Длина волны или частота
Мы привыкли характеризовать звуковые волны частотой, а не длиной. Объясняется это действительно только привычкой или же нас принуждают к этому какие-либо более веские обстоятельства?
Длина звуковой волны зависит от скорости распространения звука (см. предыдущий раздел), а эта скорость есть величина переменная. Скорость звука в воздухе зависит от ряда причин: температуры, атмосферного давления, влажности. Ниже приводится таблица, в которой указаны скорости распространения звуковых волн в сухом воздухе при нормальном атмосферном давлении, а также соответствующая этим скоростям длина звуковой волны.
Из этой таблицы видно, что скорость звука, а вместе с ней и длина звуковой волны довольно сильно зависят от температуры. В том интервале температур воздуха, какой фактически наблюдается в условиях нашего климата, скорость звука изменяется примерно на 15%.
Так как на скорость звука оказывают влияние не только температура, но и степень влажности воздуха и величина атмосферного давления (с увеличением влажности и давления скорость звука увеличивается), фактически возможные изменения длины звуковых волн будут еще больше.
Из сказанного можно сделать вывод, что если бы мы захотели характеризовать звук длиной волны, то нам пришлось бы специально оговаривать температуру, влажность и другие условия, без чего нельзя было бы связать длину волны с каким-нибудь определенным тоном. В большинстве твердых и жидких тел звук распространяется значительно быстрее, чем в воздухе. Ниже приводятся скорость звука и длина звуковых волн в разных средах.
Как видно из таблицы, в резине скорость звуковых волн примерно в 6 раз меньше, чем в воздухе при обычных температурах, а в стали, стекле и дереве она примерно в 15 раз больше.
При ознакомлении со всем сказанным о длине и частоте звуковых волн естественно напрашивается вопрос: не делаем ли мы ошибок и тогда, когда определяем электромагнитные колебания длиной волны, а не частотой?
Строю говоря, электромагнитные колебания тоже правильнее определять частотой, а не длиной волны. Нас спасает от ошибок лишь то, что скорость распространения электромагнитных колебаний в пустоте и воздухе практически одинакова и не зависит от температуры, давления и других причин. Но если бы нам пришлось иметь дело с распространением электромагнитных волн в другой среде, где скорость их отличается на заметную величину, то пользоваться длиной волны уже было бы неудобно, так как длины; волн не соответствовали бы привычным нам частотам.
Приведем один пример. Скорость радиоволн в пустоте, как известно, равна 300 000 км в секунду (точнее по последним данным 299 776 км в секунду), а в воде — в 9 раз меньше. Частоте 1 000 килогерц в пустоте и воздухе соответствует длина волны 300 м, а в воде — 33 м. Как видим, разница весьма существенная.