частотой колебаний v скорость распространения волны и связана уже известной вам формулой:

где v — скорость распространения звуковой волны (м/с); — длина звуковой волны (м); v — частота колебаний (Гц).

Скорость распространения звука в разных средах разная. С помощью опытов в 1822 г. было установлено (рис. 216), что в воздухе при температуре 10 °С скорость распространения звуковых волн равна 337,2 м/с.

В воде скорость звука больше, чем в воздухе. Впервые ее измеряли в 1827 г. на Женевском озере в Швейцарии. На одной лодке поджигали порох и синхронно ударяли в подводный колокол (рис. 217). Вторая лодка находилась на расстоянии 14 км от первой. Звук улавливался с помощью опущенного в воду рупора. По разности времени между вспышкой света и приходом звукового сигнала определили скорость звука. При температуре 8 °С скорость распространения звука в воде равна 1435 м/с.

В твердых телах скорость звука еще больше, чем в жидкостях. В таблице даны значения скорости распространения звуковых волн в разных средах.

В таблице указаны значения скорости распространения звука в разных средах при определенной температуре, поскольку скорость распространения звука в среде зависит от ее температуры.

Например, скорость распространения звука в жидкостях (за исключением воды) уменьшается с повышением температуры, а в газах скорость распространения звука при постоянном давлении с повышением температуры увеличивается.

Современная техника дает возможность измерять скорость распространения звука с высокой точностью (рис. 218).

Скорость распространения звука в среде зависит от ее температуры.
Звуки, которые мы слышим каждый день, очень разнообразны. Они разделяются на музыкальные звуки и шумы. К первым относится пение, звучание натянутых струн скрипки (рис. 219), гитары или виолончели, духовых или других музыкальных инструментов, свист и т. д.

Шумы возникают во время грозы, шелеста листвы, при работе двигателей и т. п.

С помощью органов речи мы в состоянии воспроизвести музыкальные звуки и, конечно, создавать шум.

Но чем, с точки зрения физики, отличаются музыкальные звуки от шума и почему такими непохожими между собой могут быть музыкальные звуки?

Опыт 4. Возьмем камертон (нем. kammerton — «гребень») и ударим по одной из его ножек шариком (рис. 220, а). Мы услышим музыкальный звук «ля» частотой 440 Гц. Постепенно вследствие затухания колебаний ножек звук ослабевает. Следовательно, звуковая волна возбуждается колеблющимися ножками камертона. Характер этих колебаний можно установить, если прикрепить к ножке камертона иглу и провести ею с постоянной скоростью по поверхности закопченной стеклянной пластинки. На пластинке появится линия (рис. 220, б). Говорят, что ножки камертона колеблются гармонично.

Звук, издаваемый гармонически колеблющимся телом, называют музыкальным тоном, или тоном.

Музыкальные тоны отличаются на слух громкостью и высотой.

Громкость звука зависит от разности давлений, амплитуды и частоты звуковых колебаний. Например, чем сильнее удар молоточка по камертону, тем громче он звучит, поскольку сильный удар является причиной возникновения колебаний большей амплитуды.

Громкость звука зависит от разности давлений, амплитуды и частоты звуковых колебаний.

О звуках разной громкости говорят, что один громче другого не во столько-то раз, а на столько-то единиц. Единицей громкости звука является один децибел (1 дБ). Названа в честь американского ученого Александра Грейама Белла — изобретателя телефона и слуховых аппаратов для глухих.

Громкость звука шелеста листвы составляет 10 дБ, шепота — 20 дБ, уличного шума — 70 дБ. Шум громкостью 130 дБ чувствуется кожей и вызывает болевые ощущения (рис. 221).

Кстати:

Самым громким в мире животных является голубой кит. Он может издавать звуки громкостью 188 дБ, которые слышны на расстоянии до 850 км.

Чувствительность уха зависит от частоты звука. Звуковые колебания одинаковых амплитуд кажутся неодинаково громкими, если их частоты разные. Наше ухо наиболее чувствительно к колебаниям частотой около 3500 Гц.

Громкость звука измеряют специальным прибором — сонометром (рис. 222).

Опыт 5. Возьмем несколько камертонов разных размеров. Поочередно заставим их звучать и каждый раз иглой, прикрепленной к ножке камертона, будем проводить вдоль закопченной пластинки, как это показано на рисунке 220, б. Сравнивая полученные результаты, мы замечаем: чем выше звук камертона, тем меньше период колебаний и, соответственно, больше частота колебаний ножек камертона.

Высота звука зависит от частоты колебаний.

То же можно наблюдать на примере колеблющейся струны. Натягивая струну гитары или скрипки, мы увеличиваем частоту колебаний — и высота звука увеличивается.

Графики звуковых колебаний, создающихся звучащими камертонами, например камертона «ля» (440 Гц), или музыкальными инструментами, можно наблюдать с помощью компьютера (рис. 223) или осциллографа (рис. 224).

А что же такое шум? Шум отличается от музыкального тона тем, что ему не соответствует какая-либо определенная частота колебаний и, следовательно, определенная высота звука.

Шум — это совокупность колебаний всевозможных частот.
Какой вид имеют эти колебания, также можно увидеть, используя микрофон и компьютер или осциллограф.

Инфразвуки и ультразвуки

Вы уже знаете, что механические колебания частотой от 16 до 20 000 Гц относятся к звуковым, которые слышит человек. Но существуют звуковые колебания, которые человек не слышит.

Колебания с меньшими частотами называют инфразвуком (лат. infra -«ниже», «под»).

Инфразвуковые колебания (инфразвук) — это колебания, частота которых меньше самой низкой частоты звуковых колебаний, то есть 16 Гц.

Наше ухо инфразвук не воспринимает. Он возникает во время шторма, грозы, землетрясений. Инфразвук мало поглощается средой и может распространяться на большие расстояния. Действие сейсмографа основано на инфразвуке. Такой прибор (рис. 225) предназначен для предвидения землетрясений, для изучения строения Земли, разведки полезных ископаемых.

Кстати:

На острове Ява растет цветок — живой сейсмограф, который называют «королевской примулой». От всех других примул он отличается тем, что цветет только перед извержением вулкана, чем и предупреждает людей об опасности.

Звуковые колебания, частота которых более 20 000 Гц, называют ультразвуком (лат. ultra — «дальше», «больше», «над»).

Ультразвуковые колебания (ультразвук) — колебания, частота которых больше наивысшей частоты звуковых колебаний, то есть больше 20 000 Гц.
Ультразвуковые колебания применяют для обработки твердых и сверхтвердых материалов. К обрабатываемым деталям подается смесь воды с мелким порошком, которая под действием ультразвукового излучателя колеблется с большей частотой, давая возможность делать отверстия сложной формы. Так же получают изображение на камнях, металлах, фарфоре и т. д.

Распространяясь в упругой среде, ультразвук отражается от разных препятствий. Эти колебания можно принять и зафиксировать. Зная время и скорость их распространения, можно определить расстояние к препятствию. На этом принципе основывается действие эхолота — прибора для измерения глубины озер, морей, океанов или глубины погружения тел.

На кораблях устанавливают ультразвуковые излучатели, которые периодически посылают импульсы в направлении дна (рис. 226). Отраженные колебания принимаются, и на экране компьютера появляется рельеф дна. Если на пути ультразвука, например, косяк рыб, он тоже отображается на экране.

Для многих технических потребностей используются смеси жидкостей, несмешивающихся в обычных условиях (например, ртуть и вода). Но если колбу с водой и ртутью облучать на протяжении определенного времени ультразвуком, то образуется стойкая смесь, которая может храниться достаточно долго. На промышленных предприятиях с помощью ультразвуковых колебаний смешивают воду и масло.

Ученые установили, что простые живые существа быстро погибают под действием ультразвука. Это свойство используют для стерилизации воды, молока и других пищевых продуктов. Ультразвуки являются причиной паралича и гибели холоднокровных животных — рыб, лягушек, головастиков.

В медицине ультразвук используют с лечебной (рис. 227, а) и диагностической (рис. 227, б) целью.

Кстати:

Гибель «Титаника» в 1912 г. стала толчком для французского ученого Поля Ланжевена в изобретении ультразвукового локатора. В природе же летучие мыши, дельфины, киты излучают ультразвуки в широком диапазоне. Дельфин четко отличает скалу от косяка рыб.

В Новой Зеландии, среди многочисленных островов, где трудно найти морской путь, один из дельфинов исполнял обязанности лоцмана 30 лет.

Пример №

Как проверяют наличие трещин в колесах вагонов, в стеклянной или фарфоровой посуде?

