Звук сопровождает человека всю жизнь: мы слышим речь, музыку, шумы, сигналы. Однако с точки зрения физики звук — это особый вид механической волны, который распространяется в упругой среде. Понимание того, как распространяется звук, от чего зависит его скорость, почему мы слышим эхо и как работает отражение звуковых волн, помогает объяснить множество явлений в природе и технике.

В этой статье мы разберём, что такое скорость звука, почему она различается в разных веществах, как происходит отражение звука и что мы называем эхом. Материал соответствует программе 9 класса и подаётся в доступной форме, чтобы школьники могли легко применять знания при решении задач.

Скорость звука

Скоростью звука называется скорость распространения звуковой волны в среде. Она зависит от двух главных факторов: плотности вещества и его упругости.

Чем среда плотнее и упругее, тем быстрее распространяются колебания частиц, передающие звук.

Скорость звука в воздухе

В воздухе при температуре около 20 °C скорость звука составляет примерно 343 м/с. При повышении температуры молекулы движутся быстрее, поэтому звук распространяется быстрее.

Примерная формула зависимости скорости звука от температуры воздуха:

v ≈ 331 + 0,6t,

где
t — температура воздуха в градусах Цельсия.

Это объясняет, почему зимой звук распространяется медленнее, а летом — быстрее.

Скорость звука в воде и других средах

Звук может распространяться не только в газах, но и в жидкостях и твёрдых телах. В жидкостях частицы расположены ближе, чем в газах, поэтому звук идёт быстрее. В твёрдых телах частицы ещё более плотно связаны и обладают большой упругостью — скорость звука там значительно выше.

Ниже приведена таблица скоростей звука в некоторых веществах.

Таблица скоростей звука в различных средах

Из таблицы видно, что в твёрдых веществах звук распространяется в 10–15 раз быстрее, чем в воздухе.

Отражение звука

Подобно свету, звук может отражаться от поверхности. Когда звуковая волна достигает препятствия, часть её энергии отражается обратно. Благодаря этому мы слышим громкое звучание в закрытых помещениях или, например, усиление звука от стены.

Отражение звука используется в технике:

— в концертных залах создают специальные отражающие поверхности;
— корабли и подводные лодки применяют эхолокацию;
— летучие мыши ориентируются в пространстве, отражая ультразвук.

Чтобы отражение было заметным, поверхность должна быть достаточно твёрдой и ровной.

Эхо

Эхо — это отражённый звук, который человек слышит спустя некоторое время после исходного.

Эхо возникает, когда звуковая волна успевает дойти до препятствия и вернуться обратно, и при этом задержка между исходным звуком и отражённым должна составлять не менее 0,1 секунды.

Это соответствует расстоянию около 17 метров (путь туда и обратно — примерно 34 метра).

Например, если крикнуть в горах или в большом пустом помещении, звук отразится от скалы или стены и вернётся к нам в виде эха.

Почему рупор усиливает звук

Рупор постепенно сужает или расширяет путь звуковым волнам, направляя их и уменьшая потери энергии. Поэтому голос, произнесённый через рупор, слышен дальше и громче. По сути, рупор способствует упорядоченному распространению звуковых волн.

Вопросы для самопроверки

1. От чего зависит скорость распространения звука в разных средах?

2. Почему в твердом теле звук распространяется быстрее, чем в газе?

3. Как изменяется скорость звука при увеличении температуры воздуха?

4. Что такое отражение звука? Приведите примеры из жизни.

5. В каких условиях возникает эхо?

6. Что такое рупор и почему он усиливает слышимость звука?

7. В каком веществе звук распространяется быстрее: в воде или в свинце? Почему?