Нейронные структуры слухового анализатора 4 страница

Осязательные ощущения (прикосновения, давления, совместно с мышечно-суставными, кинестетическими ощущениями), сочетаясь с многообразными данными кожной чувствительности, отражают и множество других свойств, посредством которых мы распознаем предметы окружающего нас мира. Взаимодействие ощущений давле­ния и температуры дает нам ощущения влажности. Сочетание влажности с известной податливостью, проницаемостью позволяет нам распознавать жидкие тела в отличие от твердых. Взаимодей­ствие ощущений глубокого давления характерно для ощущения мяг­кого: во взаимодействии с термическим ощущением холода они порождают ощущение липкости. Взаимодействие различных видов кожной чувствительности, главным образом опять-таки движущейся руки, отражает и ряд других свойств материальных тел, как-то вязкости, маслянистости, гладкости, шероховатости и т. д. Ше­роховатость и гладкость поверхности мы распознаем в результате ви­браций, которые получаются при движении руки по поверхности, и различий в давлении на смежных участках кожи.

В ходе индивидуального развития с самого раннего детства, уже у младенца, рука является одним из важнейших органов познания ок­ружающего. Младенец тянется своими ручонками ко всем предметам, привлекающим его внимание. Дошкольники и часто младшие школь­ники тоже при первом знакомстве с предметом хватают его руками, активно вертят, перемещают, поднимают его. Эти же моменты дейст­венного ознакомления в процессе активного познания предмета имеют место и в экспериментальной ситуации.

Обычно осязание функционирует у человека в связи со зрением и под его контролем. В тех случаях, когда, как это имеет место у слепых, осязание выступает независимо от зрения, отчетливо вырисовываются его отличительные особенности, его сильные и сла­бые стороны.

Наиболее слабым пунктом в изолированно действующем осяза­нии является познание соотношений пространственных величин, наиболее сильным - отражение динамики, движения, действенности. Оба положения очень ярко иллюстрируются скульптурами слепых. Еще, быть может, поучительнее скульптуры слепоглухо­немых детей. Глядя на скульптуры этих детей, лишенных не только зрения, но и слуха, нельзя не поражаться тому, сколь многого можно достичь в отображении окружающей действитель­ности на основе осязания.

На осязании, на деятельности движущейся руки основывается в значительной мере весь процесс обучения слепых, и в еще большей мере — слепоглухонемых, поскольку обучение их чтению и, значит, овладение одним из основных средств умственного и общего культурного развития совершается у них посредством пальпации — восприятия пальцами выпуклого шрифта (шрифта Брайля).

Пальпация имеет применение и в восприятии речи слепоглухо­немыми. «Слушание» речи слепоглухонемыми по способу «чтения с голоса» заключается в том, что слепоглухонемой прикладывает руку тыльной стороной кисти к шее говорящего в области голосового аппарата и путем тактильно-вибрационного восприятия улавливает речь.

Жизнь и деятельность многих слепых, достигших высокого уровня интеллектуального развития и работающих в качестве педагогов, скульпторов, писателей и т. д., служат достаточно яр­ким показателем возможностей осязательно-двигательной системы обучения.

 

Вопросы для проверки усвоения материала к модулю 3:

1. Какие ощущения относят к органическим?

2. Что является физиологической основой органических ощущений?

3. Каковы общие черты органических ощущений?

4. О чем информируют нас статические и кинестетические ощущения?

5. Каковы физиологические основы статических и кинестетических ощущений?

6. Что такое кинестезии?

7. Каковы основные функции кожи?

8. Перечислите виды кожной рецепции.

9. Что такое болевая чувствительность?

10. В чем суть термической чувствительности?

11. Что такое субъективный или относительный термический ноль?

12. Что включает в себя тактильная чувствительность?

13. Охарактеризуйте вибрационную чувствительность.

14. В чем суть осязания?

 

Проектные задании к модулю 3:

1. Охарактеризовать специфику и общие черты органических ощущений.

2. Провести сравнительный анализ разных видов кожной чувствительности.