Ответ: постукивают (молотком, ложкой или другим предметом) по колесу, посуде.

Если слышен глухой звук, то это значит, что в них есть трещины.

Пример №

Почему летучие мыши (рис. 228) даже в полной темноте не налетают на препятствия?

Ответ: летучая мышь излучает ультразвуковые волны, отражающиеся от препятствия, и млекопитающее знает, где оно находится.

Электромагнитное поле и электромагнитные волны

Aнглийский физик Джеймс Кларк Максвелл внес весомый вклад в изучение основных свойств электромагнитного поля. Он задался вопросом: если переменное магнитное поле порождает электрическое, то не существует ли в природе обратного процесса, когда переменное электрическое поле, в свою очередь, порождает магнитное?

Максвелл допустил, что такого рода процесс реально происходит в природе: во всех случаях, когда электрическое поле изменяется, оно порождает магнитное поле.

Согласно гипотезе Максвелла, магнитное поле, например при разрядке конденсатора — прибора для накопления электроэнергии (рис. 231), — не только создается током в проводнике, а изменяющимся электрическим полем в пространстве между обкладками конденсатора.

Справедливость гипотезы Максвелла была доказана экспериментальным обнаружением электромагнитных волн. Электромагнитные волны существуют только потому, что переменное магнитное поле порождает переменное электрическое поле, которое, в свою очередь, порождает магнитное поле.

После открытия взаимосвязи между электрическим и магнитным полями стало ясно, что эти поля не существуют обособленно, независимо друг от друга: нельзя создать переменное магнитное поле без того, чтобы одновременно в пространстве не возникло и переменное электрическое поле, поскольку переменное электрическое поле не может существовать без магнитного.

Электрические и магнитные поля — это проявления единого целого, которое можно назвать электромагнитным полем.

Электромагнитное поле — особая форма материи. Оно существует реально, то есть независимо от нас, от наших знаний о нем. Его можно выявить только с помощью специальных приборов.

Представьте, что электрический заряд заставили очень быстро колебаться вдоль некой прямой так, чтобы он двигался подобно грузу, подвешенному на пружине, но значительно быстрее. Тогда электрическое поле, существующее вокруг заряда, периодически будет изменяться.

Переменное электрическое поле будет порождать магнитное поле, периодически меняющееся, а последнее, в свою очередь, вызовет появление переменного электрического поля уже на большем расстоянии от заряда и т. д.

В пространстве вокруг заряда, захватывая все большие и большие области, возникает система периодически переменных электрических и магнитных полей, взаимно перпендикулярных.

На рисунке 232 изображен «мгновенный снимок» такой системы полей. Образуется так называемая электромагнитная волна, бегущая по всем направлениям от колеблющегося заряда.

Колеблющиеся заряды излучают электромагнитные волны. При этом важное значение имеет изменение скорости движения таких зарядов со временем.

Максвелл был глубоко убежден в реальности электромагнитных волн. Лишь через 10 лет после его смерти электромагнитные волны впервые экспериментально зафиксировал немецкий физик Генрих Герц. Он использовал простое устройство, называемое вибратором Герца. Это устройство представляет собой открытый колебательный контур.

Схематический переход от замкнутого колебательного контура к открытому показан на рисунке 233. В закрытом колебательном контуре следует постепенно раздвигать пластины конденсатора, одновременно уменьшая их площадь и число витков в катушке. Фактически, закрытый колебательный контур превращается в прямой отрезок провода.

Для возбуждения колебаний в таком контуре во времена Герца поступали так. Проводник разрезали посредине, оставляя небольшой промежуток, называемый искровым (рис. 234). Обе части проводника заряжали до тех пор, пока между ними не проскакивала искра (рис. 235), цепь замыкалась и в открытом контуре возникали колебания.

Колебания в контуре затухающие, поскольку контур имеет сопротивление и энергия теряется на излучение электромагнитных волн. После того как колебания прекращаются, оба проводника вновь заряжаются от источника до наступления пробоя искрового промежутка, и процесс повторяется сначала.

Чтобы получить незатухающие колебания в открытом колебательном контуре, его соединяют с колебательным контуром специального прибора — генератора, который является источником незатухающих колебаний.

Герц не только получил электромагнитные волны, но и установил, что они подобны другим видам волн. В частности, он наблюдал отражение электромагнитных волн от металлического листа. С помощью опытов он установил, что скорость распространения электромагнитных волн равна 300 000 км/с.

Электромагнитные волны распространяются в пространстве со скоростью с, которая равна 300 000 км/с.

Расстояние, на которое перемещается электромагнитная волна за время, равное одному периоду колебаний, называют длиной волны.

Если v — скорость распространения электромагнитной волны в однородной среде (м/с); Т — ее период (с); v — частота колебаний (Гц); — длина волны (м), то или Для вакуума или

Свойства электромагнитных волн

Электромагнитные волны поглощаются, отражаются и преломляются, как и все другие виды волн. Это легко наблюдать.

Радиотехнические устройства (например, генератор сверхвысокой частоты (СВЧ)) позволяют провести наглядные опыты по изучению свойств электромагнитных волн.

Электромагнитные волны излучаются рупорной антенной в направлении оси рупора-громкоговорителя. Приемная антенна в виде такого же рупора улавливает волны, которые распространяются вдоль его оси. Общий вид установки изображен на рисунке 236.

Рупоры размещают друг против друга и, после включения звука, помещают между ними различные диэлектрические тела. При этом замечают уменьшение громкости. Это свидетельствует о том, что электромагнитные волны поглощаются.

Если диэлектрик заменить металлической пластиной, то волны не будут достигать приемника в результате отражения. Звука не будет слышно. Отражение происходит под углом, равным углу падения, как и в случае световых и механических волн. Чтобы убедиться в этом, рупоры размещают под одинаковыми углами к металлическому листу (рис. 237, а). Звук исчезает и тогда, когда убирают лист или поворачивают его.

Электромагнитные волны отражаются.

Электромагнитные волны изменяют свое направление (преломляются) на границе диэлектрика. Это можно обнаружить с помощью большой треугольной призмы, заполненной парафином. Рупоры устанавливают под углом друг к другу, как и при демонстрации отражения. Металлический лист заменяют призмой (рис. 237, б). Убирая призму или поворачивая ее, наблюдают исчезновение звука.

Электромагнитные волны преломляются.

Электромагнитные волны подразделяются на несколько видов: радиоволны, световые волны, рентгеновское и -излучение (см. табл.). Следует отметить, что границы между разными видами электромагнитных волн достаточно условны.

Радиоволны разделяют по длине волн на длинные (свыше 10 км), средние (сотни метров), короткие (десятки метров). Все они преимущественно используются в радиосвязи. Ультракороткие радиоволны разделяют на метровые, дециметровые и миллиметровые. Первые используют в телевидении, вторые и третьи — в радиолокации. Диапазон радиоволн частично перекрывается с инфракрасными лучами, которые широко применяют в технике. В этом диапазоне работают лазеры.

Ультрафиолетовые лучи используют для обеззараживания помещений в больницах, стимуляции химических реакций, образования нужных генных мутаций и т. п. Поверхность Земли защищена от вредных составляющих ультрафиолетовых лучей Солнца озоновым слоем. Его сохранение — это одна из важных экологических проблем.

Рентгеновское излучение получают при торможении электронов, которые ускоряются напряжением в десятки киловольт. В отличие от светового луча видимого спектра и ультрафиолетового излучения, оно имеет значительно меньшую длину волн. И чем больше энергия электронов, бомбардирующих препятствие, тем меньше длина волны рентгеновского излучения.

Физические основы современных беспроводных средств связи и коммуникаций

Жизнь современного человека сегодня кажется невозможной без существования мобильных телефонов, стационарных радиотелефонов, Интернета и т. п. Все это — беспроводные средства персональной связи.

Мобильные телефоны являются сложной миниатюрной приемно-передающей радиостанцией, излучающей электромагнитные волны. Максимальная мощность излучается сотовым телефоном во время установления связи.

Мобильный телефон имеет большую, а иногда и неограниченную дальность действия, которую обеспечивает сотовая структура зон связи. Кроме того, эта станция подключена к обычной проводной телефонной сети и оснащена аппаратурой преобразования высокочастотного сигнала сотового телефона в низкочастотный сигнал проводного телефона и наоборот, что обеспечивается соединением обеих систем. Периодически (с интервалом 30-60 мин) базовая станция излучает служебный сигнал. Приняв его, мобильный телефон автоматически добавляет и передает полученную кодовую комбинацию на базовую станцию. В результате этого осуществляется идентификация конкретного сотового телефона, номера счета его владельца и привязка аппарата к определенной зоне, в которой он находится. Если пользователь звонит по телефону, базовая станция выделяет ему одну из свободных частот той зоны, в которой он находится, вносит соответствующие изменения на его счет и передает его вызов по назначению. Если мобильный пользователь во время разговора перемещается из одной зоны связи в другую, базовая станция автоматически переводит сигнал на свободную частоту новой зоны.

