Эхо явление природы. Эхо - физика вокруг нас

Вы делаете ремонт и вынесли громоздкую мебель из комнаты. Ребенок заметил, что теперь звук его собственного голоса звучит в пустой комнате иначе громче и как бы удваивается. Это звучит эхо. Услышать его можно не только в пустой комнате, но и в большом зале, в горах или в лесу.

Эхо можно сравнить с отражением в зеркале. Только в зеркале отражается изображение, и мы его видим. А эхо — это отражение звука, и мы его слышим. Изображение предмета отражается от какой-то гладкой поверхности (зеркала, стекла, даже лужи), и мы его видим, причем иногда сильно искаженным. То же происходит и со звуком. Он отражается от любого препятствия, что встречается ему на пути (от стен, гор, деревьев).

Где мы можем услышать эхо

Если вы с ребенком пойдете в лес или в горы, то сможете продемонстрировать ему, как отражается звук. Крикните: «Ау» — и вы услышите, как ваш голос, долетев до препятствия, отразится и вернется к вам уже объемнее: «У-у-у» — и постепенно утихнет. Иногда в горах проводники предлагают туристам воскликнуть свое имя и с удовольствием послушать, как горы его повторят много раз!

То же происходит, например, и на пустом стадионе. Стоит что-нибудь крикнуть, и отразившись от бетонных ступенек трибун этот звук, многократно, вернется в виде эха. Интересно то: эхо здесь возникает только тогда, когда трибуны пустые. Если же на них будет сидеть много болельщиков, не получится никакого эха.. Это происходит потому, что звук не будет отражаться, ведь люди, их одежда просто поглотят звук.

То же случается и в пустой комнате. Пока в ней нет мебели и вещей, звук легко отражается стенами. Но стоит нам поставить туда шкафы, кресла, занести вещи — и эхо исчезает.

В теле-или радиостудии, где записывают музыку или речь диктора, необходимо сохранять полную тишину. Поэтому стены и потолки там покрыты специальным материалом. Покрывают таким материалом стены для того, чтоб звук еще лучше поглощался.

Эхо для помощи человеку

Эхо не только мешает людям, часто оно очень помогает человеку во многих делах. Есть такой прибор, который называется — эхолот. Его чаще всего устанавливают на кораблях. Он издает звуки под водой, отправляет их в море или океан и сам же принимает отраженное эхо. Эхолот просто на ходу судна измеряет глубину морского дна. Он помогает морякам избежать столкновения с отмелями и рифами.

С помощью радиоэха моряки специальными приборами на большом расстоянии замечают даже в темноте коварные айсберги, вовремя засекают подводные лодки врага подкрадываются к их кораблям. А металлурги, «прозвучивают» эхом разные детали машины, пытаются найти в толще металла даже мелкие трещинки, предотвращая таким образом попадание испорченной детали на конвейер. Зато теперь неисправную деталь отложат в сторону и переделают.

Еще один интересный факт о эхо. Люди, лишенные зрения, хотя и с большим трудом, но могут ориентироваться на улице, минуя препятствия. Как у них это получается? Ученый из США К. Далленбах провел ряд исследований. Оказывается, что человек, очень слабо, но может улавливать звуки своих шагов, которые отражаются от препятствий. Ощущать препятствия ем помогает эхо.

А страдалица по имени Эхо не справилась со своими чувствами, иссохла вконец от любви, т. е. растворилась в воздухе и обратилась в эхо, и от нее сохранился лишь голос-отзвук… Но перед этим будто бы успела произнести проклятие своему избраннику: «Пусть не ответит Нарциссу взаимностью тот, кого он полюбит».

Овидий в «Метаморфозах» описывает окончание этой истории немного иначе. Когда умер Нарцисс, то «плакали в лесу младые нимфы, и плакала Эхо. Приготовили нимфы юному Нарциссу могилу, но когда пришли за его телом, то не нашли его. На том месте, где склонилась на траву голова Нарцисса, вырос белый душистый цветок — цветок смерти; Нарцисс зовут его. Вторая версия наказание юноше приписывает Афродите, а третья вообще относит ситуацию к пророчеству оракула, которых сообщил родителям Нарцисса, что их потомок проживет долгую жизнь, если не увидит своего отражения.

