ხმის გავრცელება შეინიშნება მკვრივი. ხმის გავრცელება და სმენა წყალში. უხილავი ტალღის გრაფიკული გამოსახულება

ჩვენ ვიღებთ ბგერებს მათი წყაროებიდან დაშორებით. როგორც წესი, ხმა ჰაერით აღწევს. ჰაერი არის ელასტიური საშუალება, რომელიც გადასცემს ხმას.

თუ ხმის გადაცემის საშუალება ამოღებულია წყაროსა და მიმღებს შორის, ხმა არ გავრცელდება და, შესაბამისად, მიმღები ვერ აღიქვამს მას. მოდით ვაჩვენოთ ეს ექსპერიმენტულად.

ჰაერის ტუმბოს ზარის ქვეშ მოვათავსოთ მაღვიძარა (სურ. 80). სანამ ზარში ჰაერია, ზარის ხმა გარკვევით ისმის. ზარის ქვეშიდან ჰაერის ამოტუმბვით, ხმა თანდათან სუსტდება და საბოლოოდ გაუგონარი ხდება. გადამცემი საშუალების გარეშე, ზარის ფირფიტის ვიბრაცია ვერ გადადის და ხმა არ აღწევს ჩვენს ყურამდე. ზარის ქვეშ ჰაერი გავუშვათ და ისევ მოვისმინოთ ზარი.

ბრინჯი. 80. ექსპერიმენტი, რომელიც ამტკიცებს, რომ ბგერა არ ვრცელდება სივრცეში, სადაც არ არის მატერიალური საშუალება

ელასტიური ნივთიერებები კარგად ატარებენ ბგერებს, როგორიცაა ლითონები, ხე, სითხეები და აირები.

ხის დაფის ერთ ბოლოზე ჯიბის საათი დავდოთ და მეორე ბოლოზე გადავიდეთ. დაფასთან ყურის მიყრით, თქვენ გესმით საათის წკაპუნება.

ლითონის კოვზს მიამაგრეთ ძაფი. ძაფის ბოლო ყურთან მიიტანეთ. კოვზს რომ ურტყამ, ძლიერი ხმა გესმის. კიდევ უფრო ძლიერ ხმას გავიგებთ, თუ სიმს მავთულით შევცვლით.

რბილი და ფოროვანი სხეულები ხმის ცუდი გამტარია. ნებისმიერი ოთახის დასაცავად გარე ბგერების შეღწევისგან, კედლები, იატაკი და ჭერი დაგებულია ხმის შთამნთქმელი მასალების ფენებით. თექის, დაპრესილი კორპის, ფოროვანი ქვების და სხვადასხვა სინთეზური მასალების (მაგალითად, პოლისტიროლის ქაფი) დამზადებული ქაფიანი პოლიმერები გამოიყენება როგორც შუალედური. ასეთ ფენებში ხმა სწრაფად ქრება.

სითხეები კარგად ატარებენ ხმას. თევზებს, მაგალითად, კარგად ესმით ნაპირზე ფეხის ხმა და ეს ცნობილია გამოცდილი მეთევზეებისთვის.

ასე რომ, ბგერა ვრცელდება ნებისმიერ ელასტიურ გარემოში - მყარი, თხევადი და აირისებრი, მაგრამ არ შეიძლება გავრცელდეს სივრცეში, სადაც არ არის ნივთიერება.

წყაროს რხევები ქმნის ელასტიურ ტალღას მის გარემოში აუდიო სიხშირე. ტალღა, რომელიც აღწევს ყურამდე, ზემოქმედებს ყურის ბარტყზე, რის შედეგადაც ის ვიბრირებს ხმის წყაროს სიხშირის შესაბამისი სიხშირით. ყურის ბარტყის კანკალი გადაეცემა ოსიკულარული სისტემით დაბოლოებებამდე სმენის ნერვიაღიზიანებს მათ და ამით იწვევს ხმის შეგრძნებას.

შეგახსენებთ, რომ მხოლოდ გრძივი ელასტიური ტალღები შეიძლება არსებობდეს აირებსა და სითხეებში. ჰაერში ხმა, მაგალითად, გადაიცემა გრძივი ტალღებით, ანუ ხმის წყაროდან მომდინარე ჰაერის მონაცვლეობითი კონდენსაციებითა და იშვიათობით.

ხმის ტალღა, ისევე როგორც ნებისმიერი სხვა მექანიკური ტალღა, სივრცეში არ ვრცელდება მყისიერად, არამედ გარკვეული სიჩქარით. ამის გადამოწმება შეგიძლიათ, მაგალითად, სროლის ყურებით შორიდან. ჯერ ცეცხლს და კვამლს ვხედავთ, შემდეგ კი გასროლის ხმა გვესმის. კვამლი ჩნდება პირველი ხმის ვიბრაციის დროს. დროის t ინტერვალის გაზომვით ხმის გაჩენის მომენტს (კვამლის გაჩენის მომენტს) და ყურამდე მისვლის მომენტს შორის, შეგვიძლია განვსაზღვროთ ხმის გავრცელების სიჩქარე:

გაზომვები აჩვენებს, რომ ხმის სიჩქარე ჰაერში 0 °C და ნორმალური ატმოსფერული წნევა არის 332 მ/წმ.

რაც უფრო მაღალია ტემპერატურა, მით უფრო მაღალია ხმის სიჩქარე გაზებში. მაგალითად, 20 °C-ზე ჰაერში ხმის სიჩქარეა 343 მ/წმ, 60 °C-ზე - 366 მ/წმ, 100 °C-ზე - 387 მ/წმ. ეს აიხსნება იმით, რომ ტემპერატურის მატებასთან ერთად იზრდება აირების ელასტიურობა და რაც უფრო დიდია ელასტიური ძალები, რომლებიც წარმოიქმნება გარემოში მისი დეფორმაციის დროს, მით უფრო დიდია ნაწილაკების მობილურობა და უფრო სწრაფი ვიბრაციები გადაეცემა ერთი წერტილიდან მეორეზე.

