Heli

Asetame mõtteliselt valjuhääldi ette pika toru. Torus on õhk. Õhu osakesi kujutame täpikestena. Tegelikult pole õhu osakesi nende väiksuse tõttu näha.

Paremale liikudes surub membraan enda ees õhku kokku ja tekitab õhuosakeste tihenduse. Õhu tihendus liigub paremale.

Järgnevalt membraan peatub hetkeks ja hakkab vasakule liikuma. Nüüd tekib membraani ette õhuosakeste hõrendus. Eelnev tihendus aga jätkab endise kiirusega paremale liikumist.

Kui membraan liigub uuesti paremale, siis tekib uus tihendus ja nii kordub protsess.

Võnkumise levimine pikas vedrus ja õhuga torus on sarnane. Vedrus levivad keerdude tihendused ja hõrendused, õhus levivad õhu tihendused ja hõrendused. Kuna õhu tihendused ja hõrendused liiguvad helilaine levimise suunas, on helilained pikilained.

Vabas ruumis levib heli kerakujuliste lainetena. Õhu tihendused ja hõrendused levivad endiselt laine levimise suunas, s.t pikilainena. Joonistel kujutatakse ruumilisi laineid tasapinnalistena.

Mida kaugemale heliallikast, seda suuremale pinnale võnkumise energia jaotub. Seetõttu kuuleme heliallikast eemaldumisel kuuleme heli üha nõrgemalt. Miks? Mida kaugemal heliallikast, seda vähem energiat kõrvadesse langeb.

Heli suunamiseks kasutatakse ruuporit. Ruuporiga suurendatakse heli kuuldavuse kaugust. Lihtsa ruupori võib moodustada kätest.

Ruupor

Arstid kasutavad patsiendi kopsukahinate kuulamiseks stetoskoopi. Stetoskoop koosneb torudest, mille kaudu juhitakse heli arsti kõrva. Torudes heli ei nõrgene märgatavalt, sest ei esine heli hajumist suuremasse ruumiossa. Stetoskoobi kõrvaotsikud sulgevad kuulmekäigu tihedalt ja takistavad kõrvaliste helide sattumise kõrva.

Kui helilainete teel takistused puuduvad ja temperatuur on kõikjal sama, siis levib heli sirgjooneliselt. Seepärast suudamegi määrata, millisest suunast heli tuleb. Heliallika asukoha suuna määramiseks on loomadel kaks kõrva.

Heli levimise suunda kujutatakse joonisel heliallikast lähtuvate helikiirte abil. Ühtlases keskkonnas on helikiired sirgjoonelised.

Heli kiirus õhus on 320–340 $\frac{\text{m}}{\text{s}}$ ja see sõltub temperatuurist. Mida kõrgem on õhutemperatuur, seda suurem on heli kiirus (vt tabel). Temperatuuril 0 °C levib heli õhus kiirusega 331 $\frac{\text{m}}{\text{s}}\text{,}$ temperatuuril 20 °C aga 343 $\frac{\text{m}}{\text{s}}\text{.}$ Kui pole vaja suurt täpsust, siis võetakse heli kiiruseks ligikaudne ja kergesti meeldejääv väärtus 330 $\frac{\text{m}}{\text{s}}$ või 333 $\frac{\text{m}}{\text{s}}\text{.}$ Heli levib 3 sekundiga umbes ühe kilomeetri.

Päikeselisel päeval on maapinna lähedal õhk soojem kui kõrgemal. Soojas õhus levivad helilained kiiremini kui külmas õhus. Mitteühtlases keskkonnas ei levi helilained enam sirgjooneliselt, mis tähendab, et helikiired ei ole enam sirgjoonelised, vaid painduvad suunas, kus heli kiirus on väiksem. Selle tulemusena kaldub helilaine ülespoole.

Öösel on kõrgemal soojem kui maapinna lähedal. Nüüd on vastupidi, heli­kiired painduvad nüüd allapoole, mis tähendab et ka helilaine kaldub allapoole. See on üks põhjustest, miks öösel on kuuldavus parem.

Erinevates keskkondades levib heli erineva kiirusega. Vedelikes levib heli kiiremini kui gaasides, tahketes ainetes veelgi kiiremini.

Gaasides ja vedelikes levib heli pikilainena, tahketes ainetes aga nii piki- kui ka ristlainena.

1. Vasta õppetüki alguses olevatele küsimustele.
2. Too näiteid heliallikatest.
3. Kirjelda laine tekkimist valjuhääldi võnkuva membraani ees.
4. Miks heliallika eemaldumisel heli nõrgeneb?
5. Heligeneraatoriks on seade, mis tekitab erineva sagedusega heli. Sellega saab teha järgmise katse. Heligeneraator ühendatakse valjuhääldiga. Valjuhääldi ette pannakse põlev küünal. Heligeneraator lülitatakse tööle. Mis juhtub küünlaleegiga?
6. Too näide, kus heli ei levi sirgjooneliselt.
7. Miks öösel helilaine ei paindu ülespoole nagu päeval?
8. Kas heli levib ka õhutühjas ruumis? Põhjenda.