Интересные факты о механических волнах. Интересные факты о волнах
Мы редко задумываемся о природе привычных нам вещей. Между прочим, это может оказаться очень интересно. Поговорим о том, что такое свет и звук, рассмотрим их природу и приведем несколько интересных фактов про звук и свет.
Что такое свет? Свет – это электромагнитное излучение , длины волн которого лежат в диапазоне от 380 до 760 нанометров. Именно этот диапазон волн воспринимается нашими глазами как видимый свет. Так, волна определенной длины, отражаясь от предмета, попадает на сетчатку глаза, и мы решаем, что этот предмет, например, желтого цвета. Самой короткой длине волны соответствует фиолетовый свет, а самой длинной – красный. Тут вспоминается детская шпаргалка для запоминания цветов радуги: каждый (красный) охотник (оранжевый) желает (желтый) знать (зеленый) и так далее. Ниже приведем спектр электромагнитного излучения с указанием длин волн.
Как видно из рисунка, свет бывает не только видимым. В общем смысле под понятием "свет" понимают электромагнитное излучение, в том числе и не воспринимаемое человеческим глазом. Левее видимого излучения лежит область ультрафиолета, а правее – инфракрасное излучение. Перед ультрафиолетом есть еще более короткие волны - это космические лучи, гамма излучение и рентгеновское излучение.
Скорость света
Скорость света – самая большая из возможных в мире скоростей. В вакууме она составляет 300 000 километров в секунду . Например, чтобы добраться от Солнца до Земли, свету нужно около 8 минут. Так что мы никогда не видим Солнце таким, какое оно есть именно в данный момент. Это всегда Солнце 8 минутназад. Собственно, так со всеми предметами. То есть по факту мы всегда видим прошлое.
Один из самых фундаментальных и интересных фактов о свете - скорость света инвариантна. Это значит, что:
свет в любых системах отсчета движется относительно других тел с одинаковой скоростью независимо от того, как движутся сами тела
Это один из основных постулатов Теории Относительности .
Скорость света изменяется в зависимости от среды, в которой свет распространяется. Более того, свет даже не всегда распространяется прямолинейно. Например, вблизи массивной черной дыры фотоны испытывают такое сильное притяжение, что траектория сначала из прямой линии превращается в дугу, а затем и в окружность. Так, свет вращается вокруг черной дыры подобно спутнику, который вращается вокруг Земли по орбите.
Звук
Что такое звук? Это тоже волна, но не электромагнитная, а вполне себе механическая упругая волна. Колеблются частицы среды (воздух, вода, твердое тело), и это колебание воспринимается барабанной перепонкой человеческих ушей. Частота звуков, которые слышат люди, лежит в диапазоне от 16 герц до 20 килогерц. Опять же, звуки ниже слышимого диапазона называются инфразвуком, а выше – ультразвуком.
То, что мы не слышим звук выше или ниже нашего предела восприятия, не значит, что его не слышат другие существа. Например, киты, летучие мыши, птицы и рыбы используют ультразвуковую эхолокацию для общения и навигации. Так, синие киты могут слышать друг друга на расстоянии до 30 километров.
Различают шумы и музыкальные звуки . Шумы обладают сплошным спектром, а музыкальные состоят из гармоник – колебаний определенной частоты.
Один из самых интересных фактов о звуке - это влияние звука на человека. Доказано, что звуки природы и классическая музыка влияют на здоровье положительно и обладают успокаивающим эффектом. Хотя здесь все очень индивидуально, и положительный эффект на здоровье может оказывать также и старый добрый трэш-метал.
Скорость звука
Скорость звука в воздухе составляет 340 метров в секунду . Зная это, можно легко измерить расстояние до места, где ударила молния – достаточно лишь сосчитать секунды между вспышкой и громом, а потом умножить их на скорость. Значение скорости звука может колебаться в зависимости от температуры и свойств среды. В отличие от скорости света скорость звука - это вполне преодолимый предел. Первым изобретением, которое наглядно продемонстрировало преодоление звукового барьера, был кнут. Все замечали, как он щелкает в руках у дрессировщика. Характерный щелчок обусловлен тем, что кончик кнута начинает двигаться со скоростью, большей скорости звука, а в момент перехода звукового барьера создается ударная волна. Также характерный хлопок слышен при переходе звукового барьера сверхзвуковым самолетом.