 

Тесты к модулю 3:

Выбрать из предложенных вариантов правильный ответ:

 

1. Ощущения, идущие из сердечно-сосудистой, дыхательной, половой систем, а также ощущения голода и жажды – это

 

а) кожные ощущения

б) органические ощущения

в) кинестетические ощущения

 

2. Ощущения движения отдельных частей тела – это

 

А) органические ощущения

Б) кожные ощущения

В) кинестетические ощущения

 

3. Ощущения, которые являются биологически очень важным защитным индикатором. Возникая под воздействием разрушительных по своему характеру и силе раздражений, сигнализируют об опасности для организма – это

 

А) кожные ощущения

Б) болевые ощущения

В) ощущения прикосновения и давления

 

4. Субъективный термический ноль связан с:

 

А) Температурой тела человека

Б) Температурой окружающей среды

В) Отношением температуры тела человека и окружающей среды

 

5. Ощущения прикосновения и давления в единстве с кинестетическими и мышечно-суставными ощущениями – это:

 

А) Кинестезия

Б) Антиципация

В) Осязание

 

 

Правильные ответы: 1Б, 2В, 3Б, 4А, 5В.

Каждый правильно выбранный ответ оценивается в 1 балл, максимальное количество баллов – 5.

 

 

Модуль 4. ВКУСОВЫЕ И ОБОНЯТЕЛЬНЫЕ ОЩУЩЕНИЯ

 

Чувствительность к химическим веществам, присутствующим во внешней среде, жизненно необходима человеку. Информацию о них поставляют хеморецепторы в виде обонятельных и вкусовых ощущений. Кроме этого, важнейшая роль обонятельных и вкусовых ощущений заключается в пополнении энергетики организма. Усвоение организмом пищи и жидкости регулируется обонятельной и вкусовой рецепцией, обладающей своей спецификой по отношению к другим видам ощущений.

Комплексные цели модуля:

- выявить специфику и физиологические основы вкусовой рецепции;

- раскрыть специфику и физиологические основы обонятельной рецепции;

- рассмотреть основные теории возникновения вкусовых и обонятельных ощущений.

 

4.1. Вкусовые ощущения

 

Адекватными раздражителямидля вкуса являются разнообразные химические вещества, воздействующие на ре­цепторыслизистой оболочки полости рта, особенно языка, в виде вкусовых ощущений (горько­го, кислого, сладкого, соленого и их комбинаций). Поэтому вкус представляет собой один из видов хеморецепции. Ощущение вкуса вызывают вещества, растворимые в воде и способные хорошо стимулировать деятель­ность вкусовых рецепторов.

Для объяснения механизма возникновения вкуса существуют две гипотезы: аналитическаяи энзиматическая.

Согласно аналитической гипотезе, вкусовой стимул взаимодействует с белковоподобным веществом вкусового рецептора и образует тонизированный продукт, концентрация которого определяет величину нервной энергии.

Согласно энзиматической гипотезе, рецепторы возбуждаются вследствие взаимодей­ствия вкусового стимула с ферментами вблизи не­рвных окончаний; происходящие при этом ион­ные сдвиги вызывают генерацию импульсов.

Ана­литическая гипотеза все больше подтверждается. Из вкусовых сосочков выделены рецепторные чувствительные фракции белковых макромоле­кул, образующих комплекс со сладкими и горь­кими веществами. Прочность образования комп­лекса зависит от концентрации вкусового вещества, порога чувствительности к нему и степени его «горькости» или «сладкости». При последо­вательном апробировании ряда веществ возника­ет вкусовой контраст:после соленого пресная вода кажется сладкой. Целостное вкусовое каче­ство возникает в результате функционирования вкусовых, тактильных, температурных, обоня­тельных рецепторов.

 

Поверхность языка

 

Рис. 4.1. Строение вкусового анализатора

 

Вкусовой анализатор - нейрофизиологическая система, осуще­ствляющая анализ веществ, поступающих в по­лость рта. Анализатор состоит из периферического отдела, спе­цифических нервных волокон, подкорковых и корковых структур. Периферический отдел вкусового анализатора - вкусовые луковицы (почки), расположенные в сли­зистой оболочке языка в грибовидных, листовид­ных и желобовидных сосочках, на нёбе, в передних нёбных занавесках, глотке и гортани.

