Может ли звук распространяться пустоте. Звук не может распространяться на сколь угодно большое расстояние

В разделе на вопрос Звук в вакуаме не распространяется? заданный автором Невропатолог лучший ответ это Свет и звук в вакууме
Почему свет проходит через вакуум, а звук - нет?
Отвечает эксперт SEED Клод Бодуан:
Свет – это электромагнитная волна – сочетание электрических и магнитных полей, для ее распространения не требуется наличие газа.
Звук – это результат действия волны давления. Давлению необходимо присутствие какого-либо вещества (например, воздуха) . Звук распространяется и в других веществах: в воде, земной коре, и проходит через стены, что вы могли заметить, когда шумят соседи.
Говорит Майкл Уильямс:
Свет в своей основе – это электромагнитная энергия, переносимая фундаментальными частицами – фотонами. Такое положение характеризуется как «корпускулярно-волновой дуализм» поведения волны. Это означает, что она ведет себя и как волна, и как частица. При распространении света в вакууме фотон ведет себя как частица, поэтому свободно распространяется в этой среде.
С другой стороны, звук – это вибрация. Звук, слышимый нами – результат вибрации барабанной перепонки уха. Звук, испускаемый радиоприемником – результат вибрации мембраны динамика. Мембрана двигается вперед-назад, заставляя вибрировать находящийся около нее воздух. Колебания воздуха распространяются, достигая барабанной перепонки и заставляя ее вибрировать. Вибрация барабанной перепонки преобразуется мозгом в узнаваемый вами звук.
Таким образом, для вибрации звуку необходимо наличие вещества. В идеальном вакууме вибрировать нечему, поэтому вибрирующая мембрана радиоприемника не может передавать звук.
Добавляет эксперт SEED Натали Фамильетти:
Распространение звука – это движение; распространение света – это радиация или излучение.
Звук не может распространяться в вакууме из-за отсутствия упругой среды. Британский ученый Роберт Бойль обнаружил это экспериментально в 1660 г. Он опустил часы в банку и откачал из нее воздух. Прислушавшись, он не смог различить тиканье.

Первая мысль о космической музыке космоса очень проста: да нет там никакой музыки вообще и быть не может. Тишина. Звуки - распространяющиеся колебания частиц воздуха, жидкости или твердых тел, а в космосе большей частью только вакуум, пустота. Нечему колебаться, нечему звучать, неоткуда взяться музыке: «В космосе никто не услышит твоего крика ». Кажется, что астрофизика и звуки - это совершенно разные истории.

Вряд ли с этим согласится Ванда Диаз-Мерсед, астрофизик Южно-Африканской астрономической обсерватории, изучающая гамма-всплески. В 20 лет она потеряла зрение и у нее был единственный шанс остаться в любимой науке - научиться слушать космос, с чем Диаз-Мерсед прекрасно справилась. Вместе с коллегами она сделала программу, которая переводила разные экспериментальные данные из ее области (например, кривые блеска - зависимости интенсивности излучения космического тела от времени) в небольшие композиции, своеобразные звуковые аналоги привычных визуальных графиков. Скажем, для для кривых блеска интенсивность переводилась в частоту звука, которая менялась во времени, - Ванда брала цифровые данные и сопоставляла им звуки.

Конечно, для посторонних эти звуки , похожие на далекие перезвоны колокольчиков, звучат несколько странно, но Ванда научилась «считывать» зашифрованную в них информацию так хорошо, что прекрасно продолжает заниматься астрофизикой и часто даже открывает закономерности, ускользающие от ее зрячих коллег. Похоже, космическая музыка может рассказать немало интересного про нашу Вселенную.

Марсоходы и другая техника: Механическая поступь человечества

Прием, который использует Диаз-Мерсед, называется сонификацией - переложением массивов данных в аудиосигналы, но в космосе много и вполне реальных, а не синтезированных алгоритмами звуков. Некоторые из них связаны с рукотворными объектами: те же марсоходы ползут по поверхности планеты не в полном вакууме, и поэтому неминуемо производят звуки.

Услышать, что из этого получается, можно и на Земле. Так, немецкий музыкант Петер Кирн провел несколько дней в лабораториях Европейского космического агентства и записал там небольшую коллекцию звуков с разнообразных испытаний. Но только во время их прослушивания нужно всегда мысленно вносить небольшую поправку: на Марсе холодней, чем на Земле, и гораздо меньше атмосферное давление, а потому все звуки там звучат значительно ниже, чем их земные аналоги.