История несчастной любви Эхо к Нарциссу часто привлекала художников, кто только не изображал эту парочку: Никола Пуссен, Караваджо, З. Серебрякова, Бакстер и многие другие. Но есть и такой миф, который вообще не связывает их, а отмечает, что она была жуткой болтушкой, и тем сильно разгневала супругу Зевса, богиню Геру. Гера на тот момент и без того была не в духе, поскольку занималась поиском мужа-громовержца, заподозрив его в банальной измене с нимфами. И долгий разговор, который завела с ней Эхо, так допек богиню, что она в порыве ярости ограничила дар речи словоохотливой красотки, оставив ей лишь умение произносить концы слов и не ведать их начала.

Римляне пошли еще дальше и добавили драматизма отношениям между Юноной и Эхо. Они посчитали, что горная нимфа Эхо была любимицей верховной богини, доверявшей подруге все свои женские секреты. Но льстивая наперсница завела близкие отношения с Юпитером, а когда он отправлялся позабавиться с другими нимфами, отвлекала его жену продолжительными беседами. Когда это обнаружилось, наступила расплата, предательница отправилась в лесную глушь, лишенная членораздельной речи, но с трудом переносила одиночество и однажды, встретившись с Нарциссом, воспылала к нему страстью, от которой истаяла.

Наконец, сохранилась кровавая история любви Пана к нимфе Эхо. Она вроде бы предпочла ему Сатира, и отвергнутый кавалер поступил крайне жестоко, Он натравил на нее пастухов, растерзавших бедняжку, и рассеял части убиенного тела по всему свету. У англичан считается, что есть особое эхо, которое раздается вблизи замков и является предупреждением мистического персонажа Баньши о чьей-то смерти.

А согласно русским преданиям, некоторые виды эха означают пересмешничество лешего, особенно если это эхо — многоголосое. В сказках тоже фигурирует эхо. Например, в сюжете, который присутствует в русском, французском, немецком фольклоре, именами его являются Ох и Ах: дровосек утопил топор, охнул, и ему отозвалось эхо, вслед за которым появился великан, предлагавший поочередно золотой, серебряный и железный инструмент. Честный мужик отказался от драгоценных топоров, и они ему были подарены, а сосед, позарившийся на не принадлежащее имущество, оказался в проигрыше.

Вот сколько разных версий о происхождении эха. Но не только в древние времена они возникали. У современных альпинистов есть поверье, что если кричать в горах, то эхом может откликнуться Белая женщина, которая утащит за границы жизни.

А ведь есть еще и астероид Эхо, у которого ровно такое имя… Ну, как тут не ахнуть?

Даже если вы ни разу не были в горах, вы все равно наверняка знаете, что такое эхо и не раз с ним встречались. Эхо может подстерегать нас где угодно в арке дома, в пустой квартире, в лесу.

Что такое эхо и как его услышать?

Эхо это отражение звука. Эхо проходят в физике в девятом классе, поэтому наверняка все знают, как оно возникает. Звук отражается, иногда даже несколько раз, от различных поверхностей и возвращается к нам. Возникает вопрос почему же мы слышим эхо не всегда, а в некоторых случаях? Почему мы не слышим эхо в маленьких помещениях, например?

Дело в том, что, во-первых, находящиеся в помещениях вещи и мебель гасят отраженные звуки, поглощая эхо. Во-вторых, чтобы наш мозг различил отраженный сигнал отдельно от посланного, в виде эхо, нужно, чтобы разница между ними составила не меньше шести сотых секунды.

Можно легко подсчитать, учитывая, что скорость звука равна примерно 340 м/с, что на расстоянии трех метров от стены до отраженный звук дойдет обратно уже через примерно две сотых секунды. Такого времени для мозга мало, он не воспримет эти два звука отдельно.

А в больших помещениях, где сигнал не гасится большим количеством мебели, и расстояние до стен велико, звуку может понадобиться больше шести сотых секунды, чтобы вернуться к нам отраженным. В таком случае мы услышим эхо.

Где лучше всего слышно эхо?