ხმის სიჩქარე ასევე დამოკიდებულია იმ საშუალების თვისებებზე, რომელშიც ხმა მოძრაობს. მაგალითად, 0 °C-ზე ხმის სიჩქარე წყალბადში არის 1284 მ/წმ, ხოლო ზე ნახშირორჟანგი- 259 მ/წმ, ვინაიდან წყალბადის მოლეკულები ნაკლებად მასიური და ნაკლებად ინერტულია.

დღესდღეობით ხმის სიჩქარის გაზომვა შესაძლებელია ნებისმიერ გარემოში.

მოლეკულები სითხეებში და მყარიგანლაგებულია ერთმანეთთან უფრო ახლოს და ურთიერთქმედებენ უფრო ძლიერად, ვიდრე აირის მოლეკულები. მაშასადამე, ხმის სიჩქარე თხევად და მყარ გარემოში უფრო მეტია, ვიდრე აირისებრი გარემოში.

ვინაიდან ხმა არის ტალღა, ხმის სიჩქარის დასადგენად, გარდა ფორმულისა V = s/t, შეგიძლიათ გამოიყენოთ თქვენთვის ცნობილი ფორმულები: V = λ/T და V = vλ. პრობლემების გადაჭრისას ჰაერში ხმის სიჩქარე ჩვეულებრივ 340 მ/წმ-ად ითვლება.

კითხვები

1. რა არის 80-ზე გამოსახული ექსპერიმენტის მიზანი? აღწერეთ როგორ ტარდება ეს ექსპერიმენტი და რა დასკვნა გამოდის მისგან.
2. შეუძლია თუ არა ბგერას გადაადგილება აირებში, სითხეებში და მყარ სხეულებში? მხარი დაუჭირეთ თქვენს პასუხებს მაგალითებით.
3. რომელი სხეულები ატარებენ ხმას უკეთესად - ელასტიური თუ ფოროვანი? მიეცით ელასტიური და ფოროვანი სხეულების მაგალითები.
4. რა სახის ტალღა - გრძივი თუ განივი - ვრცელდება ჰაერში? წყალში?
5. მიეცით მაგალითი, რომელიც აჩვენებს, რომ ხმის ტალღა არ მოძრაობს მყისიერად, არამედ გარკვეული სიჩქარით.

სავარჯიშო 30

1. ისმოდა თუ არა მთვარეზე უზარმაზარი აფეთქების ხმა დედამიწაზე? დაასაბუთეთ თქვენი პასუხი.
2. თუ ძაფის თითოეულ ბოლოზე საპნის ჭურჭლის ნახევარს მიამაგრებთ, მაშინ ასეთი ტელეფონის გამოყენებით შეგიძლიათ სხვადასხვა ოთახში ყოფნისას ჩურჩულითაც კი ისაუბროთ. ახსენი ფენომენი.
3. განსაზღვრეთ წყალში ბგერის სიჩქარე, თუ 0,002 წმ პერიოდით რხევადი წყარო აღაგზნებს ტალღებს წყალში 2,9 მ სიგრძით.
4. განსაზღვრეთ ბგერის ტალღის სიგრძე 725 ჰც სიხშირით ჰაერში, წყალში და მინაში.
5. გრძელი ლითონის მილის ერთი ბოლო ჩაქუჩით დაარტყეს. გავრცელდება თუ არა დარტყმის ხმა მილის მეორე ბოლოში ლითონის მეშვეობით; მილის შიგნით ჰაერის მეშვეობით? რამდენ დარტყმას გაიგონებს მილის მეორე ბოლოში მდგომი ადამიანი?
6. დამკვირვებელი დგას სწორ ხაზზე რკინიგზა, დაინახა ორთქლი შორს მიმავალი ორთქლის ლოკომოტივის სასტვენის ზემოთ. ორთქლის გამოჩენიდან 2 წამში მან სასტვენის ხმა გაიგო, 34 წამის შემდეგ კი ლოკომოტივი დამკვირვებლის გვერდით გაიარა. განსაზღვრეთ ლოკომოტივის სიჩქარე.

SPEARFISHING

ხმის გავრცელება წყალში .

ხმა წყალში ხუთჯერ უფრო სწრაფად მოძრაობს, ვიდრე ჰაერში. საშუალო სიჩქარეა 1400 - 1500 მ/წმ (ჰაერში ხმის სიჩქარე 340 მ/წმ). როგორც ჩანს, წყალში სმენა ასევე უმჯობესდება. სინამდვილეში, ეს შორს არის შემთხვევისგან. ხმის სიძლიერე ხომ არ არის დამოკიდებული გავრცელების სიჩქარეზე, არამედ ხმის ვიბრაციის ამპლიტუდაზე და სმენის ორგანოების აღქმის უნარზე. ლოკოკინაში შიდა ყურიკორტის ორგანო მდებარეობს და შედგება სმენის უჯრედებისგან. ხმის ტალღები ვიბრირებს ყურის ბარძაყს, სმენის კბილებს და კორტის ორგანოს გარსს. ამ უკანასკნელის თმის უჯრედებიდან, რომლებიც აღიქვამენ ხმის ვიბრაციებინერვული სტიმულაცია მიდის სმენის ცენტრში მდებარე ცენტრამდე დროებითი წილიტვინი.

ხმის ტალღა ადამიანის შიდა ყურში შეიძლება შევიდეს ორი გზით: ჰაერის გამტარობით გარე სასმენი არხით, ყურის ბარტყით და შუა ყურის ძვლების მეშვეობით და ძვლის გამტარობით - ქალას ძვლების ვიბრაციით. ზედაპირზე ჭარბობს ჰაერის გამტარობა, წყლის ქვეშ კი ძვლის გამტარობა. ამაში მარტივი გამოცდილება გვარწმუნებს. ორივე ყურზე ხელისგულებით დაიფარეთ. გარეგნულად, მოსმენა მკვეთრად გაუარესდება, მაგრამ წყლის ქვეშ ეს არ შეინიშნება.