Еще один способ услышать звуки наших машин, покоряющих космос, чуть сложнее: можно устанавливать датчики, фиксирующие акустические колебания, распространяющиеся не по воздуху, а прямо в корпусах техник. Так ученые восстановили звук , с которым космический аппарат «Филы» спустился в 2014 году на поверхность - короткий, электронный «бам», будто вышедший из игр для приставки «Денди».

Эмбиент МКС: техника под контролем

Стиральная машина, автомобиль, поезд, самолет - опытный инженер часто может определить неполадку техники по звукам, которые она издает, и сейчас появляется все больше компаний, превращающих акустическую диагностику в важный и сильный инструмент. Для подобных целей используют и звуки космического происхождения. Например, бельгийский астронавт Франк Де Винне (Frank De Winne) рассказывает , что на МКС часто делают аудиозаписи работающей техники, которые отсылаются на Землю для контроля работы станции.

Черная дыра: самый низкий звук на Земле

Слух человека ограничен: мы воспринимаем звуки с частотами от 16 до 20 000 Гц, а все остальные акустические сигналы для нас недоступны. В космосе немало акустических сигналов за пределами наших возможностей. Один из самых известных среди них издает сверхмассивная черная дыра в скоплении галактик Персея - это невероятно низкий звук, который соответствует акустическим колебаниям с периодом в десять миллионов лет (для сравнения: человек способен уловить акустические волны с периодом максимум в пять сотых секунды).

Правда, сам этот звук, рожденный от столкновения высокоэнергетичных джетов черной дыры и частиц газа вокруг нее, до нас не дошел - его задушил вакуум межзвездной среды. Поэтому ученые восстановили эту далекую мелодию из косвенных данных, когда орбитальный рентгеновский телескоп «Чандра» рассмотрел в газовом облаке вокруг Персея гигантские концентрические окружности - области повышенной и пониженной концентрации газа, созданные невероятно мощными акустическими волнами от черной дыры.

Гравитационные волны: звуки иной природы

Иногда массивные астрономические объекты запускают вокруг себя особый вид волн: пространство вокруг них то сжимается, то разжимается, и эти колебания бегут через всю Вселенную со скоростью света. 14 сентября 2015 года на Земле приход одной из таких волн: многокилометровые конструкции детекторов гравитационных волн растягивались и сжимались на исчезающие доли микрон, когда через них прошли гравитационные волны от слияния двух черных дыр в миллиардах световых лет от Земли. Всего несколько сотен миллионов долларов (стоимость гравитационных телескопов , поймавших волны, оценивается в сумму около 400 млн долларов), и мы прикоснулись к вселенской истории.

Космолог Жанна Левин (Janna Levin) считает , что если бы нам (не посчастливилось) оказаться ближе к этому событию, то зафиксировать гравитационные волны можно было бы куда проще: они просто вызывали бы колебания барабанных перепонок, воспринимаемые нашим сознанием как звук. Группа Левин даже смоделировала эти звуки - мелодию двух сливающихся в невообразимой дали черных дыр. Только не путайте ее с другими знаменитыми звуками гравитационных волн - короткими, обрывающимися на полуслове электронными всплесками. Это только сонификация, то есть акустические волны с теми же самыми частотами и амплитудами, что и гравитационные сигналы, зафиксированные детекторами.

На пресс-конференции в Вашингтоне ученые даже включили тревожный звук, пришедший от этого столкновения из невообразимого далёка, но это была просто красивая эмуляция того, что было бы, зарегистрируй исследователи не гравитационную волну, а точно такую же по всем параметрам (частота, амплитуда, форма) волну звуковую.

Комета Чурюмова - Герасименко: гигантский синтезатор

Мы не замечаем, как астрофизики подкармливают наше воображение усиленными визуальными образами. Раскрашенные картинки с разных телескопов, впечатляющая анимация, модели и фантазии. В действительности в космосе все скромней: темней, тусклей и без закадрового голоса, но почему-то визуальные интерпретации экспериментальных данных смущают гораздо меньше, чем аналогичные действия со звуками.

Возможно, скоро все изменится. Уже сейчас сонификация часто помогает ученым увидеть (а точнее, «услышать» - вот предубеждения, закрепленные в языке) в своих результатах новые неизвестные закономерности. Так, удивила исследователей песня кометы Чурюмова - Герасименко - колебания магнитного поля с характерными частотами от 40 до 50 МГц, переложенные на звуки, из-за которых комету даже сравнивают со своеобразным гигантским синтезатором, ткущим свою мелодию не из переменного электрического тока, а из переменных магнитных полей.

