Джерела звуку звукові коливання коротко. Доповідь: Джерела звуку

Джерела звуку. Звукові коливання

Людина живе у світі звуків. Звук людини є джерелом інформації. Він застерігає людей про небезпеку. Звук у вигляді музики, співу птахів доставляє нам насолоду. Ми із задоволенням слухаємо людину із приємним голосом. Звуки важливі не тільки для людини, але й для тварин, яким добре уловлювання звуку допомагає вижити.

Звук – це механічні пружні хвилі, що розповсюджуються в газах, рідинах, твердих тілах.

Причина звуку - вібрація (коливання) тіл, хоча ці коливання часто непомітні для нашого ока.

Джерела звуку - фізичні тіла, що коливаються, тобто. тремтять або вібрують із частотою
від 16 до 20000 разів на секунду. Тіло, що вібрує, може бути твердим, наприклад, струна
або земна кора, газоподібним, наприклад, струмінь повітря в духових музичних інструментах
або рідким, наприклад, хвилі на воді.

Гучність

Гучність залежить від амплітуди коливань у звуковій хвилі. За одиницю гучності звуку прийнято 1 Бел (на честь Олександра Грехема Белла, винахідника телефону). Насправді гучність вимірюють в децибелах (дБ). 1 дБ = 0,1Б.

10 дБ - Шепіт;

20-30 дБ – норма шуму у житлових приміщеннях;
50 дБ- Розмова середньої гучності;
80 д Б - Шум працюючого двигуна вантажного автомобіля;
130 дБ- поріг больового відчуття

Звук гучністю понад 180 дБ може навіть спричинити розрив барабанної перетинки.

Високі звукипредставлені високочастотними хвилями – наприклад, пташиний спів.

Низькі звуки– це низькочастотні хвилі, наприклад, звук двигуна великої вантажівки.

Звукові хвилі

Звукові хвилі- Це пружні хвилі, що викликають у людини відчуття звуку.

Звукова хвиля може проходити різні відстані. Гарматна стрілянина чути на 10-15 км, іржання коней і гавкіт собак - на 2-3 км, а шепіт всього на кілька метрів. Ці звуки передаються повітрям. Але провідником звуку може бути повітря.

Приклавши вухо до рейок, можна почути шум поїзда, що наближається, значно раніше і на більшій відстані. Значить метал проводить звук швидше та краще, ніж повітря. Вода також добре проводить звук. Нирнувши у воду, можна виразно чути, як стукають один об одного каміння, як шумить під час прибою галька.

Властивість води – добре проводити звук – широко використовується для розвідки у морі під час війни, а також для вимірювання морських глибин.

Необхідна умова поширення звукових хвиль – наявність матеріального середовища.У вакуумі звукові хвилі не поширюються, тому що там немає частинок, що передають взаємодію джерела коливань.

Тому на Місяці через відсутність атмосфери панує цілковита тиша. Навіть падіння метеориту на її поверхню не чутно спостерігачеві.

У кожному середовищі звук поширюється із різною швидкістю.

Швидкість звуку у повітрі- приблизно 340 м/с.

Швидкість звуку у воді– 1500 м/с.

Швидкість звуку в металах, сталі- 5000 м/с.

У теплому повітрі швидкість звуку більша, ніж у холодному, що призводить до зміни напряму поширення звуку.

КАМЕРТОН

- це U-подібна металева пластинакінці якої можуть коливатися після удару по ній.

Видаваний камертономзвук дуже слабкий і його чути лише на невеликій відстані.
Резонатор- Дерев'яний ящик, на якому можна закріпити камертон, служить для посилення звуку.
Випромінювання звуку при цьому відбувається не лише з камертону, а й з поверхні резонатора.
Однак тривалість звучання камертону на резонаторі буде меншою, ніж без нього.

Е Х О

Гучний звук, відбиваючись від перешкод, повертається до джерела звуку за кілька миттєвостей, і ми чуємо луна.

