Физика без формул

Теперь мы можем сказать, что колеблющиеся тела создают вокруг себя зоны разрежения и сжатия. Уплотнения воздуха разбегутся от источника во все стороны. А как обстоит дело, например, в воде? Да, в общем-то, похоже. Только вода плотнее воздуха и ее частички скорее передадут сжатие и разрежение своим соседкам. То есть звук побежит по воде быстрее. Нетрудно догадаться, что самую большую скорость звук будет иметь в твердых телах, где все частички упакованы еще теснее. Скажем, в воздухе скорость звука немногим более 300 метров в секунду, в морской воде —1500, а в некоторых металлах она достигает нескольких тысяч метров в секунду.

Источниками звука могут быть не только вибрирующие предметы. Свист пуль или снарядов в полете, завывание ветра, рев реактивного двигателя рождаются от разрывов в потоке воздуха, при которых также возникают его разрежения и сжатия.

Звук «выдают» волны

А можно ли увидеть, как звук «бежит»? В прозрачном воздухе или воде колебания частичек сами по себе незаметны. Но легко найдется пример, который подскажет, что происходит при распространении звука.

Опустите в воду поплавок. Это может быть даже бумажный кораблик, спичечный коробок или кусочек пенопласта. Если недалеко от него бросить в воду камушек, то из точки попадания кругами пойдут волны. Посмотрим на наш поплавок. Он будет колебаться вверх-вниз, показывая, как ведут себя частички воды на поверхности.

Итак, волна бежит, а передающие ее частицы «топчутся» на месте. Это — признак любого волнообразного движения. Быть может, вы видели, как на трибунах больших стадионов болельщики пускают по кругу «волну». Каждый из них лишь поднимается и вновь садится на свое место вслед за соседом, скажем, слева. И из таких попеременных приседаний образуется кружащаяся по трибунам волна. А ведь ни один из зрителей сам не бежал вокруг стадиона.

В зависимости от формы источника звука волны могут быть, например, плоскими или сферическими. Вот если завибрирует, к слову, в воде большой металлический лист, то волна пойдет в обе стороны от него, как бы повторяя и перенося в пространстве его плоскость. А если в воздухе стал бы пульсировать упругий мячик, то волна от него пошла бы по всем направлениям, повторяя его форму, но словно раздуваясь. Подобным манером расходится звуковая волна от места взрыва снаряда.

Таким образом, хотя звук и невидим, распространение его в виде волн очень хорошо изучено. Этим занимается обширный раздел физики, называемый акустикой.

То вдоль, то — поперек

Одинаково ли движутся частички, передающие звуковую волну? Для ответа на этот вопрос последим за колебанием источника звука. Вот, к примеру, гитарная струна. Вы дернули, ущипнули ее, и она затрепетала. Все ее частички начали совершать колебания в поперечном к струне направлении. Подхватят эти колебания и частички воздуха, то есть будут смещаться «туда-сюда». Но, заметьте, уже вдоль линии, по которой распространится волна.

Колебания струны в этом случае называются поперечными, а воздуха — продольными. Поперечные волны еще можно увидеть на поверхности воды. Но вот внутри как воздуха, так и воды, и вообще — внутри различных газов и жидкостей, возникать могут лишь продольные волны. В твердых же, кристаллических телах звуковые волны передаваться могут и поперечными и продольными колебаниями частиц.

Это связано с тем, что газы и жидкости легко откликаются на уплотнение и разрежение, но почти не замечают, когда их слои сдвигают друг относительно друга. А в кристаллах, где частички словно бы сплетены в огромную объемную сеть, сдвиг одной из них, что вдоль, что поперек, тут же ощущается соседями.

Если сравнить звуковые волны с электромагнитными, то можно отметить серьезное отличие их друг от друга. Звуковые волны бывают двух сортов, а электромагнитные — только поперечные. Скажем, приемную антенну телевизора располагают поперек идущей к ней от станции волны. Лишь в этом случае дошедшая до антенны поперечная волна приведет в ней в движение электрические заряды и наилучшим образом передаст нам телесигнал.

Леонид Исаакович Мандельштам (1879–1944) — российский физик. Один из создателей нового направления — теории нелинейных колебаний. Обобщил понятие резонанса. Разработал новые системы радиотелеграфной и радиотелефонной связи, метод генерации электромагнитной энергии. Предложил теорию рассеяния света, немало плодотворных идей внес в квантовую теорию. Многое сделал для разъяснения теории относительности.

Чей слух острее?