ОСНОВЫ ОБЩЕЙ ФИЗИКИ
АКУСТИЧЕСКИЕ ВОЛНЫ
Ощущение
звука возникает благодаря механическим
колебаниям барабанной перепонки уха. Эти
колебания возбуждаются акустической
волной, распространяющейся от источника
звука к уху. Любой колеблющийся предмет
может возбуждать акустическую волну, но ухо
способно воспринимать лишь колебания в
частотном диапазоне 20 Гц - 20кГц. Звуковые
волны, лежащие выше этого частотного
диапазона (ультразвук) и ниже него (инфразвук)
могут регистрироваться лишь специальными
приборами. Рассмотрим процесс генерации
звука громкоговорителем. Переменный ток,
протекая по катушке громкоговорителя,
возбуждает колебания диффузора. В
результате, воздух, расположенный вблизи
диффузора, оказывается попеременно то
сжатым, то разреженным. Области с
избыточным давлением распространяются в
пространстве в виде акустических волн.
Когда такая волна достигает уха, она
возбуждает колебания барабанной перепонки
и мы слышим звук. Так как колебания молекул
воздуха происходят в направлении
распространения волны, акустическая волна
в воздухе представляет собой типичный
пример продольной волны.
Если размер источника звука много меньше длины волны, то будет возбуждаться сферическая волна, а источник звука может быть рассмотрен как точечный источник. В ином случае, когда размер источника много больше, чем длина волны, будет возбуждаться плоская звуковая волна. Скорость акустической волны зависит от свойств среды, в которой она распространяется. Формула для скорости звуковых волн была предложена Лапласом (1749-1827):
где g - адиабатическая постоянная, R - универсальная газовая константа, T - температура газа, m - молекулярный вес газа. Эта формула была выведена в предположении, что распространение звука - адиабатический процесс. Из этой формулы следует в частности, что скорость звука в воздухе при температуре T=273 K равняется 330 м/с, что находится в хорошем соответствии с экспериментальными результатами.
