# Звук и волны

> Как по воде и по воздуху бегут волны: длина волны, скорость звука, эхо с расчётом, чем высота отличается от громкости. С интерактивом и бесплатным тренажёром.

**Физика, 9 класс.** Урок бесплатного онлайн-самоучителя «ШкольныйГид». Обновлено: 2026-09-27.

Страница урока: https://shkolniygid.ru/fizika/9-klass/zvuk-volny/

Хлопнул в ладоши у скалы — и через 4 секунды эхо вернулось. Скала далеко? Скорость звука в воздухе около 340 м/с, за 4 с звук прошёл 340 · 4 = 1360 м — но туда и обратно, значит до скалы 680 метров. Один хлопок — и у тебя дальномер. Со звуком то же, что с волной на воде: круги бегут наружу, а вода остаётся на месте. Волна переносит энергию, но не вещество.


### Длина волны и скорость


![Камертон излучает звуковые волны: сгущения и разрежения воздуха движутся к уху](https://shkolniygid.ru/img/lessons/zvuk-1.webp)

*Звук — это продольная волна: ветви камертона сжимают и разрежают воздух, и эти сгущения бегут к нашему уху.*


**Длина волны** $\lambda$ — расстояние между двумя ближайшими гребнями, то есть путь волны за один период. Связывает величины формула $\lambda = \frac{v}{\nu}$, или $v = \lambda \cdot \nu$. Звук частотой 680 Гц в воздухе имеет длину волны 340 : 680 = 0,5 м. Волны бывают **продольные** — колебания вдоль бега волны, как у звука, — и **поперечные**, когда перпендикулярно, как на верёвке. Звук — продольная волна сжатий и разрежений, ему нужна среда: в вакууме колебания передавать нечему.


$$v = \lambda \cdot \nu, \qquad \lambda = \frac{v}{\nu}$$

*Скорость, длина волны и частота волны*


Скорость звука зависит от среды: воздух — около 340 м/с, вода — примерно 1500 м/с, сталь — около 6000 м/с. Отсюда походное правило: считай секунды от вспышки молнии до грома и умножай на 340.


| Среда | Скорость звука | Что это значит |
| --- | --- | --- |
| Воздух | около 340 м/с | на каждый километр до грозы гром опаздывает на 3 с |
| Вода | около 1500 м/с | киты слышат друг друга за сотни километров |
| Сталь | около 6000 м/с | приложив ухо к рельсу, поезд услышишь раньше |
| Вакуум | звук не распространяется | передавать колебания нечему |


**Расстояние до грозы по хлопку грома**

1. От вспышки молнии до грома прошло 5 с — все 5 с шёл звук: — $$t = 5$$
2. Умножаем время на скорость звука в воздухе: — $$s = 340 \cdot 5 = 1700$$
3. Гроза в 1,7 км: три секунды — около километра. — $$1700 \approx 1{,}7 \cdot 10^3$$


### Продольные и поперечные: как колебания бегут по волне


Встряхни конец верёвки вверх-вниз — по ней побежит горб, и колебания идут перпендикулярно направлению бега. Это **поперечная волна**. Ударь вдоль оси спиральной пружины, разложенной по полу, — по ней побежит сжатие, и витки дрожат вдоль движения волны. Это **продольная волна**. Звук в воздухе — именно продольная волна: камертон сжимает и разрежает воздух, и эти сгущения бегут к уху, что видно на картинке выше.


Общее у обеих волн одно: вещество с собой волна не переносит. Бумажный кораблик на воде только качается на месте, виток пружины дрожит вокруг своего положения равновесия. Бежит энергия — и по ней считают дальность. Колебаниям нужна среда, газ, жидкость или твёрдое тело: в разреженном воздухе звук всё тише, а в вакууме передавать колебания нечему. Поэтому космонавты на связи по рации — радиоволны среде не нужны, а гул двигателей станции снаружи не услышит никто.


### Эхо, высота и громкость


Ухо слышит колебания от 20 Гц до 20 000 Гц: ниже — **инфразвук**, выше — **ультразвук** (летучие мыши, эхолот). **Высота звука** — про частоту: 440 Гц — нота «ля», удвоил частоту — нота на октаву выше. **Громкость** — про амплитуду, меряют в децибелах: шёпот около 30 дБ, разговор — 60 дБ, отбойный молоток — около 100 дБ, а 120 дБ — уже болевой порог. Эхо различимо, только если звук вернётся не раньше чем через 0,06 с — препятствие должно быть дальше 10 м. В комнате отражение сливается с голосом.