В этой статье мы рассмотрели самые фундаментальные понятия в области природы света и звука, а также коснулись нескольких интересных фактов про свет и звук. Если Вам вдруг понадобится решить задачку по оптике или акустике, вспомните о наших авторах , которые помогут Вам справиться с проблемой максимально быстро и качественно. Напоследок, как всегда, предлагаем Вашему вниманию интересное видео. Удачи и до новых встреч!
Звук - это неотъемлемая часть жизни каждого человека, животного и даже техники. Многие животные ориентируются в пространстве именно благодаря звуковым волнам, которые эхом раздаются в пространстве и возвращаются. Некоторые ученые изобрели даже звуковые терапии, которые помогают людям справиться с различными заболеваниями. Если бы у человека не было слуха, он бы потерял очень многое. Человечество не только пропустило бы сонаты Бетховена, но и попросту плохо ориентировалось, например, переходя дорогу, не услышали мчащуюся машину. Сегодня мы расскажем вам десять интересных фактов о звуке.
Почему человек слышит шум морской волны в ракушке?
На самом деле человек слышит, как кровь протекает в сосудах. Приблизительно такой звук можно услышать, приложив обычную кружку к уху. 
Человек слышит свой голос по-разному из-за необычного строения уха. Когда мы говорим, звук попадает в ушную улитку двумя путями: через слуховой канал (наружное восприятие) и через ткани головы (внутреннее). Голос немного искажается в нашем восприятии. Окружающие слышат наш голос таким, какой он записан на аудиозаписи.Глухие люди также могут слышать
Примером тому, как глухой человек может слышать, выступает Бетховен. Великий композитор использовал небольшую трость, которая с одной стороны касалось рояля, а с другой была зажата в зубах. Таким образом звук поступал к здоровому внутреннему уху.«Соловьиные полы» использовали как сигнализацию
В Японии люди часто использовали необычную технологию постройки пола с сигнализацией. Доски прибивали к жердям в форме буквы «V». Такая технология называлась «соловьиными полами». Под давлением массы человека доски издавали звук, похожий на щебет птиц. Чем медленнее человек шел, тем громче издавались звуки.«Шепчущая стена» выдаст все ваши секреты
Баросса - водохранилище, построенное в 20 веке, которое находится вблизи небольшого провинциального городка Аделаида. Особенность этого места заключается в невероятной акустике. Человек, который стоит с одного конца стены, прекрасно расслышит, что шепчет человек с другого конца. Это необычное место назвали «Шепчущей стеной».Летучие мыши могут отбивать добычу у своих конкурентов с помощью звука
Летучая мышь во время охоты постоянно издает специальные звуки, когда замечает свою жертву. Она начинает издавать целую серию криков для определения точного местонахождения добычи. Сбить точные координаты может другая мышь, которая также хочет полакомиться вкусным обедом. Она накладывает свои звуковые волны на издаваемые конкурентом.Какое специальное эхо издает пирамида Кукулькана
Чичен-Ица - небольшой город майя, в котором находится удивительное архитектурное сооружение - пирамида Кукулькана. Если встать перед ступеньками, которые ведут ко входу пирамиды, хлопнуть в ладоши, можно услышать «чириканье» птички кетцаль. Именно этот вид почитали индейцы Мезоамерики.А вам слабо повторить лай собаки?
Птицы могут воссоздать звук бензопилы, выстрел из пистолета и крики плачущего ребенка. Лирохвост - австралийская птичка с самыми развитыми голосовыми связками среди всех птиц. Она может имитировать даже лай собаки динго.Почему ночью человеческое ухо различает звук по-разному
Вы обращали внимание, что некоторые люди могут заснуть во время вечеринки с громкой музыкой или просмотра боевика? А некоторые не могут погрузиться в сон из-за протекающего крана или печатания на клавиатуре. Ученые объясняют такую аномалию работой мозга. Когда человек находится в покое, мозг продолжает функционировать. Мало того, у него появляется достаточно энергии, когда тело отдыхает. В этот момент обостряются все чувства, особенно слух. А по-разному люди слышат звуки из-за последовательных импульсов, которые фильтруют звуки. Чем эти импульсы чаще, тем крепче спится, чем реже импульсы, тем хуже.Наушники можно использовать как микрофон
Попробуйте подключить свои наушники в разъем для микрофона. Конструкция микрофона и наушников практически одинакова. Часто наушники можно использовать как микрофон.
1. Их уровень измеряют в децибелах (дБ). Максимальный порог для человеческого слуха (когда наступают уже болевые ощущения), это интенсивность в 120–130 децибел. А смерть наступает при 200.
