акустичний резонанс
розміром: найбільший камертон дає найбільш низький звук, найменший - найбільш високий звук. Таким чином, висота тону визначається частотою коливань. Чим вище частота і, отже, чим коротше період коливань, тим вищий звук ми чуємо.
Резонансом називається різке збільшення амплітуди вимушених коливань при наближенні частоти змушують коливань до частоти вільних коливань.
Резонансні явища можна спостерігати на механічних коливаннях будь-якої частоти, в тому числі і на звукових коливаннях. Приклад звукового або акустичного резонансу ми маємо в наступні досвіді.
Поставимо поруч два однакових камертону, звернувши отвори ящиків, на яких вони укріплені, один до одного. Ящики потрібні тому, що вони підсилюють звук камертонів. Це відбувається внаслідок резонансу між камертоном і стовпів повітря, укладеного в ящику; тому ящики називаються резонаторами або резонансними ящиками.
Вдаримо один з камертонів і потім приглушить його пальцями. Ми почуємо, як звучить другий камертон.
Візьмемо два різних камертону, тобто з різною висотою тону, і повторимо досвід. Тепер кожен з камертонів вже не буде відгукуватися на звук іншого камертона.
Неважко пояснити цей результат. Коливання одного камертона діє через повітря з деякою силою на другому камертон, змушуючи його робити його вимушені коливання. Так як камертона 1 здійснює гармонійне коливання, то і сила, що діє на камертон 2, буде змінюватися за законом гармонійного коливання з частотою камертона 1. Якщо частота сили інша то вимушені коливання будуть настільки слабкі, що ми їх не почуємо.
Музичний звук (ноту) ми чуємо тоді, коли коливання періодичне. Наприклад, такого роду звук видає струна рояля. Якщо одночасно вдарити кілька клавіш, тобто змусити звучати кілька нот, то відчуття музичного звуку збережеться, але чітко виступить відмінність консонирующие (приємних на слух) і дисонуючих (неприємних) нот. Виявляється, що консонирующие ті ноти, періоди яких знаходяться відносинах невеликих чисел. Наприклад, консонанс виходить при відношенні періодів 2: 3 (квінта), при 3: 4 (кванта), 4: 5 (велика терція) і т.д. Якщо ж періоди відносяться як великі числа, наприклад 19:23, то виходить дисонанс - музичний, але неприємний звук. Ще далі ми підемо від періодичності коливань, якщо одночасно вдаримо по багатьом клавішах. Звук вийде вже шумоподібним.
Для шумів характерна сильна неперіодичних форми коливань: або це - тривалий коливання, але дуже складне за формою (шипіння, скрип), або окремі викиди (клацання, стуки). З цієї точки зору шумів слід віднести і звуки, що виражаються приголосними (шиплячими, губними і т.д.).
У всіх випадках шумові коливання складаються з величезної кількості гармонійних коливань з різними частотами.
Таким чином, у гармонійного коливання спектр складається з однієї-єдиної частоти. У періодичного коливання спектр складається з набору частот - основний і кратних їй. У консонирующие співзвуч ми маємо спектр, що складається з декількох таких наборів частот, причому основні відносяться як невеликі цілі числа. У дисонуючих співзвуч основні частоти вже не перебувають в таких простих відносинах. Чим більше в спектрі різних частот, тим ближче ми підходимо до шуму. Типові шуми мають спектри, в яких присутні надзвичайно багато частот.
Хвилі на поверхні рідини
Описані перш хвилі обумовлені силами пружності, але існують так же хвилі, утворення яких обумовлене силою тяжіння. Хвилі, що розповсюджуються по поверхні рідини, не є ні поздовжніми, ні поперечними: рух частинок рідини тут складніше.
Якщо в будь-якої точки поверхні рідини опустилася (наприклад, в результаті
дотику твердим предмет), то під дією сили тяжіння рідина почне збігати
вниз, заповнюючи центральну ямку і утворюючи навколо неї кільцеве поглиблення. На зовнішньому краї цього поглиблення весь час триває збігання частинок рідини вниз, і діаметр кільця зростає. Але на внутрішньому краю кільця частки завжди «виринають» наверх, так що утворюється кільцевої гребінь. Позаду нього знову виходить западина, і т.д. При опусканні вниз частки рідини рухаються, крім того, назад, а при підйомі вгору вони рухаються вперед. Таким чином, кожна частка не просто коливається в поперечному (вертикальному) або поздовжньому (горизонтальному) напрямі, а, як виявляється, описує коло.
Слід зауважити, що в утворення поверхневих хвиль відіграє роль не тільки сила тяжіння, а й сила поверхневого натягу, яка, як і сила тяжіння, прагне вирівняти поверхню рідини. При проходженні хвилі в кожної точки поверхні рідини відбувається деформація цієї поверхні і, отже, енергія поверхневого натягу. Неважко зрозуміти, що роль поверхневого натягу буде при даній амплітуді тим більше, чим більше викривлена поверхню, тобто чим коротше довжина хвилі. Тому для довгих хвиль (низьких частот) основною є сила тяжіння, але для досить коротких хвиль (низьких частот) на перший план виступає сила поверхневого натягу. Кордон між «довгими» і «короткими» хвилями, звичайно, не є різкою і залежить від щільності рідини і відповідного їй поверхневого натягу. У води ця межа відповідає хвилях, довжина яких близько 1 см, тобто для більш коротких хвиль (званих капілярними хвилями) переважають сили поверхневого натягу, а для більш довгих - сила тяжіння.