Ты говоришь, слышишь музыку, ощущаешь вибрацию метро под ногами — всё это волны. Механические волны путешествуют через твёрдые тела, жидкости и газы, передавая энергию без переноса вещества. Проще говоря: волна — это как эстафета, где бежит не человек, а информация.
Волна — распространение колебаний в среде. Частицы среды колеблются у своих положений и передают колебание соседям через упругие связи. Сами частицы никуда не едут — едет волна.
Смена ноты не меняет скорость звука в воздухе — быстрая «ля» или низкая «ми» бегут одинаково. Меняется только длина волны: выше частота — короче волна.
Чем плотнее и упруже среда — тем быстрее звук. В твёрдых телах атомы теснее, передают толчок быстрее. В вакууме звука нет вовсе — нечему передавать. «В космосе никто не услышит твой крик» — это не метафора, а физика.
Увидел молнию, считай секунды до грома. Дели на 3 — получишь расстояние в километрах. Свет приходит мгновенно, звук — со скоростью ~1 км за 3 секунды.
Ниже 20 Гц — инфразвук (низкий гул землетрясений, слоновья связь). Выше 20 000 Гц — ультразвук: слышат его собаки и дельфины, используют эхолоты, УЗИ-аппараты и ультразвуковые отпугиватели грызунов. Дельфин «видит» ультразвуком — эхолокация.
Когда источник и наблюдатель сближаются, частота растёт (звук выше), когда разбегаются — падает. Это гудок «пи-и-и-биип» проносящейся машины.
Эффект Доплера работает не только для звука: радары измеряют скорость машины именно по сдвигу частоты отражённой волны, а астрономы — по красному смещению (галактика удаляется → свет «краснеет») — отсюда вывод о расширении Вселенной.
Звук отражается от препятствий: эхо — это звук, вернувшийся к тебе через более 0,1 с. Требуется преграда дальше ~17 метров (за это время звук успевает дойти и вернуться). В маленькой комнате эха нет — звук возвращается слишком быстро и сливается с оригиналом.
Каждый предмет имеет собственную частоту колебаний (вспомни урок про резонанс). Если волна «качает» мост в его собственном ритме, амплитуда растёт. Композиторы-физики и толпы в такт способны развалить конструкцию — солдатам через мост запрещают идти в ногу.
Струна, закреплённая с двух концов, колеблется с «собственными» частотами: основная (вся струна) и обертоны (половинки, трети). Это стоячие волны — они не бегут, а пульсируют на месте. На них построены все струнные и духовые инструменты.
Короче струна или натянута сильнее — выше звук. Именно натягивают гитары перед концертом.