Стационарный беспроводной радиотелефон объединяет в себе обычный проводной телефон — аппарат, подключенный к телефонной сети, и приемно-передающее радиоустройство в виде телефонной трубки, обеспечивающей двусторонний обмен сигналами с базовым аппаратом. В зависимости от типа радиотелефона, дальность связи между трубкой и аппаратом, с учетом наличия препятствий, составляет в среднем до 50 м.

Спутниковая связь и радары

Системы спутниковой связи состоят из приемно-передающей станции на Земле и спутника, находящегося на орбите (рис. 238). Радиолокационные станции (рис. 239) оснащены, как правило, антеннами зеркального типа и имеют узконаправленную диаграмму излучения в виде луча, направленного вдоль оптической оси.

Радиолокационные системы работают на частотах от 500 МГц до 15 ГГц, однако отдельные системы могут работать на частотах до 100 ГГц.

Рост мощности радиолокаторов разного назначения и использования узконаправленных антенн кругового обзора приводит к значительному увеличению интенсивности электромагнитных волн чрезвычайно высокочастотного диапазона и дает возможность получать на местности огромные «зоны покрытия» с высокой плотностью потока энергии.

Начиная с середины 90-х годов XX в. распространилась технология мобильных компьютерных сетей. С 1997 г. появилась возможность создавать мобильные сети Интернет, которые обеспечивают взаимодействие пользователей независимо от того, в какой стране они находятся.

Развитие технологии мобильных телефонных сетей привело к тому, что эти сети стали широко использоваться для доступа в Интернет. Третье поколение мобильных телефонных сетей, известное как сети 3G, обеспечивает передачу данных со скоростью 1,5-2 Мбит/с. В настоящее время идет активное внедрение мобильных сетей четвертого (4G, например, LTE — Long Term Evolution — «долгосрочное развитие») и пятого (5G) поколений. Они обещают пропускную способность в десятки раз больше, чем в сетях. Для высокоскоростной передачи данных предлагается использовать миллиметровый диапазон радиоволн с частотой от 30 до 300 ГГц. Теоретически мобильные сети пятого поколения (5G) предоставят возможность передавать информацию со скоростью до 10 Гбит/с и временем ответа меньше 1 миллисекунды.

Беспроводные сети часто связывают с радиосигналами, однако это не всегда правильно. В беспроводной связи используется намного более широкий диапазон электромагнитного спектра, от радиоволн низкой частоты в несколько килогерц к видимому свету, частота которого составляет приблизительно 8 • Гц.

Навигационную систему GPS (точнее — NAVSTAR GPS, рис. 240) разработали и вывели на орбиту американские ученые в середине 1990-х годов.

Она состоит из 24 космических спутников, движущихся по определенным орбитам вокруг Земли. Спутники с высоты 20 тыс. км охватывают каждую точку нашей планеты, посылая на Землю определенные радиосигналы. Эти

сигналы и улавливают наземные GPS-навигаторы. Навигатор, например, в автомобиле идентифицирует его местонахождение и направление движения.

Навигатор в авто принимает сигнал от трех разных спутников, координаты которых узнает, и определяет свои точные координаты на координатной сетке, условно разделяющей всю планету. Часто он использует также сигнал четвертого спутника для окончательной корректировки местонахождения.

Интернет

Сегодня в мире существует свыше 130 миллионов компьютеров и более 80 % из них объединены в разнообразные информационно-вычислительные сети — от малых локальных сетей в офисах до глобальных сетей типа Интернет. Всемирная тенденция к объединению компьютеров в сети предопределена важными причинами, такими как ускорение передачи информационных сообщений, возможность быстрого обмена информацией между пользователями, получение и передача сообщений (e-mail писем и т. д.), не отходя от рабочего места, возможность мгновенного получения информации из любой точки земного шара, обменяться информацией между компьютерами разных производителей.

Интернет — глобальная компьютерная сеть, охватывающая весь мир (рис. 241, а). В наше время Всемирная паутина имеет около 3 миллиардов абонентов в более чем 150 странах мира. Ежемесячно размер сети увеличивается на 7-10 %. Интернет как бы образует ядро, обеспечивающее связь различных информационных сетей, которые принадлежат разным учреждениям во всем мире.

Электронная почта

Электронная почта (electronic mail) — самая распространенная служба Интернета, предназначенная для пересылки по компьютерным сетям сообщений (электронных писем, рис. 241, б) за несколько секунд. Сегодня в мире свыше 50 миллионов человек пользуется электронной почтой.

С ее помощью вы можете отправлять сообщения, получать их на свой электронный почтовый ящик, отвечать на письма автоматически, рассылать копии вашего письма сразу на несколько адресов, переправлять полученное письмо по другому адресу, использовать вместо адресов (числовых или доменных имен) логические имена, создавать несколько подразделений почтового ящика для разного рода корреспонденции, вкладывать в письма текстовые файлы, программы, изображения и т. п.

Доски объявлений

Электронные доски являются цифровым аналогом обычных досок объявлений, которые размещаются в общедоступных, публичных местах. Это так называемые сетевые новости или дискуссионные клубы. Доски объявлений используются для организации деловой деятельности и предоставления разнообразных услуг пользователям сети: резервирования мест в гостиницах, самолетах и поездах, рекламы и продажи товаров, предложения рабочих мест, осуществления электронных платежей. Они служат для организации справочных служб, сообщения деловых, биржевых и политических новостей, новостей спорта, обзора кино-и видеофильмов, передачи прогнозов погоды, участия в коллективных или одиночных видеоиграх и т. д. В мире существует огромное количество коммерческих, а также неприбыльных BBS (Bulletin Board System — «система досок объявлений»). Многие электронные доски связаны между собой. Самой большой глобальной сетью электронных досок объявлений является всемирная сеть Usenet, доступ к которой есть и с Интернета (рис. 242).

Интернет-телефония

IP-телефония — это технология, дающая возможность использовать любую IP-сеть как средство организации и ведения телефонных разговоров, передачи видеоизображений и факсов в режиме реального времени. Создание «пакетов» — преобразование аналоговых (в частности, звуковых) сигналов в цифровые, их сжатие, передача по сети Интернет и обратное преобразвание (декодирование) в аналоговое происходит благодаря существованию протокола передачи данных через Интернет (IP — Internet Protocol), отсюда и название «1Р-телефония».

Под интернет-телефонией подразумевают, в первую очередь, такую технологию, в которой голосовой трафик частично передается через телефонную сеть общего пользования, а частично — через Интернет (рис. 243). Именно так осуществляются звонки с телефона на телефон, с компьютера на телефон, с телефона на компьютер, а также приобрел популярность Surf’n’Cali — звонок с веб-браузера на телефон (просматривая какой-либо корпоративный веб-сайт, пользователь нажимает мышкой на кнопку Call и соединяется с офисом этой компании).

IP-телефон (отдельный аппарат или программа на компьютере) преобразовывает ваш голос в поток звуковых файлов, которые передаются через Интернет. Если вы «звоните» на компьютер или аппаратный IP-телефон, этот поток преобразовывается в ваш голос непосредственно в вызванном вами компьютере или аппаратном IP-телефоне. Если вы «звоните» на обычный проводной или сотовый телефон, тогда на специальном узле связи поток файлов с Интернета преобразовывается в электрический сигнал, передающийся по проводам или через сотовую сеть к вызванному вами абоненту, и в его телефоне этот сигнал преобразовывается в ваш голос.

Создано мобильное приложение к смартфонам под названием Viber (Вайбер). Благодаря этому приложению можно звонить, писать, обмениваться картинками, фотографиями с телефона, планшета или компьютера с собеседником из любой точки мира. Передача голосового трафика происходит с помощью GPRS-интернета на телефоне.

Wi-Fi (англ. Wireless Fidelity — «беспроводная точность»). Ядром беспроводной сети Wi-Fi является так называемая точка доступа (Access Point), которая подключается к наземной сетевой инфраструктуре (каналов Интернет-провайдера) и обеспечивает передачу радиосигнала. Обычно точка доступа состоит из приемника, передатчика, интерфейса для подключения к проводной сети и программному обеспечению для настройки. Вокруг точки доступа формируется пространственная область радиусом 50-100 м (ее называют хот-спотом, или зоной Wi-Fi), в пределах которой можно пользоваться беспроводной сетью.

