Zvuk je mechanické vlnění, ke svému šíření potřebuje látkové prostředí (např. voda, vzduch, pevná látka). Na rozdíl od světla (elektromagnetické vlnění) se tedy zvuk nešíří ve vakuu.
mechanické a elektromagnetické vlnění
Mechanické vlnění se šíří prostředím, kde jsou částice. Kmitání jedné částice se díky vzájemným vazbám přenáší na další částici a tak dál. Mechanické vlnění jsou třeba vlny na vodní hladině, kmitání tyče, do které jsme udeřili, nebo zvuk.
Elektromagnetické vlnění ke svému šíření částice nepotřebuje. Jedná se vlastně o kmity elektrického a magnetického pole (časově proměnné silové pole). Elektromagnetické vlnění různé vlnové délky je viditelné světlo, rentgenové záření, mikrovlnné záření nebo rádiové vlny.Čím jsou v daném prostředí částice k sobě blíž a čím pevnější mají vazby, tím rychleji se zvuk šíří. Ve vzduchu (rychlost zvuku ~340 m/s) se tedy šíří pomaleji než ve vodě (~1500 m/s) nebo třeba v oceli (~5000 m/s).
Šíření zvuku ve vzduchu
- Zvuková vlna se šíří všemi směry jako změna tlaku. Šíření zvuku odpovídá kmitání částic, které se k sobě přibližují a pak se zase vzdalují.
- Zvuk ve vzduchu je podélné vlnění. To znamená, že částice kmitají ve směru šíření vlny.
- Rychlost zvuku závisí na teplotě vzduchu: čím je vzduch teplejší, tím rychleji se zvuk šíří. Tato závislost je v rozumném rozsahu teplot (rozuměj zhruba od -100 °C do 100 °C) přibližně lineární.
- Pokud považujeme vzduch za ideální plyn, nezávisí rychlost šíření zvuku na tlaku.
- Zvuk se taky šíří nepatrně rychleji ve vlhkém vzduchu (třeba při bouřce), rychlost závisí i na složení vzduchu (např. v lehčích plynech se šíří rychleji než v těžších).
Odraz zvuku
Když zvuková vlna narazí na překážku, část se odrazí. Podle toho, o jakou překážku se jedná, odrazí se více nebo méně zvuku – tvrdé a hladké povrchy (skála, dlaždice) vedou k silnějšímu odrazu, zatímco měkčí povrchy (molitan, koberce) více zvuku pohltí. Proto když si zpíváme v koupelně, zvuk se hezky “rozléhá” – odráží se od hladkých povrchů.
Ozvěna a dozvuk
- Pokud je překážka, od které se zvuk odráží, plochá a velká (např. skalní stěna, rozměrná budova), může vzniknout ozvěna nebo dozvuk.
- Pokud se odražený zvuk vrátil za více než 0,1 sekundy, mluvíme o ozvěně. Desetina sekundy je totiž čas, který zhruba trvá vyslovit jednu slabiku. Takovou ozvěnu pak tedy slyšíme jako opakování původního zvuku, například poslední slabiky.
- Pokud se odražený zvuk vrátí za méně než desetinu sekundy, jedná se o dozvuk. Lidské ucho v takovém případě nezvládne jasně rozlišit původní a odražený zvuk.
Jak musí být vzdálená taková překážka, aby vznikla ozvěna?
Zvuk se ve vzduchu šíří rychlostí asi 340 m/s a chceme vědět, jak daleko je překážka, od které se vrátí za 0,1 s.
Protože se zvuk šíří rovnoměrně, můžeme využít vztah pro výpočet dráhy:
s = v\cdot t = 340 \cdot 0,1 = 34\,\mathrm{m}, kde t bude čas a v rychlost zvuku.
Celková dráha s zahrnuje cestu k překážce a zpátky (34 m). Abychom získali vzdálenost od překážky, musíme ji ještě podělit dvěma.
Aby vznikla ozvěna, musí být překážka vzdálená nejméně 17 metrů.Využití odrazu zvuku
- Odraz zvuku využívají v přírodě například delfíni nebo netopýři při lovu kořisti (echolokace).
- Lidé tento postup napodobili – například k měření hloubky moře využívají sonar.
- Odrazu zvuku se také využívá například při kontrole materiálů nebo při měření vzdálenosti pomocí ultrazvukových měřičů.
Ohyb zvuku
Zvuk se může šířit i za překážkami. Díky ohybu zvuku slyšíme, když někdo mluví za rohem, přestože jej nevidíme. Ohyb zvuku je výraznější u překážek, které mají podobnou velikost jako vlnová délka zvuku. Zvuky vysokých frekvencí se tlumí snáz než nízkofrekvenční zvuky. Proto ve velké vzdálenosti slyšíme hrom už jen jako hluboké dunění.