ასე რომ, წყლის ქვეშ, ბგერები აღიქმება ძირითადად ძვლის გამტარობით. თეორიულად, ეს აიხსნება იმით, რომ წყლის აკუსტიკური წინააღმდეგობა უახლოვდება ადამიანის ქსოვილის აკუსტიკური წინააღმდეგობას. ამრიგად, ენერგიის დანაკარგები გარდამავალ პერიოდში ხმის ტალღებიადამიანის თავის ძვლებში წყალი უფრო ნაკლებია, ვიდრე ჰაერში. ჰაერის გამტარობა თითქმის ქრება წყლის ქვეშ, ვინაიდან გარე სასმენი არხი წყლით ივსება და ყურის ბარბის მახლობლად ჰაერის მცირე ფენა სუსტად გადასცემს ხმის ვიბრაციას.

ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ ძვლის გამტარობა 40%-ით დაბალია, ვიდრე ჰაერის გამტარობა. ამიტომ, წყლის ქვეშ მოსმენა ზოგადად უარესდება. ბგერის ძვლოვანი გამტარობით მოსმენის დიაპაზონი დამოკიდებულია არა იმდენად სიძლიერეზე, რამდენადაც ტონალობაზე: რაც უფრო მაღალია ბგერა, მით უფრო შორს ისმის ხმა.

წყალქვეშა სამყარო ადამიანებისთვის არის დუმილის სამყარო, სადაც არ არის ზედმეტი ხმები. აქედან გამომდინარე, უმარტივესი ხმოვანი სიგნალები შეიძლება აღიქმებოდეს წყლის ქვეშ მნიშვნელოვან მანძილზე. ადამიანს 150-200 მ მანძილზე წყალში ჩაძირულ ლითონის კასრზე დარტყმა ესმის, 100 მ-ზე ჩხაკუნის ხმა, 60 მ-ზე ზარის ხმა.

წყალქვეშ გაჟღენთილი ხმები, როგორც წესი, არ ისმის ზედაპირზე, ისევე როგორც გარედან გამოსული ხმები არ ისმის წყალქვეშ. წყალქვეშა ბგერების აღქმისთვის, ნაწილობრივ მაინც უნდა იყო ჩაძირული. თუ წყალში მუხლებამდე შეხვალ, იწყებ ისეთი ხმის აღქმას, რომელიც აქამდე არ ისმოდა. ჩაყვინთვისას ხმა იზრდება. განსაკუთრებით ისმის, როცა თავი ჩაძირულია.

ზედაპირიდან ხმოვანი სიგნალების გასაგზავნად, ხმის წყარო უნდა ჩაუშვათ წყალში ნახევრად მაინც და ხმის სიძლიერე შეიცვლება. ყურით წყალქვეშ ორიენტაცია უკიდურესად რთულია. ჰაერში ხმა ერთ ყურში 0,00003 წამით ადრე მოდის, ვიდრე მეორეში. ეს საშუალებას გაძლევთ განსაზღვროთ ხმის წყაროს მდებარეობა მხოლოდ 1-3° შეცდომით. წყლის ქვეშ ბგერა ერთდროულად აღიქმება ორივე ყურით და, შესაბამისად, მკაფიო, მიმართულების აღქმა არ ხდება. შეცდომა ორიენტაციაში შეიძლება იყოს 180°.

სპეციალურად დადგმულ ექსპერიმენტში, მხოლოდ ცალკეული მყვინთავები ხანგრძლივი ხეტიალის შემდეგ და... ჩხრეკა წავიდა ხმის წყაროს ადგილას, რომელიც მდებარეობდა მათგან 100-150 მ. აღინიშნა, რომ დიდი ხნის განმავლობაში სისტემატური ვარჯიში შესაძლებელს ხდის წყლის ქვეშ ხმით საკმაოდ ზუსტად ნავიგაციის უნარს. თუმცა, როგორც კი ვარჯიში შეჩერდება, მისი შედეგები ბათილად ითქმის.

დიდ დისტანციებზე ხმის ენერგია მოძრაობს მხოლოდ ნაზი სხივების გასწვრივ, რომლებიც არ ეხება ოკეანის ფსკერს მთელი ბილიკის გასწვრივ. ამ შემთხვევაში, გარემოს მიერ დაწესებული შეზღუდვა ხმის გავრცელების დიაპაზონზე არის მისი შთანთქმა ზღვის წყალი. შთანთქმის ძირითადი მექანიზმი დაკავშირებულია რელაქსაციის პროცესებთან, რომლებიც თან ახლავს თერმოდინამიკური წონასწორობის აკუსტიკური ტალღის დარღვევას წყალში გახსნილ მარილების იონებსა და მოლეკულებს შორის. უნდა აღინიშნოს, რომ ხმის სიხშირეების ფართო დიაპაზონში შთანთქმის მთავარი როლი ეკუთვნის მაგნიუმის გოგირდის მარილს MgSO4, თუმცა პროცენტული თვალსაზრისით მისი შემცველობა ზღვის წყალში ძალიან მცირეა - თითქმის 10-ჯერ ნაკლები, ვიდრე, მაგალითად, NaCl ქვის მარილი. , რომელიც, მიუხედავად ამისა, არ თამაშობს რაიმე მნიშვნელოვან როლს ხმის შთანთქმაში.

ზოგადად რომ ვთქვათ, ზღვის წყალში შეწოვა უფრო დიდია, რაც უფრო მაღალია ხმის სიხშირე. 3-5-დან მინიმუმ 100 კჰც-მდე სიხშირეებზე, სადაც ზემოაღნიშნული მექანიზმი დომინირებს, შთანთქმა სიხშირის პროპორციულია დაახლოებით 3/2 სიმძლავრის მიმართ. დაბალ სიხშირეებზე აქტიურდება შთანთქმის ახალი მექანიზმი (შესაძლოა წყალში ბორის მარილების არსებობის გამო), რაც განსაკუთრებით შესამჩნევი ხდება ასობით ჰერცის დიაპაზონში; აქ აბსორბციის დონე ანომალიურად მაღალია და მნიშვნელოვნად უფრო ნელა ეცემა სიხშირის შემცირებით.