Дальность передачи информации зависит от мощности передатчика, наличия и характеристики препятствий, типа антенны. Это беспроводной стандарт, который использует частоту 5 ГГц.

Для того чтобы подсоединиться к точке доступа, необходимо чтобы ноутбук или мобильное устройство с адаптером Wi-Fi просто попало в радиус действия данной зоны. Все действия по определению устройства и настройке сети большинство операционных систем компьютеров и мобильных устройств производят автоматически. Если устройство одновременно попадает в зону действия нескольких зон Wi-Fi, то подключение состоится к точке доступа, обеспечивающей более мощный сигнал.

Кстати:

Волна — это одно из интересных явлений в физике, которое наблюдается в самых разнообразных проявлениях практически во всех ее областях. Волны распространяются по поверхности океанов и в их толще, в межзвездной пустоте и в

кристаллических решетках, «бегут» по проводам линий электропередач, доносят до нас разнообразие цветов и большое количество звуков. Существуют волны песчаные и волны на снегу. Землетрясения и цунами в океане — тоже волновые движения, только гигантских масштабов. Есть волны, которые еще не стали привычными и для самих физиков, например, волны в транспортных потоках, в химических реакциях, в сердце и нервной системе, в сообществах биологических организмов, в звездных системах — галактиках. По образному высказыванию ученых, волны «разбежались» из физики и охватили почти все огромное количество процессов в живой и неживой природе. И наиболее интересно, что все эти волны математически подобны, то есть могут быть описаны одними и теми же уравнениями. Вот почему так важно «подружиться» с этим понятием, ведь и вам, повидимому, придется не раз столкнуться с ним самым неожиданным образом.

Пример:

Что изменяется: длина волны или частота при переходе электромагнитной волны с одной среды в другую?

Ответ: изменяется длина волны и скорость, частота остается постоянной.

Пример:

Какова длина электромагнитной волны, если колебания в ней происходят с частотой 3 • 105 Гц?

По формуле определим длину электро-v

Ответ:

Звуковые волны

Звуки (звуковые волны) приносят человеку жизненно важную информацию — с их помощью мы общаемся, наслаждаемся мелодиями, узнаем по голосу знакомых людей. Мир окружающих нас звуков разнообразен и сложен, однако мы достаточно легко ориентируемся в нем и можем безошибочно отличить пение птиц от шума городской улицы.

Звуковая волна — упругая продольная волна, представляющая собой зоны сжатия и разрежения упругой среды (например, воздуха), распространяющиеся в ней с течением времени.

Таким образом, в процессе распространения звуковой волны с течением времени изменяются такие характеристики среды, как давление и плотность.

Звуковые волны, воспринимаемые органами слуха, вызывают звуковые ощущения.

Раздел физики, в котором изучаются звуковые явления, называется акустикой. Звуковые волны классифицируются по частоте следующим образом:

• инфразвук (v 20 000 Гц);
• гиперзвук ( Гц 0) — максимальное смещение тела или системы тел из положения равновесия.

Фаза колебаний определяет состояние колебательной системы (координаты, скорости, ускорения) в любой момент времени при заданной амплитуде. Единицей фазы является радиан (1 рад). В начальный момент времени (t = 0)

Циклическая частота — число полных колебаний за промежуток времени секунд:

Период колебания Т — время одного полного колебания: Т = .

Частота колебаний v — число полных колебаний в единицу времени:

Период Т и частота v — обратные величины: Т =

При гармонических колебаниях проекция ускорения тела прямо пропорциональна его смещению от положения равновесия и противоположна ему по знаку:

Пружинный маятник — груз массой т, прикрепленный к одному из концов невесомой упругой пружины жесткостью k, второй конец которой зафиксирован относительно данной ИСО. Его период колебаний

Математический маятник — материальная точка массой /п, подвешенная на невесомой нерастяжимой нити длиной / в поле каких-либо сил. Период малых колебаний математического маятника определяется по формуле Гюйгенса

Механическая энергия колеблющегося маятника равна сумме его кинетической и потенциальной энергий. Она остается постоянной при отсутствии сил трения (сопротивления).

Собственные (свободные) колебания — это колебания, происходящие в отсутствие внешних воздействий на систему. Они происходят со строго определенной частотой, называемой частотой собственных колебаний системы.

Затухающими называются колебания, энергия которых уменьшается с течением времени.

Вынужденными называются колебания системы, вызываемые действием на нее периодических внешних сил.

Резонансом называется явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний, когда частота периодической внешней силы совпадает с собственной частотой колебаний системы.

Механическая волна — процесс распространения механических колебаний в упругой среде.

Длина волны — расстояние, пройденное волной за промежуток времени, равный периоду колебаний частиц:

Скорость волны определяется как произведение длины волны на частоту:

Это скорость гребня волны или любой другой точки волны.

Волна называется продольной, если колебания частиц среды происходят вдоль направления распространения волн.

Волна называется поперечной, если частицы среды колеблются в плоскости, перпендикулярной к направлению распространения волны.

Звуком называются колебания среды, воспринимаемые органами слуха.

Раздел физики, в котором изучаются звуковые явления, называется акустикой.

Звуковая волна — упругая продольная волна, представляющая собой зоны сжатия и разрежения упругой среды, распространяющиеся в ней с течением времени.

Звуковые волны. Инфразвук и ультразвук

Мы живем в океане звуков. Что представляют собой звуки? Как они образуются? Почему невозможно услышать гул ракетных двигателей в космосе? Почему гром слышится позже, чем видна вспышка молнии? Для чего в студиях звукозаписи стены покрывают слоем звукопоглощающих материалов? Как в полной темноте летучие мыши и дельфины находят добычу? Попробуем найти ответы на эти вопросы.

Один конец линейки прижмите к краю стола, а второй оттяните вниз и отпустите — он начнет колебаться, и вы услышите звук (рис. 18.1). Дело в том, что колебание линейки вызывает сгущение и разрежение воздуха и как следствие — периодические увеличения и уменьшения давления в зоне колебаний. Сжатый воздух, пытаясь расшириться, давит на соседние слои и сжимает их. Так от линейки во все стороны начинает распространяться продольная механическая волна, которая в конце концов достигает вашего уха. В результате давление воздуха вблизи ушной мембраны периодически изменяется, и мембрана начинает колебаться. Конец линейки колеблется с частотой свыше 20 Гц, именно с такой частотой начинает колебаться и ушная мембрана, а колебания с частотой 20-20 000 Гц человек воспринимает как звук.

Рис. 18.1. После того как конец линейки будет отпущен, линейка начнет колебаться, издавая звук

3вук — это физическое явление, представляющее собой механическую волну частотой от 20 до 20 000 Гц.

Источники звука — это тела, колеблющиеся с частотой 20-20 000 Гц. Так, источниками звука являются мембраны наушников и струны музыкальных инструментов, диффузоры громкоговорителей и крылья насекомых, части машин и т. п. В трубе, флейте, свистке звук образуется в результате колебания столба воздуха внутри инструментов. Голосовые аппараты человека и животных тоже являются источниками звука.

Для изучения звука удобно использовать камертон (рис. 18.2). Это устройство представляет собой металлическую «рогатку», закрепленную на ящичке, в котором отсутствует одна стенка. Если резиновым молоточком ударить по ножкам камертона, камертон издаст ясный длинный звук, который постепенно ослабевает, но не изменяет своей частоты.

Рис. 18.2. Ножки камертона колеблются и издают звук

В приемниках звука происходит преобразование звуковых сигналов в другие сигналы, благодаря чему звук можно воспринимать и анализировать. Органы слуха человека и животных — приемники звука, в которых звуковые (механические) колебания преобразуются в нервные импульсы. В технике для приема звука в основном применяют преобразователи, в которых звуковые колебания обычно преобразуются в электрические (рис. 18.3).

Рис. 18.3. В микрофоне звуковые колебания преобразуются в электрические

Скорость распространения звука

Если мы видим момент зарождения звука издали (удар колокола, хлопок ладоней и т. д.), то замечаем, что сам звук мы слышим через некоторый интервал времени. Зная расстояние до источника звука и время «опоздания», можно измерить скорость распространения звука в воздухе. Впервые ее измерил французский ученый Марин Мерсенн (1588-1648) в 1636 г.

При температуре 20 °С скорость звука в воздухе равна примерно 340 м/с. Это почти в миллион раз меньше скорости распространения света. Именно поэтому гром слышен позже, чем видна вспышка молнии (рис. 18.4).