Помноживши швидкість звуку на час, що минув від виникнення до повернення, можна визначити подвоєну відстань від джерела звуку до перешкоди.
Такий спосіб визначення відстані до предметів використовується в ехолокації.

Деякі тварини, наприклад кажани,
також використовують явище відображення звуку, застосовуючи метод ехолокації

На властивості відбиття звуку заснована ехолокація.

Звук - механічна віл, що біжить ната передає енергію.
Однак потужність одночасної розмови всіх людей на земній кулі навряд чи більша за потужність одного автомобіля "Москвич"!

Ультразвук.

· Коливання із частотами, що перевищують 20 000 Гц, називають ультразвуком. Ультразвук широко застосовується у науці та техніці.

· Рідина закипає під час проходження ультразвукової хвилі (кавітація). У цьому виникає гідравлічний удар. Ультразвуки можуть відривати шматочки від поверхні металу та проводити дроблення твердих тіл. За допомогою ультразвуку можна змішати рідини, що не змішуються. Так готуються емульсії на олії. При дії ультразвуку відбувається омилення жирів. На цьому принципі влаштовані пральні пристрої.

· Широко використовується ультразвук у гідроакустиці. Ультразвуки великої частоти поглинаються водою дуже слабко і можуть поширюватись на десятки кілометрів. Якщо вони зустрічають на своєму шляху дно, айсберг чи інше тверде тіло, вони відбиваються та дають луну великої потужності. На цьому принципі влаштований ультразвуковий ехолот.

У металі ультразвукпоширюється майже без поглинання. Застосовуючи метод ультразвукової локації, можна виявити найдрібніші дефекти усередині деталі великої товщини.

· Дроблячу дію ультразвуку застосовують виготовлення ультразвукових паяльників.

Ультразвукові хвилі, надіслані з корабля, відбиваються від затонулого предмета. Комп'ютер засікає час появи луни та визначає місце розташування предмета.

· Ультразвук застосовують у медицині та біологіїдля ехолокації, для виявлення та лікування пухлин та деяких дефектів у тканинах організму, у хірургії та травматології для розтину м'яких та кісткових тканин при різних операціях, для зварювання зламаних кісток, для руйнування клітин (ультразвук великої потужності).

Інфразвук та його вплив на людину.

Коливання із частотами нижче 16 Гц називаються інфразвуком.

У природі інфразвук виникає через вихровий рух повітря в атмосфері або в результаті повільних вібрацій різних тіл. Для інфразвуку характерне слабке поглинання. Тому він поширюється великі відстані. Організм людини болісно реагує на інфразвукові коливання. При зовнішніх впливах, спричинених механічною вібрацією або звуковою хвилею на частотах 4-8 Гц, людина відчуває переміщення внутрішніх органів, на частоті 12 Гц – напад морської хвороби.

· Найбільшу інтенсивність інфразвукових коливаньстворюють машини та механізми, що мають поверхні великих розмірів, що здійснюють низькочастотні механічні коливання (інфразвук механічного походження) або турбулентні потоки газів та рідин (інфразвук аеродинамічного або гідродинамічного походження).

Мета уроку:Сформувати уявлення про звук.

Завдання уроку:

Освітні:

• створити умови для активізації знань учнів про звук, отримані щодо природознавства,
• сприяти розширенню та систематизації знань учнів про звук.

Розвиваючі:

• продовжити розвивати вміння застосовувати знання та власний досвід у різних ситуаціях,
• сприяти розвитку мислення, аналізу отриманих знань, виділення головного, узагальнення та систематизації.

Виховні:

• сприяти формуванню дбайливого ставлення до себе та оточуючих,
• сприяти формуванню гуманності, доброти, відповідальності.

Тип уроку:що розкриває зміст.

Обладнання:камертон, кулька на нитці, повітряний дзвін, язичковий частотомір, набір дисків з різною кількістю зубців, листівка, металева лінійка, мультимедійне обладнання, диск з презентацією, розробленої вчителем до цього уроку.

