В.А. ХАМИТОВ,
учитель физики,
п. Октябрьский, Пермская обл.

Неслышимый «враг»,
или Какие бывают звуки

Звук – механическое возмущение, распространяющееся в упругой среде. Механическое возмущение может быть произведено рядом способов, но всегда представляет собой быстрое увеличение давления в какой-либо точке среды под действием источника звука. Повышение давления приводит к распространению возмущения в среде, при котором частицы среды совершают колебательные движения около положений равновесия. Такой процесс называют акустической (звуковой) волной. Поскольку смещения частиц совпадают по направлению с распространением возмущения, такие волны называют продольными. При распространении волны не происходит переноса вещества, но энергия передается в среде от точки к точке.

Скорость распространения звука зависит от физических свойств среды: упругости (для твердых тел и жидкостей), удельной теплоемкости (для газов), а также от температуры. Скорость звука в сухом воздухе при 0 °С и давлении 1,01325 бар составляет 331,29 м/с, в морской воде – 1490 м/с, а в стали – 5000 м/с.

В повседневной жизни чаще всего встречаются звуковые волны, в которых смещения частиц среды из положений равновесия происходят через более или менее равные промежутки времени, т.е. периодически. Такой звук характеризуется основной частотой (или тоном), которая определяется числом колебаний фиксированной точки среды в 1 с (1 Гц соответствует 1 колебанию в 1 с). В простейшем случае частицы среды колеблются по синусоидальному (гармоническому) закону, и мы слышим чистый тон. Звуки музыкальных инструментов представляют собой сумму основного и дополнительных (обертонов) чистых тонов.

Воспринимаемый ухом человека, или слышимый, звук имеет частоты в диапазоне 20–20 000 Гц. Звуковые волны с более низкими частотами называют инфразвуком, а с более высокими – ультразвуком. Многие животные воспринимают ультразвук, а некоторые и инфразвук (таблица).

Об ультразвуке не раз упоминается на уроках биологии – дельфины и летучие мыши используют его для локации, т.е. определения положения окружающих предметов. Инфразвук встречается даже чаще, чем ультразвук, но о нем знают меньше. Звук с частотой выше примерно 18 Гц воспринимается как некий тон, а при более низких частотах – как вибрация.

Инфразвук часто встречается в природе. Его источниками являются землетрясения, извержения вулканов, водопады, возникает он также при грозах, сильном ветре. Используя современные компьютеры, можно рассчитывать движение инфразвуковых волн в атмосфере и использовать эту информацию для предсказания погоды.

При землетрясениях и подвижках земной коры генерируются волны трех типов: S, P и L. S-волны – поперечные и могут распространяться только в скальных породах. P-волны – продольные звуковые волны, распространяющиеся на огромные расстояния со скоростью звука в данной среде. L-волны подобны морским волнам и распространяются вдоль границ разных сред с малой скоростью, зависящей от частоты. Волна инфразвука, дойдя до поверхности Земли от центра землетрясения, превращается в L-волну, которая и вызывает наблюдаемые многочисленные разрушения. Такие же, но более слабые, волны возникают при подземных ядерных взрывах.

Инфразвук может сыграть и роль детонатора. Дело в том, что в Мировом океане громадные запасы метангидрата – метанового льда. Это единый конгломерат из воды и газа, состоящий из кластеров по 32 молекулы воды и 8 молекул метана. Метангидраты образуются там, где на морском дне через трещины в земной коре выделяется природный газ.

Инфразвуковая волна, обладая огромной энергией, разрушает метановый лед, и метан выделяется в воду. Кратеры, выделяющие метан, были обнаружены научно-исследовательским кораблем «Полярная звезда» (ФРГ) в море Лаптевых и у берегов Пакистана в 1987 г. Образующаяся при выделении метана газо-водяная смесь имеет очень малую плотность, и корабль, оказавшийся в зоне выделения метана, может внезапно утонуть. Более того, самолет, пролетающий над таким местом, может неожиданно глубоко «провалиться» в воздушную яму и удариться о поверхность воды. Считается, что многие необъяснимые катастрофы кораблей и самолетов связаны именно с непредсказуемым выделением метана из морских глубин.

Инфразук возникает при работе промышленных установок, автомобилей, тракторов и бытовых приборов. Например, сельскохозяйственные тракторы на резиновом ходу и грузовики имеют максимальные вибрации в диапазоне 1,5–3,5 Гц, гусеничные тракторы – около 5 Гц. Такие звуки не слышны, тем не менее они оказывают действие на организм человека: появляется повышенная нервозность, чувство страха, приступы тошноты. Иногда из носа и ушей идет кровь.

Свойство инфразвука вызывать страх используется полицией в ряде стран мира. При необходимости разогнать толпу полицейские включают мощные генераторы ультразвука, частоты которых отличаются на 5–9 Гц. Ультразвук не слышен, однако биения, возникающие из-за различия частот генераторов, имеют инфразуковую частоту и вызывают у многих людей неосознанное чувство страха, желание поскорее уйти из места, где действует инфразвук.

Механизм восприятия инфразвука и его физиологического действия на человека пока полностью не установлен. Возможно, что действие инфразвука связано с возникновением резонанса – резкого усиления колебаний при совпадении частоты звука с собственной частотой какого-либо предмета или устройства.

Разного рода резонансы возможны и в организме человека. При этом важную роль играет центральная нервная система, в которую в виде электрических импульсов поступают сигналы от всех рецепторов. Многим знакомы неприятные ощущения после длительной езды в автобусе, поезде, плавания на корабле или качания на качелях. Говорят: «Меня укачало». Все эти ощущения связаны с действием инфразвука на вестибулярный аппарат, собственная частота которого близка к 6 Гц.

При воздействии на человека инфразвука с частотами, близкими к 6 Гц, могут отличаться друг от друга картины, создаваемые левым и правым глазом, начнет «ломаться» горизонт, возникнут проблемы с ориентацией в пространстве, придут необъяснимая тревога, страх. Подобные ощущения вызывают и пульсации света на частотах 4–8 Гц. Еще египетские жрецы, чтобы добиться признания у пленника, привязывали его и с помощью зеркала освещали глаза пульсирующим солнечным лучом. Через некоторое время у пленника появлялись судороги, шла пена изо рта, его психика подавлялась, и он отвечал на вопросы.

Сходные воздействия инфразвука и света, помимо просто громкого звука, испытывают участники дискотек. Вполне возможно, что оно не проходит бесследно, и при частом повторении в организме могут произойти какие-либо необратимые и нежелательные изменения.