ზღვის წყალში შთანთქმის რაოდენობრივი მახასიათებლების უფრო ნათლად წარმოსადგენად, აღვნიშნავთ, რომ ამ ეფექტის გამო 100 ჰც სიხშირის ხმა ასუსტებს 10-ჯერ 10 ათასი კილომეტრის გზაზე, ხოლო 10 კჰც სიხშირით - მანძილი მხოლოდ 10 კმ (სურათი 2). ამრიგად, მხოლოდ დაბალი სიხშირის ხმის ტალღები შეიძლება გამოყენებულ იქნას შორ მანძილზე წყალქვეშა კომუნიკაციისთვის, წყალქვეშა დაბრკოლებების შორ მანძილზე აღმოჩენისთვის და ა.შ.

სურათი 2 - დისტანციები, რომლებზეც სხვადასხვა სიხშირის ბგერები 10-ჯერ სუსტდება ზღვის წყალში გავრცელებისას.

20-2000 ჰც სიხშირის დიაპაზონის გასაგონი ბგერების რეგიონში საშუალო ინტენსივობის ბგერების გავრცელების დიაპაზონი წყლის ქვეშ აღწევს 15-20 კმ-ს, ხოლო ულტრაბგერითი რეგიონში - 3-5 კმ-ს.

ლაბორატორიულ პირობებში წყლის მცირე მოცულობებში დაფიქსირებული ხმის შესუსტების მნიშვნელობებიდან გამომდინარე, მოსალოდნელია მნიშვნელოვნად დიდი დიაპაზონი. თუმცა, ბუნებრივ პირობებში, გარდა თვით წყლის თვისებებით გამოწვეული შესუსტებისა (ე.წ. ბლანტი შესუსტება), მასზე მოქმედებს მისი გაფანტვა და შთანთქმა გარემოს სხვადასხვა არაერთგვაროვნებით.

ხმის რეფრაქცია, ანუ ბგერის სხივის ბილიკის გამრუდება, გამოწვეულია წყლის თვისებების ჰეტეროგენურობით, ძირითადად ვერტიკალურად, სამი ძირითადი მიზეზის გამო: ჰიდროსტატიკური წნევის ცვლილება სიღრმესთან, მარილიანობის ცვლილება და ტემპერატურის ცვლილებები არათანაბარი გამო. მზის სხივებით წყლის მასის გათბობა. ამ მიზეზების ერთობლივი მოქმედების შედეგად ხმის გავრცელების სიჩქარე, რომელიც არის დაახლოებით 1450 მ/წმ მტკნარი წყლისთვის და დაახლოებით 1500 მ/წმ ზღვის წყლისთვის, იცვლება სიღრმეზე და ცვლილების კანონი დამოკიდებულია დროზე. წელიწადი, დღის დრო, წყალსაცავის სიღრმე და მრავალი სხვა მიზეზი. ხმის სხივები, რომლებიც გამოდიან წყაროდან ჰორიზონტის მიმართ გარკვეული კუთხით, მოხრილია და მოხრის მიმართულება დამოკიდებულია გარემოში ხმის სიჩქარის განაწილებაზე. ზაფხულში, როდესაც ზედა ფენები უფრო თბილია, ვიდრე ქვედა, სხივები იხრება ქვევით და უმეტესად ირეკლება ქვემოდან, კარგავს ენერგიის მნიშვნელოვან წილს. პირიქით, ზამთარში, როდესაც წყლის ქვედა ფენები ინარჩუნებენ ტემპერატურას, ხოლო ზედა ფენები გაცივდება, სხივები იხრება ზევით და განიცდის მრავალჯერად ანარეკლს წყლის ზედაპირიდან, რომლის დროსაც გაცილებით ნაკლები ენერგია იკარგება. ამიტომ, ზამთარში ხმის გავრცელების დიაპაზონი უფრო დიდია, ვიდრე ზაფხულში. რეფრაქციის გამო ე.წ მკვდარი ზონები, ანუ ის ადგილები, რომლებიც მდებარეობს წყაროსთან ახლოს, სადაც არ არის მოსმენა.

თუმცა, გარდატეხის არსებობამ შეიძლება გამოიწვიოს ხმის გავრცელების დიაპაზონის გაზრდა - წყლის ქვეშ ბგერების ულტრა შორ მანძილზე გავრცელების ფენომენი. წყლის ზედაპირის ქვემოთ რაღაც სიღრმეზე არის ფენა, რომელშიც ხმა ყველაზე დაბალი სიჩქარით მოძრაობს; ამ სიღრმეზე მაღლა ხმის სიჩქარე იზრდება ტემპერატურის მატების გამო, ხოლო ამ სიღრმის ქვემოთ, სიღრმესთან ჰიდროსტატიკური წნევის გაზრდის გამო. ეს ფენა ერთგვარი წყალქვეშა ხმის არხია. სხივი, რომელიც გადახრილია არხის ღერძიდან ზემოთ ან ქვევით, გარდატეხის გამო, ყოველთვის მიდრეკილია მასში ჩავარდნისკენ. თუ ხმის წყაროს და მიმღებს ამ ფენაში მოათავსებთ, მაშინ საშუალო ინტენსივობის ხმებიც კი (მაგალითად, 1-2 კგ მცირე მუხტის აფეთქება) შეიძლება ჩაიწეროს ასობით და ათასობით კილომეტრის მანძილზე. ხმის გავრცელების დიაპაზონის მნიშვნელოვანი ზრდა წყალქვეშა ხმის არხის არსებობისას შეიძლება შეინიშნოს, როდესაც ხმის წყარო და მიმღები განლაგებულია არა აუცილებლად არხის ღერძთან, არამედ, მაგალითად, ზედაპირთან ახლოს. ამ შემთხვევაში, სხივები, რომლებიც ირღვევა ქვევით, შედიან ღრმა ზღვის ფენებში, სადაც ისინი იხრება ზევით და კვლავ გამოდიან ზედაპირზე წყაროდან რამდენიმე ათეული კილომეტრის მანძილზე. შემდეგი, სხივების გავრცელების ნიმუში მეორდება და შედეგად ყალიბდება ე.წ სხივების თანმიმდევრობა. მეორადი განათებული ზონები, რომლებიც, როგორც წესი, რამდენიმე ასეული კილომეტრის მანძილზეა მიკვლეული.