Хід уроку

Серед різноманітних коливальних та хвильових рухів, що зустрічаються в природі та техніці, особливо важливе значення в житті людини мають звукові коливання та хвилі, і просто звуки. У повсякденному житті – це найчастіше хвилі, що розповсюджуються у повітрі. Відомо, що звук поширюється і в інших пружних середовищах: у землі, металах. Занурившись з головою у воду, можна здалеку чітко почути стукіт двигуна катера, що наближається. Під час облоги у фортечних стінах поміщали «слухачів», які стежили за земляними роботами супротивника. Іноді це були сліпці, які особливо загострили слух. За звуками, що передаються Землі, був, наприклад, своєчасно виявлено підкоп ворога до стін Загорського монастиря. Завдяки наявності у людини органу слуху він отримує з навколишнього середовища за допомогою звуків велику та різноманітну інформацію. Через звуки здійснюється і людська мова.

Перед вами на столі знаходяться робочі аркуші з рядками з твору Чарльза Діккенса «Цвіркун за осередком». Кожен із вас має наголосити на тих словах, які виражають звук.

1 варіант

• Переляканий косець отямився тільки тоді, коли годинник перестав трястися під ним, а скрегіт і брязкіт їх ланцюгів і гир остаточно припинився. Не дивно, що він так розхвилювався: адже цей деренчливий, кістлявий годинник - не годинник, а справжній скелет! – здатні на будь-кого наздогнати страху, коли почнуть клацати кістками…
• .... Тоді, зауважте собі, чайник і вирішив приємно провести вечір. Щось нестримно заклекотіло у нього в горлі, і він уже почав видавати уривчасте дзвінке пирхання, яке одразу обривав, ніби ще не вирішивши остаточно, чи варто йому зараз показувати себе компанейським малим. Тоді-то, після двох-трьох марних спроб заглушити в собі прагнення до комунікабельності, він відкинув всю свою похмурість, всю свою стриманість і залився такою затишною, такою веселою пісенькою, що ніякої плакса-соловей не міг за ним наздогнати.
• ....Чайник співав свою пісеньку так весело і бадьоро, що все його залізне тіло гуло і підстрибувало над вогнем; і навіть сама кришка почала витанцьовувати щось на кшталт джиги і стукати по чайнику (скрегіт, брязкіт, брязкіт, клацати, дзвінке пирхання, пісенькою, залився, співав, гуло, стукати).

2 варіант:

• Ось тут, якщо хочете, цвіркун і справді почав вторити чайнику! Він так голосно підхопив приспів на свій власний стрекочущий лад - стрєк, стрєк, стрєк! - голос його був настільки вражаюче непорівнянний з його зростанням у порівнянні з чайником, що якби він тут же розірвався, як рушниця, в яку закладений надто великий заряд, це здалося б вам природним і неминучим кінцем, якого він сам щосили прагнув. .
• ….Чайнику більше не довелося співати соло. Він продовжував виконувати свою партію з неослабленою запопадливістю, але цвіркун захопив роль першої скрипки і утримав її. Боже ти мій, як він цокотів! Тонкий, різкий, пронизливий голос його брязкотів по всьому будинку і, мабуть, навіть мерехтів, як зірка у темряві, за стінами. Іноді на найгучніших звуках він пускав раптом таку невимовну трель, що мимоволі здавалося – сам він високо підстрибує у пориві натхнення, а потім знову падає на ніжки. Тим не менше вони співали в повній згоді, і цвіркун і чайник ... Тема пісеньки залишалася все та ж, і змагаючись, вони співали все голосніше, голосніше і голосніше. (голосно, приспів, лайливий лад – стрєк, стрєк, стрєк, розірвався, соло, стрекотав, різкий, пронизливий голосок, дзвенів, гучних звуків, трель, співали, пісеньки, співали, голосніше)

Ми живемо у світі звуків. Розділ фізики, що вивчає звукові явища, називається акустикою (Слайд 1).

