Швидкість звуку

На тлі клубів чорного диму показується цівка

білої пари. Через деякий час чути свисток. Це машиніст подає сигнал про наближення поїзда.

Поспостерігайте за роботою теслі видали. Ви легко помітите, що коли тесля піднімає сокиру для наступного удару по дереву, звук подається лише від першого удару.

Все це переконує нас в тому, що світло і звук поширюються з різною швидкістю. Світло обганяє звук, і тому ми спочатку бачимо, а потім чуємо. Швидкість світла - найбільша швидкість в природі: вона дорівнює 300 мільйонам метрів в одну секунду. Швидкість же звуку в повітрі становить усього близько 340 метрів в секунду, т. Е. В 900 тисяч разів менше.

Цікаво відзначити, що швидкість кулі при вильоті зі стовбура гвинтівки майже в три рази більше швидкості звуку. Коли куля летить по прямій лінії, тобто таким самим шляхом, як і звук, вона обганяє звук пострілу. У цьому випадку звук не може служити пересторогою. Інша справа при стрільбі з гаубиць або мінометів. Тут снаряд летить по кривій (з великим кутом піднесення); шлях його до мети тим самим подовжити, і звук пострілу може випередити снаряд.

За рухом звукової хвилі можна простежити навіть поглядом! Уявіть собі, що йде довга колона людей з оркестром попереду. Всі крокують в такт музиці. Але якщо подивитися з боку, то неважко помітити, що останні ряди йдуть не в ногу з першими.

Це відбувається тому, що звук оркестру до задніх рядів доходить пізніше.

Але швидкість звуку - величина непостійна. Навіть в одному і тому ж речовині вона не завжди однакова. Так, в повітрі при двадцятиградусному морозі звук проходить 318 метрів за секунду, а при 20 градусах тепла- 342,5 метра. У різних твердих тілах і рідинах звук також поширюється з різними швидкостями.

Мал. 10. Вимірювання швидкості звуку в воді. Людина, що сидить в цьому човні, передає звук

Швидкість звуку в воді вперше була виміряна в 1827 році. З борту одного човна на мотузці в воду був спущений дзвін (рис. 10). Друга човен знаходився на відстані 13 847 метрів від першої (рис. 11). У той момент, коли на першому човні молоток бив на сполох, на ній одночасно проводилася і спалах пороху. На другий човні чоловік спостерігав момент спалаху і відзначав момент приходу звуку від дзвони. Таким шляхом було обчислено час пробігу звуковою хвилею відстані між човнами по воді. Виявилося, що швидкість звуку в воді в чотири рази більше, ніж в повітрі. За одну секунду звук у воді проходить 1435 метрів.

У більшості твердих тіл швидкість звуку ще більше. Наприклад, в дереві вона досягає 4800 метрів, в стали - 5000 метрів, в склі - 5600 метрів в секунду.

Мал. 11. Вимірювання швидкості звуку в воді. Тут людина сприймає звук

Звуки, різні за висотою, поширюються в одному і тому ж речовині з однаковою швидкістю. Якби це було не так, то не можна було б слухати музику здалеку. Одні звуки обганяли б інші і замість стрункої мелодії далеко від оркестру чутний їхній просто шум.

Деякі племена, наприклад, племена екваторіальної Африки, ще й понині безпосередньо використовують звук як засіб зв'язку. Для цієї мети найчастіше вживаються спеціальні барабани. Почуті в одному місці, умовні звукові сигнали відразу ж передаються

далі. Таким шляхом дуже скоро все плем'я оповіщається про будь-яку подію.

Цей спосіб вимагає, однак, багато часу. Підрахуємо, наприклад, з якою швидкістю може бути переданий звуковий сигнал з Москви в Ленінград. Відстань між цими містами 640 кілометрів. Будемо вважати, що звук в повітрі за одну секунду проходить 340 метрів.

Якби ми могли крикнути так голосно, щоб звук з Москви долетів до Ленінграда, нас почули б через 31 хвилину. Але звук швидко слабшає з відстанню і незабаром стає нечутним. Щоб передати звук на таку велику відстань, його треба в міру загасання відтворювати в дорозі з новою силою. Для цього довелося б на певній відстані один від одного розставити людей. Кожен з них, почувши сигнал сусіда, що стоїть ближче до Москви, повинен тут же передати його сусідові в сторону Ленінграда. Ясно, що на таку передачу буде витрачено значно більше півгодини.

Після того як винайшли телефон, телеграф і радіо, такий спосіб передачі звуку на великі відстані втратив сенс.

Сучасні способи зв'язку засновані на тому, що звук передається на великі відстані за допомогою електричного струму по проводах (телефон), або за допомогою електромагнітних коливань, що поширюються в просторі, практично, миттєво (радіо).

Коли людина говорить в мікрофон, включений в електричний ланцюг, звукові хвилі викликають електричні коливання. Ці коливання зі швидкістю світла йдуть по проводах або по повітрю. Станція прийому отримані сигнали знову переводить в звуки. При цьому звукові хвилі проходять дуже короткий шлях: від людини, що говорить до мікрофона і від телефонної трубки або репродуктора до вуха слухача. Все інше відстань звук як би «переноситься» електромагнітними коливаннями. Завдяки такому способу передачі звуки переносяться моментально на тисячі кілометрів.

Уявіть собі двох людей, один з яких слухає концерт в залі Московської консерваторії, а інший - вдома, по радіо, перебуваючи де-небудь на Далекому Сході. Хто з них раніше буде чути музику?

Якщо перший знаходиться в 15-20 метрах від оркестру, то до нього по повітрю звуки дійдуть приблизно за 0,05 секунди.

Ці ж звуки, передані через мікрофон на радіостанцію і потім в простір за допомогою радіохвиль, помчать зі швидкістю 300 тисяч кілометрів на одну секунду і за 0,05 частки секунди вони виявляться десь в Тихому океані або Америці. Нашого ж слухача вони досягнуть приблизно за половину зазначеного часу. І виходить так, що слухає по радіо на відстані 7-8 тисяч кілометрів чує звуки музики на 0,02-0,03 частки секунди раніше, ніж людина, що знаходиться в концертному залі!