У человека около 9-10 тысяч вкусовых луковиц, состоящих из рецепторных клеток. Численность вкусовых луковиц не сохраняется постоянной на протяжении жизни; у детей их количество достигает 10 тыс., у пожилых - 2-3 тыс., в связи с чем пожилым людям ка­жется, что во времена их детства все было вкуснее. Каждая луковица (почка) содержит по разным данным 50-150 рецепторных клеток со специальными выростами или микрофиллами (0,1 мк шириной и 2 мк дли­ной), которые осуществляют контакт с химиче­скими веществами. Продолжительность жизни вкусовых клеток очень невелика – всего несколько дней, и они постоянно возобновляются. Вкусовые клетки принадлежат к наиболее быстро стареющим клеткам нашего организма. По мере того, как клетки стареют, они смещаются от края почки к её центру. Различные вкусовые клетки внутри одной вкусовой почки представляют собой разные стадии их развития. По мере старения организма процесс замещения вкусовых клеток замедляется, и уменьшается вкусовая чувствительность. Наиболее заметно возрастное изменение чувствительности к сладкому и соленому, что же касается чувствительности к горькому и кислому, то с годами она возрастает.

Нервные волокна, отходящие от рецепторных клеток вкусового анализатора, достигают продолго­ватого мозга, а затем вентральных и медиальных ядер таламуса. Корковый отдел вкусового анализатора находится в оперкулярной области больших полушарий и в гиппокампе.

Минимальная концентрация химического ве­щества, вызывающая при нанесении на всю поверхность языка вкусовое ощущение, называется абсолютным вкусовым порогом.Абсолютный порогдля сахара составляет 0,01 моль/м², хлорида на­трия — 0,05 моль/м², хинина — 0,0000001 моль/м² (что имеет биологический смысл, так как естествен­ные горькие вещества часто ядовиты). Величина порога зависит от температуры раствора и макси­мальна при +37° С. Чувствительность к вкусовым раздражителям различных участков языка неоди­накова. Наиболее чувствительны: к сладкому - кончик языка, к горькому - корень, к кислому - края, к соленому - кончик и края. Чувствительность вкусового анализатора максимальна натощак и значительно снижается после приема пищи. При длительном контакте вкусовых раздражителей с языком про­исходит адаптация, которая возникает быстрее к сладким и соленым веществам, медленнее - к кис­лым и горьким.

Во вкусовых ощущениях имеются тонкие индивидуальные различия. Например, одни люди считают более приятным сладкий вкус, другие – соленый, третьи – горьковато-кислый и т.д.

Кроме этого, прием пищи становится привлекательным для человека благодаря сочетанию сенсорных впечатлений, который называется «букетом». «Букет» создают такие свойства еды, как консистенция, аромат, температура, цвет. В создании «букета» может участвовать также ощущение легкого пощипывания полости рта и носа, что происходит при употреблении специй и газированных напитков.

Особенностью вкусовых ощущений является их эмоциональное воздействие на человека. Неприятный вкус даже полезной пищи может вызывать дискомфорт и отрицательные эмоции.

Вкусовая чувствительность тесно связана с обонянием, поэтому вкус пищи улучшают различными ароматическими добавками.

 

4.2. Обонятельные ощущения

 

Обонятельные ощущения -вид ощущений, отражающих химические свойства летучих веществ (называе­мые запахами). Запахи для человека являются при­знаками бесконечного числа предметов и явлений. В природе насчитывается приблизительно 60 000 са­мых различных запахов, простых и сложных. Их комбинация может быть бесконечно многообразной. Од­нако человек, обладающий хорошим обонянием, может научиться различать десятки тысяч как про­стых, так и сложных запахов.