- Обычный разговор - это примерно 45–55 дБ.
- Звуки в офисе - 55–65 дБ.
- Шумы на улице - 70–80 дБ.
- Мотоцикл с глушителем - от 85 дБ.
- Реактивный самолёт при старте издает шум в 130 дБ.
- А ракета - от 145 дБ.
2. Звук и шум не одно и то же. Хотя обычным людям кажется и так. Однако для специалистов между этими двумя терминами - большая разница. Звук - это колебания, воспринимаемые органами чувств животных и человека. А шум - это беспорядочное смешение звуков.
3. Наш голос в записи иной, потому что мы слышим «не тем ухом». Это звучит странно, но это так. А все дело в том, что когда мы говорим, то воспринимаем свой голос двумя путями - через внешний (слуховой канал, барабанную перепонку и среднее ухо) и внутренний (через ткани головы, которые усиливают низкие частоты голоса).
А во время прослушивания со стороны задействован только наружный канал.
4. Некоторые люди могут слышать звук вращения своих глазных яблок. А также свое дыхание. Это происходит из-за порока внутреннего уха, когда его чувствительность повышена сверх нормы.
5. Шум моря, который мы слышим через морскую раковину, на самом всего лишь звук крови, протекающей по нашим сосудам. Такой же шум можно услышать, приложив к уху обычную чашку. Попробуйте!
6. Глухие все же могут слышать. Один только пример этого: знаменитый композитор Бетховен, как известно, был глухим, однако мог создавать великие произведения. Каким образом? Он слушал… зубами! Композитор приставлял к роялю конец трости, а другой конец зажимал в зубах - так звук доходил до внутреннего уха, которое у композитора было абсолютно здоровым, в отличие от уха внешнего.
7. Звук может превращаться в свет. Такое явление называется «сонолюминесценция». Возникает, если в воду опустить резонатор, создающий сферическую ультразвуковую волну. В фазе разрежения волны из-за очень низкого давления возникает кавитационный пузырёк, который некоторое время растёт, а затем в фазе сжатия быстро схлопывается. В этот момент в центре пузырька возникает голубой свет.
8. «А» - самый распространённый в мире звук. Он есть во всех языках нашей планеты. А всего в мире их насчитывается около 6,5–7 тысяч. Больше всего людей говорят на китайском, испанском, хинди, английском, русском, португальском и арабском.
9. Нормой считается, когда человек слышит негромкую разговорную речь с расстояния не менее 5–6 метров (если это низкие тона). Или при 20 метрах при тонах повышенных. Если вы плохо слышите, что говорят с расстояния 2–3 метров, стоит провериться у сурдолога.
10. Мы можем не замечать, что теряем слух. Потому что процесс происходит, как правило, не одномоментно, а постепенно. Причем на первых порах ситуацию еще можно исправить, однако человек не замечает, что с ним «что-то не так». А когда наступает необратимый процесс, поделать ничего уже нельзя.
Начальником быть хуже, чем подчинённым: удивительный эксперимент Дидье Дезора
Самое старое вещество на Земле старше Солнца
Интересные факты о Солнечной системе
Самодельный телефон из нитки и спичечных коробок
Возьми 2 спичечных коробочки (или любые другие коробочки подходящих размеров: из-под пудры, зубного порошка, скрепок) и нитку длиной несколько метров (можно на всю длину школьного класса).Проткни иголкой с ниткой донышко коробка и завяжи на нитке узелок, чтобы она не выскакивала.Таким образом, оба коробка будут соединены с помощью нитки.В телефонном разговоре участвуют двое: один говорит в коробок, как в микрофон, другой- слушает, приложив коробок к уху. Нить во время разговора должна быть натянута и не должна касаться каких-либо предметов, включая и пальцы, которыми держат коробки. Если прикоснешься пальцем к нитке, разговор тут же прекратится. Почему?
Музыкальные инструменты.
Если взять несколько пустых одинаковых бутылок, выстроить их в ряд и наполнить водой (первую небольшим количеством воды, последующие заполнять по нарастающей, а последнюю наполнить доверху), то получится музыкальный ударный инструмент. Ударяя по бутылкам ложкой, мы заставим воду колебаться. Звуки от бутылок будут различаться по высоте.
Берем картонную трубку, вставляем в неё, как поршень, пробку с воткнутой вязальной спицей и перемещая поршень, дуем в край трубки. Звучит флейта!