Рис. 18.4. Если гроза от нас далеко ,то грохот грома можно услышать даже через 10-20 с после вспышки молнии

Скорость распространения звука зависит от температуры, плотности и других характеристик среды. Так, в жидкостях звук распространяется быстрее, чем в газах, и медленнее, чем в твердых телах. Скорость распространения звука обычно увеличивается с увеличением температуры среды. К тому же чем меньше масса молекул среды, тем быстрее распространяется звук. При решении задач мы будем использовать приблизительные значения скорости распространения звука (см. таблицу на с. 120).

Первые точные измерения скорости распространения звука в воде провели ученые из Швейцарии Жан Колладон и Шарль Штурм в 1826 г.

Один из исследователей сидел в лодке на Женевском озере и ударял по погруженному в воду колоколу. Одновременно с ударом происходила вспышка пороха. Второй исследователь, находясь на расстоянии 16 км, измерял время между вспышкой пороха и звуком от удара колокола, который он слышал через погруженную в воду озера трубу.

Приблизительные значения скорости распространения звука в некоторых средах

Среда	м/с
Вода	1500
Водород	1250
Железо, сталь, чугун	5000
Воздух	340
Стекло	4500

Обратите внимание! Поскольку звук — это механическая волна, а для распространения механической волны необходима среда, звуковая волна не распространяется в вакууме (рис. 18.5).

Характеристики звука

Звуки разной частоты мы воспринимаем как звуки разного тона: чем больше частота звука, тем выше тон звука, и наоборот. Мы легко отличаем высокий тон жужжания комара от низкого тона гудения шмеля, звучание скрипки — от звучания контрабаса.

Громкость звука определяется прежде всего амплитудой звуковой волны (максимальным изменением давления): чем больше амплитуда, тем громче звук. Громкость звука зависит также от его тона (частоты звуковой волны). Человеческое ухо плохо воспринимает звуки низких частот (около 20 Гц) и высоких частот (около 20 000 Гц), лучше всего оно воспринимает звуки средних частот (1000-3000 Гц).

При распространении звука происходит его постепенное рассеяние и угасание, а значит, и уменьшение громкости. Знание закономерностей рассеяния звука важно для определения дальности распространения звукового сигнала. Так, на дальность распространения звука в воздухе влияют температура и атмосферное давление, сила и скорость ветра и др. Иногда в глубинах океана образуются условия для сверхдальнего (свыше 5000 км) распространения звука — в таком случае говорят о подводном звуковом канале.

Кроме громкости и высоты тона мы различаем звуки по тембру: одну и ту же ноту, взятую на рояле, саксофоне или разными людьми, мы воспринимаем по-разному. Такие разные «оттенки» звуков называют тембрами. Дело в том, что звуки являются сложными: кроме основной частоты (по которой мы и оцениваем высоту звука) любой звук содержит несколько более слабых и более высоких дополнительных частот — обертонов. Чем больше обертонов содержит основной звук, тем он богаче.

Отражение звука

Сравнив распространение звука и распространение света, можно заметить некоторые общие черты. И это не случайно: свет тоже является волной, но не механической (об этом вы узнаете позже). На границе раздела разных сред звуковая волна, как и свет, испытывает преломление, поглощение и отражение. Рассмотрим подробнее отражение звука.

Если встать на некотором расстоянии от скалы или одиночного небоскреба и хлопнуть в ладоши или громко крикнуть, через небольшой интервал времени услышим повторение звука — эхо (рис. 18.6).

Рис. 18.6. Эхо образуется вследствие отражения звука

Эхо — это звук, отраженный от удаленного препятствия.

Если расстояние до препятствия достаточно велико, а звук короткий (удар, вскрик), мы слышим четкое повторение звука. Если звук длинный, то эхо смешивается с начальным звуком и отраженный звук будет нечетким.

На явлении отражения звука основано действие шумозащитных экранов, которые устанавливают вдоль автомобильных трасс и вблизи аэропортов. Исследование отражения, рассеяния и угасания звука в газах, жидкостях и твердых телах позволяет получить информацию о внутреннем строении среды, в которой распространяется звук.

Инфразвук и ультразвук

Звуковые волны, частота которых меньше 20 Гц, называют инфразвуковыми (от лат. infra — ниже, под).

Инфразвуковые волны возникают во время работы некоторых механизмов, при взрывах, обвалах, мощных порывах ветра, во время шторма, землетрясения и т. п.

Инфразвук очень опасен для животных и человека: он может вызвать симптомы морской болезни, головокружение, потерю зрения, быть причиной повышенной агрессивности. При длительном воздействии интенсивное инфразвуковое излучение может привести к остановке сердца. При этом человек даже не понимает, что происходит, ведь он не слышит инфразвук.

Звуковые волны, частота которых превышает 20 кГц, называют ультразвуковыми (от лат. ultra — сверх, за пределами).

Ультразвук есть в шуме ветра и водопада, в звуках, которые издают некоторые живые существа. Ультразвук до 100 кГц воспринимают многие насекомые и грызуны (рис. 18.7); улавливают такие колебания и собаки. Интересно, что дети, в отличие от взрослых, тоже слышат ультразвуковые сигналы (до 24 000 Гц).

Рис. 18.7. Ультразвуковой излучатель для отпугивания насекомых

Некоторые животные применяют ультразвук для ориентации или охоты. Так, летучие мыши и дельфины излучают ультразвук и воспринимают его эхо, благодаря чему они даже в полной темноте могут найти дорогу или поймать добычу. Говорят, что в таких случаях животные используют эхолокацию (рис. 18.8).

Рис. 18.8. Во время охоты летучие мыши используют эхолокацию

Эхолокация — способ обнаружения и получения информации об объекте с помощью эха.

Люди научились применять эхолокацию в разных областях, причем чаще всего для эхолокации используют именно ультразвук.

Например, в медицине эхолокация позволяет «увидеть» еще не родившегося ребенка, исследовать состояние внутренних органов, обнаружить посторонние тела в тканях. В технике эхолокацию применяют для выявления дефектов в изделиях, измерения глубин морей и океанов (рис. 18.9) и т. д.

Рис. 18.9. Измерение глубины водоема с помощью эхолокации

Кроме того, ультразвуком обеззараживают хирургические инструменты, лекарства, руки хирургов. Лечение с помощью ультразвука иногда позволяет избежать хирургических операций.

Ультразвук применяют также для обработки прочных материалов, очистки поверхностей от загрязнений и т. п.

При копировании любых материалов с сайта evkova.org обязательна активная ссылка на сайт www.evkova.org

Сайт создан коллективом преподавателей на некоммерческой основе для дополнительного образования молодежи

Сайт пишется, поддерживается и управляется коллективом преподавателей

Telegram и логотип telegram являются товарными знаками корпорации Telegram FZ-LLC.

Cайт носит информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, которая определяется положениями статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Анна Евкова не оказывает никаких услуг.

Акустические звуковые колебания это колебания частота которых лежит в пределах

Звук — это форма энергии. Звуковые волны представляют собой колебания частиц воздуха или иной среды. Звук может передаваться только в среде — воздухе, воде, стекле. В вакууме, где среды нет, нет и звуков. Преобразованный в другие формы энергии, например в электричество или радиоволны (см. статью «Радио«), звук может быть записан и передан на дальние расстояния.

В этой статье мы познакомим читателей со понятием звука; расскажем что такое звуковые волны и опишем основные характеристики звука — скорость, высоту тона и громкость, объясним как звуки воспринимает человек.

На Земли нет, наверное, человека, который бы не любил музыку. Музыка сопровождает нас в течение всей жизни: веселая и грустная, ритмическая и медленная. Но из чего состоит любимое музыкальное произведение? Все звуки, такие как речь, музыка, шум, это все звуковые волны различной частоты и амплитуды. Изучением звуковых явлений занимается особый раздел физики, который называют акустикой.

Нас окружает много предметов, способных издавать звуки, например, музыкальные инструменты: скрипка, гитара, баян, домра, флейта, свирель и другие. Что объединяет все эти предметы? Да, это источники звука.

Источниками звуков является тела, которые колеблются. В скрипке и гитаре колеблется струна, в наушнике телефона — мембрана; когда мы говорим, колеблются голосовые связки. Проведем эксперимент. Для этого возьмем прибор, который называют камертоном. Медленно придвиньте камертон, который звучит, к теннисному шарику, висящему на нитке. Как только они столкнутся, шарик сразу же, как будто от сильного толчка, отскочит в сторону. Так происходит именно из-за частых колебания ножек камертона, при соприкосновении с шариком они отталкивают его.