Обонятельная чувствительность-вид химической рецепции(хеморецепции), способность ощущать и различать пахучие вещества, например, запахи пищи. Пахучие летучие вещества в виде пара, газа, тумана, пыли или дыма достигают рецепторов при вдыха­нии через нос или полость рта.

Спектр воспринимаемых человеком запахов очень широк; предпринималось немало попы­ток систематизировать их. Немецкий психолог X.Хеннинг (1924) выделил 6 основных запахов(фрук­товый, цветочный, смолистый, пряный, гнилостный, горелый), отношения между которыми отражает так называемая призма запахов. Призма Хеннинга – это полая трехгранная призма, 6 углов которой соответствует 6 первичным запахам; промежуточные ароматы, образовавшиеся в результате смешения нескольких первичных запахов, лежат на поверхности пирамиды.

Позже была предложена схема из 4 основных запахов (ароматный, кислый, горелый, гнилостный), интенсивность ко­торых обычно измеряется по условной 9-балльной шкале. Другие классификации базируются на большем или меньшем количестве первичных запахов, однако ни одна из них не избежала критики.

Единой теории возникновения обоняния нет. Еще более 2 тысяч лет назад римский поэт, просветитель и философ Лукреций (Тит Лукреций Кар, 99- 55 г.г. до н.э.) предложил простое объяснение чувству обоняния. Он считал, что на нёбе имеются маленькие поры различной величины и формы. Каждое пахучее вещество испускает мельчайшие «молекулы» определенной формы, и запах ощущается тогда, когда эти молекулы входят в поры на нёбе. Опознание каждого запаха зависит от того, к каким порам подходят его молекулы.

Сегодня представляется, что догадка Лукреция была принципиально правильной – последние исследования показали, что геометрия молекул является действительно главным фактором, определяющим запах, и на этой основе была создана современная теория обоняния. В 1949 году Р.Монкрифф предложил гипотезу, сильно напоминавшую догадку Лукреция 2000 летней давности. Монкрифф предположил, что обонятельная система построена из рецепторных клеток немногих отличных друг от друга типов, каждый из которых «представляет» отдельный первичный запах, и что пахучие молекулы оказывают свое действие путем точного совпадения их формы с формой рецепторных клеток. Эта гипотеза является первым изложением концепции «ключа и замка», предтечей стереохимической гипотезы Дж.Эймура.

Дж.Эймур в 1952 году установил прямую связь между некоторыми химическими свойствами соединений и ощущением запахов. Он исследовал 600 органических соединений, обозначенных в литературе как пахучие. На основании частоты встречающихся запахов удалось выделить 7 запахов, которые можно было бы рассматривать как первичные. Благодаря методам стереохимии были построены трехмерные модели молекул пахучего вещества первичных запахов.

Дж.Эймуром была выдвинута стереохимическая гипотеза, согласно которой взаимодействие молекул пахучего вещества с мемб­раной обонятельной клетки зависит одновремен­но от пространственной формы молекулы и от наличия в ней определенных функциональных групп. Предполагается, что молекула обонятельного пиг­мента может легко переходить в возбужденное состояние под действием колеблющейся молекулы пахучего вещества. По этой теории существуют 7 первичных запахов — камфароподобный, цветочный, мускусный, мятный, эфирный, гнилостный и острый. Остальные запахи (например, чеснока) являются сложными, состоящими из не­скольких первичных. Молекулы с камфароподобным запахом должны иметь форму шара, с мускусным – форму диска, с цветочным — форму диска с ручкой или воздушного змея, с мятным – клинообразную форму, с эфирным – палочкообразную форму. Молекулы с едким и гнилостным запахом являются исключением и не имеют определенной формы. Для них особое значение приобретает электрический заряд молекулы. Едкие запахи свойственны соединениям, имеющим положительный заряд. Напротив, гнилостные запахи свойственны молекулам с избытком электронов. Были рассчитаны приблизительные размеры рецепторных «лунок», или гнезд, на мем­бране обонятельной клетки, в которые должны входить молекулы пахучих веществ.

Рис. 4.2. Обонятельные рецепторные участки для распознавания первичных запахов и примеры молекул, обладающих этими запахами (мятный, эфирный, едкий, гнилостный).

