Что такое эхо?
Я, как и многие из вас, знакома с таким физическим явлением, как эхо, и даже во многом мне была понятна природа этого явления. Но и оно таит в себе ряд тайн. Стоит только задуматься, почему мы не слышим эхо в квартире или в огромном концертном зале? Есть ли польза от него и где оно применяется?
Если звуковые волны, вызванные нашим собственным голосом или другим каким-либо источником звука, при своем распространении встречают препятствие (стену, отвесную скалу, лес), то они отражаются и могут достигнуть снова уха наблюдателя иногда значительно позже, чем при непосредственном своем распространении. Такой повторный звук, обусловленный отражением звуковых волн, и называется эхо.
Так как скорость распространения звука в одну секунду равна примерно (в зависимости от температуры) 333 м, то понятно, что если отражающая звук стена находится от нас на таком именно расстоянии 333 м, то мы услышим повторение вызванного нами звука (слова или целой фразы) через две секунды.
Мы слышим эхо в том случае, если отражённый звук воспринимается отдельно от произнесённого. Для этого нужно, чтобы между воздействием этих звуков на ухо было 0,06 с. А в квартире интервал намного меньше из-за малого расстояния. Кроме этого, многие предметы (мягкая мебель, шторы) поглощают звук.
Посмотрите ниже расположенный фрагмент, чтобы понять природу эхо.
Если звуковые волны, вызванные нашим собственным голосом или другим каким-либо источником звука, при своем распространении встречают препятствие (стену, отвесную скалу, лес), то они отражаются и могут достигнуть снова уха наблюдателя иногда значительно позже, чем при непосредственном своем распространении. Такой повторный звук, обусловленный отражением звуковых волн, и называется эхо.
Так как скорость распространения звука в одну секунду равна примерно (в зависимости от температуры) 333 м, то понятно, что если отражающая звук стена находится от нас на таком именно расстоянии 333 м, то мы услышим повторение вызванного нами звука (слова или целой фразы) через две секунды.
Мы слышим эхо в том случае, если отражённый звук воспринимается отдельно от произнесённого. Для этого нужно, чтобы между воздействием этих звуков на ухо было 0,06 с. А в квартире интервал намного меньше из-за малого расстояния. Кроме этого, многие предметы (мягкая мебель, шторы) поглощают звук.
Посмотрите ниже расположенный фрагмент, чтобы понять природу эхо.
Отсюда понятно, вместе с тем, что можно воспользоваться эхо и для самого определения скорости звука, для чего необходимо измерить расстояние и соответствующий промежуток времени. Такой способ определения скорости звука был применен на самом деле (см. «Журнал Русского физико-химического общества», 1895, H. Гезехус).
Прекрасное эхо, чрезвычайно отчетливо и громко повторяющее произносимые слова, получается, между прочим, в длинном гроте, находящемся в Гатчинском дворцовом саду. Обычное явление эха представляет среди швейцарских и других гор.
Нередки и многократные эхо, вызываемые несколькими последовательными отражениями звуковых волн. Так, в Потсдаме, близ Берлина, в одном из залов дворца Сан-Суси, громкое однократное хлопанье в ладоши производит впечатление продолжительного залпа ружейной пальбы.
Особенно замечательно эхо во дворце Симонетта возле Милана; выстрел, произведенный из окна главного здания, повторяется до 50 раз, вследствие отражения звука от различных пристроек дворца.
Частный случай эха составляет сосредоточение звука посредством отражения его от вогнутых кривых поверхностей. Так, если источник звука помещен в одном из двух фокусов эллипсоидального свода, то звуковые волны собираются в другом его фокусе. Таким образом объясняется, например, знаменитое «ухо Диониса» в Сиракузах — грот или углубление в стене, из которого каждое слово, произнесенное заключенными в нем, могло быть услышано в некотором удаленном от него месте. Подобным акустическим свойством обладала одна церковь в Сицилии, где в известном месте можно было слышать произносимые шепотом слова в исповедальне. Известны также в этом отношении храм мормонов у Соленого озера в Америке и гроты в монастырском парке Олива около Данцига.
Явление отражения характерно и для ультразвуковых волн (механических волн с частотой свыше 20000 Гц). От специальных пьезоэлектрических излучателей ультразвук узким пучком направляется к исследуемому объекту, отражаясь от которого он позволяет увидеть картину в деталях. На отражении основаны эхолокация (метод определения расстояний), ультразвуковая дефектоскопия (обнаружение дефектов, полостей, трещин в литых металлических изделиях), эхоисследование в медицине (см. видеофрагмент ниже).
Особенно замечательно эхо во дворце Симонетта возле Милана; выстрел, произведенный из окна главного здания, повторяется до 50 раз, вследствие отражения звука от различных пристроек дворца.
Частный случай эха составляет сосредоточение звука посредством отражения его от вогнутых кривых поверхностей. Так, если источник звука помещен в одном из двух фокусов эллипсоидального свода, то звуковые волны собираются в другом его фокусе. Таким образом объясняется, например, знаменитое «ухо Диониса» в Сиракузах — грот или углубление в стене, из которого каждое слово, произнесенное заключенными в нем, могло быть услышано в некотором удаленном от него месте. Подобным акустическим свойством обладала одна церковь в Сицилии, где в известном месте можно было слышать произносимые шепотом слова в исповедальне. Известны также в этом отношении храм мормонов у Соленого озера в Америке и гроты в монастырском парке Олива около Данцига.