Высоко в горах, где нет мебели, и звук отражается легко от скал, а расстояние между скалами велико, можно слышать эхо своего крика не единожды. Отражаясь от скал, находящихся на разном расстоянии, звук приходит с большим опозданием, поэтому мы слышим повторяющееся эхо.

Примерно так же происходит и в лесу, где звук отражается от стволов деревьев. Правда в лесу звук поглощается листвой, травой и землей, а в горах часто звук поглощать нечему, и поэтому громкий крик может легко вызвать обвал.

Колебания звуковой волны передаются скалам, и слабо держащиеся на склонах камни и снежные массы могут запросто сорваться вниз от возникшей вибрации. Катясь, они сбивают по пути новые камни и снег, возникает лавина. Поэтому следует всегда помнить в горах об опасности обвала и не кричать лишний раз без надобности.

На использовании эха основан принцип действия рупора. Рупор представляет собой расширяющуюся круглую трубу. Человек говорит в узкий конец, звук его голоса несколько раз отражается от стенок рупора и выходит через широкий конец в одном направлении, не рассеиваясь во все стороны. Таким образом, усиливается его мощность в заданном направлении, и звук может распространяться на большее расстояние.

Я, как и многие из вас, знакома с таким физическим явлением, как эхо, и даже во многом мне была понятна природа этого явления. Но и оно таит в себе ряд тайн. Стоит только задуматься, почему мы не слышим эхо в квартире или в огромном концертном зале? Есть ли польза от него и где оно применяется?

Если звуковые волны, вызванные нашим собственным голосом или другим каким-либо источником звука, при своем распространении встречают препятствие (стену, отвесную скалу, лес), то они отражаются и могут достигнуть снова уха наблюдателя иногда значительно позже, чем при непосредственном своем распространении. Такой повторный звук, обусловленный отражением звуковых волн, и называется эхо.

Так как скорость распространения звука в одну секунду равна примерно (в зависимости от температуры) 333 м, то понятно, что если отражающая звук стена находится от нас на таком именно расстоянии 333 м, то мы услышим повторение вызванного нами звука (слова или целой фразы) через две секунды.

Мы слышим эхо в том случае, если отражённый звук воспринимается отдельно от произнесённого. Для этого нужно, чтобы между воздействием этих звуков на ухо было 0,06 с. А в квартире интервал намного меньше из-за малого расстояния. Кроме этого, многие предметы (мягкая мебель, шторы) поглощают звук.

Посмотрите ниже расположенный фрагмент, чтобы понять природу эхо.

Отсюда понятно, вместе с тем, что можно воспользоваться эхо и для самого определения скорости звука, для чего необходимо измерить расстояние и соответствующий промежуток времени. Такой способ определения скорости звука был применен на самом деле (см. «Журнал Русского физико-химического общества», 1895, H. Гезехус).

Прекрасное эхо, чрезвычайно отчетливо и громко повторяющее произносимые слова, получается, между прочим, в длинном гроте, находящемся в Гатчинском дворцовом саду. Обычное явление эха представляет среди швейцарских и других гор.

Нередки и многократные эхо, вызываемые несколькими последовательными отражениями звуковых волн. Так, в Потсдаме, близ Берлина, в одном из залов дворца Сан-Суси, громкое однократное хлопанье в ладоши производит впечатление продолжительного залпа ружейной пальбы.

Особенно замечательно эхо во дворце Симонетта возле Милана; выстрел, произведенный из окна главного здания, повторяется до 50 раз, вследствие отражения звука от различных пристроек дворца.

Частный случай эха составляет сосредоточение звука посредством отражения его от вогнутых кривых поверхностей. Так, если источник звука помещен в одном из двух фокусов эллипсоидального свода, то звуковые волны собираются в другом его фокусе. Таким образом объясняется, например, знаменитое «ухо Диониса» в Сиракузах — грот или углубление в стене, из которого каждое слово, произнесенное заключенными в нем, могло быть услышано в некотором удаленном от него месте. Подобным акустическим свойством обладала одна церковь в Сицилии, где в известном месте можно было слышать произносимые шепотом слова в исповедальне. Известны также в этом отношении храм мормонов у Соленого озера в Америке и гроты в монастырском парке Олива около Данцига.

