Ήχος

Ο ήχος και η μουσική αποτελούν μέρος της ανθρώπινης δραστηριότητας και συγκεκριμένα με την παραγωγή ήχων με το στόμα είτε με διάφορα όργανα. Για παράδειγμα, οι πρωτόγονοι άνθρωποι παρήγαγαν ήχους εκτός από το στόμα τους και με διάφορα όργανα όπως τύμπανα, σφυρίχτρες και κρόταλα. Τα έμβια όντα χρησιμοποιούν τους ήχους για συγκέντρωση πληροφοριών χρήσιμες για την επιβίωση και επικοινωνία μεταξύ τους.

Ορισμένα ζώα για να γνωρίσουν το περιβάλλον τους και να καταφέρουν να συλλέξουν την τροφή τους χρησιμοποιούν ήχους μεγάλης συχνότητας, που ονομάζονται υπέρηχοι. Υπερήχους εκπέμπουν οι νυκτερίδες όταν κυνηγούν έντομα. Οι υπέρηχοι  ανακλώμενοι στα έντομα βοηθούν την νυχτερίδα να τα εντοπίσει και τελικά να τα συλλέξει.

Επίσης, όπως οι νυκτερίδες και τα δελφίνια εκπέμπουν υπερήχους με την μορφή σφυριγμάτων και έτσι τα ανακλώμενα ηχητικά κύματα βοηθούν το δελφίνι να συλλέξει πληροφορίες για το περιβάλλον του σε αποστάσεις πολύ μεγαλύτερες από ότι τους επιτρέπει η όραση τους μέσα στο νερό. Τα δελφίνια με αυτό τον τρόπο καταφέρνουν να εντοπίζουν μικρά ψάρια με τα οποία τρέφονται.

Ηχητικά κύματα

Όταν προκαλέσουμε την ταλάντωση ενός σώματος, τότε αφού το σώμα αλληλεπιδρά με τα μόρια του αέρα που το περιβάλει, θα προκαλέσει την ταλάντωση των μορίων του αέρα, δημιουργώντας πυκνώματα και αραιώματα του αέρα. Έτσι με αυτό τον τρόπο δημιουργείται περιοδική μεταβολή της πίεσης του αέρα γύρω από μια μέση τιμή. Με τις αλληλεπιδράσεις αυτές μεταφέρεται μηχανική ενέργεια από το σώμα που ταλαντώνεται στα γειτονικά μόρια του αέρα που με τη σειρά τους μεταβιβάζουν αυτή την ενέργεια στα επόμενα μόρια. Με αυτό τον τρόπο δημιουργείται ένα μηχανικό κύμα που μεταφέρει ενέργεια από το σώμα που ταλαντώνεται στο γύρω χώρο.

Διαπιστώνουμε ότι οι ταλαντώσεις των σωμάτων μέσα στον αέρα δημιουργούν μηχανικά κύματα που διαδίδονται στον αέρα και ονομάζονται ηχητικά κύματα. Στα ηχητικά κύματα τα μόρια του αέρα κινούνται κατά την διεύθυνση διάδοσης του κύματος επομένως τα ηχητικά κύματα είναι διαμήκη κύματα.

Με τον όρο ήχο ονομάζουμε τα ηχητικά κύματα με συχνότητες από 20Hz έως 20,000Hz που όταν φθάσουν στο αυτί του ανθρώπου προκαλούν το αίσθημα της ακοής. Ένα ηχητικό κύμα έχει τα χαρακτηριστικά όπως των άλλων κυμάτων, δηλαδή πλάτος, συχνότητα, μήκος κύματος και ταχύτητα διάδοσης. Συχνότητα ενός ηχητικού κύματος είναι η συχνότητα ταλάντωσης της πηγής του ήχου. Το πλάτος του κύματος ορίζει το πλάτος ταλάντωσης της πηγής του ήχου και καθορίζει την ενέργεια που μεταφέρεται από το ηχητικό κύμα. Η ταχύτητα με την οποία ένα ηχητικό κύμα διαδίδεται σε ένα υλικό μέσο εξαρτάται από τη φύση του μέσου διάδοσης.

Τα ηχητικά κύματα δεν διαδίδονται στο κενό διότι δεν υπάρχουν μόρια για να αλληλεπιδράσουν αλλά διαδίδονται σε όλα τα μέσα: στερεά, υγρά και αέρια. Η ταχύτητα διάδοσης των ηχητικών κυμάτων είναι μεγαλύτερη στα στερεά από ότι στα υγρά και στα υγρά μεγαλύτερη από ότι στα αέρια. Η ταχύτητα ενός ηχητικού κύματος αυξάνεται όταν αυξάνεται η θερμοκρασία.

Το μήκος κύματος είναι η απόσταση δυο διαδοχικών πυκνωμάτων ή μεταξύ δυο διαδοχικών αραιωμάτων του ηχητικού κύματος. Όπως σε όλα τα κύματα έτσι και στα ηχητικά κύματα εφαρμόζεται ο θεμελιώδης νόμος της κυματικής:

v = λ ‧ f

Τα ηχητικά κύματα σαν κύματα παρουσιάζουν τις γενικές ιδιότητες όπως στα άλλα κύματα. Μια χαρακτηριστική τους ιδιότητα είναι η αντανάκλαση τους από αντικείμενα όπως οι τοίχοι ενός δωματίου. Έτσι αν φωνάξουμε μπροστά από ένα μεγάλο τοίχο ο οποίος είναι σχετικά μακριά, μετά από λίγο θα ακούσουμε τη φωνή μας. Δηλαδή ο ήχος θα ανακλαστεί στο τοίχο και θα επιστρέψει σε εμάς. Το φαινόμενο επανάληψης ενός ηχητικού κύματος λόγω αντανάκλασης σε ένα εμπόδιο λέγεται ηχώ.

Με το φαινόμενο ανάκλασης ενός ηχητικού κύματος μπορούμε να προσδιορίσουμε την απόσταση της πηγής και του ανακλαστήρα, βρίσκοντας το χρόνο που απαιτείται για να επιστρέψει ο ήχος στη θέση που βρίσκεται η πηγή του κύματος. Η ικανότητα των νυχτερίδων και των δελφινιών να εντοπίζουν την τροφή τους βασίζεται στην ανάκλαση των ηχητικών κυμάτων που παράγουν. Μια άλλη εφαρμογή της ανάκλασης του ήχου είναι η κατασκευή ηχοπετασμάτων για να εμποδίζεται η διέλευση του ήχου σε ορισμένους χώρους όπως σε σχολεία κ.ά.