Теория:

Акустика — раздел физики, изучающий звуковые явления.
Человек получает информацию различными органами чувств. После визуальной информации важной является аудиальная. Звуковые сигналы человек начинает воспринимать ещё до рождения. По звукам он распознаёт родных, по интонации речи воспринимает степень комфорта окружения, подаёт сигналы об опасности или о необходимости в заботе (голод, телесный дискомфорт).
 
baby.png
Рис. 1. Изображение разговаривающего ребёнка
 
Звуковые сигналы являются мощным стимулом для ментального развития. Обучаемся мы тоже через слово.
Передача звуковой информации происходит с помощью механических волн.
Звуковые (акустические) волны — распространение механических колебаний в упругих средах.
Источниками звука являются колеблющиеся тела.
О колебаниях струны мы можем судить по её звуку. Дрожание происходит с такой частотой, что струна для глаза кажется широкой, размытой линией (рис. \(2\)). Как только остановится колебание струн при прижатии их рукой, звук прекратится.
 
acoustic-guitar-149427_960_720.png
Рис. 2. Изображение акустической гитары
 
Тонкий лёгкий лист бумаги будет отталкиваться дрожащей струной. Причём отталкивание будет производиться периодически, то есть через равные промежутки времени.
 
На рисунке \(3\) изображён камертон — изогнутый металлический стержень на ножке, который укреплён на резонаторном ящике.
 
sound-box-3707792_1920.png
Рис. 3. Изображение камертона, закрепленного на резонаторном ящике
 
Чтобы камертон зазвучал, нужно заставить его колебаться с частотой звуковой волны (рис. \(4\)).
 
камертон2.png
Рис. 4. Изображение камертона после удара по нему палочкой
 
Механические волны от источника (камертона) будут передавать по воздуху энергию колебания, достаточные для воздействия на лёгкий шарик, подвешенный на нитке (рис. \(5\)). Это подтверждает отскакивание шарика без соприкосновения с камертоном.
 
камертон3.png
Рис. 5. Изображение камертона и отклоняющегося от положения равновесия шарика
 
Для того, чтобы увидеть траекторию движения ветвей камертона при колебании частотой около \(16\) Гц, можно закрепить грифель от карандаша на одной из ветвей.
 
Если ударить по камертону молоточком и перемещать лист бумаги, то грифель карандаша нарисует на бумаге волнообразную линию (рис. \(6\)).
 
wave.png
Рис. 6. Изображение волны
 
Полученная экспериментальным путем линия напоминает синусоиду. Из этого следует, что ветвь звучащего камертона совершает колебания, которые являются гармоническими.
 
Источник звука всегда колеблется. Эти колебания могут быть настолько быстрыми, что являются незаметными для глаз. Например, звук человеческого голоса возникает в результате колебаний голосовых связок. В этом можно убедиться, приложив руку к горлу во время разговора. Колебаний мы не видим, но рука их ощущает. Колебания воздуха создают для нас огромный мир звуков, начиная от музыкальных инструментов и заканчивая шумом волн.
 
Однако, не всегда колеблющееся тело создаёт звук. Например, не издаёт звук покачивание головы из стороны в сторону. Колебание шарика на нити тоже происходит без звука. Не услышите вы и звука колеблющейся линейки, если её свободный конец будет достаточно длинным. В этом случае частота уменьшается настолько, что человеческое ухо не способно воспринимать звуковые колебания.
Оказывается, что человек способен воспринимать звуковые колебания с частотой в пределах от \(16\) до \(20000\) Гц.
Звуковые колебания — механические колебания частотой от \(16\) Гц до \(20\) кГц, передаваемые в упругой среде и воспринимаемые человеком как звуковые сигналы.
Границы слуховых ощущений индивидуальны.
Факторы, влияющие на звуковое восприятие:
  • возраст (дети восприимчивее к высоким звукам)
  • заболевания (ОРВИ)
  • хроническое нарушение слуха
  • постоянное шумовое воздействие (машинисты, строители, лётчики)
  • воздействие наушников (снижает слуховую чувствительность)
Механические колебания называются ультразвуковыми, если их частота превышает \(20 000\) Гц, а инфразвуковыми называются колебания с частотами менее \(16\) Гц.
Ультразвук и инфразвук так же широко встречаются в природе, как и волны, слышимые человеческим ухом. Ультразвуковые волны излучают и используют для общения между собой дельфины, летучие мыши, в инфразвуковом диапазоне "разговаривают" жирафы.
Дельфины  используют ультразвук также для предупреждения сородичей об опасности, при обнаружении косяков рыбы.
 
Для летучих мышей ультразвук является средством обнаружения добычи (рис. \(7\)).
 
летучая мышь.png
Рис. 7. Изображение летучей мыши, охотящейся на бабочку
 
Медузы чувствуют приближение шторма благодаря улавливанию создаваемой им инфразвуковой волны.
 
Ультразвук находит широкое применение в технике.
Одно из применений ультразвука — измерение глубины водоёма, например, моря (рис. \(8\)). На днище судна размещают источник ультразвука и устройство для его приема (т.е. приемник ультразвука).
 
Ships.png
Рис. 8. Изображение корабля, измеряющего глубину моря с помощью ультразвука
 
Источник излучает ультразвук короткими импульсами. Ультразвук доходит до дна водоема и отражается от него. Отраженный сигнал регистрируется приёмником. Ультразвук распространяется в воде со скоростью \(v\) и проходит расстояние (до дна водоема и обратно) за определенное время. Это расстояние равно \(2h\), где \(h \)— глубина моря.
 
2h=vt.
 
Выведем из этой формулы величину \(h\).
 
h=vt2.
 
Эхолокация (лат. ēсhō — отголосок, отзвук, греч. ἠχώ — звук, отзвук, лат. locatio — положение) — метод определения расстояния до объекта по времени задержки отражённой звуковой волны.
Источники:
Рис. 1. Изображение разговаривающего ребёнка. © ЯКласс.
Рис. 2. Изображение акустической гитары. © ЯКласс.
Рис. 3. Указание авторства не требуется: Звуковой Ящик Камертон Дерево, https://pixabay.com/images/id-3707792/, бесплатно для коммерческого использования.
Рис. 4. Указание авторства не требуется: Науки Физика Значки Атом Магнит Батареи Шестерня, https://pixabay.com/images/id-5976575/, бесплатно для коммерческого использования.
Рис. 5. Указание авторства не требуется: Науки Физика Значки Атом Магнит Батареи Шестерня, https://pixabay.com/images/id-
5976575/, бесплатно для коммерческого использования.

Рис. 6. Указание авторства не требуется: обои/рельефы, 2017-08-30, https://clck.ru/Uu6tj, бесплатно для коммерческого использования.
Рис. 7. Указание авторства не требуется: Летучая Мышь Черный Птицы Полет Крылья Большие, https://pixabay.com/images/id-34722/, бесплатно для коммерческого использования. 

Рис. 8. Изображение корабля, измеряющего глубину моря с помощью ультразвука. © ЯКласс.