### Тембр: почему флейта и скрипка звучат по-разному


Одну и ту же ноту «до» берут скрипка, флейта и голос — частота одна, а звучания непохожие. Различие называется **тембром**, или окраской звука. Кроме основной частоты источник даёт призвуки-обертоны: свой набор у каждого инструмента, свой — у каждого голоса. Именно по тембру ты узнаёшь друга в другой комнате и отличаешь рояль от аккордеона по записи. Высота, громкость и тембр — три портрета одного звука.


Тембр в задаче ловится по формулировке: если спрашивают, почему два источника звучат непохоже при одинаковой высоте и громкости, — это всегда про обертоны. От силы удара по струне зависит громкость, от места зажима и длины струны — высота, а от материала и формы корпуса — тембр. Скорость звука при этом от всех трёх характеристик не зависит.


> **Ловушка.** В задаче на эхо звук проходит путь дважды: почти все забывают поделить на 2, и эхо через 4 с превращается в 1360 м вместо 680. Второе: 340 м/с — только воздух; в воде около 1500 м/с, в стали около 6000 м/с.


> **Совет.** Высота и громкость не связаны: писк комара тонкий, но тихий, бас колонки низкий и оглушающий. Высота задаётся частотой, громкость — амплитудой, а тембр — набором обертонов. На вопрос «частота выросла — что изменилось?» отвечай так: звук стал выше, но не громче и не быстрее — скорость звука от частоты не зависит. Держи в голове триаду: частота — высота, амплитуда — громкость, обертоны — тембр.


*[Интерактив: Волна и звук: словарь урока — доступен на странице урока]*


*[Интерактив: Верно или нет? — доступен на странице урока]*


Ты видишь молнию раньше, чем слышишь гром, потому что звук ползёт всего 340 м/с: раската от грозы в 1 км приходится ждать почти 3 секунды. В воде звук бежит вчетверо быстрее — около 1500 м/с, поэтому киты слышат друг друга за сотни километров.


Звук не живёт в пустоте: ему нужна среда — газ, жидкость или твёрдое тело. Поэтому и в комнате, и на улице волна доходит до уха по воздуху, а если воздух откачать из колокола под куполом, звонок замолчит, хотя молоточек продолжает бить.


### Ультразвук и инфразвук на службе


Границы слуха человек расширил техникой. Летучая мышь в темноте кричит ультразвуком в десятки килогерц и по отражённому эху находит мотылька между ветками — тот же принцип в эхолоте: прибор посылает ультразвук ко дну, делит время возврата пополам и умножает на скорость звука в воде, получая глубину. УЗИ в поликлинике просвечивает ультразвуком организм, а сонары подводников и дельфины работают в воде, где звук бежит быстро и далеко.


Инфразвук — колебания ниже 20 Гц — человек не слышит, но природа им пользуется. Слоны переговариваются инфразвуком за многие километры через саванну. Перед штормом и землетрясением в атмосфере рождаются низкочастотные волны, и некоторые животные тревожатся заранее. Для людей сильный инфразвук неприятен: вызывает гнетущее чувство усталости и тревоги, поэтому рядом с мощными вентиляторами и компрессорами работают с оглядкой.


### Считаем длину волны ноты «ля»


Закрепим формулу $v = \lambda \cdot \nu$ на знакомой ноте. Камертон «ля» первой октавы звучит на частоте 440 Гц — по этому тону настраивают оркестры. Посчитаем, какую длину волны его звук имеет в воздухе и в воде.


**Длина волны ноты «ля» в воздухе и в воде**

1. Записываем формулу связи скорости, длины волны и частоты: — $$\lambda = \frac{v}{\nu}$$
2. В воздухе скорость около 340 м/с, частота 440 Гц: — $$\lambda = \frac{340}{440} \approx 0{,}77$$
3. Длина волны в воздухе — примерно 77 сантиметров, чуть короче размаха детской руки.
4. В воде скорость около 1500 м/с, а частота та же — её задаёт источник: — $$\lambda = \frac{1500}{440} \approx 3{,}4$$
5. Скорость выросла примерно в 4,4 раза — и длина волны во столько же, частота не изменилась: — $$\frac{1500}{340} \approx 4{,}4$$
6. Проверка обратной формулой: 0,77 · 440 около 340 м/с — сходится. Вывод: при переходе в другую среду частота сохраняется, а длина волны меняется вместе со скоростью. — $$0{,}77 \cdot 440 \approx 340$$


### Словарь урока


**Механическая волна** — Распространение колебаний в упругой среде; вещество с собой не переносится
**Продольная волна** — Волна, в которой частицы колеблются вдоль направления её бега, как звук
**Поперечная волна** — Волна с колебаниями поперёк направления бега, как горб на верёвке
**Тембр** — Окраска звука по набору обертонов; по ней узнают инструмент и голос
**Эхолот** — Прибор, измеряющий глубину по времени возврата ультразвукового эха
**Октава** — Интервал с удвоением частоты: 440 Гц и 880 Гц — одна нота на октаву выше


### Как это спрашивают на контрольной


Сюжетов немного, и все крутятся вокруг одной формулы v = λ·ν: дают две величины, просят третью. Плюс два сценарных сюжета — эхо с делением пути пополам и расстояние до грозы без всякого деления. Читай условие до конца: где источник, где отражатель и что уже учтено.


