Фізичні явища: звукові та світлові

Світло. Джерела світла

Світлові явища — це явища, пов’язані з поширенням світла. Світло — це хвиля, яка поширюється тільки у прозорих середовищах. Світло поширюється від джерела прямолінійно у всі боки, отже, світлові промені — це лінії, уздовж яких поширюється світло. Воно не може проникати через непрозорі предмети, доказом цього є утворення тіні.

Наука, яка досліджує виникнення й поширення світла, називається оптика.

У темній кімнаті ми нічого не бачимо. Запалимо свічку і відразу побачимо саму свічку, свої руки і все те, що знаходиться в кімнаті.

Чому так відбувається? Полум’я свічки випромінює світло, яке поширюється в усіх напрямках, відбивається від предметів, які знаходяться в кімнаті, це сприймають наші очі і тому ми бачимо всі предмети, які є в кімнаті.

Тіло, яке випромінює світло – є джерелом світла. Отже, свічка – це джерело світла. Джерела світла можуть бути природними та штучними.

Залежно від того, як тіла випромінюють світло розрізняють теплові та люмінесцентні джерела світла.

Тепловими джерелами світла є Сонце, зорі, електрична лампочка, свічка. Всі вони мають високу температуру і додатково є джерелом тепла. Наприклад, під час хімічного явища горіння деревини випромінюється світло і одночасно ми відчуваємо тепло. Таким чином багаття є одночасно і джерелом світла і джерелом тепла.

Але в природі зустрічається і «холодне» світло, наприклад, світло гнилушек, різних світлячків і полярних сяйв. Люмінесцентними джерелами світла є тіла, які мають низьку температуру. До люмінесцентних джерел світла належать деякі живі організми, які здатні світитися. Сяючі тіла в цьому випадку не розпечені.

Зміни, які пов’язані з випромінюванням, сприйняттям та поширенням світла називають світловими явищами. До світлових явищ належать: випромінювання світла, поширення світла, його відбивання, поглинання, заломлення світла, розклад білого світла на кольори.

Світло випромінюється джерелом світла і поширюється прямолінійно в усі боки, вздовж прямих ліній — променів, подібно до сонця. Якщо на шляху променів поставити якийсь предмет, то за ним утвориться тінь, бо світло не може проникнути через непрозорий предмет. Якщо тіло прозоре, то виникає тоді напівтінь.

«Історична довідка»

Уперше дослідив склад сонячного світла відомий англійський вчений Ісаак Ньютон. Він пропустив біле сонячне світло крізь маленький отвір у віконці в затемнену кімнату, а на шляху променя поставив скляну призму. Призма заломила сонячний промінь і спрямувала його на стіну де з'явилась різнокольорова смужка, яку Ньютон назвав спектром. Таким чином Ньютон дійшов висновку, що сонячне світло складається з семи кольорів, а саме: червоного, оранжевого, жовтого, зеленого, голубого, синього та фіолетового.

Отже, білий колір сонячного світла —суміш цих кольорів. Тепер зрозуміло чому ми бачимо таким різноманітним навколишній світ.

У 1807 році англійський учений Томас Юнг зробив не менш важливе відкриття: біле світло можна отримати внаслідок змішування тільки трьох кольорів – червоного, зеленого і синього.

У живописі основними кольорами є червоний, жовтий і синій. Змішуючи ці кольори, можна отримати будь-який колір, крім білого. Якщо змішати ці три кольори, отримаємо чорний колір.

Чому кожен предмет має свій колір? Предмети мають той колір, який вони відбивають із семи кольорів білого світла, а інші поглинають. Наприклад, червоний одяг відбиває червоний колір, поглинаючи інші. Відбитий колір потрапляє до наших очей, і ми бачимо одяг червоним. Предмети білого кольору відбивають всі кольори. Чорне ж тіло взагалі поглинає світло і не відбиває жодного з кольорів.

Приймачі світла — це тіла, чутливі до світла.

Такими є, наприклад, наші очі. Світло спричиняє в очах нервові подразнення, які передаються в мозок людини, і людина сприймає навколишні предмети. У листках рослин під дією світла з вуглекислого газу, що міститься в повітрі, та води, яку рослина вбирає з ґрунту, утворюються поживні речовини. При цьому рослини виділяють у навколишнє, середовище кисень.

Завдяки світлу тварини «орієнтуються» в навколишньому середовищі. Гострота зору в різних тварин різна. Так, очі птахів містять більше світлочутливих елементів порівняно з іншими живими істотами. Орли мають гостроту зору значно вищу, ніж горобці. Око орла можна порівняти із телескопом, а око горобця — тільки зі збільшуваним склом.

Дайте відповіді на питання:

1. Наведи приклади різних джерел світла й середовищ, у яких воно поширюється.

2. Що таке веселка? Як вона виникає?

3. Запропонуй дослід, за допомогою якого можна довести, що світло поширюється прямолінійно.

Що таке звук та як він виника

Навколишній світ наповнений найрізноманітнішими звуками. Шелестіння листя, шум морського прибою, дзюрчання струмка, спів птахів, розмова людей, гримить грім, грають на бандурі - це приклади звукових явищ.

Струна бандури чи скрипки, коли до неї доторкнутися, створює звук. Пилка, що розпилює дерево, також видає звук. Від вітру шелестить листя, завдяки руху крилець джмеля чутно їхнє дзижчання. Отже, ми живемо у світі звуків: чуємо голоси людей, спів птахів, звуки музичних інструментів, шум двигунів автомобілів, шелест листя в лісі, грім під час грози, писк комара біля вуха, дзижчання мухи.

