Звуки природы

Атмосферная акустика изучает особенности распространения и слышимости звуков в атмосфере. Звуком называется колебательное движение частиц упругой среды с частотами от 16-20 до 20 000 Гц, воспринимаемыми нашим органом слуха. Вокруг источника звука возникает замкнутая волна, которая распространяется во все стороны. Отдельная звуковая волна представляет собой сжатие и последующие распространение воздуха, возникающие вследствие колебательных движений молекул газа вдоль пути распространения волны.

В природе существует целый ряд звуковых явлений, происхождение которых связано с метеорологическими и геофизическими процессами. Общеизвестно и наиболее изучено звуковое явление метеорологического происхождения - гром, который обычно сопровождает разряды молнии. Образование грома объясняется следующим. Вдоль пути разряда молнии возникает внезапное нагревание и вследствие этого сильное расширение воздуха, похожее на сильный взрыв. Это расширение и вызывает ударную волну, перемещающуюся в атмосфере и достигающую земной поверхности.

Обычно гром воспринимается не как отдельный резкий звук (это наблюдается редко), а как ряд последовательных ударов, так называемых раскатов, которые отличаются интенсивностью и продолжаются по несколько секунд, создавая непрерывный рокочущий звук. Продолжительность и раскаты грома зависят главным образом от длины и изломанности пути молнии. Резкие и короткие удары отмечаются в тех случаях, когда грозовой разряд происходит вблизи от наблюдателя, и в особенности при небольшой длине канала молнии (при ударе молнии в землю). Чем больше расстояние от наблюдателя до молнии, длиннее и извилистее ее траектория, тем более продолжительным и раскатистым оказывается гром. Это объясняется тем, что гром возникает по всей траектории молнии практически одновременно, но при большой протяженности канала молнии звук от различных точек ее доходит до наблюдателя не одновременно и при том с неодинаковой интенсивностью. Кроме того, по одному каналу молнии проходит несколько последовательных разрядов и производимые ими звуки сливаются, увеличивают продолжительность, создают раскаты грома. Наконец, в образовании раскатов грома некоторую роль играет отражение звука (эхо) как от земной поверхности, так и от облаков и от поверхностей раздела воздушных масс.

Несмотря на большую силу источника звука, дальность слышимости грома редко превышает 20-25 км. Происходит это потому, что, во-первых, гром возникает при всем извилистом пути молнии и его энергия рассеивается по этому пути; во-вторых, гром всегда возникает при метеорологических условиях, неблагоприятных для слышимости.

По промежутку времени между вспышкой молнии и громом можно определить расстояние от наблюдателя до места удара молнии. Для этого следует этот промежуток времени умножить на среднюю скорость звука, равную 332 м/с.

Звуковые явления, такие, как вой ветра, гудение проводов, шум леса, шелест ивы и другие, объясняются следующим образом. При обтекании воздушным потоком твердых предметов около каждого из них возникают завихрения воздуха. Если срыв вихрей с препятствий происходит с частотой, воспринимаемой ухом (что имеет место при большой скорости ветра), то возникает звуковая волна. Чем больше скорость ветра, тем выше тон образующегося звука. А так как ветер дует обычно порывами, то создается большое число различных звуков.

При обтекании воздухом проводов тон звука зависит еще и от диаметра колеблющего провода, а сила звука - от степени натяжения его. Особенно сильно гудение проводов наблюдается зимой при сильных морозах, когда провода, охлаждаясь, укорачиваются и сильнее натягиваются.

Звуки, которые возникают при падении капель дождя и градин на предметы или почву, при перемещении снежинок по снежным полям, при движении песчаных масс, вызываются соударениями отдельных частиц и колебаниями той поверхности, на которую они падают или вдоль которой происходит их перемещение.

Скрип снега при значительных морозах объясняется тем, что снежинки под давлением ноги человека, полозьев саней или колес машины не плавятся, как при более высоких температурах, а разламываются и перемещаются. И чем ниже температура, тем сильнее скрипит снег.

Распространение звуковых волн (скорость и направление) определяются свойствами и состоянием среды, в которой распространяется звук. Атмосфера является акустически неоднородной средой, поэтому акустические волны, т.е звук, испытывают в ней ослабление, отражение и преломление, причем все эти процессы тесно связаны с ее физическими состоянием. Поэтому изучение особенностей распространения звука в атмосфере имеет практическое значение как один из косвенных методов исследования ее свойств для звуковой сигнализации и определения ее местонахождения источника звука (звуковой разведки).