მაღალი სიხშირის ბგერების გავრცელებაზე, კერძოდ ულტრაბგერაზე, როდესაც ტალღის სიგრძე ძალიან მცირეა, გავლენას ახდენს მცირე არაჰომოგენურობა, რომელიც ჩვეულებრივ გვხვდება წყლის ბუნებრივ სხეულებში: მიკროორგანიზმები, გაზის ბუშტები და ა.შ. ეს არაჰომოგენურობა მოქმედებს ორი გზით: ისინი შთანთქავენ და ფანტავენ ბგერის ტალღების ენერგიას. შედეგად, ხმის ვიბრაციის სიხშირის მატებასთან ერთად მცირდება მათი გავრცელების დიაპაზონი. ეს ეფექტი განსაკუთრებით შესამჩნევია წყლის ზედაპირულ ფენაში, სადაც ყველაზე მეტი არაერთგვაროვნებაა. ბგერის გაფანტვა არაერთგვაროვნებით, ისევე როგორც წყლისა და ფსკერის არათანაბარი ზედაპირები, იწვევს წყალქვეშა რევერბერაციის ფენომენს, რომელიც თან ახლავს ბგერის იმპულსის გაგზავნას: ბგერითი ტალღები, რომლებიც აირეკლავენ არაერთგვაროვნების ნაკრებიდან და შერწყმას, წარმოშობს ბგერის იმპულსის გახანგრძლივება, რომელიც გრძელდება მისი დასრულების შემდეგ, დახურულ სივრცეებში დაფიქსირებული რევერბერაციის მსგავსი. წყალქვეშა რევერბერაცია საკმაოდ მნიშვნელოვანი ჩარევაა ჰიდროაკუსტიკის რიგი პრაქტიკული გამოყენებისთვის, განსაკუთრებით სონარისთვის.

წყალქვეშა ბგერების გავრცელების დიაპაზონი ასევე შეზღუდულია ე.წ. ზღვის საკუთარი ხმები, რომელსაც ორმაგი წარმოშობა აქვს. ხმაურის ნაწილი მოდის ტალღების ზემოქმედებით წყლის ზედაპირზე, ზღვის სერფინგიდან, კენჭების მოძრავი ხმაურიდან და ა.შ. მეორე ნაწილი დაკავშირებულია ზღვის ფაუნასთან; ეს მოიცავს თევზის და სხვა ზღვის ცხოველების ხმებს.

ხმა ჩვენი ცხოვრების ერთ-ერთი კომპონენტია და მას ყველგან ესმის. ამ ფენომენის უფრო დეტალურად გასათვალისწინებლად, ჯერ თავად კონცეფცია უნდა გავიგოთ. ამისათვის თქვენ უნდა მიმართოთ ენციკლოპედიას, სადაც წერია, რომ „ხმა არის ელასტიური ტალღები, რომლებიც ვრცელდება ზოგიერთ ელასტიურ გარემოში და ქმნის მასში მექანიკურ ვიბრაციას“. მეტი საუბარი მარტივი ენით- ეს არის ხმოვანი ვიბრაციები ნებისმიერ გარემოში. ხმის ძირითადი მახასიათებლები დამოკიდებულია იმაზე, თუ რა არის ის. უპირველეს ყოვლისა, გამრავლების სიჩქარე, მაგალითად, წყალში განსხვავდება სხვა გარემოსგან.

ნებისმიერ ხმის ანალოგს აქვს გარკვეული თვისებები ( ფიზიკური მახასიათებლები) და თვისებები (ამ ნიშნების ასახვა ადამიანის შეგრძნებებში). მაგალითად, ხანგრძლივობა-ხანგრძლივობა, სიხშირე-სიმაღლე, კომპოზიცია-ტემბრი და ა.შ.

წყალში ხმის სიჩქარე გაცილებით მაღალია, ვიდრე, ვთქვათ, ჰაერში. შესაბამისად, ის უფრო სწრაფად ვრცელდება და გაცილებით შორს ისმის. ეს ხდება მაღალი მოლეკულური სიმკვრივის გამო წყლის გარემო. ის 800-ჯერ უფრო მკვრივია ვიდრე ჰაერი და ფოლადი. აქედან გამომდინარეობს, რომ ხმის გავრცელება დიდწილად დამოკიდებულია საშუალოზე. მოდით შევხედოთ კონკრეტულ ციფრებს. ასე რომ, ხმის სიჩქარე წყალში არის 1430 მ/წმ, ჰაერში - 331,5 მ/წმ.

დაბალი სიხშირის ხმა, მაგალითად, ხმაური, რომელიც წარმოიქმნება გემის მოძრავი ძრავით, ყოველთვის უფრო ადრე ისმის, ვიდრე გემი ვიზუალურ დიაპაზონში გამოჩნდება. მისი სიჩქარე დამოკიდებულია რამდენიმე ფაქტორზე. თუ წყლის ტემპერატურა იმატებს, მაშინ, ბუნებრივია, წყალში ხმის სიჩქარე იზრდება. იგივე ხდება წყლის მარილიანობის და წნევის მატებასთან ერთად, რაც იზრდება წყლის სიღრმის მატებასთან ერთად. ისეთ ფენომენს, როგორიცაა თერმოკლინები, შეიძლება ჰქონდეს განსაკუთრებული როლი სიჩქარეზე. ეს ის ადგილებია, სადაც სხვადასხვა ტემპერატურის წყლის ფენები ჩნდება.

ასევე ასეთ ადგილებში განსხვავებულია (განსხვავების გამო ტემპერატურის პირობები). და როდესაც ხმის ტალღები გადის სხვადასხვა სიმკვრივის ასეთ ფენებს, ისინი კარგავენ ყველაზეშენი ძალის. როდესაც ბგერითი ტალღა ურტყამს თერმოკლინას, ის ნაწილობრივ ან ზოგჯერ მთლიანად აირეკლება (არეკვლის ხარისხი დამოკიდებულია ბგერის ჩამოვარდნის კუთხეზე), რის შემდეგაც იქმნება ჩრდილის ზონა ამ ადგილის მეორე მხარეს. თუ განვიხილავთ მაგალითს, როდესაც ხმის წყარო მდებარეობს წყლის სხეულში თერმოკლინის ზემოთ, მაშინ მის ქვემოთ არამარტო რთული, არამედ თითქმის შეუძლებელი იქნება რაიმეს მოსმენა.

