Задания № 12, 18 · ОГЭ

Механические волны и звук

Параметры и виды волн, интерференция и стоячие волны, основные свойства звука
6 мин чтенияСложность: Обновлено 27 сентября 2026

Механическая волна — это распространение колебаний в упругой среде. В этой теме важно различать движение частиц среды и перенос энергии волной: частицы совершают колебания около положения равновесия, а сама форма возмущения распространяется с определённой скоростью.

Основные параметры механической волны

Для возникновения механической волны нужны источник колебаний и упругая среда. В вакууме механические волны не распространяются. При распространении волны соседние частицы среды начинают колебаться с одинаковой частотой, но с разными фазами.

D
Механическая волна

Механическая волна — процесс распространения колебаний в упругой среде, сопровождающийся переносом энергии без переноса вещества на большие расстояния.

\(A\)
амплитуда
м
\(T\)
период
с
\(ν\)
частота
Гц
\(λ\)
длина волны
м
\(v\)
скорость распространения
м/с

Амплитуда \(A\) — максимальное отклонение частицы от положения равновесия. Период \(T\) — время одного полного колебания, а частота \(ν\) — число колебаний за единицу времени. Длина волны \(λ\) — расстояние между ближайшими точками, колеблющимися в одинаковой фазе. Например, это расстояние между соседними гребнями или впадинами поперечной волны.

\[ν=\frac{1}{T}\]1
\[v=\frac{λ}{T}=λν\]2
T
Связь параметров волны

За один период волна перемещается на одну длину волны. Поэтому скорость распространения равна произведению длины волны на частоту: \(v=λν\). Эта формула подробнее разбирается на странице связи скорости, длины волны и частоты.

Скорость волны определяется свойствами среды. Она не равна скорости движения частиц среды: частицы обычно колеблются около своих положений, тогда как волновое возмущение распространяется вперёд.

24681012−1−0.8−0.6−0.4−0.20.20.40.60.81x, мсмещение, м0профиль волны
Мгновенный профиль гармонической волны: соседние гребни разделены длиной волны.

Виды волн и их характеристики

В поперечной волне частицы среды колеблются перпендикулярно направлению распространения волны. Так распространяются, например, волны на натянутой струне. В продольной волне частицы колеблются вдоль направления распространения; примером служит звуковая волна в воздухе.

ПризнакПоперечная волнаПродольная волна
Направление колебаний частицПерпендикулярно распространениюВдоль распространения
Участки средыГребни и впадиныСгущения и разрежения
ПримерВолна на струнеЗвук в воздухе

Волна может быть бегущей или стоячей. Бегущая волна переносит энергию от источника. Стоячая волна возникает при наложении встречных волн одинаковой частоты и близких амплитуд; характерные точки такой волны остаются неподвижными.

D
Фаза и разность фаз

Фаза описывает состояние колеблющейся частицы в данный момент. Разность фаз показывает, насколько отличаются состояния двух колебаний. Для точек одной гармонической волны, разделённых расстоянием \(Δx\), разность фаз равна \(Δφ=2π\frac{Δx}{λ}\).

При распространении волны частицы, отстоящие на \(λ\), колеблются синфазно. Точки, разделённые расстоянием \(λ/2\), колеблются в противофазе. Понятие разности фаз подробно используется на странице разность фаз.

Проверь себя

Как изменится длина волны, если скорость распространения не изменяется, а частота увеличивается в 2 раза?

Интерференция и стоячие волны

Интерференция — устойчивое наложение волн, при котором результирующее колебание зависит от разности фаз. На странице интерференция волн рассматривается общий случай сложения волн.

D
Когерентные волны

Когерентные волны имеют одинаковую частоту и постоянную разность фаз. Только для них интерференционная картина остаётся устойчивой во времени.