 

В формировании обонятельного ощущения участвуют и другие рецепторы слизистой оболочки полости рта: тактильные, температурные, болевые. Вещества, раздражающие только обонятельные рецепторы, называются ольфактивными (ванилин, бензол, ксилол) в отличие от смешанных, раздра­жающих также и другие рецепторы (аммиак, хлоро­форм). Обоняние у одного и того же субъекта может колебать­ся в широких пределах.

 

Рис. 4.3. Обонятельные рецепторные участки для распознавания первичных запахов и примеры молекул, обладающих этими запахами (камфарный, мускусный, цветочный).

 

При длительном контакте пахучих веществ со слизистой оболочкой наблю­дается адаптация - понижение обонятельной чув­ствительности. Время адаптации у разных субъек­тов к различным запахам неодинаково. С повышением концентрации веществ оно уменьшается, поэтому лица, имеющие дело с сильно пахучими веществами, скоро привыкают к ним и перестают их ощущать. Полная адаптация к одному запаху не исключает чувствительности к другим. Интенсив­ность запаха зависит от температуры и влажности. Обоняние подвержено регулярным колебаниям: днем чувствительность меньше, чем утром и вечером. Обоняние усиливается во время беременности.

В обонятельных ощущениях имеются тонкие индивидуальные различия. Например, ряд цветочных запахов может быть воспринят толь­ко некоторыми людьми. Это явление аналогично «цветовой слепоте». При одновременном действии на обонятельные рецепторы двух или более различных запахов возможна маскировка, компенсация или слияние запахов. На слиянии запахов основан эстетический эффект сложных парфюмерных запахов — «букет запахов».

Особенностью обонятельных ощущений является их эмоциональное воздействие на человека. Неприятные запахи могут вызывать головные боли, головокружение, астму, неврозыи снижать производи­тельность труда. Поэтому на рабочих местах необ­ходимо устранять источники неприятных запахов, либо маскировать их. Они устраняются вентиля­цией, адсорбцией (поглощением газа пористым материалом), абсорбцией (поглощением жидкостью или фильтром), маскированием более прият­ным запахом, озонацией.

Обонятельный анализатор— сенсорная система, осуществля­ющая анализ пахучих веществ, которые воздей­ствуют на слизистую оболочку носовой полости. Обонятельный анализаторсостоит из периферического отдела (обонятельные рецепторы), специфических проводящих нервных путей (обонятельный нерв и центральный обонятельный путь), подкорковых нервных струк­тур и коркового отдела.

Периферическим отделом обонятельного анализатора служат рецепторные поверхности, расположенные в слизистой оболочке верхней части носовой перегородки. Обо­нятельный рецептор состоит из так называемого биполярного нейрона размером 5-10 мкм и периферической части — палочкообразного отростка (шириной около 1 мк и длиной 20-90 мкм), заканчивающегося обонятельным пузырьком, на котором симметрично расположены 9-16 ресничек (диаметром 0,1-0,2 мкм), непосредственно вступающих в контакт с пахучими веществами. Аксоны биполярных нейронов, собираясь в пучок обонятельного нерва, проникают через отверстия в продырявленной пла­стинке решетчатой кости в полость черепа и вхо­дят в обонятельную луковицу. Из митральных клеток обонятельной луковицы начинается цент­ральный обонятельный путь, который заканчивается в височных базальных отделах мозга. Подкорковыми нервными структурами являются так называемые сосковид­ные тела.

 

Рис. 4.4. Обонятельный анализатор

 

У человека роль органа обоняния исполняет обонятельный эпителий, располагающийся на стенках верхнего отдела носовой плоскости. Обонятельный эпителий располагается по обеим сторонам носовой полости, разделенной носовой перегородкой. Наличие двух носовых проходов усиливают остроту ощущаемых запахов, помогают в локализации источника запаха. Обонятельные рецепторы, называемые обонятельными клетками, снабжены обонятельными ресничками, погруженными в жидкость, покрывающую слизистую оболочку обонятельного эпителия. В состав слизи входит и связующее вещество – особые обонятельные белки, которые таким образом взаимодействуют с молекулами пахучего вещества, что становится возможным проникновение последних через слизь и их контакт с обонятельными рецепторными клетками. От обонятельных рецепторных клеток отходят нитевидные нервные окончания, образующие обонятельные нервные волокна, которые связаны с обонятельной луковицей. Обонятельная луковица посылает нейронные импульсы в несколько зон головного мозга. Одна из этих зон – таламус, связанный с лобной долей головного мозга.