რომლებიც გამოიყოფა ზედაპირზე, არასოდეს ისმის წყალში. და პირიქით ხდება წყლის ფენის ქვეშ: მის ზემოთ ის არ ჟღერს. ამის ნათელი მაგალითია თანამედროვე მყვინთავები. მათი სმენა საგრძნობლად დაქვეითებულია იმის გამო, რომ წყალი მათზე მოქმედებს და ხმის მაღალი სიჩქარე წყალში ამცირებს იმ მიმართულების განსაზღვრის ხარისხს, საიდანაც ის მოძრაობს. ეს აქრობს ხმის აღქმის სტერეოფონურ უნარს.

წყლის ფენის ქვეშ ის ადამიანის ყურში ყველაზე მეტად თავის ქალას ძვლებით ხვდება და არა, როგორც ატმოსფეროში, ყურის ბარტყის მეშვეობით. ამ პროცესის შედეგია მისი აღქმა ორივე ყურით ერთდროულად. ამ დროს ადამიანის ტვინი ვერ ახერხებს ერთმანეთისგან განასხვავოს ადგილები, საიდან მოდის სიგნალები და რა ინტენსივობით. შედეგი არის ცნობიერების გაჩენა, რომ ხმა თითქოს ერთდროულად შემოდის ყველა მხრიდან, თუმცა ეს ასე შორს არის.

გარდა იმისა, რაც ზემოთ არის აღწერილი, წყალში ხმის ტალღებს აქვს ისეთი თვისებები, როგორიცაა შთანთქმა, დივერგენცია და დისპერსიულობა. პირველი არის, როდესაც მარილ წყალში ხმის სიძლიერე თანდათან ქრება წყლის გარემოსა და მასში არსებული მარილების ხახუნის გამო. განსხვავება ვლინდება ხმის წყაროდან დაშორებით. როგორც ჩანს, ის სივრცეში იხსნება სინათლის მსგავსად და შედეგად მისი ინტენსივობა საგრძნობლად იკლებს. და რხევები მთლიანად ქრება გარემოს ყველა სახის დაბრკოლებისა და არაჰომოგენურობის დისპერსიის გამო.

ეს გაკვეთილი მოიცავს თემას "ხმის ტალღები". ამ გაკვეთილზე ჩვენ გავაგრძელებთ აკუსტიკის შესწავლას. ჯერ გავიმეოროთ ხმის ტალღების განმარტება, შემდეგ განვიხილოთ მათი სიხშირის დიაპაზონები და გავეცნოთ ულტრაბგერითი და ინფრაბგერითი ტალღების კონცეფციას. ჩვენ ასევე განვიხილავთ ხმის ტალღების თვისებებს სხვადასხვა მედიაში და გავიგებთ რა არის მათი მახასიათებლები. .

Ხმის ტალღები -ეს არის მექანიკური ვიბრაციები, რომლებიც გავრცელებით და სმენის ორგანოსთან ურთიერთქმედებით აღიქმება ადამიანის მიერ (ნახ. 1).

ბრინჯი. 1. ხმის ტალღა

ფიზიკის ფილიალს, რომელიც ეხება ამ ტალღებს, ეწოდება აკუსტიკა. იმ ადამიანების პროფესია, რომლებსაც ხალხში „მსმენელებს“ უწოდებენ, არის აკუსტიკოსები. ბგერითი ტალღა არის ელასტიურ გარემოში გავრცელებული ტალღა, ეს არის გრძივი ტალღა და როდესაც ის ვრცელდება დრეკად გარემოში, შეკუმშვა და გამონადენი მონაცვლეობით ხდება. ის დროთა განმავლობაში გადაიცემა მანძილზე (ნახ. 2).

ბრინჯი. 2. ხმის ტალღის გავრცელება

ხმის ტალღები მოიცავს ვიბრაციას, რომელიც ხდება 20-დან 20000 ჰც-მდე სიხშირით. ამ სიხშირეებისთვის შესაბამისი ტალღის სიგრძეა 17 მ (20 ჰც-სთვის) და 17 მმ (20000 ჰც-ისთვის). ამ დიაპაზონს დაერქმევა ხმოვანი ხმა. ეს ტალღის სიგრძე მოცემულია ჰაერისთვის, რომლის ბგერის სიჩქარე უდრის .

ასევე არის დიაპაზონები, რომლებსაც აკუსტიკოსები უმკლავდებიან - ინფრაბგერითი და ულტრაბგერითი. ინფრაბგერითი არის ის, ვისაც აქვს 20 ჰც-ზე ნაკლები სიხშირე. ხოლო ულტრაბგერითი არის ის, ვისაც აქვს 20000 ჰც-ზე მეტი სიხშირე (ნახ. 3).

ბრინჯი. 3. ხმის ტალღების დიაპაზონი

ყოველი განათლებული ადამიანიუნდა ნავიგაცია ხმის ტალღების სიხშირის დიაპაზონში და იცოდეს, რომ თუ ულტრაბგერაზე წავა, კომპიუტერის ეკრანზე სურათი 20000 ჰც-ზე მეტი სიხშირით იქნება აგებული.

ულტრაბგერა -ეს არის ხმის ტალღების მსგავსი მექანიკური ტალღები, მაგრამ სიხშირით 20 kHz-დან მილიარდ ჰერცამდე.

მილიარდ ჰერცზე მეტი სიხშირის ტალღებს უწოდებენ ჰიპერბგერითი.

ულტრაბგერა გამოიყენება ჩამოსხმის ნაწილების დეფექტების გამოსავლენად. მოკლე ულტრაბგერითი სიგნალების ნაკადი მიმართულია შესამოწმებელ ნაწილზე. იმ ადგილებში, სადაც არ არის ხარვეზები, სიგნალები გადის ნაწილზე მიმღების მიერ რეგისტრირების გარეშე.

თუ ნაწილში არის ბზარი, ჰაერის ღრუ ან სხვა არაერთგვაროვნება, მაშინ ულტრაბგერითი სიგნალი აისახება მისგან და დაბრუნების შემდეგ შედის მიმღებში. ამ მეთოდს ე.წ ულტრაბგერითი ხარვეზის გამოვლენა.