- По скорости и частоте найти длину волны — скорость разделить на частоту
- По длине волны и частоте найти скорость — перемножить их
- Эхо вернулось через t секунд: путь звука делим пополам
- Гром услышан через t секунд: расстояние равно 340 · t, делить не надо
- Качественный вопрос: звук перешёл из воздуха в воду — скорость и длина волны выросли, частота осталась


*[Интерактив: Разложи характеристики звука — доступен на странице урока]*


*[Интерактив: Прикинь расстояние — доступен на странице урока]*


## Частые вопросы

### Почему в космосе не слышно взрывов?

Звук — механическая волна, ему нужна среда: воздух, вода, металл. В вакууме колебания передавать нечему, поэтому в открытом космосе абсолютная тишина, хотя радиосвязь там работает — радиоволны для среды не нужны.


### Как по грому определить расстояние до молнии?

Посчитай секунды от вспышки до грома и умножь на 340 м/с: 3 секунды — около километра. Свет приходит практически мгновенно, поэтому вся задержка — это путь звука.


### Какой звук громче: высокий или низкий?

Это несвязанные вещи: громкость зависит от амплитуды, а высота — от частоты. Писк комара очень высокий, но тихий, а низкий гул сцены может быть оглушительным.


### Почему в большой пустой комнате голос звучит гулко?

Отражения от стен возвращаются к уху с задержкой, и в большой комнате они слышны как эхо и гул. В маленькой комнате отражения приходят раньше 0,06 с и сливаются с прямым звуком, поэтому гула не выходит.


## Проверь себя (вопросы и ответы)

#### Вопрос 1: Скорость волны 8 м/с, частота 4 Гц. Чему равна длина волны?
- ☐ 0,5 м
- ✅ 2 м
- ☐ 32 м

*Пояснение: λ = v/ν = 8/4 = 2 м.*


#### Вопрос 2: Эхо от скалы вернулось через 4 с. Скорость звука 340 м/с. Каково расстояние до скалы в метрах?
**Ответ:** 680

*Пояснение: Звук прошёл путь туда и обратно: s = v·t/2 = 340 · 4 / 2 = 680 м.*


#### Вопрос 3: Чем выше частота колебаний источника, тем выше тон звука.
- ✅ Правда
- ☐ Неправда

*Пояснение: Да: высота звука определяется частотой. 440 Гц — «ля», 880 Гц — та же нота на октаву выше.*


#### Вопрос 4: Расставь среды по возрастанию скорости звука в них.
**Правильный порядок:** воздух (около 340 м/с) → вода (около 1500 м/с) → сталь (около 6000 м/с)

*Пояснение: В воздухе звук медленнее всего, в твёрдых телах быстрее всего: среда жёстче — волна бежит быстрее.*


#### Вопрос 5: Соедини диапазон с его границей.
- инфразвук — меньше 20 Гц
- слышимый звук — от 20 Гц до 20 кГц
- ультразвук — больше 20 кГц

*Пояснение: Диапазон слышимости человека — 20 Гц — 20 кГц; за его краями инфразвук и ультразвук.*


#### Вопрос 6: Что изменится, если сильнее ударить по струне гитары, не зажимая лады?
- ✅ громкость
- ☐ высота тона
- ☐ скорость звука

*Пояснение: Амплитуда колебаний вырастет — звук станет громче. Частота струны не меняется, поэтому высота та же, а скорость звука от силы удара вообще не зависит.*


#### Вопрос 7: Какой это диапазон частот?
- **Инфразвук:** 10 Гц
- **Слышимый звук:** 500 Гц, 20 Гц
- **Ультразвук:** 30 000 Гц, 150 000 Гц

*Пояснение: Человек слышит от 20 Гц до 20 кГц; ниже лежит инфразвук, выше — ультразвук, который используют сонары и летучие мыши.*


#### Вопрос 8: Дополни про характеристики звука.
Высота тона зависит от **частоты** колебаний, а громкость звука — от **амплитуды**.

*Пояснение: Частота определяет высоту тона, амплитуда — громкость: чем больше амплитуда, тем громче.*


## Тренажёр

На [странице тренажёра](https://shkolniygid.ru/fizika/9-klass/zvuk-volny/trenazher/) — 3 типов задач с бесконечными вариантами чисел, проверкой ответа и разбором каждого шага.