При совпадении гребней двух волн происходит усиление — конструктивная интерференция. При встрече гребня и впадины возникает ослабление, а при равных амплитудах возможно полное гашение.

\[Δr=kλ \quad\text{— максимум,}\]3
\[Δr=\left(k+\frac{1}{2}\right)λ \quad\text{— минимум,}\]4

Здесь \(Δr\) — разность хода волн, а \(k=0,1,2,\ldots\). В стоячей волне узлы — точки постоянного покоя, пучности — точки с максимальной амплитудой. Расстояние между соседними узлами равно \(λ/2\), как и расстояние между соседними пучностями; между узлом и ближайшей пучностью — \(λ/4\).

\[d_{\text{узел-узел}}=\frac{λ}{2},\qquad d_{\text{узел-пучность}}=\frac{λ}{4}\]5
узелпучностьλ/2
Схематическое изображение стоячей волны: узлы неподвижны, пучности колеблются с максимальной амплитудой.

Звук и его свойства

Звук — механическая волна, воспринимаемая органом слуха. В воздухе и жидкостях звуковая волна продольная: она состоит из чередующихся сгущений и разрежений. В твёрдых телах могут распространяться и продольные, и поперечные упругие волны.

D
Звуковой диапазон

Для человека обычно слышимы звуки частотой примерно от \(20\) Гц до \(20\,000\) Гц. Частоты ниже называют инфразвуком, выше — ультразвуком.

Высота звука определяется частотой: чем больше частота, тем выше звук. Связь высоты и частоты рассматривается на странице высота звука. Громкость связана с интенсивностью звука и амплитудой колебаний; подробнее — на странице громкость звука. Тембр зависит от формы колебаний и набора обертонов, поэтому звуки одинаковой высоты и громкости могут различаться.

\[I=\frac{P}{S}\]6

Интенсивность \(I\) — мощность звуковой волны, приходящаяся на единицу площади, перпендикулярной направлению распространения. При удалении от точечного источника в свободном пространстве интенсивность обычно уменьшается из-за увеличения площади волновой поверхности.

Если звуковая волна отражается и возвращается к наблюдателю через заметный промежуток времени, возникает эхо. При наложении прямой и отражённой волн возможны усиление и ослабление звука, а в воздушном столбе — резонанс. Условия резонанса рассмотрены на странице акустический резонанс.

!
Частые ошибки

Не путайте скорость волны со скоростью частиц среды. Не используйте \(v=λν\), если частота дана в килогерцах: сначала переведите её в герцы. Для стоячей волны расстояние между узлом и пучностью равно \(λ/4\), а не \(λ/2\). Громкость и высота — разные характеристики: первая связана прежде всего с интенсивностью, вторая — с частотой.

Разобранный пример

№
Найти длину звуковой волны

Звук распространяется в воздухе со скоростью \(v=340\) м/с. Частота звука \(ν=680\) Гц. Найдём длину волны.

1
Записываем основную связь скорости, длины волны и частоты.
v=λν
2
Выражаем длину волны.
\(\displaystyle λ=\frac{v}{ν}\)
3
Подставляем значения в единицах СИ.
\(\displaystyle λ=\frac{340\ \text{м/с}}{680\ \text{с}^{-1}}=0{,}5\ \text{м}\)
4
Формулируем ответ.
\(\displaystyle \boxed{λ=0{,}5\ \text{м}}\)

Если частоту увеличить до \(1360\) Гц при той же скорости звука, длина волны станет \(0{,}25\) м. Это иллюстрирует обратную зависимость \(λ\) от \(ν\).

При решении более сложных задач полезно отдельно выписывать известные величины, переводить их в СИ и проверять размерность ответа. Систематические алгоритмы решения собраны на странице колебания и волны: решение задач.

Q
Быстрый тест по теме

Быстрая проверка

~ 2 мин4 вопроса
Вопрос 1 / 4
Вопрос 1 из 4 · сущность волны
Что переносит бегущая механическая волна?
Главное за минуту

Главное

  • Механическая волна распространяет энергию в упругой среде, но не переносит вещество на большие расстояния.
  • Основная связь параметров: \(v=λν\), а частота и период связаны формулой \(ν=1/T\).
  • Поперечные и продольные волны различаются направлением колебаний частиц относительно направления распространения.
  • Интерференция даёт усиление или ослабление волн; в стоячей волне узлы разделены расстоянием \(λ/2\), а узел и пучность — \(λ/4\).
  • Высота звука определяется частотой, громкость связана с интенсивностью, а тембр — с формой колебаний и обертонами.