#физика | Наука тишины
Сегодня мы будем учиться… тишине. Некоторые материалы легко пропускают через себя звуки, другие же поглощают их, отталкивают или искажают. Современный человек настолько привык к фоновым шумам, что порой их не замечает. И тем не менее иногда посторонние звуки только отвлекают от чего-то очень важного. Быть может, от желания побыть наедине с самим собой.
Замечательная книга Дженис Ванклив «Engineering for Every Kid» открывает не только детям, но и взрослым великие и одновременно простые загадки окружающего мира. Ведь многое было позабыто в суете будней и шумной радости выходных. Многие замечательные знания проходят мимо и потом бывает так приятно вновь с ними встретиться.
Необходимые материалы и оборудование
Механический кухонный таймер; коробка из-под обуви; 2 карандаша; ватные шарики в количестве, достаточном, чтобы заполнить коробку.
Ход эксперимента
1. Постарайтесь отключить все посторонние звуки: телевизор, стереосистему и прочую технику, которая работает достаточно громко.
2. Поместите таймер в картонную коробку, закройте ее крышкой и поставьте на подоконнике или столе.
3. Отходите по прямой линии от коробки до тех пор, пока не перестанете слышать звук тикающего таймера.
4. В этом месте положите карандаш.
5. Теперь наполните коробку (поверх работающего таймера) ватными шариками, но сам таймер оставьте в той же точке коробки, где он находился и прежде.
6. Коробку оставьте в том же самом месте, в котором она находилась в первой части эксперимента. Для чистоты эксперимента, фоновых звуков должно быть столько же. А это значит, что телевизор включать не надо.
7. Отходите до тех пор, пока не перестанете слышать тиканье таймера и положите карандаш на пол в этом месте.
Что произошло?
Когда коробка заполнена ватными шариками, вы перестаете слышать звук таймера в точке, более близкой к коробке с ним.
Почему?
Изолирующим материалом называют такой материал, через который энергия плохо проходит. Поскольку звук является одним из типов энергии, хлопковая вата впитывает большую его часть и частично предотвращает его распространение за пределы коробки. Степень тишины зависит от мощности звуковой энергии. Если часы в наполненной ватой коробке слышны только тогда, когда вы находитесь рядом с ней, это означает, что энергия звука, проникающего из изолированной ватой коробки меньше, чем энергия звука, проникающего из той же коробки, но не изолированной.
Звук — это вибрация, поэтому в пушистых ворсистых рыхлых материалах он распространяется медленнее. Звук является волной, передаваемой путем вибрации материалов, таких как воздух. Звуковые волны проникают в человеческие уши. Затем уши дают сигнал мозгу, который и интерпретирует эти звуки. Материалы вибрируют с разными скоростями и звуковые волны отличаются своей величиной. Эти звуки мозг распознает, как обладающие определенными свойствами. Одним из важнейших свойств звука является его громкость.
Если в помещении хорошо слышны звуки, то говорят, что оно обладает хорошей акустикой. Акустика помещения зависит от того, как звуковые волны взаимодействуют с расположенными там предметами. Те или иные предметы могут взаимодействовать со звуковыми волнами тремя различными способами:
(1) Отражаться, «отскакивать» от твердых гладких материалов, таких как зеркала, дощатые полы и мебель без обивки.
(2) Впитываться, абсорбироваться мягкими, пушистыми материалами, такими как ковры, шторы, мягкая мебель и неровными поверхностями, в частности текстурными стенами.
(3) Возможна также диффузия — рассеивание звуковых волн, то есть их распространение во многих различных направлениях. Это происходит при взаимодействии звуковых волн с твердыми и гладкими предметами, не обладающими равномерной формой. Наилучшим примером таких предметов могут служить книги различных размеров на полке. Происходит это потому, что волны «отскакивают» от поверхностей в разных направлениях.
В помещении, в котором стоит мягкая мебель, на окнах занавески, а пол покрыт ковром, вы можете даже не услышать своих шагов. В этом же помещении, но пустом, без мебели, занавесок и ковра, звуки ваших шагов будут значительно громче. Это происходит потому, что мягкая мебель, занавески и ковры поглощают звуки. А стены и пол пустого помещения его отражают. Всем известен такой эффект, как эхо. Он формируется отраженными звуковыми волнами. В пустом помещении вы услышите не только свои шаги, но и эхо, то есть отраженные звуки. Если взять три игрушки: плюшевого мишку, мяч и юлу, то именно плюшевый мишка будет наиболее звукопоглощающей из них.
Все эти и многие другие знания о свойствах звука необходимы инженерам по акустике. Ведь акустические качества больницы, где необходима тишина, должны отличаться от акустики спортивных и концертных залов.
Как вы думаете, для каких помещений желательно использовать мягкие и ворсистые материалы, а для каких — гладкие и твердые? Почему дизайнерам следует поступать именно так, а не иначе?