Rola fal dźwiękowych w przyrodzie
Rozważając rolę, jaką w przyrodzie odgrywają fale akustyczne (inaczej zwane dźwiękowymi), musimy wyjaśnić sobie, czym są takie fale. Otóż w fizyce FALA, to nic innego jak przenoszące energię zaburzenia pola fizycznego, rozchodzące się ze skończoną prędkością. Jeśli kierunek takiego zaburzenia pola jest prostopadły do kierunku rozchodzenia się fali, to taka fala nazywa się poprzeczną (takie są na przykład fale elektromagnetyczne).
Ale jeśli kierunek zaburzenia jest zgodny z kierunkiem rozchodzenia się fali, to mówimy wtedy o FALI PODŁUŻNEJ i właśnie przykładem takiej fali jest fala dźwiękowa.
Warto wiedzieć, że o falach akustycznych mówi się często także „fale sprężyste” a to dlatego, że obok niektórych innych rodzajów fal rozchodzą się one wyłącznie w ośrodkach sprężystych (np. powietrze lub woda). Polega to na tym, że dochodzi do drgań cząsteczek, które tworzą dany ośrodek i te drgania rozchodzą się. Wynika z tego, że gdybyśmy przebywali w próżni (oczywiście to czysta teoria) nie moglibyśmy do siebie mówić, a właściwie nie słyszelibyśmy się wzajemnie, bo głos, czyli fale dźwiękowe nie mogły by się tam rozchodzić.
W ten sposób dochodzimy do sedna sprawy, czyli chyba najważniejszej roli, jaką spełniają w przyrodzie fale akustyczne. Dzięki nim większość ludzi może się ze sobą porozumiewać. Słyszymy głos innych ludzi, ale także głosy zwierząt, różne sygnały generowane przez rozmaite urządzenia. Takie sygnały mogą być dla nas informacją bądź ostrzeżeniem i mogą mieć duże znaczenie dla ludzi i ich środowiska.
Nie zastanawiamy się nigdy, jak to się dzieje, że słyszymy różne odgłosy natury i potrafimy odpowiednio i z korzyścią dla siebie na nie reagować. A sprawa jest dosyć prosta. Każdy ruch w przyrodzie, nawet zwykłe uderzenia kropli deszczu w powierzchnię liści na drzewach powoduje, że w powietrzu zaczynają rozchodzić się fale dźwiękowe. Pamiętamy, że innymi słowami możemy te fale nazwać ruchem cząsteczek powietrza – rozchodząc się, prędzej czy później (trzeba przy tej okazji zaznaczyć, że raczej zdecydowanie bardzo prędko) fale te trafią do naszego ucha, a ono jest organem doskonale przystosowanym do odbioru takich fal.
Warto w tym miejscu dodać informację dotyczącą właśnie prędkości, z jaką rozchodzą się fale dźwiękowe. Otóż dla powietrza w normalnych warunkach prędkość ta wynosi 331,8 m/s, a na przykład w wodzie te same fale mkną z prędkością 1497 m/s. Z jak wielkimi szybkościami mamy do czynienia możemy sobie wyobrazić, kiedy zastanowimy się przez moment nad ciekawym zjawiskiem zwanym uderzeniem akustycznym lub dźwiękowym. Polega ono na tym, że w danym ośrodku, zaburzenia tego ośrodka (fale) rozchodzą się z prędkością większą od prędkości dźwięku. Wewnątrz takiego ośrodka wzrasta wtedy także ciśnienie. Właśnie tu trafiamy na ciekawostkę. Otóż wystarczy aby ciśnienie wzrosło o 0,1 promila, a już powstający przy tym dźwięk człowiek odbiera jako przykry dla ucha hałas. Przy wzroście ciśnienia atmosferycznego w ośrodku o 1 promil uderzenie dźwiękowe powoduje już, że pękają szyby, a nawet ściany budynków. Ale to jedynie ciekawostka.
Wracając do roli, jaką fale akustyczne odgrywają w przyrodzie warto wspomnieć, że mają one bardzo duże znaczenie nie tylko dla życia ludzi, ale i zwierząt.
Przyjmuje się, że człowiek słyszy dźwięki o częstościach od 16 Hz do 20 kHz.
Przypomnę, że 1 Hz oznacza jedno drganie w ciągu sekundy.
Drgania dźwiękowe o częstotliwości większej jak 20 kHz nazywamy ultradźwiękami.
Nieco podobne do bodźców wzrokowych jest wykorzystywanie przez nietoperze i walenie ultradźwięków, które rozprzestrzeniają się prostoliniowo i prawie nie uginają się za przeszkodami. Głosy w szczególny sposób służą porozumiewaniu się, ponieważ szybko zanikające sygnały mogą prędko następować po sobie; nad wzrokiem i słyszeniem ultradźwięków słuch ma tę przewagę, że dźwięki mogą, dzięki uginaniu się fal głosowych, omijać nawet duże przeszkody, co pozwala na nadawanie ich we wszystkich kierunkach, a odbieranie kierunkowe, zaś z natężenia dźwięku można ocenić odległość nadawcy. Te cechy odnoszą się też do ludzkiej mowy.
Ssaki naczelne za pomocą głosu nie tylko się alarmują i przekazują sobie informację o własnym położeniu w przestrzeni; ich okrzyki mają również aspekt semantyczny — niektóre z nich coś oznaczają, np. nadchodzący deszcz lub niebezpieczeństwo zbliżającego się węża. Porozumiewanie się międzygatunkowe, oparte na podłożu genetycznym, dotyczy przede wszystkim wzajemnego ostrzegania się głosami alarmowymi.
Podsumowując trzeba stwierdzić, że rola fal dźwiękowych w przyrodzie jest kapitalna. Fale te pozwalają przede wszystkim na komunikowanie się ludzi między sobą za pomocą głosu, ale także na taką samą komunikacje pomiędzy zwierzętami oraz w wielu przypadkach na porozumiewanie się ludzi i zwierząt ze sobą.
Opracował Dariusz Winniicki