Пахучие вещества проникают в слизистую оболочку носа при вдыхании через нос или через рот. Минимальная концентрация пахучего веще­ства, вызывающего обонятельное ощущение, на­зывается абсолютным порогом чувствительности. Обонятельный анализаторчеловека имеет высокую чувствительность, в частности, запах «искусственного мускуса» ощуща­ется при наличии 5х 10 ¹⁵ г его в 1 см³ воздуха. Не­которые пахучие вещества (ванилин, валерьяновая кислота) вызывают чисто обонятельные ощущения. Другие пахучие вещества вызывают наряду с обонятельными также и температурные, тактильные, болевые и вкусовые ощущения (например, хлоро­форм — сладкий вкус, ментол и камфора — холод и др.).

Важное свойство обонятельного анализатора — адаптация (уменьше­ние чувствительности) к длительному раздраже­нию пахучим веществом. Одновременное действие нескольких пахучих веществ приводит к их смешению. В некоторых случаях происходит подав­ление одного запаха другим. Возможны нейтрализация запахов, когда смесь не вызывает обонятельного ощущения; появление нового запаха; последова­тельная смена запахов; увеличение чувствительно­сти к одному запаху после действия другого и другие явления, возникающие при смешении запахов.

 

Вопросы для проверки усвоения материала к модулю 4:

1. Какие раздражители вызывают вкусовые ощущения, и каковы их свойства?

2. Перечислите основные вкусовые ощущения.

3. В чем суть аналитической и энзиматической гипотез возникновения вкуса?

4. Что такое вкусовой контраст?

5. Какова физиологическая основа возникновения вкусовых ощущений?

6. Что такое абсолютный вкусовой порог?

7. Охарактеризуйте понятие «букет вкусовых ощущений».

8. Что представляет собой обоняние?

9. Какова специфика раздражителей, вызывающих обонятельные ощущения?

10. Перечислите основные запахи.

11. Каковы были представления Лукреция Кара о возникновении обонятельных ощущений?

12. В чем суть стереохимической гипотезы Дж.Эймура?

13. Какова физиологическая основа обоняния?

14. Какова взаимосвязь обонятельных и вкусовых ощущений?

 

Проектные задания к модулю 4:

1. Провести сравнительный анализ вкусовых и обонятельных ощущений.

2. Раскрыть основные принципы, положенные в основу стереохимической теории обоняния.

Тесты к модулю 4:

Выбрать из предложенных вариантов правильный ответ:

 

1. Камфорный, мускусный, цветочный, эфирный, едкий,гнилостный - являются:

А) основными вкусами

Б) основными запахами

В) химическими реагентами

2. "Ключ и замок" - термин

А) стереохимической теории обоняния

Б) вибрационной теории

В) теории вкуса

3. Сладкий, соленый, горький, кислый – являются

А) основными вкусами

Б) основными запахами

В) основными химическими реагентами

4. Основное свойство раздражителей, вызывающих вкусовые ощущения:

А) летучесть

Б) растворимость в воде

В) тягучесть

5. Основное свойство раздражителей, вызывающих обонятельные ощущения:

А) тягучесть

Б) растворимость в воде

В) летучесть

 

Правильные ответы: 1Б, 2А, 3А, 4Б, 5В. Каждый правильно выбранный ответ оценивается в 1 балл, максимальное количество баллов – 5.