Звуковые волны

Когда тела колеблются и вызывают колебания окружающего воздуха или иной среды, они издают звуки. При этом частицы среды тоже начинают колебаться, образуя волну, проходящую в среде. Частицы среды могут совершать колебания как вдоль направления распространения волны, так и поперек. Соответственно различают продольные и поперечные механические волны.

Звуковая волна определяется так: волна, которая представляет собой колебание давления, передаваемого через твердое тело, жидкость или газ, c частотой в диапазоне слышимости.

Звуковые волны кажутся схожими с волнами на воде. Если на поверхность озера бросить маленький камень, то от места падения в разные стороны побегут волны. Возникают они потому, что частички воды на поверхности совершают колебания и эти колебания передаются следующим частичкам, то есть волной называется процесс распространения колебаний со временем. Волны на поверхности воды мы можем видеть непосредственно, они поперечные, ведь частицы воды движутся вертикально, вверх-вниз, а волна распространяется горизонтально. Но многие механические волны невидимые, например, звуковые волны, распространяющиеся в воздухе, мы можем только слышать. Ученые установили, что звуковые волны отличаются от волн на поверхности воды тем, что они продольные. Частицы среды колеблются взад-вперед вдоль направления движения волны, а не перпендикулярно ему, как в поперечных волнах. Еще одно отличие в том, что звук распространяется во всех направлениях, а не только горизонтально, как волны по воде.

Волны изображают с помощью диаграмм, на которых указывают частоту волн (количество колебаний за секунду) и их амплитуду (силу волн). Высокие звуки – это высокочастотные волны, низкие звуки – это низкочастотные волны. Звук с частотой более 20 000 Гц называют ультразвуком. Чем больше амплитуда волны, тем громче звук. По мере удаление от источника звука амплитуда падает и звук стихает. Высокие звуки, такие, как пение птиц, — это высокочастотные волны. Низкие звуки, например рев двигателя, — это низкочастотные волны.

Прибор, который позволяет увидеть форму звуковой волны, называется осциллографом.

В разных средах звуковые волны распространяются с разными скоростями. При 20°С в сухом воздухе скорость звука составляет 343 м/с. Сверхзвуковая скорость — это скорость выше скорости звука. Когда самолет выходит на сверхзвуковую скорость, возникает звуковой удар. Сверхзвуковые скорости измеряются в Махах: 1 Мах равен скорости звука. «Конкорд» летает со скоростью более 2 Махов – вдвое быстрее звука. Летя со сверхзвуковой скоростью, самолет обгоняет распространяемые им звуковые волны. Давление позади самолета нарастает, и возникает ударная волна, вызывающая звуковой удар.

Шум – это неприятный звук. Измеряется уровень шума в децибелах (дБ). Шум свыше 120 дБ может вызвать боль. При падении листа звук в 10 дБ, а при взлете самолета – 110 дБ. Из всех животных самые громкие звуки может издавать синий кит – 188 дБ. Его можно услышать за 850 километров.

Распространение звука

Проведем эксперимент. Под стеклянным колпаком поместим на поролоновой подушке электрический звонок. Затем откачиваем воздух из колпака. В процессе откачивания воздуха слышно, что звук, который издает звонок, становится все тише, хотя сквозь стекло хорошо видно, что звонок продолжает работать. В конце концов, звук вообще исчезнет.

Какой вывод из этого эксперимента? Для распространения звука необходима определенная среда. Среда может быть разной: воздух, вода, стекло, земля. Главное, чтобы среда, в которой распространяется звук, была упругой при изменении ее формы или объема. Заметим, что воздух не имеет никаких преимуществ по сравнению с другими веществами в части возможности распространения в нем звуков. Разве что в разных средах звуковые волны движутся с разной скоростью.

Звук может распространяться и в газе, и в жидкости, и в твердом теле. Источниками звука является колеблющиеся тела. Если такое тело находится в какой-либо среде, колебания передаются «прилегающим» частицам вещества. А поскольку частицы вещества взаимодействуют друг с другом, колеблющиеся частицы передают колебания своим «соседям». В результате колебания начинают распространяться в пространстве. Так возникают звуковые волны.

При распространении звука в среде происходит его поглощения. Знание законов поглощения помогает определять, например, дальность распространения звукового сигнала. Поглощение звука обусловлено причинами, связанными со свойствами самого звука (прежде всего с его частотой) и со свойствами среды. Например, в морях на некоторых глубинах образуются определенные условия для сверхдальнего распространения звука, так называемый водяной звуковой канал. Звук подводного взрыва распространяется в таком канале на расстояние более 5000 км.

При распространении звука в атмосфере происходит его рассеивание. На рассеивание звука влияют температура и давление, сила и скорость ветра.

Изучение того, как рассеивается звук в различных средах, дает информацию о внутреннем строении и физическом состоянии газов, жидкостей и твердых тел. Называется это звуковой локацией.

Приемники звука

Приемником звука является ухо. Наше ухо воспринимает в виде звука колебания, частота которых лежит в пределах от 16 до 20000 Гц. Итак, механические волны с частотой от 20 до 20000 Гц, вызывающие у человека ощущение звука, называются звуковыми.

Многие животные способны различать звуки, частоты которых меньше 20 Гц (рыбы, медузы, даже слон могут слышать звук с частотой 1 Гц и использовать низкочастотные звуки для общения с соплеменниками) и выше 20 кГц (например, дельфины, летучие мыши). Морские свинки воспринимают звуки частотой до 33 кГц.

Как вы уже знаете, звуковые волны распространяются в воздухе как перемежающиеся области с изменяющимся давлением, то есть эти волны являются продольными. Эти волны воздействуют на мембрану в нашем ухе, называемую барабанной перепонкой, заставляя ее колебаться, а слуховой нерв улавливает эти колебания и посылает сигналы в мозг. Так мы слышим звук.

Указанные границы звукового диапазона условные, так как зависят от возраста людей и индивидуальных особенностей их слухового аппарата. Обычно верхняя частотная граница звуков, воспринимаемых ухом, с возрастом значительно снижается — некоторые пожилые люди могут слышать звуки с частотами, не превышающими 6000 Гц.

Ухо является естественным приемником звука, однако созданы и искусственные приемники звука. Наиболее широко используются различные микрофоны. Они превращают звуковые колебания на колебания электрического тока, благодаря чему появилась возможность записывать звук и передавать его на большие расстояния.

Свойства звука

Звук, создаваемый одним источником, отличается от звука, создаваемого другим. Например, каждая из струн гитары издает звук, отличающийся от звука, который выдается другими струнами.

Две, казалось бы, совершенно одинаковые скрипки могут звучать по-разному. При этом звук скрипки нельзя спутать со звуком гобоя, звук барабана — со звуком тромбона. Те же звуки, созданные разными людьми, отличаются друг от друга.

Все это свидетельствует о необходимости ввести физические характеристики, с помощью которых можно было бы оценивать излучения и восприятия звука.

Громкость

Громкость звука определяется амплитудой колебаний тела, которое издает звук. Чем больше амплитуда звуковых колебаний, тем звук кажется более громким, но громкость для звуков различных частот будет разной. Человеческое ухо плохо воспринимает звуки низких частот (около 20 Гц) и высоких (около 20 кГц) частот и значительно лучше — звуки средних частот (от 300 Гц до 3000 Гц). Поэтому даже достаточно сильные колебания с низкой или, напротив, с очень высокой частотой, будут казаться нам тихими, а более слабые колебания со средней частотой — громкими. Это объясняется строением органов слуха человека.

Громкость звука измеряется в децибелах (дБ). Громкость, равной 120 дБ, называется болевым порогом, когда достигается этот уровень, возникают болевые ощущения. А если влияние такого звука является длительным, то происходит непоправимая потеря слуха слуха. А уровень громкости в 180 дБ является смертельным для человека!

Поэтому мы предостерегаем вас от прослушивания звуков с большой громкостью. Если это обусловлено условиями труда (работа на станках, в цехах и др.), обязательно нужно пользоваться специальными защитными наушниками. Не ставьте на максимум громкость в своих наушниках при прослушивании музыки. Берегите свое здоровье и здоровье окружающих.