ულტრაბგერითი გამოყენების სხვა მაგალითებია მანქანები ულტრაბგერითი გამოკვლევა, ექოსკოპიის აპარატები, ულტრაბგერითი თერაპია.

ინფრაბგერა -ხმის ტალღების მსგავსი მექანიკური ტალღები, მაგრამ 20 ჰც-ზე ნაკლები სიხშირით. ისინი არ აღიქმება ადამიანის ყურით.

ინფრაბგერითი ტალღების ბუნებრივი წყაროა ქარიშხალი, ცუნამი, მიწისძვრა, ქარიშხალი, ვულკანური ამოფრქვევები და ჭექა-ქუხილი.

ინფრაბგერა ასევე მნიშვნელოვანი ტალღაა, რომელიც გამოიყენება ზედაპირის ვიბრაციისთვის (მაგალითად, ზოგიერთი დიდი ობიექტის განადგურებისთვის). ჩვენ ჩავუშვით ინფრაბგერა ნიადაგში - და ნიადაგი იშლება. სად გამოიყენება ეს? მაგალითად, ალმასის მაღაროებში, სადაც ისინი იღებენ მადანს, რომელიც შეიცავს ალმასის კომპონენტებს და ამსხვრევიან წვრილ ნაწილაკებად ამ ალმასის ჩანართების საპოვნელად (ნახ. 4).

ბრინჯი. 4. ინფრაბგერის გამოყენება

ხმის სიჩქარე დამოკიდებულია გარემო პირობებსა და ტემპერატურაზე (სურ. 5).

ბრინჯი. 5. ხმის ტალღის გავრცელების სიჩქარე სხვადასხვა მედიაში

გთხოვთ გაითვალისწინოთ: ჰაერში ხმის სიჩქარე უდრის , ხოლო ზე სიჩქარე იზრდება . თუ თქვენ ხართ მკვლევარი, მაშინ ეს ცოდნა შეიძლება გამოგადგეთ. თქვენ შეიძლება მოიფიქროთ რაიმე სახის ტემპერატურის სენსორი, რომელიც ჩაწერს ტემპერატურის განსხვავებებს საშუალო ხმის სიჩქარის შეცვლით. ჩვენ უკვე ვიცით, რომ რაც უფრო მკვრივია გარემო, რაც უფრო სერიოზულია ურთიერთქმედება გარემოს ნაწილაკებს შორის, მით უფრო სწრაფად ვრცელდება ტალღა. ბოლო პარაგრაფში ჩვენ განვიხილეთ ეს მშრალი და ჰაერის მაგალითის გამოყენებით ნოტიო ჰაერი. წყლისთვის ხმის გავრცელების სიჩქარე არის . თუ თქვენ შექმნით ხმის ტალღას (დააკაკუნებთ მარეგულირებელ ჩანგალზე), მაშინ მისი გავრცელების სიჩქარე წყალში 4-ჯერ მეტი იქნება, ვიდრე ჰაერში. წყლის საშუალებით ინფორმაცია 4-ჯერ უფრო სწრაფად მიაღწევს, ვიდრე ჰაერით. და ფოლადში ეს კიდევ უფრო სწრაფია: (ნახ. 6).

ბრინჯი. 6. ხმის ტალღის გავრცელების სიჩქარე

თქვენ იცით იმ ეპოსებიდან, რომლებიც გამოიყენა ილია მურომეცმა (და ყველა გმირი და ჩვეულებრივი რუსი ხალხი და ბიჭები გაიდარის RVS-დან), მათ ძალიან იყენებდნენ. საინტერესო გზითობიექტის აღმოჩენა, რომელიც უახლოვდება, მაგრამ ჯერ კიდევ შორს არის. ხმა, რომელსაც ის გამოსცემს მოძრაობისას, ჯერ არ ისმის. ილია მურომეცს, ყურით მიწასთან, შეუძლია მისი მოსმენა. რატომ? იმის გამო, რომ ხმა მყარ მიწაზე უფრო მაღალი სიჩქარით გადაიცემა, რაც იმას ნიშნავს, რომ ის უფრო სწრაფად მიაღწევს ილია მურომეცის ყურს და ის შეძლებს მოემზადოს მტერთან შესახვედრად.

ყველაზე საინტერესო ხმის ტალღები არის მუსიკალური ხმები და ხმები. რა ობიექტებს შეუძლიათ ხმის ტალღების შექმნა? თუ ავიღებთ ტალღის წყაროს და ელასტიურ გარემოს, თუ ხმის წყაროს ჰარმონიულად ვიბრირებთ, მაშინ გვექნება მშვენიერი ხმოვანი ტალღა, რომელსაც მუსიკალურ ჟღერადობას ეძახიან. ხმის ტალღების ეს წყაროები შეიძლება იყოს, მაგალითად, გიტარის ან ფორტეპიანოს სიმები. ეს შეიძლება იყოს ხმის ტალღა, რომელიც იქმნება მილის (ორგანოს ან მილის) ჰაერის უფსკრულით. მუსიკის გაკვეთილებიდან იცით ნოტები: დო, რე, მი, ფა, სოლ, ლა, სი. აკუსტიკაში მათ ტონებს უწოდებენ (სურ. 7).

ბრინჯი. 7. მუსიკალური ტონები

ყველა ობიექტს, რომელსაც შეუძლია ტონების გამომუშავება, ექნება მახასიათებლები. როგორ განსხვავდებიან ისინი? ისინი განსხვავდებიან ტალღის სიგრძით და სიხშირით. თუ ეს ბგერითი ტალღები არ არის შექმნილი ჰარმონიულად ჟღერადობის სხეულებით ან არ არის დაკავშირებული რაიმე საერთო საორკესტრო ნაწარმოებთან, მაშინ ბგერების ასეთ რაოდენობას ხმაური ეწოდება.