Явление отражения характерно и для ультразвуковых волн (механических волн с частотой свыше 20000 Гц). От специальных пьезоэлектрических излучателей ультразвук узким пучком направляется к исследуемому объекту, отражаясь от которого он позволяет увидеть картину в деталях. На отражении основаны эхолокация (метод определения расстояний), ультразвуковая дефектоскопия (обнаружение дефектов, полостей, трещин в литых металлических изделиях), эхоисследование в медицине (см. видеофрагмент ниже).
Отражение инфразвуков (механических волн с частотой до 20 Гц) позволяет рыболовецким промысловым судам с помощью специальных устройств быстро обнаруживать стаи рыб.
Эхолокация в природе
Летучая мышь издает ультразвуки, а затем улавливает эхо, отраженное от препятствий. Обладая способностью оценивать сверхкороткие промежутки времени от посылки звукового сигнала до его возвращения, она очень точно определяет расстояние до насекомых, за которыми охотится, и уверенно, не натыкаясь на деревья, летят в густом лесу.
Природные сонары летучих мышей не могут не восхищать исследователей и, в частности, они не могут не вызывать зависти у специалистов по радиолокации. Они обладают очень высокой чувствительностью, позволяющей улавливать крайне слабые эхо-сигналы от комара, который пролетает на расстоянии нескольких метров. Еще более удивительно то, что сонар летучей мыши позволяет ей различить эхо от неподвижного препятствия и эхо от движущегося объекта. Сама-мышь находится в движении. И при этом она не только легко различает неподвижные и движущиеся объекты, но способна воспринять слабенькое эхо от летящего комара на фоне во много раз более сильного эха от поверхности земли, деревьев и т. п.Специалисты по радиолокации знают, как трудно подчас различить радиоэхо от низко летящего самолета и от земной поверхности. Естественно, что их не может не заинтересовать природный сонар летучей мыши.
Как и летучие мыши, дельфины обладают великолепным природным сонаром. Эхолокацию дельфинов обнаружили в начале 50-х годов прошлого столетия. Эхолокация у дельфинов, как и у летучих мышей, осуществляется на ультразвуковых частотах. Дельфины используют главным образом частоты от 80-100 к Гц. Мощность излучаемых дельфинами локационных сигналов может быть очень большой; известно, что они могут обнаруживать косяки рыбы на расстояниях до километра. Дельфин способен воспринимать очень слабые эхо-сигналы в сильнейшем шуме. Например, он прекрасно «замечает» маленькую рыбку, появившуюся на расстоянии 50 м.
Природные сонары летучих мышей не могут не восхищать исследователей и, в частности, они не могут не вызывать зависти у специалистов по радиолокации. Они обладают очень высокой чувствительностью, позволяющей улавливать крайне слабые эхо-сигналы от комара, который пролетает на расстоянии нескольких метров. Еще более удивительно то, что сонар летучей мыши позволяет ей различить эхо от неподвижного препятствия и эхо от движущегося объекта. Сама-мышь находится в движении. И при этом она не только легко различает неподвижные и движущиеся объекты, но способна воспринять слабенькое эхо от летящего комара на фоне во много раз более сильного эха от поверхности земли, деревьев и т. п.Специалисты по радиолокации знают, как трудно подчас различить радиоэхо от низко летящего самолета и от земной поверхности. Естественно, что их не может не заинтересовать природный сонар летучей мыши.
Как и летучие мыши, дельфины обладают великолепным природным сонаром. Эхолокацию дельфинов обнаружили в начале 50-х годов прошлого столетия. Эхолокация у дельфинов, как и у летучих мышей, осуществляется на ультразвуковых частотах. Дельфины используют главным образом частоты от 80-100 к Гц. Мощность излучаемых дельфинами локационных сигналов может быть очень большой; известно, что они могут обнаруживать косяки рыбы на расстояниях до километра. Дельфин способен воспринимать очень слабые эхо-сигналы в сильнейшем шуме. Например, он прекрасно «замечает» маленькую рыбку, появившуюся на расстоянии 50 м.
В девяностые годы прошлого века была открыта эхолокация у насекомых. Ночные бабочки-совки – пушистые создания с глазами, светящимися оранжевым светом в лучах электрических ламп способны воспринимать ультразвуки до 150 кГц. Совки воспринимают сигналы, сходные по параметрам с ожидаемым эхом, и ориентируются в темноте на фоне генерации ими ультразвуков – другими словами, что они способны к эхолокации.
Знаменитое эхо
В замке Вудсток в Англии эхо повторяет 17 слогов. Развалины замка Деренбург возле Гальбернштадта давали 27-слоговое эхо, но одна стена взорвана. Скалы в Чехословакии троекратно повторяют 7 слогов.
Древнегреческая легенда об эхо: http://class-fizika.narod.ru/9k_8.htm
Энциклопедическая справка: http://ru.wikipedia.org/wiki/Эхо
Интересные факты: http://class-fizika.narod.ru/p1113.htm
Интернет-урок: http://class-fizika.narod.ru/9_28.htm
Энциклопедическая справка: http://ru.wikipedia.org/wiki/Эхо
Интересные факты: http://class-fizika.narod.ru/p1113.htm
Интернет-урок: http://class-fizika.narod.ru/9_28.htm
Вывод
Эхо - отражение упругих механических волн - явление, характерное, как для звуковых волн, так и для ультразвуковых волн, неслышимых человеком. Оно встречается в природе и помогает животным ориентироваться в пространстве. Человек взял к себе на службу и научился использовать это необычное физическое явление.