Таблица различных источников звука и уровень громкости в дБ:

Громкость, дБ	Характеристика	Источники звука
0	Ничего не слышно	Космос, за пределами атмосферы земли
5	Почти не слышно	Легкое дуновение ветерка
10	Почти не слышно	Тихий шелест листьев
20	Едва слышно	Шепот человека (на расстоянии 1 метр)
30	Тихо	Шепот, тиканье настенных часов
35	Довольно слышно	Приглушенный разговор
40	Довольно слышно	Обычная речь
50	Отчётливо слышно	Разговор, пишущая машинка
60	Шумно	Норма для общественных помещений
70	Шумно	Громкие разговоры (1м)
80	Очень шумно	Крик, мотоцикл с глушителем.
90	Очень шумно	Громкие крики, грузовой железнодорожный вагон (в семи метрах)
100	Крайне шумно	Оркестр, вагон метро, раскаты грома
105	Крайне шумно	В самолёте
110	Крайне шумно	Вертолёт, пескоструйный аппарат (1м)
120	Почти невыносимо	Отбойный молоток (1м)
130	Болевой порог	Самолёт на старте
140	Контузия	Звук взлетающего реактивного самолета
150	Контузия, травмы	Старт ракеты
160	Шок, разрыв барабанных перепонок и лёгких	Ударная волна от сверхзвукового самолёта
больше 180 дБ	Смертельный уровень!	Звуковое оружие

Скорость звука

Звук распространяется не мгновенно и скорость распространения его значительно меньше скорости распространения света (которая составляет 300000 км/с).

Пример из истории и литературы: Дмитрий Донской перед Куликовской битвой прикладывал ухо к земле. Зачем? Так как скорость распространения звука в земле больше, чем в воздухе, он услышал топот копыт противника раньше, чем увидел конницу.

Распространение звуковых волн в различных средах происходит с неодинаковой скоростью. С помощью опытов было обнаружено, что в воздух при температуре 0 градусов по Цельсию скорость звука составляет 332 м/с. В воде из температуре 0 o C этот показатель составляет примерно 1485 м/с. В твердых телах скорость звука еще больше, чем в жидкостях. В некоторых металлах скорость звука достигает нескольких тысяч метров в секунду: в частности, в свинце — 1300 м/с, в меди — 4560 м/с, в стали — 5100 м/с. Интересно, что через резину звук проходит со скорость всего 54 м/с, сквозь пробку — 500 м/с, кирпичную стену — 3480 м/с, гранит — 3950 м/с, стекло 5000 м/с. Это связано с тем, что агрегатное состояние, плотность, температура, молекулярное строение различных веществ различны. С ростом температуры скорость звука возрастает. Можно заметить закономерность, чем тверже материал, тем выше скорость звука в нем.

Зависимость скорости звука от свойств среды стала основой метода определения наличия примесей, дефектов во внутреннем строении тел.

Высота (частота)

Если специальным резиновым молоточком ударить по «ножках» камертона, то он будет издавать звук, который называется музыкальным тоном.

Мы хорошо знаем, что звук бывает высокий и низкий. Как известно, бас поет низким голосом, а тенор — высоким. От какой же характеристики звуковой волны зависит высота звука? Опыты показывают, что высота звука определяется частотой звуковой волны: чем больше частота волны, тем звук выше.

График (осциллограмма) звуковых волн разных частот. Верхняя волна имеет частоту вдвое ниже чем нижняя.

Частота звуковых колебаний, создаваемых струнными и духовыми музыкальными инструментами, может изменяться от 20 до 4000 Гц.

Еще древнегреческий ученый Пифагор, изучая зависимость высоты тона от длины струны, выяснил, что чем короче струна, тем выше тон.

Писк комара соответствует 500-600 взмахам его крыльев в секунду, жужжание шмеля — 220 взмахам. Колебания голосовых связок певцов могут создавать звуки в диапазоне от 80 до 1400 Гц, хотя в эксперименте фиксировались рекордно низкая (44 Гц) и высокая (2350 Гц) частоты.

Диапазон частот, который соответствует различным певческим голосам певцов:

Голос	Частота, Гц
Бас	80 — 400
Баритон	110 — 400
Тенор	150 — 500
Контральто	200 — 700
Колоратурное сопрано	250 — 1400

В телефоне для воспроизведения человеческой речи используется область частот от 300 до 2000 Гц. Этого обычно достаточно для передачи всех нюансов человеческой речи, но некоторые гармоники находятся выше этого диапазона и не передаются, поэтому звук в телефоне всегда глуше, чем при живом общении.

Диапазон частот звуковых колебаний, соответствующий изменению частоты в два раза, называется октавой. Звучание скрипки, например, перекрывает приблизительно три с половиной октавы (196–2340 Гц), а звуки пианино – семь с лишним октав (27,5–4186 Гц).

Тембр

Звуки одинаковой высоты и громкости, создаваемые различными музыкальными инструментами, звучат по-разному, даже та же нота, взятая различными певцами, звучит по-разному. Особое качество звука — его окрас, характерный для каждого голоса или музыкального инструмента, — называют тембром. Тембр связан со специфическими свойствами источника звука.

От чего же зависит тембр звука? Оказывается, что любой источник звука (есть редкие исключения, например, камертон) осуществляет сложные несинусоидальные колебания. Их можно наблюдать с помощью осциллографа. Если подключить микрофон и спеть какую-нибудь мелодию, то на экране осциллографа появится не синусоида, а сложная кривая.

Несинусоидальное колебание может быть представлено в виде суммы гармонических колебаний с различными частотами. Колебания с наименьшей частотой называется основным тоном, а колебания с более высокой частотой называется обертоном, или гармоникой.

Тембр звука определяет его окраску. Он определяется наличием и интенсивностью обертонов — частот, кратных основной. Именно благодаря тембру, звуки различных музыкальных инструментов имеют разное звучание. Чем больше обертонов, тем «насыщеннее», красивее звук. Волшебный, бархатистый оттенок голосов хороших певцов обусловлен именно обертонами.

Отражение звука, эхо и эхолокация

Звук, распространяясь в какой-либо среде, доходит до препятствия и почти полностью отражается. В этом можно убедиться на многих опытах.

В лесу, горах, иногда в помещениях нам приходилось слышать эхо. Звуковые волны отражаются от различных препятствий, даже от облаков. Иногда можно услышать даже многократное эхо — результат нескольких отражений.

Эти и другие опыты с звуковыми волнами позволяют сформулировать обобщения: механические волны любого происхождения обладают способностью отражаться от границы раздела двух сред. Отражение звука происходит по такому же закону, что и отражения света: угол отражения равен углу падения.

Эхо — это вторичный звук, который мы слышим сразу после первоначального. Он вызван отражением звуковой волны от поверхности. Если время распространения звука до препятствия и обратно больше, чем продолжительность звука, — мы слышим четкий повтор звука. Если это время меньше, то эхо смешивается с первичным звуком, и звуки становятся неразборчивыми.

Эхолокация — это способ определить местонахождение объекта, измеряя время, за которое ультразвуковые волны добрались до него и вернулись обратно. Эхолокаторы измеряют морскую глубину, ищут на дне океана затонувшие объекты, следят за стаями рыб. Акустическая система посылает ко дну ультразвук (очень высокий звук), а компьютер замеряет время его возвращения. Некоторые животные, например летучие мыши и дельфины, ориентируются и ищут добычу с помощью эхолокации. Дельфин издает больше 700 ультра звуковых щелчков в секунду. С их помощью он находит добычу.

Отражение звука используется так же для изучения процессов внутри организма, в частности, для слежения за развитием ребенка в утробе. Когда звук переходит из одной среды в другую, часть его возвращается назад в виде эха, с помощью которого компьютер строит «эхокартину». Эта процедура называется ультразвуковой диагностикой.

Отражение звуковых волн от гладких поверхностей используют в рупоре. При использовании рупора звук не рассеивается в разные стороны, наоборот, с помощью рупора образуется узконаправленный пучок звуковых волн, которые распространяются на большее расстояние.

Неслышимые звуки

Звук, который воспринимается или слышится ухом человека, имеет частоты в диапазоне 20-20 000 Гц. Звуковые волны с более низкими частотами называют инфразвуком, а с выше — ультразвуком.

Когда были созданы высокочувствительные приемники звуков для различных частот, оказалось, что инфра- и ультразвуки так же распространены в природе, как и слышимые звуки.

Инфразвук

Инфразвук возникает при работе промышленных установок, автомобилей, тракторов и бытовых приборов. Например, сельскохозяйственные тракторы на резиновом ходу и грузовики имеют максимальные вибрации в диапазоне 1,5-3,5 Гц, гусеничные тракторы — около 5 Гц. Музыкальный орган так же может излучать инфразвук. Могут излучать звуки инфракрасных частот всевозможные взрывы и обвалы.