Дело в том, что природа этой музыки до сих пор непонятна, поскольку у самой кометы нет собственного магнитного поля. Возможно, эти колебания магнитных полей - плод взаимодействия солнечного ветра и частиц, улетающих с поверхности кометы в открытый космос, но до конца эта гипотеза не подтверждена.

Пульсары: бит внеземных цивилизаций

Космическая музыка плотно переплетена с мистикой. Загадочные звуки на Луне, подмеченные астронавтами миссии «Аполлон-10 » (скорее всего, это были помехи радиосвязи), «растекающиеся по сознанию волнами успокоения » песни планет, гармония сфер, в конце концов, - непросто удержаться от фантазий, когда изучаешь бескрайние просторы космоса. Такая история была и с открытием радиопульсаров - вселенских метрономов, с методичным постоянством испускающих мощные радиоимпульсы.

Впервые эти объекты заметили еще в 1967 году, и тогда ученые приняли их за гигантские радиопередатчики внеземной цивилизации, но теперь мы почти уверены, что это компактные нейтронные звезды, миллионами лет отбивающие свой радиоритм. Тэм-тэм-тэм - эти импульсы можно переложить на звуки, точно так же, как радио превращает радиоволны в музыку, чтобы получить космический бит.

Межзвездное пространство и ионосфера Юпитера: песни ветра и плазмы

Еще множество звуков рождает солнечный ветер - потоки заряженных частиц от нашей звезды. Из-за него поет ионосфера Юпитера (это сонифицированные колебания плотности плазмы, составляющей ионосферу), кольца Сатурна и даже межзвездное пространство.

В сентября 2012 года космический зонд « » только покинул Солнечную систему и передал на землю причудливый сигнал. Потоки солнечного ветра взаимодействовали с плазмой межзвездного пространства, что порождало характерные колебания электрических полей, которые можно было сонифицировать. Монотонный шершавый шум , переходящий в металлический свист.

Возможно, мы никогда так и не покинем нашу солнечную систему, но теперь у нас есть еще кое-что кроме раскрашенных астроснимков. Причудливые мелодии, рассказывающие о мире за пределами нашей голубой планеты.

Звук распространяется посредством звуковых волн. Эти волны проходят не только сквозь газы и жидкости, но и через твердые тела. Действие любых волн заключается главным образом в переносе энергии. В случае звука перенос принимает форму мельчайших перемещений на молекулярном уровне.

В газах и жидкостях звуковая волна сдвигает молекулы в направлении своего движения, то есть в направлении длины волны. В твердых телах звуковые колебания молекул могут происходить и в направлении перпендикулярном волне.

Звуковые волны распространяются из своих источников во всех направлениях, как это показано на рисунке справа, на котором изображен металлический колокол, периодически сталкивающийся со своим языком. Эти механические столкновения заставляют колокол вибрировать. Энергия вибраций сообщается молекулам окружающего воздуха, и они оттесняются от колокола. В результате в прилегающем к колоколу слое воздуха увеличивается давление, которое затем волнообразно распространяется во все стороны от источника.

Скорость звука не зависит от громкости или тона. Все звуки от радиоприемника в комнате, будь они громкими или тихими, высокого тона или низкого, достигают слушателя одновременно.

Скорость звука зависит от вида среды, в которой он распространяется, и от ее температуры. В газах звуковые волны распространяются медленно, потому что их разреженная молекулярная структура слабо препятствует сжатию. В жидкостях скорость звука увеличивается, а в твердых телах становится еще более высокой, как это показано на диаграмме внизу в метрах в секунду (м/с).

Путь волны

Звуковые волны распространяются в воздухе аналогично показанному на диаграммах справа. Волновые фронты движутся от источника на определенном расстоянии друг от друга, определяемом частотой колебаний колокола. Частота звуковой волны определяется путем подсчета числа волновых фронтов, прошедших через данную точку в единицу времени.

Фронт звуковой волны удаляется от вибрирующего колокола.

В равномерно прогретом воздухе звук распространяется с постоянной скоростью.

Второй фронт следует за первым на расстоянии, равном длине волны.

Сила звука максимальна вблизи источника.