ხმაური- სხვადასხვა ფიზიკური ბუნების შემთხვევითი რხევები, რომლებიც ხასიათდება მათი დროითი და სპექტრული სტრუქტურის სირთულით. ხმაურის ცნება არის როგორც საყოფაცხოვრებო, ასევე ფიზიკური, ისინი ძალიან ჰგვანან და ამიტომ წარმოგიდგენთ მას, როგორც ცალკე მნიშვნელოვან განხილვის ობიექტს.

მოდით გადავიდეთ რაოდენობრივი შეფასებებიხმის ტალღები. რა არის მუსიკალური ხმის ტალღების მახასიათებლები? ეს მახასიათებლები ეხება მხოლოდ ჰარმონიულ ხმის ვიბრაციას. Ისე, ხმის მოცულობა. როგორ განისაზღვრება ხმის მოცულობა? განვიხილოთ ბგერითი ტალღის გავრცელება დროში ან ბგერითი ტალღის წყაროს რხევები (სურ. 8).

ბრინჯი. 8. ხმის მოცულობა

ამავდროულად, თუ სისტემას ბევრი ხმა არ დავამატეთ (მაგალითად, ფორტეპიანოს კლავიშს ჩუმად ვუჭერთ), მაშინ იქნება მშვიდი ხმა. თუ ხმამაღლა ავწიეთ ხელი მაღლა, ამ ხმას კლავიშზე დაჭერით ვიწვევთ, ვიღებთ ხმამაღალ ხმას. რაზეა ეს დამოკიდებული? წყნარ ხმას უფრო მცირე ვიბრაციის ამპლიტუდა აქვს ვიდრე მაღალი ხმა.

შემდეგი მნიშვნელოვანი მახასიათებელი მუსიკალური ხმადა ნებისმიერი სხვა - სიმაღლე. რაზეა დამოკიდებული ხმის სიმაღლე? სიმაღლე დამოკიდებულია სიხშირეზე. შეგვიძლია წყაროს ხშირად რხევა ვაქცევთ, ან შეგვიძლია მისი რხევა არც თუ ისე სწრაფად (ანუ ნაკლები რხევების გაკეთება ერთეულ დროში). განვიხილოთ ერთი და იგივე ამპლიტუდის მაღალი და დაბალი ბგერის დროის სპექტაკლი (სურ. 9).

ბრინჯი. 9. მოედანი

საინტერესო დასკვნის გაკეთება შეიძლება. თუ ადამიანი მღერის ბას ხმით, მაშინ მისი ხმის წყარო (ვოკალური იოგები) ვიბრირებს რამდენჯერმე უფრო ნელა, ვიდრე ის, ვინც მღერის სოპრანოს. მეორე შემთხვევაში, ვოკალური იოგები უფრო ხშირად ვიბრირებენ და, შესაბამისად, უფრო ხშირად იწვევენ შეკუმშვისა და გამონადენის ჯიბეებს ტალღის გავრცელებისას.

არის კიდევ ერთი საინტერესო მახასიათებელიხმის ტალღები, რომლებსაც ფიზიკოსები არ სწავლობენ. ეს ტემბრი. თქვენ იცით და მარტივად განასხვავებთ ერთი და იგივე მუსიკას, რომელიც შესრულებულია ბალალაიკაზე ან ჩელოზე. რით განსხვავდება ეს ხმები ან ეს შესრულება? ექსპერიმენტის დასაწყისში ვთხოვეთ ადამიანებს, რომლებიც აწარმოებენ ბგერებს, გამოეღოთ ისინი დაახლოებით ერთნაირი ამპლიტუდის, რათა ხმის მოცულობა იგივე ყოფილიყო. ორკესტრის მსგავსად: თუ არ არის საჭირო რაიმე ინსტრუმენტის ხაზგასმა, ყველა უკრავს დაახლოებით ერთნაირად, ერთნაირი ძალით. ასე რომ, ბალალაიკის და ჩელოს ტემბრი განსხვავებულია. დიაგრამების გამოყენებით ერთი ინსტრუმენტიდან გამომუშავებული ბგერა რომ გამოგვეხატა, ისინი იგივე იქნებოდა. მაგრამ თქვენ შეგიძლიათ მარტივად განასხვავოთ ეს ინსტრუმენტები მათი ხმით.

ტემბრის მნიშვნელობის კიდევ ერთი მაგალითი. წარმოიდგინეთ ორი მომღერალი, რომლებიც ერთსა და იმავე მუსიკალურ უნივერსიტეტს ამთავრებენ ერთსა და იმავე მასწავლებლებთან ერთად. თანაბრად კარგად სწავლობდნენ, სწორი A-ებით. რატომღაც ერთი ხდება გამორჩეული შემსრულებელი, მეორე კი მთელი ცხოვრება უკმაყოფილოა თავისი კარიერით. ფაქტობრივად, ამას განსაზღვრავს მხოლოდ მათი ინსტრუმენტი, რომელიც იწვევს ვოკალურ ვიბრაციას გარემოში, ანუ მათი ხმები განსხვავდება ტემბრით.

ბიბლიოგრაფია

1. სოკოლოვიჩ იუ.ა., ბოგდანოვა გ.ს. ფიზიკა: საცნობარო წიგნი პრობლემის გადაჭრის მაგალითებით. - მე-2 გამოცემის გადანაწილება. - X.: Vesta: გამომცემლობა "Ranok", 2005. - 464გვ.
2. Peryshkin A.V., Gutnik E.M., ფიზიკა. მე-9 კლასი: სახელმძღვანელო ზოგადი განათლებისთვის. დაწესებულებები/A.V. პერიშკინი, ე.მ. გუტნიკი. - მე-14 გამოცემა, სტერეოტიპი. - M.: Bustard, 2009. - 300გვ.

1. ინტერნეტ პორტალი “eduspb.com” ()
2. ინტერნეტ პორტალი "msk.edu.ua" ()
3. ინტერნეტ პორტალი "class-fizika.narod.ru" ()

Საშინაო დავალება

1. როგორ მოგზაურობს ხმა? რა შეიძლება იყოს ხმის წყარო?
2. შეუძლია თუ არა ბგერა კოსმოსში გამგზავრებას?
3. ყოველი ტალღა, რომელიც აღწევს ადამიანის სმენის ორგანოს, აღიქმება მის მიერ?