Чувствительные приемники ультразвука показали, что он входит в состав шума ветра и водопадов, в состав звуков, излучаемых некоторыми животными.

Механизм восприятия инфразвука и его влияние на физиологическое состояние человека пока полностью не изучены. Такие звуки неслышимые, однако в результате их воздействия на организм человека появляются повышенная нервозность, чувство страха, приступы тошноты. Иногда из носа и ушей идет кровь.

Свойство инфразвука вызывать страх используется полицией в ряде стран мира. При необходимости разогнать толпу полицейские включают мощные генераторы и вызывают у многих людей неосознанное чувство страха, желание поскорее уйти оттуда, где действует инфразвук.

При воздействии на человека мощного инфразвука с частотами, близкими к 6 Гц, могут отличаться друг от друга изображения, воспринимаемые левым и правым глазом, возникают проблемы с ориентацией в пространстве, возникать необъяснимые ощущения тревоги, страха. Подобные ощущения вызывают и пульсации света на частотах 4-8 Гц. Еще египетские жрецы, чтобы добиться признания от пленника, привязывали его и с помощью зеркал направляли на глаза пульсирующие солнечные лучи. Через некоторое время в пленника появлялись судороги, шла пена изо рта, его психика подавлялась, и он отвечал на вопросы.

Ультразвук

Ультразвуковые волны можно получить с помощью специальных высокочастотных излучателей. Узкий пучок ультразвуковых волн в процессе распространения очень мало расширяется. Благодаря этому ультразвуковую волну можно излучать в заданном направлении.

О ультразвуке не раз упоминается на уроках биологии — дельфины и летучие мыши используют его для эхолокации, то есть определения положения окружающих предметов.

Оказывается, что многие насекомые воспринимают ультразвук. Восприятие ультразвука в диапазоне частот до 100 кГц — способность многих грызунов. Собаки воспринимают ультразвук с частотой до 40 кГц.

Ультразвук сегодня широко применяют в различных отраслях науки и техники. Например, с его помощью измеряют глубину моря. С корабля посылают ультразвуковой сигнал и фиксируют промежуток времени до возвращения сигнала, отраженного от дна. Зная скорость звука в воде, можно определить расстояние до дна. Прибор для измерения глубины дна называют эхолотом.

С помощью ультразвука «просвечивают» металлические изделия для выявления в них скрытых дефектов — посторонних включений, трещин или пустот.

Ультразвук широко используют и в медицине — как для обследования больного, так и для его лечения. Лечебный эффект ультразвука основан на том, что он вызывает внутренний разогрев тканей организма.

Звук в жизни человека

Мы живем в мире звуков. Этот мир необходим нам для нормального развития и существования. Звуки, которые мы слышим, сообщают о том, что происходит вокруг нас, даже если мы не видим источника звука. Благодаря звукам мы можем общаться, слышим телефонный звонок, гудки автомобилей или шум дождя.

Музыкальные инструменты

Звучание всех музыкальных инструментов основано на колебаниях воздуха. Но делают это они по-разному. На звук влияют также форма инструмента и материал, из которого он сделан. У некоторых инструментов корпус резонирует (колеблется с той же частотой, что и воздух), и тогда получается особенно громкий и глубокий звук. У струнных инструментов струны вибрируют при касании. Чем струна толще, длиннее и слабее натянута, тем ниже звук. При закрывании отверстия духового инструмента акустическая колонна удлиняется, что понижает тон звука. Мы нажимаем на клавишу пианино, рычаг бьет по струне, и она начинает вибрировать. Струны разной длины издают разные звуки. Колебания кожи барабана вызывают это и усиливаются внутри корпуса. Многие инструменты производят сложные звуки, в состав которых входят более высокие звуки меньшей громкости, которые называются гармониками. Они придают каждому инструменту особый тембр.

Синтезатор – это инструмент, в электронной памяти которого хранятся характеристики звуков, записанные двоичным кодом. Электрические импульсы, представляющие тот или иной звук, превращаются в электрический ток и посылаются к громкоговорителю. В синтезаторе хранятся записанные двоичным кодом звуки многих разных инструментов. Даже шаги или собачий лай можно записать двоичным кодом и воспроизвести на синтезаторе.

Микрофоны и громкоговорители

Микрофон превращает звук в электрический ток. Сила тока меняется в зависимости от характера звука. Громкоговоритель превращает электрический ток обратно в звук. В микрофоне имеется тонкая металлическая пластинка — диафрагма, прикрепленная к проволочной спирали, находящейся между полюсами магнита. Звуковая волна заставляет диафрагму вибрировать с соответствующей звуку частотой. Благодаря диафрагме начинает вибрировать спираль, и по проволоке (ведь она движется между полюсами магнита) бежит ток. Сила возникающего в микрофоне тока зависит от амплитуды и частоты звуковых волн. Этот ток можно затем направить к громкоговорителю, использовать для записи звука на кассете или послать по телефонным проводам. В телефонной трубке есть микрофон, превращающий звук в электрический ток, который либо идет по проводам к другому телефону, либо преобразуется в радиоволны и передается на спутник. В трубке имеется также встроенный громкоговоритель.

Первый граммофон был создан в 1895 году. Канавки на поверхности пластинки вызывали вибрацию иглы, и возникали звуковые волны, которые затем усиливались рупором. В громкоговорителе имеются магнит и электромагнит (железный сердечник обмотанный проволокой). Когда по проволоке идет ток, возникает магнитное поле. Проволока соединена с диафрагмой конической формы. Когда вызванный звуковыми волнами электрический ток проходит по проволоке, магнитное поле проволоки и магнита заставляют вибрировать проволоку и диафрагму. Находящийся перед диафрагмой воздух вибрирует с частотой первоначального звука.

Запись и воспроизведение звука

Магнитофон. Магнитная запись представляет собой набор намагниченных участков в слое железа или оксида хрома, нанесенном на пластиковую ленту. Записывающая головка — это электромагнит, металлический сердечник, обмотанный проволокой. Он намагничивает­ся при прохождении электрического тока по проволоке. Магнитная запись на ленте создается перемещаемым магнитным полем записывающей головки. При этом на ленте возникают намагниченные участки, которые и содержат информацию о звуке. Магнитную запись с ленты считывает головка воспроизведения. В ней возникает переменный электрический ток, который в громкоговорителе преобразуется в звук.

На поверхности компакт-диска (CD) звуковые волны (и другая информация) записываются двоичным кодом в виде маленьких углублений — ямок и плоских участков — площадок. В CD-плеере лазерный луч проходит но поверхности диски. В ямках свет рассеивается, а от площадок отражается и попадает ни светочувствительный детектор. При попадании света в детекторе возникает ток. Так читается двоичная запись звуков. Электрические импульсы, возникают при считывании двоичного кода, в громкоговорителе преобразуются в звук.

Шум стал неотъемлемой частью нашей повседневной жизни. Идет ли речь о стрижки газонов, движение на шоссе или шум поездов, наши уши не имеют покоя. Шум вызывает сильнейший стресс, который может привести к бессоннице, высокого кровяного давления и нарушение функций мозга.

По данным Национального института по изучению глухоты, почти 30 миллионов людей в США подвергаются воздействию шума такой степени, что это угрожает их здоровью, а 10 миллионов из них уже пострадали от необратимой потери слуха.

Современный шумовой дискомфорт вызывает у живых организмов болезненные реакции. Шум от пролетающего реактивного самолета, например, угнетающе действует на пчелу, она теряет способность ориентироваться. Этот же шум убивает личинки пчел, и даже разбивает яйца птиц в гнезде. Транспортный или производственный шум угнетающе действует на человека — утомляет, раздражает, мешает сосредоточиться. Как только такой шум исчезает, человек испытывает чувство облегчения и покоя.

Проблема эта усугубляется еще и потому, что чаще всего потеря остроты слуха и другие негативные последствия для здоровья человека проявляются лишь со временем. Это означает, что популярные сегодня портативные плееры с их громкой музыкой через наушники могут стать в будущем причиной снижения слуха у целого поколения.

Однако если уровень шума оказывает такое влияние на качество нашей жизни, приводит к таким последствиям, как снижение производительности труда, нарушение концентрации внимания, повышению кровяного давления и даже агрессивному поведению, то почему мы уделяем этой проблеме так мало внимания?

«Я считаю, причина этого в том, что двадцатый век стало самым громким в истории человечества, — говорит Лес Бломберг, исполнительный директор Центра по борьбе с шумовым загрязнением. Сегодня люди рождаются в громком мире, и поэтому им кажется, что именно таким мир и должно быть — ведь значительная часть этого шума производится техникой».