Графическое изображение невидимой волны

Звуковое зондирование глубин

Пучок лучей гидролокатора, состоящий из звуковых волн, легко проходит через океанскую воду. Принцип действия гидролокатора основан на том факте, что звуковые волны отражаются от океанского дна; этот прибор обычно используется для определения особенностей подводного рельефа.

Упругие твердые тела

Звук распространяется в деревянной пластине. Молекулы большинства твердых тел связаны в упругую пространственную решетку, которая плохо сжимается и вместе с тем ускоряет прохождение звуковых волн.

Мы воспринимаем звуки, находясь на расстоянии от их источников. Обычно звук доходит до нас по воздуху. Воздух является упругой средой, передающей звук.

Если между источником и приёмником удалить звукопередающую среду, то звук распространяться не будет и, следовательно, приёмник не воспримет его. Продемонстрируем это на опыте.

Поместим под колокол воздушного насоса часы-будильник (рис. 80). Пока в колоколе находится воздух, звук звонка слышен ясно. При откачивании воздуха из-под колокола звук постепенно слабеет и, наконец, становится неслышимым. Без передающей среды колебания тарелки звонка не могут распространяться, и звук не доходит до нашего уха. Впустим под колокол воздух и снова услышим звон.

Рис. 80. Опыт, доказывающий, что в пространстве, где нет вещественной среды, звук не распространяется

Хорошо проводят звуки упругие вещества, например металлы, древесина, жидкости, газы.

Положим на один конец деревянной доски карманные часы, а сами отойдём к другому концу. Приложив ухо к доске, услышим ход часов.

Привяжем к металлической ложке бечёвку. Конец бечёвки приложим к уху. Ударяя по ложке, услышим сильный звук. Ещё более сильный звук услышим, если бечёвку заменим проволокой.

Мягкие и пористые тела - плохие проводники звука. Чтобы защитить какое-нибудь помещение от проникновения посторонних звуков, стены, пол и потолок прокладывают прослойками из звукопоглощающих материалов. В качестве прослоек используют войлок, прессованную пробку, пористые камни, различные синтетические материалы (например, пенопласт), изготовленные на основе вспененных полимеров. Звук в таких прослойках быстро затухает.

Жидкости хорошо проводят звук. Рыбы, например, хорошо слышат шаги и голоса на берегу, это известно опытным рыболовам.

Итак, звук распространяется в любой упругой среде - твёрдой, жидкой и газообразной, но не может распространяться в пространстве, где нет вещества.

Колебания источника создают в окружающей его среде упругую волну звуковой частоты. Волна, достигая уха, воздействует на барабанную перепонку, заставляя её колебаться с частотой, соответствующей частоте источника звука. Дрожания барабанной перепонки передаются посредством системы косточек окончаниям слухового нерва, раздражают их и тем вызывают ощущение звука.

Напомним, что в газах и жидкостях могут существовать только продольные упругие волны. Звук в воздухе, например, передаётся продольными волнами, т. е. чередующимися сгущениями и разрежениями воздуха, идущими от источника звука.

Звуковая волна, как и любые другие механические волны, распространяется в пространстве не мгновенно, а с определённой скоростью. В этом можно убедиться, например, наблюдая издалека за стрельбой из ружья. Сначала видим огонь и дым, а потом через некоторое время слышим звук выстрела. Дым появляется в то же время, когда происходит первое звуковое колебание. Измерив промежуток времени t между моментом возникновения звука (момент появления дыма) и моментом, когда он доходит до уха, можно определить скорость распространения звука:

Измерения показывают, что скорость звука в воздухе при 0 °С и нормальном атмосферном давлении равна 332 м/с.

Скорость звука в газах тем больше, чем выше их температура. Например, при 20 °С скорость звука в воздухе равна 343 м/с, при 60 °С - 366 м/с, при 100 °С - 387 м/с. Объясняется это тем, что с повышением температуры возрастает упругость газов, а чем больше упругие силы, возникающие в среде при её деформации, тем больше подвижность частиц и тем быстрее передаются колебания от одной точки к другой.

Скорость звука зависит также от свойств среды, в которой распространяется звук. Например, при 0 °С скорость звука в водороде равна 1284 м/с, а в углекислом газе - 259 м/с, так как молекулы водорода менее массивны и менее инертны.

В настоящее время скорость звука может быть измерена в любой среде.

Молекулы в жидкостях и твёрдых телах расположены ближе друг к другу и сильнее взаимодействуют, чем молекулы газов. Поэтому скорость звука в жидких и твёрдых средах больше, чем в газообразных.

