Zvuk je mechanické vlnění, které je schopno vyvolat sluchový vjem. To je obecná definice, kterou nalezneme v mnoha učebnicích fyziky. Abychom však zcela pochopili podstatu zvuku, pojďme si jednotlivá slovíčka vysvětlit:

• zvuk je vlnění - A co je to vlnění?  Vlnění je šíření kmitání prostorem, přičemž kmitání chápeme jako změnu nějaké veličiny v čase, která se opakuje (nebo má tendenci se opakovat). 

• zvuk je vlnění mechanické - Mechanické vlnění je takové, kdy se kmitání šíří látkovým pružným prostředím. K šíření zvukové vlny je tedy potřeba nějaké médium, nějaké částice hmoty. Proto se zvuk nešíří ve vakuu -- není zde žádná látka, kterou by se zvuk mohl šířit.

• zvuk je jev, co vyvolává sluchový vjem - Lidské ucho sliší zvukové vlny o kmitočtech přibližně v rozsahu 20 až 20000 kmitů za sekundu. Je ale nutné si uvědomit, že existují zvuky, které jsou sice neslyšitelné pro člověka, ale pro jiná zvířata ano. Těmto zvukům říkáme infrazvuk a ultrazvuk.

Kmitavý pohyb

Kmitavý pohyb je takový, kdy těleso (nebo částice) osciluje kolem tzv. rovnovážné polohy. Rovnovážná poloha je stav, kdy je výslednice všech sil působících na těleso nulová  - je v klidu. Těleso přirozeně chce v tomto stavu setrvat, a proto, pokud je těleso z rovnovážné polohy vychýleno, má tendenci se tam vrátit. 

Pro příklad poslouží jednoduché kyvadlo. Volně zavěšené kyvadlo je v rovnovážné poloze. Pokud vychýlíme kyvadlo z jeho rovnovážné polohy, vykoná se práce a tím kyvadlo získá potenciál (=polohovou energii). V momentě, kdy kyvadlo pustíme, se vlivem této potenciální energie uvádí kyvadlo do pohybu směrem k rovnovážné poloze. Jak se kyvadlo k rovnovážné poloze blíží, zvyšuje se rychlost -- potenciální energie se přeměňuje na energii kinetickou (=pohybovou). Rychlost a tedy i kinetická energie dosahují svého maxima v momentě, kdy se kyvadlo dostane do rovnovážné polohy. Dle 1. Newtonova zákona o stervačnosti se však kyvadlo v rovnovážné poloze nezastaví, ale setrvává v pohybu a pokračuje na druhou stranu. Přitom však překonává tíhu -- kinetická energie se přeměňuje na energii potenciální a zmenšuje se tedy rychlost pohybu kyvadla. Zanedbáme-li odpor vzduchu a jiné ztráty, kyvadlo se dostane konečně vychýlí do stejné polohy jako předtím, ale na druhé straně. V ten moment je veškerá kinetická energie proměněna v energii potenciální a tedy rychlost pohybu je nulová. Následně kyvadlo opět padá k rovnovážné poloze a proces se opakuje (ale na druhou stranu). 

Y-ovou souřadnici bodu M tedy jednoduše vypočítáme vztahem y = A × sin(α), kde α je úhel mezi A a osou x. A je poloměr kružnice a zároveň  je to maximální výchylka promítaného kmitání. A jako aplituda.

Nyní známe vše k definování vztahu okamžité hodnoty výchylky kmitavého pohybu.

Bod M vykoná jeden kmit - opíše celý obvod kružnice - za periodu T. Velikost úhlu, kterou přitom opíše je 360°, neboli 2π radiánů. Za jednu sekundu bod M tedy opíše úhel 2π÷T. Okamžitá velikost úhlu v konkrétním čase t jest tedy 2π×t÷T. Tento výraz dosadíme do již nám známého vztahu a získáme tím rovnici výchylky kmitajícího bodu v čase:

y = A × sin(2π×t÷T), nebo upravíme pro využití frekvence místo periody na y = A × sin(2π×t×f)

Mechanické vlnění

Mechanické vlnění jest šíření kmitavých rozruchů látkovým prostředím, což je umožněno existencí vnitřních vazeb prostředí. Proto se zvuk - a ani jiné mechanické vlnění - nešíří ve vakuu. Není zde látka, kterou by se rozruchy šířily. 

Kmitání jedné částice se vzájemnou vazbou přenáší na další částici. Současně se na tuto částici přenáší energie kmitavého pohybu. Říkáme, že se prostředím šíří postupné vlnění. Pro zjednodušení je budeme zabývat vlněním, které se šíří jen v jednom směru. Jednotlivé částice si představíme jako řadu bodů vzájemně vázaných pružnými silami. Při postupném vlnění se pohybují všechny částice prostředí. Každá z nich dosahuje postupně amplitudy výchylky a pak je zase v určitém okamžiku v klidu. [2] 

Je nutné si uvědomit, že při vlnění se částice nešíří - ty oscilují kolem své rovnovážné polohy. Vlněním se šíří energie kmitavého pohybu.

Příčné a podélné vlnění

Mechanické vlnění se může šířit dvěma způsoby v závislosti na směru kmitání. Pokud se vlnění - tedy i kmitavá energie - šíří kolmo na směr kmitání, mluvíme o příčném vlnění. Pokud se vlnění šíří ve stejném směru, mluvíme o vlnění podélném.

Příčné postupné vlnění

Jako přiklad příčného vlnění poslouží hladina vody. Hodíme-li do vody kámen, způsobíme tím na vodní hladině kmitavý rozruch, který se v podobě vlny začne všemi směry šířit. Pokud bychom se na vodní hladinu dívali z boku, vlnění bude mít přibližný tvar sinusoidy.

Jak je vidno na obr.7, při příčném vlnění se prostorem šiří tzv. vrcholy (maximum) a doly (minimum).

Zvuk se příčně šíří pevnými látkami. To je způsobenou podmíněnou existencí tečných sil v pevných látkách. Pevné látky můžeme ohnout, vzduch nikoli.

Příčné vlnění pozorujeme například na kytarové struně, nebo na ozvučné desce nástroje, která je oscilací struny rozkmitána.

Podélné postupné vlnění

Podélnně se šíří zvuk všemi skupenstvími. 

Částice prostředí kmitají v řadě ve směru šíření vlny - výchylka těchto částic pak leží přímo v řadě. Podélná vlna tedy netvoří vrchy a doly jako vlnění příčné. Místo toho pozorujeme, že v různých místech jsou si kmitající body blíže a jinde jsou dál od sebe. Okolo rovnovážné polohy kmitání dochází k největšímu zhuštění, k největšímu zředění naopak v momentu největší výchylky.

Projev mechanického podélného vlnění jest tedy šíření hustotních a tím pádem i tlakových změn látkového prostředí.