Явление отражения характерно и для ультразвуковых волн (механических волн с частотой свыше 20000 Гц). От специальных пьезоэлектрических излучателей ультразвук узким пучком направляется к исследуемому объекту, отражаясь от которого он позволяет увидеть картину в деталях. На отражении основаны эхолокация (метод определения расстояний), ультразвуковая дефектоскопия (обнаружение дефектов, полостей, трещин в литых металлических изделиях), эхоисследование в медицине (см. видеофрагмент ниже).

Отражение инфразвуков (механических волн с частотой до 20 Гц) позволяет рыболовецким промысловым судам с помощью специальных устройств быстро обнаруживать стаи рыб.

Эхолокация в природе

Летучая мышь издает ультразвуки, а затем улавливает эхо, отраженное от препятствий. Обладая способностью оценивать сверхкороткие промежутки времени от посылки звукового сигнала до его возвращения, она очень точно определяет расстояние до насекомых, за которыми охотится, и уверенно, не натыкаясь на деревья, летят в густом лесу.

Природные сонары летучих мышей не могут не восхищать исследователей и, в частности, они не могут не вызывать зависти у специалистов по радиолокации. Они обладают очень высокой чувствительностью, позволяющей улавливать крайне слабые эхо-сигналы от комара, который пролетает на расстоянии нескольких метров. Еще более удивительно то, что сонар летучей мыши позволяет ей различить эхо от неподвижного препятствия и эхо от движущегося объекта. Сама-мышь находится в движении. И при этом она не только легко различает неподвижные и движущиеся объекты, но способна воспринять слабенькое эхо от летящего комара на фоне во много раз более сильного эха от поверхности земли, деревьев и т. п. Специалисты по радиолокации знают, как трудно подчас различить радиоэхо от низко летящего самолета и от земной поверхности. Естественно, что их не может не заинтересовать природный сонар летучей мыши.

Как и летучие мыши, дельфины обладают великолепным природным сонаром. Эхолокацию дельфинов обнаружили в начале 50-х годов прошлого столетия. Эхолокация у дельфинов, как и у летучих мышей, осуществляется на ультразвуковых частотах. Дельфины используют главным образом частоты от 80-100 к Гц. Мощность излучаемых дельфинами локационных сигналов может быть очень большой; известно, что они могут обнаруживать косяки рыбы на расстояниях до километра. Дельфин способен воспринимать очень слабые эхо-сигналы в сильнейшем шуме. Например, он прекрасно «замечает» маленькую рыбку, появившуюся на расстоянии 50 м.

Эхо - отражение упругих механических волн - явление, характерное, как для звуковых волн, так и для ультразвуковых волн, неслышимых человеком. Оно встречается в природе и помогает животным ориентироваться в пространстве. Человек взял к себе на службу и научился использовать это необычное физическое явление.

Эхо. Что мы знаем об этом интересном физическом явлении? Кто хорошо помнит школьный курс физики, то наверняка ответит, что эхо является физическим явлением, суть которого заключается в принятии наблюдателем волны, что отразилась от какого-либо препятствия. Однако эхо отнюдь не так просто как кажется. В этой статье будут приведены несколько интересных фактов об этом по-настоящему удивительном физическом явлении, которых Вы, возможно, не знали. Итак, начнем.

Что такое эхо?

Как было сказано выше, эхо – это отраженная от какого-либо препятствия звуковая волна (впрочем, она может быть и электромагнитной, но такое эхо вы, разумеется, не услышите). Отраженные звуковые волны возвращается к наблюдателю (источнику шума), который порой может услышать их гораздо позже. Именно этот отраженный от препятствий звук и зовется эхом.

О происхождении слова эхо

Слово это имеет довольно интересную историю. В русский язык оно пришло из немецкого слова echo. В немецкий язык это слово попало, как и множество других слов в западноевропейских языках, из латыни — ēсhō . А латынь переняло это слово из греческого — ἠχώ , что означало «отзвук».

