летним вечером и совсем не слышать его в жаркие полуденные часы.

Большое впечатление производит многократное эхо - когда какой-нибудь громкий звук (крик, хлопок, выстрел) порождает не один, а несколько следующих друг за другом звуковых откликов. Такое эхо часто встречается в скалистых местностях, горных районах, в каменных замках. В Олимпии (Греция) в храме Зевса сохранился до наших дней Портик Эхо . В нем голос повторяется 5...7 раз. В Сибири на реке Лене севернее Киренска есть удивительное место. Рельеф скалистых берегов там таков, что эхо гудков идущих по реке теплоходов может повторяться до 10 и даже 20 раз (при благоприятных погодных условиях). Такое эхо подчас воспринимается как постепенно затухающий звук, а иногда как звук, порхающий с различных направлений. Многократное эхо можно слышать также на Телецком озере в горах Алтая. Это озеро имеет 80 км в длину и всего несколько километров в ширину; его берега высоки и круты, покрыты лесами. Выстрел из ружья или резкий громкий крик порождает здесь до 10 эхо-сигналов, которые звучат в течение 10... 15 с. Любопытно, что часто звуковые отклики представляются наблюдателю приходящими откуда-то сверху, как если бы эхо было подхвачено прибрежными возвышенностями.

В зависимости от рельефа местности, места и ориентации наблюдателя, погодных условий, времени года и суток эхо изменяет свою громкость, тембр, длительность; меняется число его повторений. Кроме того, может измениться и частота звукового отклика; она

может оказаться более высокой или, напротив, более низкой по сравнению с частотой исходного звукового сигнала. Напомним в связи с этим следующую картину, наверняка знакомую многим читателям. Вы едете в поезде, снаружи в открытое окно доносится множество звуков. Но вот поезд вошел в туннель - звуки сразу же стали более громкими и гулкими. Это происходит благодаря отражениям звуков от стенок туннеля, порождающим эхо. А теперь пусть наш поезд пересекает широкую реку, мимо окна быстро мелькают балки ферм железнодорожного моста. И сразу эхо стало иным - теперь мы слышим быстро следующие друг за другом короткие высокие ( свистящие ) звуки.

Мир звуков. Мы живем в мире звуков. Везде - в окружающем нас воздухе, в воде, в земле - распространяются различные по частоте, громкости, тембру звуковые волны.

Рассмотрим звуковую волну в воздухе. Она представляет собой регулярно чередующиеся сжатия и разрежения воздушной среды, распространяющиеся от источника звука; см. рисунок 12.1,а, где более темным тоном показаны более плотные (более сжатые) области, О - источник звука, X - длина звуковой волны. Такие волны называются продольными - частицы среды совершают колебания вдоль направления распространения волны (смещаясь вперед, частицы создают сжатия в волне, а смещаясь назад - разрежения). В случаях, изображенных на рисунке 12.1, молекулы воздуха совершают колебания вдоль стрелок. На рисунке 12.1,а звуковая волна рас-

пространяется от источника света во все стороны. Используя рупор (в простейшем случае это могут быть ладони, соответствующим образом приставленные ко рту), можно обеспечить распространение звуковой волны в пределах некоторого угла а (рис. 12.1,6). О величине этого угла можно говорить, разумеется, лишь приближенно; в данном случае важно то, что в пространстве выделено преимущественное направление распространения энергии звука - его называют направлением звукового луча (штриховая прямая на рисунке).

Заметим, что сжатия и расширения воздуха в любой фиксированной точке пространства совершаются очень быстро - настолько, чтобы теплообмен между сжатыми и разреженными областями не успевал произойти (адиабатное сжатие и расширение). Как показывает теория, скорость распространения таких сжатий и разрежений, иначе говоря, скорость звуковой волны в воздухе, может быть определена по формуле

* ь м

(12.1)

где R - газовая постоянная (R= =8,31 Дж/(моль-К)),УИ - молярная масса (для воздуха УИ=2,9х Х10~ кг/моль), Т - температура воздуха. Используя численные значения для R vi М, перепишем (12.1) в виде

V (м/с)=20/Т:

(12.2)

Для Т=273 К получаем из (12.2) хорошо известное значение v= =330 м/с. Подчеркнем, что скорость звука в воздухе довольно заметно возрастает с увеличением температуры. Например, при Т= =303 К (30°С) она составляет 350 м/с, в то время как при температуре Г=243 К (-30°С) она равна 312 м/с.

В жидкостях и твердых телах распространяются как продольные (волны сжатия-разрежения), так и поперечные волны. В поперечной звуковой волне частицы среды совершают колебания перпендикулярно к направлению распро-

странения волны. Скорость распространения звуковых волн в жидкостях и твердых телах существенно больше, чем в воздухе. Так, в воде звук распространяется со скоростью 1400...1500 м/с, в граните и мраморе около 4000 м/с, в различных породах деревьев от 3000 м/с до 5000 м/с. Как и в воздухе, скорость звука в воде возрастает с увеличением температуры (для пресной воды: 1410 м/с при 0°С, 1430 м/с при 5°С, 1480 м/с при 20°С).

Источники звуков необычайно многообразны. Мы не будем говорить здесь о прекрасном мире музыки, не будем касаться и тех подчас весьма беспокоящих нас звуков, которые порождает созданный нами же самими мир техники. Нас будут интересовать лишь природные источники звуков. Этих источников очень много и они крайне разнообразны. Шелест листьев деревьев, журчание ручья, завывание ветра, рокот морских волн, шум прибоя, грохот обвалов, гром - этот перечень можно было бы существенно увеличить. В него можно было бы включить также звуки, издаваемые живыми существами - птицами, зверями, рыбами. Да, мы не оговорились,- и рыбами тоже. Известная поговорка нем как рыба оказалась неправильной. Рыбы издают множество звуков, и притом весьма разнообразных, так что вряд ли уместно называть подводное царство миром безмолвия . Ставрида, например, издает звуки, напоминающие собачий лай, морской налим урчит и хрюкает, рыба барабанщик (из породы горбылей) производит нечто, действительно напоминающее барабанный бой; звуки карпа похожи на серию тресков, а речного

окуня на короткую дробь. Особо следует сказать о морских млекопитающих - китообразных, и в частности о дельфинах. Они обладают великолепно развитым внутренним ухом и отличаются исключительной болтливостью . Их словарь довольно велик - он состоит из скрежета, щелканий, свистов, хрюканья, визга и т. д.

Почему же мы не слышим голоса рыб? Основная причина в том, что звуковые волны, достигая границы, разделяющей воду и воздух, почти целиком отражаются от нее. Лишь 1% энергии звука пересекает эту границу. Можно считать, что звуковая волна в воде, достигнув поверхности, разделяющей две стихии, почти полностью отражается от нее и продолжает распространяться под водой. То же относится и к звуковой волне в воздухе: достигнув поверхности воды, она почти полностью отражается от нее и продолжает распространяться в воздушной среде. Таким образом, мир звуков в воздухе и мир звуков в воде оказываются практически изолированными один от другого.

Впрочем, имеются свидетельства рыбаков и исследователей, указывающих на то, что иногда голоса рыб можно услышать. В частности, немало поющих и разговаривающих рыб в бассейне Амазонки. Среди них можно указать большого сома пирару, издающего звуки, которые напоминают рев слона; их слышно на расстоянии до ста метров. Внешне мало примечательная рыба хараки во время нереста издает громкие звуки, похожие на звук мотоцикла. Так что нельзя утверждать, что мы совсем не слышим рыбьих голосов.