Дэйв Зобель - Теория Большого взрыва. Наука в сериале

В то же время, когда вибрирующий предмет движется назад, то он создает небольшую тягу, снова привлекая молекулы к себе. Движение обратно передается на соседей по цепочке, и, хотя сами молекулы движутся обратно, волна низкого давления путешествует вперед. Затем вибрирующий предмет начинает снова двигаться вперед и цикл повторяется, воздушные молекулы мечутся туда и обратно, и волны высокого и низкого давления проходят сквозь них.

Как создать волну

Волна – это возмущение, а не предмет. Предметы влияют на объекты по соседству, которые в свою очередь влияют на предметы вокруг них. Так волна перемещается в пространстве.

Например, круги на воде, произведенные камнем, брошенным в пруд, на самом деле являются самопроизводящейся цепью локальных возмущений. Водные молекулы, двигающиеся под влиянием камня, влияют на своих соседей, которые в свою очередь влияют на своих и так далее. Возмущение всегда распространяется во все стороны, а не только прямо на линии непосредственного исходного возмущения; но половина этих соседей уже подвержены волнению, и их колебания накладываются друг на друга и гасят друг друга во всех направлениях, кроме одного. В результате новая волна, неотличимая от старой, движется вперед, исходя от первоначального источника.

Чем быстрее вибрация предметов, тем короче дистанция между сменяющими друг друга областями высокого и низкого давления. Это происходит потому, что скорость волны в основном зависит от плотности материала, через который она проходит, а не от силы или скорости вибрации. Высота звука – это величина скорости, с которой волны сменяют области высокого и низкого давления, тогда как громкость, которую мы воспринимаем, это величина общей разницы в давлении. Если разница между областями высокого и низкого давления небольшая, то звук не передает большое количество энергии и воспринимается как негромкий; если разница велика (очень высокое давление сменяет очень низкое), то звук несет больше энергии и воспринимается как громкий.

Звуки не распространяются в вакууме. Без посредника (например, воздуха), передающего их, волны не смогут достичь вашего уха, и вы ничего не услышите. В открытом космосе нет идеального вакуума, но небольшие вкрапления веществ – в основном это одинокие атомы водорода – настолько далеко разбросаны, что процесс толкания и тяги не окажет на их соседей практически никакого влияния. Поэтому никто не услышит, как вы кричите в открытом космосе. (Или в случае с Леонардом, как он умоляет.)

Она меня волнует

Энергия, которую несет морская волна, измеряется не только высотой. Если бы это было не так, рябь на воде в стакане на четвертом этаже была бы сильнее цунами в бассейне на первом. Самые сильные волны те, у которых больше разница в высоте гребня и подошвы волны: самые высокие верхушки и самые низкие впадины.

То же самое относится ко всем волнам, даже тем, чья интенсивность не измеряется физической высотой. Самые высокие и низкие точки (гребни и подошвы) звуковой волны являются не взлетами и падениями, а сменами областей высокого и низкого давления, с молекулами, которые попеременно толкаются вперед и втягиваются назад. Чем больше разница в давлении между областями, тем сильнее волна и тем громче звук.

Световые волны не являются колебанием чего-то физического. Они являются чередованием интенсивности электромагнитного поля и стремятся в стороны, в то время как свет проходит сквозь них. Чем выше гребни и ниже подошвы, тем сильнее волна и ярче свет.

Звук, который ваше ухо может перенести без повреждений, в миллионы миллионов раз мощнее самого тихого, которое оно может различить. Между этими крайностями находятся частоты, которые улавливаются ухом как смена звукового давления. Если давление скачет вверх и вниз с частотой где-то в 20 раз в секунду, то звук воспринимается как очень низкое гудение. Если оно сменяется со скоростью 20 000 раз в секунду, оно звучит как писклявое нытье. (Снова здесь вспомним о Леонарде.) Звуки с частотой колебания ниже или выше просто не распознаются ухом, если это ухо не принадлежит слону или летучей мыши или какому-то другому подобному существу.

Когда мы становимся старше, мы теряем способность различать тихие звуки и очень высокие и очень низкие колебания, поэтому хитрые подростки часто выбирают очень высокие рингтоны для своих телефонов, которые не слышны взрослым. Учителя считают такой выбор проявлением вежливости, так как это нарушает дисциплину гораздо менее деструктивным способом.