Длина звуковой волны

Звук – это механические волны, распространяющиеся в упругих средах, которые могут воспринимать слуховые анализаторы человека. Звук, как и любой другой волновой процесс, имеет ряд характеристик. Рассмотрим такую важную характеристику звука, как длина волны.

Звуковые волны в разных средах

В большинстве случаев мы воспринимаем звук, распространяющийся в воздухе. Воздушная звуковая волна – это ряд распространяющихся в воздухе колебаний плотности – сжатий и разрежений. То есть, звук представляет собой продольную механическую волну.

Звук как ряд сжатий и разрежений

Рис. 1. Звук как ряд сжатий и разрежений.

Для распространения механической волны необходимо наличие упругой среды, которой является не только воздух. А, значит, звук может распространяться и в других средах – в жидкостях и кристаллах. Однако, упругость жидкостей и кристаллов гораздо выше, чем упругость воздуха, поэтому колебания точек в таких средах среде происходит с гораздо большими внутренними напряжениями. Это приводит к тому, что колебания распространяются намного быстрее.

Длина звуковой волны

Если скорость распространения звука в различных средах различна, а его частота фиксирована, то расстояние между соседними сжатиями или разрежениями будет также различно.

Это расстояние и называется длиной звуковой волны. Поскольку частота и период связаны простой обратной зависимостью, формулу длины звуковой волны можно получить как на основе частоты колебаний, так и на основе периода:

$$\lambda = vT={v\over \nu},$$

где:

  • $\lambda$ – длина волны (м);
  • $v$ – скорость звука в среде (м/с);
  • $T$ – период звуковых колебаний (с);
  • $\nu$ – частота звуковых колебаний (Гц).

Из формулы можно видеть, что длина волны прямо пропорциональна скорости звука в среде. При одной и той же частоте длина волны будет наименьшей в газах при невысоких давлениях, будет больше в жидкостях, и самой большой будет в кристаллах. Например, для частоты 500гц:

Среда

v (м/с)

λ(м)

Воздух

330

0.66

Вода

1500

3

Металл

6000

12

Длина звуковой волны

Рис. 2. Длина звуковой волны.

Роль длины звуковой волны

Звуковые волны способны отражаться от границ сред. Это свойство используется в ряде случаев и человеком и Природой. Если в среде есть какие-то неоднородности – то звуковые волны отражаются от них, и по картине отражения можно делать выводы о расположении неоднородностей. Такой процесс называется эхолокацией. Природное использование эхолокации – поведение летучих мышей и дельфинов. Человек использует эхолокацию в целях дефектоскопии промышленных установок, а также в медицинской практике, для исследования внутренних органов.

Рис. 3. Эхолокация в природе и технике.

Однако, для отражения волны граница между средами должна иметь размеры больше ее длины. Если длина волны будет больше, волна будет просто огибать неоднородность, не отражаясь. Отсюда следует важный вывод, что для обнаружения небольших неоднородностей длина звуковой волны должна быть как можно меньше.

Именно поэтому и человек и Природа для эхолокации использует ультразвук. Малая длина волны ультразвука способствует обнаружению самых мелких неоднородностей.

Что мы узнали?

Звук представляет собой распространяющиеся в среде сжатия и расширения. Длина звуковой волны – это расстояние между ближайшими сжатиями или расширениями. В разных средах длина волны различна, короткие ультразвуковые волны удобны для эхолокации.

Тест по теме

  1. Вопрос 1 из 5

    Звук представляет собой …

Начать тест(новая вкладка)
Доска почёта
Чтобы попасть сюда - пройдите тест.
    Пока никого нет. Будьте первым!

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.1. Всего получено оценок: 63.

Предметы