Поскольку звук - это волна, то для определения скорости звука, помимо формулы V = s/t, можно пользоваться известными вам формулами: V = λ/T и V = vλ. При решении задач скорость звука в воздухе обычно считают равной 340 м/с.

Вопросы

1. С какой целью ставят опыт, изображённый на рисунке 80? Опишите, как этот опыт проводится и какой вывод из него следует.
2. Может ли звук распространяться в газах, жидкостях, твёрдых телах? Ответы подтвердите примерами.
3. Какие тела лучше проводят звук - упругие или пористые? Приведите примеры упругих и пористых тел.
4. Какую волну - продольную или поперечную - представляет собой звук, распространяющийся в воздухе; в воде?
5. Приведите пример, показывающий, что звуковая волна распространяется не мгновенно, а с определённой скоростью.

Упражнение 30

1. Может ли звук сильного взрыва на Луне быть слышен на Земле? Ответ обоснуйте.
2. Если к каждому из концов нити привязать по одной половинке мыльницы, то с помощью такого телефона можно переговариваться даже шёпотом, находясь в разных комнатах. Объясните явление.
3. Определите скорость звука в воде, если источник, колеблющийся с периодом 0,002 с, возбуждает в воде волны длиной 2,9 м.
4. Определите длину звуковой волны частотой 725 Гц в воздухе, в воде и в стекле.
5. По одному концу длинной металлической трубы один раз ударили молотком. Будет ли звук от удара распространяться ко второму концу трубы по металлу; по воздуху внутри трубы? Сколько ударов услышит человек, стоящий у другого конца трубы?
6. Наблюдатель, стоящий около прямолинейного участка железной дороги, увидел пар над свистком идущего вдали паровоза. Через 2 с после появления пара он услышал звук свистка, а через 34 с паровоз прошёл мимо наблюдателя. Определите скорость движения паровоза.

Мы воспринимаем звуки, находясь на расстоянии от их источников. Обычно звук доходит до нас по воздуху. Воздух является упругой средой, передающей звук.

Обрати внимание!

Если между источником и приёмником удалить звукопередающую среду, то звук распространяться не будет и, следовательно, приёмник не воспримет его.

Пример:

Поместим под колокол воздушного насоса часы-будильник (рис. 1).

Пока в колоколе находится воздух, звук звонка слышен ясно. При откачивании воздуха из-под колокола звук постепенно слабеет и, наконец, становится неслышимым. Без передающей среды колебания тарелки звонка не могут распространяться, и звук не доходит до нашего уха. Впустим под колокол воздух и снова услышим звон.

Обрати внимание!

Хорошо проводят звуки упругие вещества, например металлы, древесина, жидкости, газы.

Положим на один конец деревянной доски карманные часы, а сами отойдём к другому концу. Приложив ухо к доске, услышим ход часов (рис. 2).

Привяжем к металлической ложке бечёвку. Конец бечёвки приложим к уху. Ударяя по ложке, услышим сильный звук (рис. 3). Ещё более сильный звук услышим, если бечёвку заменим проволокой.

Обрати внимание!

Мягкие и пористые тела - плохие проводники звука.

Чтобы защитить какое-нибудь помещение от проникновения посторонних звуков, стены, пол и потолок прокладывают прослойками из звукопоглощающих материалов. В качестве прослоек используют войлок, прессованную пробку, пористые камни, различные синтетические материалы (например, пенопласт), изготовленные на основе вспененных полимеров. Звук в таких прослойках быстро затухает.

Звук распространяется в любой упругой среде - твёрдой, жидкой и газообразной, но не может распространяться в пространстве, где нет вещества.

Колебания источника создают в окружающей его среде упругую волну звуковой частоты. Волна, достигая уха, воздействует на барабанную перепонку, заставляя её колебаться с частотой, соответствующей частоте источника звука. Дрожания барабанной перепонки передаются посредством системы косточек окончаниям слухового нерва, раздражают их и тем вызывают ощущение звука (рис. 4).

В газах и жидкостях могут существовать только продольные упругие волны. Поэтому звук в воздухе передаётся продольными волнами, то есть чередующимися сгущениями и разрежениями воздуха, идущими от источника звука.

Звуковая волна, как и любые другие механические волны, распространяется в пространстве не мгновенно, а с определённой скоростью.

Наблюдая за стрельбой из ружья, мы сначала видим огонь и дым, а потом через некоторое время слышим звук выстрела.