Берем коробку с не проминающимися краями, надеваем на нее кольцевые резинки (чем туже обхватывают они коробку, тем лучше), и готова арфа! Перебирая резинки, как струны, слушаем мелодию!
Еще одна “музыкальная” игрушка.
Если взять кусок гофрированной пластиковой трубки и раскрутить его над головой, то раздастся музыкальный звук. Чем больше скорость вращения, тем выше высота звука. Поэкспериментируй! Интересно, чем вызвано появление звука в этом случае?
Знаешь ли ты
Самолёт, летящий со сверхзвуковой скоростью, обгоняет создаваемые им звуки. Эти звуковые волны сливаются в одну ударную волну. Достигая поверхности земли, ударная волна выбивает стёкла, разрушает постройки, оглушает.
Звук издаваемый синим китом громче, чем звук выстрела рядом стоящего тяжелого орудия, или громче, чем звук стартующей ракеты.
При прохождении метеоритами атмосферы Земли возбуждается ударная волна, скорость которой в сто раз выше звуковой, при этом возникает резкий звук, похожий на звук рвущейся материи.
При умелом ударе кнутом вдоль него образуется мощная волна, скорость распространения которой на кончике кнута может достигать огромных значений! В результате возникает мощная ударная звуковая волна, сравнимая со звуком выстрела.
Таинственная галерея шепотов
Лорд Рэлей первым объяснил загадку галереи шепотов, расположенной под куполом лондонского собора Святого Павла. На этой большой галерее очень хорошо слышен шепот. Если, например, ваш приятель шепнул что-нибудь, обернувшись к стене, то вы услышите его, в каком бы месте галереи вы ни стояли.
Как ни странно, вы слышите его тем лучше, чем более “прямо в стенку” он говорит и чем ближе к ней стоит. Сводится ли эта задача просто
отражению и фокусировке звука? Чтобы исследовать это, Рэлей изготовил большую модель галереи. В одной точке ее он поместил манок - свистульку, какой охотники приманивают птиц, в другой - чувствительное пламя, которое чутко реагировало на звук. Когда звуковые волны от свистульки достигали пламени, оно начинало мерцать и таким образом служило индикатором звука. Вы, наверное, нарисовали бы путь звука так, как показано стрелкой на рисунке. Но, чтобы не принимать это на веру, представьте себе, что где-то между пламенем и свистулькой у стены галереи помещен узкий экран. Если ваше предположение относительно хода звуковых волн верно, то при звуке свистульки пламя все равно должно мерцать, так как экран, казалось бы, находится в стороне! Однако в действительности, когда Рэлей установил этот экран, пламя перестало мерцать Каким-то образом экран преградил путь звуку. Но как? Ведь это всего лишь узенький экранчик и расположен он вроде бы в стороне от пути звука. Полученный результат дал Рэлею ключ к разгадке секрета галереи шепотов.
Галерея шепотов (в разрезе)
Модель галереи шепотов, сделанная Рэлеем. Звук свистка заставляет пламя мерцать.
Если у стенки модели галереи установлен тонкий экран, пламя не реагирует на звуки свистков. Почему? Непрерывно отражаясь от стен купола, звуковые волны распространяются в узком поясе вдоль стены. Если наблюдатель стоит внутри этого пояса, он слышит шепот. За пределами этого пояса, дальше от стены, шепот не слышен. Шепот слышен лучше, чем обычная речь, так как он богаче звуками высокой частоты, а “пояс слышимости” для высоких частот шире. Звук при этом распространяется как бы в цилиндрическом волноводе и его интенсивность убывает с расстоянием значительно медленнее, чем при распространении в открытом пространстве.
Шумящие водопроводные трубы
Почему водопроводные трубы порой начинают рычать и стонать, когда мы открываем или закрываем кран? Почему это не происходит непрерывно? Где именно возникает звук: в водопроводном кране, в части трубы, примыкающей непосредственно к крану, или в каком-нибудь изгибе ее где-то дальше? Почему шум начинается только при определенных уровнях расхода воды? Наконец, почему шум можно устранить, присоединив к водопроводной трубе закрытую с другого конца вертикальную трубку, в которой находится воздух? При увеличении скорости потока в местах сужений в трубах может возникать турбулентность, которая приводит к кавитации (образованию и разрыву пузырьков). Колебания пузырьков усиливаются трубами, а также стенами, полами, потолками, к которым трубы прикреплены!. Иногда шум может быть вызван и периодическими ударами турбулентного потока о препятствия (например, сужения) в трубе.