Условия для существования эхо

Для появления эхо нужно несколько условий. Вы никогда не задумывались, почему эхо не слышно в квартире или магазине, но при этом его крайне легко услышать в горах? Дело в том, что человеческое ухо слышит эхо только тогда, когда отраженный звук звучит отдельно от произнесенного, а не «наслаивается» на него. Для создания такого эффекта необходимо, чтобы время, прошедшее между влиянием самого звука и отраженной волны на ухо прошло не меньше 0,06 секунд. В обычной обстановке (например, в квартире) это не случится из-за небольшого расстояния и различных предметов, которые также поглощают звук.

Иногда эхо подавляют

Существует термин «эхоподавление». Он используется в телефонии. Процесс эхоподавления являет собой удаление ненужного в связи эха, которое ухудшает качество связи. Эхоподавление нужно не только для улучшения качества звука, но и для увеличения пропускной способности у канала связи.

Существует помещение, где эхо нет вообще. Оно называется безэховая камера. Безэховые камеры бывают двух видов. Каждый вид служит для «глушения» того или иного вида эха. Проще говоря, в такой камере звук (или радиоволны) просто не отражаются от стен. Первый – акустический тип. Он, как понятно из названия, служит для подавления обычного звукового эха. Второй, соответственно, радиочастотный и необходим для подавления отражения радиоволн.

Световое эхо – это астрономический термин. Это явление возникает при резкой вспышке света (например, при вспышках новых звезд). При такой вспышке свет отражается от объектов и доходит до наблюдателя значительно позже.

Мировое эхо

Мировое эхо, оно же «эхо длинной задержки» это особенный эффект, связанный с радиоволнами. Этот особый вид эха являет собой звук, иногда возникающий в диапазоне коротких волн, который возвращается через некоторое время после передачи сигнала. Это необычное и труднообъяснимое явление было в 1927 году скандинавом Йоргеном Хальсом.

Древнегреческий миф о природе эха

Древние греки объясняли многие природные явления мифами. Не стало исключением и эхо. Миф о рождении эха гласит примерно следующее: однажды ревнивая жена Зевса Гера наказала прекрасную нимфу Эхо, запретив ей отвечать на вопросы – Эхо могла лишь повторять последние слова, обращенные ей. Эхо увидела прекрасного Нарцисса, гуляющего по лесу. Он, услышав шорох, воскликнул:

• -Кто здесь?
• -Здесь! – прокричала в ответ Эхо.
• -Иди сюда!
• -Сюда! – радостно ответила Эхо, побежав навстречу Нарциссу, но тот оттолкнул ее, ведь он считал, что его любви достоин лишь он сам. Так и прячется теперь прекрасная нимфа в лесах и горах, изредка повторяя слова путников.

Об эхолокации

Все знают, что летучие мыши и дельфины используют эхолокацию для ориентирования в пространстве. Однако мало кто может ответить на вопрос «а как же это все работает?». А работает это примерно так. В первую очередь мышь испускает ультразвук. Дальше она улавливает эхо того самого испущенного ей звука, отразившегося от объектов. Летучая мышь обладает способностью распознавать сверхкороткие промежутки, что проходят от испускания звукового сигнала до возвращения эха. Таким образом мышь определяет расстояние между деревьями или другими объектами, а также «видит» как далеко находится от нее то или иное насекомое. Что удивительно – летучая мышь прекрасно различает эхо от статичного (недвижимого) объекта от объекта движущегося.

У дельфинов эхолокацию обнаружили больше полувека назад. Дельфины так же, как и летучие мыши, используют ультразвук, в основном частоты 80-100 гКц . Испускаемые сигналы у дельфинов невероятно мощны: например, они могут «увидеть» стаю рыб на расстоянии более одного километра!

Небольшие интересные факты

• Если расстояние от источника шума до ближайшего препятствия (стены или скалы), то эхо не образуется.
• Знаменитая немецкая река Рейн полна сюрпризов. Например, там есть место, где эхо повторяется 20 раз
• В городе Верден, что во Франции, есть две башни. Если крикнуть стоя между ними, то эхо от своего голоса вы услышите до 11 раз.
• Ухо Диониса – настоящий рекордсмен в области эхо. Это грот в Сиракузах, по форме и впрямь напоминающий человеческое ухо. Но интересен он отнюдь не этим. За счет своей формы грот делает эхо невероятно сильным. Бросок камня или простой хлопок отзовутся из тьмы настоящим громом