Почему человек, нырнувший под воду, не слышит шумов на берегу реки, хотя вода хорошо проводит звук?

Для объяснения данного явления необходимо рассмотреть несколько ключевых аспектов, связанных с распространением звука, его восприятием человеком и особенностями взаимодействия звуковых волн с различными средами.

Природа звука и его распространение:
Звук — это механическая волна, возникающая в результате колебаний частиц среды. Он распространяется через упругие среды, такие как воздух, вода или твёрдые тела. Основной механизм передачи звука — это передача колебаний от одной частицы среды к другой. Скорость передачи звука зависит от свойств среды, таких как плотность и упругость. Например, скорость звука в воздухе составляет около 343 м/с, а в воде — приблизительно 1480 м/с, что значительно больше.

Хорошая проводимость звука в воде:
Вода — плотная и упругая среда, благодаря чему она хорошо проводит звуковые волны. Это объясняется высокой скоростью распространения звука и большей степенью его сохранения при прохождении через воду. В воде звук распространяется быстрее и с меньшими потерями энергии, чем в воздухе.

Взаимодействие звука с границей раздела сред:
Когда звуковая волна достигает границы раздела двух сред (например, воздуха и воды), часть её энергии отражается, а часть — проходит через границу. При переходе звука из воздуха в воду происходит существенное снижение интенсивности передающейся волны, поскольку импеданс воды (сопротивление среды распространению звука) значительно отличается от импеданса воздуха. Это приводит к тому, что большая часть звуковой энергии, исходящей от берега, отражается от поверхности воды и не проникает внутрь.

Анатомия и физиология слуха человека:
Человеческое ухо приспособлено для восприятия звуков, распространяющихся в воздухе. Внешнее ухо собирает звуковые волны, направляет их в слуховой канал, где они воздействуют на барабанную перепонку. Эта перепонка начинает колебаться под действием звуковых волн, и колебания передаются далее через слуховые косточки в жидкость внутреннего уха, где преобразуются нервными рецепторами в электрические сигналы, воспринимаемые мозгом.

Когда человек погружается в воду, внешнее ухо заполняется водой, что нарушает нормальное восприятие воздушных звуков. Вода, попадая в слуховой канал, препятствует колебаниям барабанной перепонки, так как водная среда изменяет динамические условия для передачи звуковой энергии.

Дополнительные факторы:
1. Затухание звука в воздухе: Звуки, исходящие от берега, испытывают затухание по мере распространения в воздухе. При достижении поверхности воды их интенсивность уже может быть низкой.
2. Рефракция и отражение: Как упоминалось ранее, на границе раздела воздуха и воды звуковая энергия отражается. Это дополнительно снижает вероятность проникновения воздушных звуков под воду.
3. Изменение частотных характеристик: Вода передаёт звуковые волны иначе, чем воздух, что может привести к изменению частотного состава звуков, делая их менее воспринимаемыми человеческим ухом.

Таким образом, человек, находясь под водой, не слышит шумов, исходящих с берега, несмотря на хорошую проводимость звука водой, из−за значительных изменений в механизме передачи звуковых волн между воздухом и водой, а также из−за физиологических особенностей слуха, адаптированного преимущественно для воздушной среды.