Модуль 5. СЛУХОВЫЕ ОЩУЩЕНИЯ

 

Слух является уникальным источником жизненно важной информации о внешней среде. Слуховые ощущения позволяют организму четко ориентироваться в мире звуков, наполняющих окружающее пространство. Сложное строение слуховой сенсорно-перцептивной системы и рождающиеся на её основе слуховые ощущения позволяют человеку не только активно взаимодействовать с окружающей средой, но и использовать ее как средство коммуникации.

Комплексные цели модуля:

- раскрыть природу слуховых ощущений в их взаимосвязи со спецификой стимулов;

- подробно проанализировать физиологические основы слуха;

- проанализировать основные теории звуковысотного различения;

- рассмотреть специфические особенности и виды слуха.

 

5.1. Природа слуховых ощущений

 

Слуховые ощущения возникают в результате воздействия меха­нических колебаний окружающей среды, которые преобразуются и по проводящим путям поступают в слуховые центры коры. Таким об­разом, слуховые ощущения - субъективное психическое отражение воздействующих на слуховой рецептор звуковых волн, которые по­рождаются колеблющимся телом и рождают собой попеременное сгущение и разряжение воздуха.

 

5.2. Звук

Звуки, которые мы слышим, являются результатом преобразования определенной] формы механической энергии и представляют собой последовательные изменения давления, происходящие в разных средах — жидких, твердых или газообразных. На рисунке 5.1. показаны изменения давления – сжатия и разрежения воздуха - при распространении звуковой волны в газообразной среде от точечного источника звука.

Рис. 5.1. Сжатия и разрежения воздуха в звуковой волне

Большинство воспринимаемых нами звуков передается по воздуху,^: Так, стоит лишь ударить по камертону — и он начинает вибрировать, благодаря чему мы и слышим звук: колебания ветвей камертона создают последовательность чередующихся сжатий и разрежений окружа­ющего их воздуха (рис. 5.2.).

 

Рис. 5.2. Распространение звуковой волны от камертона

Типичный объект, издающий звуки благодаря вибрации — репродуктор стереосистемы или радио. Работающий репродуктор то вытесняет воздух, что вызывает сжатие молекул последнего, то втягивает его, следствием чего становится разрежение воздуха. Громкоговоритель совершает сотни или даже тысячи колебаний в секунду, создавая определенную череду сгущений и разрежений воздуха, расходящихся в разные стороны от него. Звуковая волна простейшего типа представляет собой волну, вызывающую по­следовательные изменения давления воздуха во времени; она имеет стабильную форму синусоидальной волны. График сжатий и разреже­ний простой звуковой волны, исходящей из определенной точки пространства, пред­ставлен на рис. Полное изменение давления, включающее сжатие, разреже­ние и повторное сжатие, представляет собой единицу звука, называемую циклом или периодом.

Хотя звуковые волны перемещаются из одной точки пространства в другую в воздушной среде, ни вибрации, ни движения самой среды при этом не происходит. Иными словами, молекулы образующих воздух веществ не перемещаются вместе со звуковой волной, при движении волны в воздушной среде они скорее распола­гаются вдоль нее. Визуальной аналогией распространения звуковой волны явля­ется картина, когда спокойная поверхность пруда приходит в движение от брошенного в него камня. Упавший в воду камень вызывает возмущения, которые воспринимаются наблюдателем как череда концентрических окружностей, расхо­дящихся все дальше и дальше от места падения камня, но не вызывающие переме­щение воды.

Звуки возникают только в определенной среде, способной передавать колеба­ния давления, то есть звуки не могут существовать в вакууме, так как вакуум нельзя под­вергнуть сжатию. Более того, скорость распространения звука (v) зависит от физических свойств среды, и в твердых телах она выше, чем в жидкости или в газе. Например, в воде звук распространяется в 4, а в стали или в стекле — в 16 раз быстрее, чем в воздухе. Скорость распространения звука в воздухе равна примерно 335 м/с. Общее правило таково: при увеличении плотности среды ско­рость звука в ней увеличивается. Скорость распространения звука зависит также и от температуры среды. Так, при увеличении температуры воздуха на 1 °С скорость распространения звука в нем увеличивается на 61 см/с.