По звуку, который издает тот или иной предмет, можно понять, из какого материала он сделан. Наверняка каждый из нас сможет легко определить, какая вещь упала на пол, даже не глядя на нее. Ведь разница между стеклянной чашкой, деревянной дощечкой или металлической ложкой сразу заметна. Но в чем секрет звонкости металла, который звучит громче других материалов.
Как возникает звук?
Чтобы понять, почему металл звенит, рассмотрим сперва природу возникновения звука. Это явление физического характера, которое представляет собой распространение механических колебаний в определенной среде – жидкой, твердой либо газообразной.
Сами же колебания являются упругими волнами. Они распространяются под действием упругих сил. В целом звук можно назвать субъективным понятием, поскольку зависит он от восприятия органами слуха. У звука есть 2 основные свойства – это частота и амплитуда. Частота связана с тоном и высотой, а амплитуда – с громкостью.
Восприятие звука
Проще говоря, звук появляется, когда частицы в определенной среде выводятся из состояния покоя. Происходят еле заметные перепады давления. Чаще всего мы воспринимаем звуки в воздухе, но они легко проходят и сквозь воду, и через твердые предметы.
Интересный факт: воспринимаемые человеческим ухом звуковые колебания находятся в диапазоне частот от 16 Гц до 20 кГц. Все, что ниже этого диапазона, называется инфразвуком. Колебания от 21 кГц до 1 ГГц – это ультразвук, а выше 1 ГГц – гиперзвук.
Например, когда человек говорит, воздух из легких проходит через голосовые связки, которые создают колебания и перепады давления. Наглядный пример образования звука – гитарная струна. Прикосновения заставляют ее быстро вибрировать и издавать характерные звуки. Но если резко прекратить движения струны, то пропадут и вибрации, и звуки.
Свойства металла
Любой предмет состоит из определенных материалов, а те, в свою очередь, из мельчайших частиц. Чтобы услышать звук, необходимо нарушить равновесие данных частиц, заставить их вибрировать. Из этого исходит, что любая вещь может создавать звуковые волны.
Почему же тогда удар по металлическому предмету вызывает громкий звон, а, упавший рулон ткани, к примеру, только еле уловимый шорох? Оказывается, все зависит от типа вещества и его свойств.
Виды деформации
Металлу свойственны многочисленные положительные свойства. Вероятно, поэтому он активно используется человечеством во все отраслях с самых давних времен. Это прочность, долговечность, электро- и теплопроводимость, ковкость и др.
Но с точки зрения звуковых колебаний, наибольший интерес вызывает упругость металла. Это способность твердого материала возвращать первоначальный размер и форму при упругой деформации.
Другими словами, воздействие на металлический предмет меняет его параметры. Однако если перестать прикладывать силу по отношению к предмету, то он вернется к прежнему размеру, форме.
Упругость свойственна разным материалам. Но природа данного свойства у каждого своя. Например, резина растягивается и возвращается к исходному положению за счет растяжения полимерной цепочки. Воздействие силы на металл заставляет меняться его атомную решетку, после чего она тоже приобретает изначальную форму.
Хороший пример – столкновение двух металлических крышек. Хоть внешне мы не увидим каких-то изменений, равновесие мельчайших частиц нарушено, возникают очень быстрые вибрации.
Металлы, как правило, одинаково хорошо сжимаются и растягиваются
Металл стремится вернуться в первоначальное состояние, но силы упругости действуют в нем слишком активно. Поэтому в течение доли секунды происходят колебания, интенсивность которых постепенно снижается. Окружающий воздух то сжимается, то разжижается, вызывая характерный звон.
Интересный факт: еще одно интересное свойство некоторых металлов – пластичность. Можно сгибать металлическую проволоку и она не сломается. В пластичных металлах слои атомов смещаются, но связи между ними остаются такими же прочными. Самые пластичные – золото, серебро, медь, а самые хрупкие – марганец, цинк, олово.
Примечательно, что металлы – это довольно большая группа химических элементов и свойства у них разные. То же самое касается и издаваемых звуков. Частота звуковых колебаний зависит не только от упругости металла, но и от формы, размера, массы предмета.
Классические колокола изготавливаются из специальной колокольной бронзы (80% меди, 20% олова)
Один из самых старых музыкальных и сигнальных инструментов – металлический колокол. В старину особенно ценились колокольные мастера, которым удавалось подобрать идеальный состав, а также внешние параметры инструмента.
Металл звенит благодаря его упругости. Это свойство вещества при упругой деформации возвращать первоначальную форму и размер. При воздействии на металлический предмет возникают частые и быстрые колебания мельчайших его частиц, стремящихся вернуться к состоянию равновесия. Происходят перепады давления, которые воспринимаются нашими органами слуха как звон.
