Naujos sąvokos:
- garso greitis
- aidas
Pradėjus gilintis į fizikinę garso prigimtį, kyla daug klausimų. Kaip greitai sklinda garsas? Ar mes galime išvystyti tokį greitį kaip garso banga? Ar girdėtume garsus Mėnulyje? Kodėl kartais galime girdėti garsus už sienos, automobilio signalą už namo?
Garso sklidimas įvairiose terpėse
Garsui susidaryti reikalinga medžiaga – terpė. Terpės gali būti įvairios: oras, vanduo, žemė, metaliniai geležinkelio bėgiai, mūrinės namo sienos ir daugelis kitų. Garsas gali keliauti ir žmogaus kūnu.
Mus supa labai daug skirtingų medžiagų. Atlikite keletą bandymų ir įsitikinkite, kaip skirtingose medžiagose sklinda garsas. Paimkite rašiklį ir stuktelėkite į kokį nors kietą daiktą (palangę, laiptų turėklą, stalą). Priglauskite ausį prie kieto daikto paviršiaus ir pakartokite bandymą. Šįkart išgirsite garsesnį stuktelėjimą. Vadinasi, kietaisiais kūnais garsas sklinda labai gerai.
Garso bangos negali sklisti tuštumoje. Mėnulyje mes negalėtume susikalbėti, nes jame nėra garsui sklisti reikalingos terpės – oro. Kosminėje erdvėje taip pat visiškai tylu, nes nėra garsui sklisti reikalingos terpės.
Garso sklidimo greitis
Garso greitis priklauso nuo terpės, kuria jis sklinda (1.1 lentelė). Greičiausiai garsas sklinda kietaisiais kūnais, lėčiau – skysčiais, lėčiausiai – dujomis (oru). Skirtingą garso greitį įvairiose terpėse lemia terpių sandara. Kuo tankesnė terpė, tuo greičiau sklinda garsas. Išsiaiškinkime, kodėl taip nutinka. Virpantis kūnas sukelia pirmos dalelės svyravimą (1.4.1 pav.). Ji svyravimą perduoda antrai dalelei, ši – trečiai ir taip toliau. Kadangi oro dalelės yra toli viena nuo kitos, viena dalelė kitai svyravimus perduoda lėčiau, todėl garso banga ore sklinda lėčiau. Kietajame kūne dalelės išsidėsčiusios arčiau viena kitos, ir pirmos dalelės svyravimas persiduoda kitoms dalelėms greičiau (1.4.1 pav.).
Terpė | Garso greitis, m/s |
Oras | 332 |
Vanduo | 1450 |
Mediena (eglės) | 4800 |
Geležis | 4900 |
1.1 lentelė. Garso greitis įvairiose terpėse, kai temperatūra 0 °C
Oro temperatūros poveikis garso greičiui
Garso greitis ore yra didelis. Jis siekia apie 332 m/s, kai temperatūra 0 °C. Vadinasi, garsas per vieną sekundę nulekia 332 metrus. Taigi garsui nusklisti vieną kilometrą reikia maždaug 3 sekundžių.
Kylant oro temperatūrai, garso greitis didėja. 15 °C oro temperatūroje garsas sklinda dar greičiau – 342 m/s greičiu. Garso greitis skysčiuose ir kietuosiuose kūnuose yra daug didesnis nei ore ir taip pat priklauso nuo temperatūros.
Garso greitį ore (332 m/s) išreiškus kilometrais per valandą, paaiškėja, kad garsas sklinda 1195,2 km/h greičiu. Vadinasi, garsas yra apytiksliai 10 kartų greitesnis už 120 km/h greičiu važiuojantį automobilį. Viršgarsiniai lėktuvai (1.4.2 pav.) jau sugeba išvystyti greitį, didesnį už garso greitį, tačiau jie skleidžia labai stiprų triukšmą. Lėktuvų inžinieriai siekia išspręsti šią problemą.
Aidas
Tikriausiai ne kartą esate girdėję aidą. Didelėje patalpoje ištarus žodį, patalpa jį tarsi atkartoja. Mūsų ištarti garsai sklinda kambaryje, atsimuša į sienas ir sugrįžta į ausis. Aido modelį galite nesunkiai imituoti su teniso kamuoliuku. Meskite jį į sieną ir sugaukite atsimušusį (1.4.3 pav., a). Lekiantis į sieną teniso kamuoliukas atitinka mūsų balso garsą, atšokęs – aidą. Áidas – nuo kūnų paviršių atsispindėjęs garsas (1.4.3 pav., b).
Garsas gali atsispindėti nuo sienų, nuo kalnų (1.4.4 pav., a). Tačiau ne visada aidas yra girdimas. Tarp pirminio garso ir atsispindėjusio garso (aido) turi būti laiko tarpas. Aidą galima išgirsti, kai pirminį ir atsispindėjusį garsą skiria apytiksliai 0,1 sekundės (1.4.4 pav., b). Tinkamas atstumas iki garsą atspindinčios kliūties sudaro sąlygas išgirsti aidą (1.4.4 pav., c). Skaičiuodami turime atkreipti dėmesį į tai, kad atstumas dvigubėja. Taip nutinka, nes garsas turi nueiti atstumą d iki kliūties. Atsispindėjęs garsas (aidas) taip pat turi įveikti šį atstumą grįždamas.
 1.4.4 pav., b |  1.4.4 pav., c |
Ar kiškiai moka garso fiziką?
Kiškiai, įnirtingai daužydami į žemę užpakalinėmis kojomis, įspėja kitus kiškius apie artėjantį priešą. Garsas žeme sklinda greičiau nei oru. Iš žemės paviršiaus virpesių ir kiti kiškiai sužino apie pavojų. Tas kiškis, kuris muša kojomis į žemę, patraukia į save plėšrūno dėmesį ir gali tapti jo auka, tačiau tokiu savo poelgiu išgelbsti gyvybę kitiems kiškiams. Į žemę atsitrenkiančių letenų skleidžiamas triukšmas gali būti lyginamas su tomtomo garsais, kuriuos žmonės senovėje naudojo signalams perduoti. Aišku, kad kiškiai nesimokė garso fizikos, jie vadovaujasi instinktais.
Klausimai ir užduotys
- Kodėl garso greitis priklauso nuo terpės, kurioje sklinda?
- Vasaros dieną vaikai žaidė kieme. Jie pastebėjo besiartinantį audros debesį. Laima pamatė žaibą ir pradėjo skaičiuoti. Kai mergaitė suskaičiavo iki 9, pasigirdo perkūnijos garsas. Laima kitiems vaikams pasakė, kad audros debesis yra už 3 kilometrų ir neverta nerimauti. Ar ji buvo teisi?
- Kas geriau atspindi garsą: kambario siena ar užuolaida? Kodėl?
- Kodėl kambaryje negirdime aido?
- Kodėl atspindėtas garsas (aidas) yra silpnesnis už jį sukėlusį garsą?
- Aidas gali atsirasti kompiuteriuose, kai žaidžiate su draugais, klausotės muzikos ar dalyvaujate vaizdo konferencijos pokalbyje. Paieškokite informacijos apie tai. Padiskutuokite:
- kodėl atsiranda aidas kompiuterio ausinėse;
- kaip šią problemą galima išspręsti.
- Paslaugą teikia UAB "Biznio mašinų kompanija" ir "Star Cloud OÜ"