Що ж таке звук? Якщо струну бандури натягнути, а потім відпустити, вона почне коливатися рухатися, як гойдалка чи маятник годинника. А оскільки це коливання відбувається у повітрі, то струна змушує коливатися і повітря, розташоване поруч з нею. Під дією струни воно виконує коливання, схожі на ті, що були у струни. Отже, струна передає власні коливання частинкам повітря, розташованим до неї найближче, а ті – сусіднім і так далі. Внаслідок цього і виникає звук.

Звук – це коливання фізичних тіл (наприклад, повітря, води, металу), що поширюються в навколишньому середовищі та сприймаються вухом людини та тварин.

Звук — це те, що чує вухо.

Явища розповсюдження коливань у середовищі (повітрі, воді, металах), які сприймає наше вухо, називають звуковими явищами.

Людина дослідила звукові явища. Для підсилення та записування звуку, передавання його на значні відстані створено спеціальні прилади. Завдяки ним ми користуємося радіо, телефоном, магнітофоном.

Спостерігати за тим, як утворюється звук, можна за допомогою звичайної лінійки. Один кінець досить довгої лінійки притиснемо до столу, а інший нехай вільно звисає. Відхиливши вільний кінець лінійки, змусимо її коливатися. Але цих коливань наше вухо не сприймає. Вкоротимо кінець лінійки, який виступає за край стола й лінійка почне «звучати». Це відбувається тому, що стальна лінійка стискає шар повітря, що прилягає до одного з її боків, і одночасно розріджує з іншого. Ці стиснення і розрідження чергуються в часі у будь-якому середовищі (газах, рідинах, твердих тілах). Вони спричиняють коливання середовища, що й створює звук.

Як поширюється звукова хвиля

Звукові хвилі в середовищі створюються завжди тілом, яке коливається. Тіло, що своїми коливаннями створює звук, є джерелом звуку. Поширення звукових коливань називається звуковою хвилею.

У світі існує два джерела звуку: природні (звуки природи), штучні (механічні інструменти, звукозаписувальні пристрої, виробничі й транспортні шуми).

Необхідною умовою для передавання звуку від коливного тіла до приймача (зокрема, до нашого вуха) є існування пружного середовища між вібратором і приймачем. Найчастіше звукові хвилі досягають наших вух повітрям. Проте вони можуть поширюватися і в інших речовинах.

Повітря не має якихось особливих переваг порівняно з іншими речовинами в розумінні можливості поширення в ньому звукових хвиль. Удари двох камінців один об одного аквалангіст може чути, перебуваючи під водою, оскільки коливання передаються до вуха водою. Якщо прикласти вухо до землі, то можна почути наближення потяга або автомобіля. В цьому випадку земля не впливає безпосередньо на ваші барабанні перетинки. Однак хвилю, яка поширюється в землі, називають звуковою хвилею, оскільки її коливання приводять до коливань повітря в зовнішньому вусі.

Поширення звукової хвилі можна порівняти з поширенням хвилі, що виникає на водній поверхні, якщо кинути у воду камінець.

Сторінка ерудита

Чому люди, які хотіли почути стукіт копит кінного війська, прикладали вухо до землі, а не прислухались до нього в повітрі? Тому що в твердому середовищі звук має більшу швидкість, ніж в газоподібному.

Так, у воді звук поширюється зі швидкістю 1500 м/. У твердих тілах швидкість звуку ще більша, ніж у рідинах. У деяких металах швидкість сягає кількох тисяч метрів за секунду: зокрема, у свинці – 1300 м/с, у міді – 4560 м/с, у сталі – 5100 м/с, у залізі—5850 м/с, а в алюмінії при температурі 20°С дорівнює 6260 м/с.

А в повітрі — 344 м/с.

Цікаво, що крізь гуму звук проходить зі швидкість лише 54 м/с, крізь корок – 500 м/с, цегляну стіну – 3480 м/с, граніт – 3950 м/с, дерево – 4000 м/с, а скло 5000 м/с.

Звук не може поширюватися за відсутності речовини. Якби ми потрапили на Місяць, то нічого б не почули, бо на ньому немає повітря – середовища, в якому поширюється звук. Тому космонавт на Місяці, де немає атмосфери, не почує ні потужного гулу реактивних двигунів, ні виверження вулкана. Перебуваючи на Місяці, космонавти спілкувалися один з одним за допомогою радіо.

Погано проводять звук такі матеріали, як повсть (войлок), скловата, пористі панелі, пресований корок і т. д. Ці матеріали використовують для звукоізоляції, тобто для захисту приміщень від сторонніх звуків.

Звукові явища надзвичайно важливі для природи. Так, звук - засіб спілкування організмів. Майже всі тварини реагують на звук. Одні з них сприймають звук як сигнал небезпеки, інші сигналізують про стан організму, ще інші вказують напрямок пошуку корму, місце для розмноження. Багато тварин спілкується між собою за допомогою звукових сигналів.

Ми сприймаємо звукові хвилі за допомогою вух. Слух людини — не найкращий серед представників живої природи.

Звук - це джерело інформації для людини. Прослуховування за допомогою спеціальних приладів, наприклад медичного фонендоскопа, звуків в організмі допомагає отримати відомості про роботу серця, легенів.

Важливу інформацію людині дає мовлення. Ми видаємо і чуємо звуки, завдяки цьому спілкуємося один з одним.

Перегляньте презентацію, щоб узагальнити знання про світлові та звукові явища

Опрацюйте у підручнику § 12.

Потім дайте відповіді на питання:

1. Як виникає і поширюється звук?

2. Що таке звукові явища? Наведи приклади таких явищ.