Helilained ja intensiivsus

Heli on mehaaniline rõhulaine: allikas võngub, surudes naaberosakesi kokku ja tõmmates neid lahku levivas kokkusurumiste ja hõrenemiste mustris. Just see mehhanism ongi põhjus, miks heli ei suuda vaakumit läbida — molekulide puudumisel ei ole midagi kokku suruda ega häiritust edasi anda, mistõttu kosmosefilmide plahvatused on dramaatiline vabadus, mitte füüsika. Heli levimiskiirus sõltub täielikult ka keskkonna enda jäikusest ja tihedusest, mitte sellest, kui "hõre" see tundub: heli liigub tihedamas, jäigemas keskkonnas kiiremini, umbes 340 m/s õhus, kuid umbes 1500 m/s vees ja üle 5000 m/s terases — vastupidiselt igapäevasele intuitsioonile, et hõredad keskkonnad peaksid olema kiiremad.

Intensiivsus mõõdab, kui palju võimsust laine pindalaühiku kohta annab, ja väikese, kõigis suundades ühtlaselt kiirgava allika korral jaotub see võimsus üha laieneva kera pinnale, kui kaugus kasvab. Kuna kera pindala kasvab kui r², tähendab sama koguvõimsuse jaotumine üha suuremale pindalale, et intensiivsus kahaneb kui 1/r² — pöördruutseadus, sama matemaatiline kuju, mida kohtab gravitatsioonis ja punktlaengu elektriväljas, täpselt samal aluspõhjusel: miski, mis levib kahanematult läbi kolmemõõtmelise ruumi.

Just see pöördruutkahanemine on põhjus, miks kahekordne kaugus kõlarist ei poolita mitte lihtsalt kogetud valjust — see vähendab intensiivsuse neljandikuni. Inimese kuulmine ise reageerib intensiivsusele ligikaudu logaritmiliselt, mistõttu heli tugevust esitatakse detsibellides, mitte toorete intensiivsusühikutena, kuid sinu kõrvani jõudev füüsikaline intensiivsus allub tavalisele pöördruutseadusele, sõltumata sellest, kuidas sinu kõrv või aju seda seejärel tõlgendab.