Среди наших многочисленных чувств способность слышать звук должна быть одной из лучших. Слушаем ли мы прекрасную мелодию, или рев набирающего скорость автомобиля, звук помогает нам наслаждаться красотой природы и удерживает нас от грозящей гибели. Но звуков гораздо больше, чем способно уловить наше ухо. Например, некоторые животные, такие как дельфины, используют звук, чтобы получить информацию об окружающем мире, используя для этого эхолокацию. Любопытно узнать о звуке больше? Вот 25 случайных и интересных фактов о звуке (вы просто не поверите своим ушам!)
1. Кости среднего уха - молоточек, наковальня и стремечко - помогают превращать волны, вызванные давлением, в механические вибрации.
2. Системы сигнализации издают звуки частотой от 1 до 3 кГц. Этот частотный диапазон очень чувствителен для ушей человека, и нам становится трудно ориентироваться.
3. Музыкальные звуки - это равномерные вибрации, а шумы - нерегулярные вибрации. Музыкальные звуки различаются по высоте, громкости, интенсивности, качеству и тембру.
4. Скорость звука составляет около 344 м в секунду в сухом воздухе при 20 градусах Цельсия.
5. Ухо здорового молодого человека может улавливать все частоты от 20 до 20 000 герц.
6. Для сравнения, дельфин может слышать и воспроизводить звуки до 150 кГц, что составляет диапазон в 150 000 герц. Это означает, что есть некоторые звуки, издаваемые дельфинами, которые люди даже не слышат. Дельфины постоянно используют разные звуки для эхолокации.
7. Люди, которые страдают Превосходящим синдромом раскрывания канала, могут испытывать ощущение, что они слышат, как их тело звучит на высоких уровнях, в том числе слышать движения собственных глаз.
8. Благодаря эффекту Доплера музыкальная пьеса, звучащая на скорости в два раза быстрее скорости звука, будет звучать правильно и стройно, но только в обратную сторону.
9. Будь то симфонический оркестр или хэви-метал группа, если они будут играть музыку на уровне 120 дБ, то это приведет к повреждению слуха.
10. Поскольку частицы воды расположены ближе друг к другу, чем частицы воздуха, в воде звук распространяется в четыре раза быстрее.
11. Производители фильмов ужасов используют инфракрасный звук, чтобы вызвать беспокойство, печаль и даже учащенное сердцебиение.
13. Активные шумопоглощающие наушники используют деструктивные помехи, чтобы аннулировать входящий звук и полностью стереть звуковые волны.
14. Если вы хлопнете в ладоши перед пирамидой Чичен-Ица Эль-Кастильо (Chichen Itza"s El Castillo), эхо будет звучать как чириканье птицы.
15. В старых телевизионных пультах использовали алюминиевый стержень и молоточек, чтобы с помощью звука, не воспринимаемого человеческим ухом, переключиться на нужный канал или изменить громкость.
16. Астрономы обнаружили черную дыру, находящуюся на расстоянии 250 миллионов световых лет от нас, которая издавала звук, соответствующий звучанию гитарной струны на определенных октавах.
17. Британские ученые обнаружили, что слонов пугает звук, издаваемый пчелами, и они убегают, когда слышат его.
18. По некоторым оценкам учёных, звук в 1100 децибел полностью уничтожит вселенную в черной дыре.
19. Поскольку электрические автомобили очень тихие, из соображений безопасности требуют, чтобы они издавали некоторые искусственные звуки.
20. Звук не может перемещаться в безвоздушном пространстве потому, что там нет молекул, которые могли бы вибрировать.
21. В 1883 году извержение вулкана на острове Кракатау (Krakatoa) произвело звук, который выбил окна, встряхнул дома и, как сообщается, был слышен на расстоянии 160 км от взрыва. Созданные им атмосферные ударные волны семь раз обогнули Землю, прежде чем рассеялись.
22. Чтобы оглушить свою добычу, рак щелкун производит чрезвычайно громкий хлопок. Громкость хлопка достигает 218 децибел, что даже громче, чем выстрел из пистолета.
23. Голубые киты могут издавать звуки под водой, достигающие 188 децибел, которые будут слышны на 800 км.
24. Исследования, проводимые в психоакустике, помогают понять, как звук влияет на нашу психологию и нервную систему.
25. Исследователи из Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology, MIT) обнаружили, что, даже если вы не записываете звук во время видеосъемки, голос на ней можно воссоздать исключительно по небольшим вибрациям окружающих вещей.