Джерелами звуку є ті, що коливаються тіла (слайд 2).

«Все, що звучить, обов'язково вагається, але не все, що вагається, звучить».

Наведемо приклади тих, що вагаються, але не звучать. Язички частотоміра, довга лінійка. Які приклади ви можете навести? (Гілка на вітрі, поплавок на воді і т.д.)

Укоротимо лінійку і почуємо звук. Повітряний дзвін також видає звуки. Доведемо, що тіло, що звучить, коливається. Для цього візьмемо камертон. Камертон є дугоподібним стрижнем, закріпленим на тримачі, вдаримо по ньому гумовим молоточком. Піднісши камертон до маленької кульки, що висить на нитці, ми побачимо, що кулька відхиляється.

Якщо провести камертоном по склу, покритому сажею, ми побачимо графік коливань камертону. Як називається такий графік? ( камертон здійснює гармонічні коливання)

Джерелами звуку може бути рідкі тіла, і навіть гази. Повітря гуде в димарі і вода співає у трубах.

А які приклади джерел звуку ви наведете? ( механічний годинник, киплячий чайник, звук, що видається двигуном)

Коли тіло звучить, воно коливається, його коливання передаються прилеглим частинкам повітря, які починають коливатися і передають коливання сусіднім частинкам, а ті передають коливання далі. В результаті в повітрі утворюються та поширюються звукові хвилі.

Звукова хвиля є зони стиснення і розрядження пружного середовища (повітря), звукова хвиля - поздовжня хвиля (Слайд 3).

Ми сприймаємо звук завдяки нашому органу слуху – юшку.

(Один із учнів розповідає, як це відбувається) (Слайд 4).

(Інший учень розповідає про шкоду навушників.)

«Вивчаючи протягом двох місяців поведінку молоді у столичному метрополітені, фахівці дійшли висновків, що у московському метро кожні 8 із 10 активних користувачів портативних електронних пристроїв слухають музику. Для порівняння: при інтенсивності звуку 160 децибел деформуються барабанні перетинки. Потужність звуку, що відтворюється плеєрами через навушники, дорівнює 110-120 децибел. Таким чином, на вуха людини йде вплив, рівний тому, що виявляється на людину, що стоїть в 10 метрах від реактивного реактивного двигуна. Якщо такий тиск на барабанні перетинки виявляється щодня, то людина ризикує оглухнути. "За останні п'ять років на прийом стали частіше приходити молоді хлопці та дівчата, – розповіла НІ отоларинголог Крістіна Ананькіна. – Усі вони хочуть бути модними, постійно слухати музику. Однак тривала дія гучної музики просто вбиває слух". Якщо після рок-концерту організму потрібно кілька днів, щоб відновитись, то при щоденній атаці на вуха часу на впорядкування слуху вже не залишається. Слухова система перестає сприймати високі частоти. "Будь-який шум інтенсивністю понад 80 децибелів негативно впливає на внутрішнє вухо, – повідомляє кандидат медичних наук, сурдолог Василь Корвяков. – Гучна музика вражає клітини, що відповідають за сприйняття звуку, особливо якщо атака йде прямо з навушників. Ситуацію погіршує ще й вібрація в метро, ​​яка також негативно впливає на структуру вуха. У поєднанні ці два фактори провокують гостру приглухуватість. Основна її небезпека в тому, що вона настає буквально відразу, проте вилікувати її дуже проблематично. Через шумовий вплив у нашому вусі відмирають волоскові клітини, що відповідають за передачу звукового сигналу в мозок. А способу відновити ці клітини медицина поки що не знайшла».

Людське вухо сприймає коливання частотою від 16-20000 Гц. Все, що лежить до 16 Гц - інфразвук, що після 20000Гц - ультразвук (Слайд 6).

Зараз ми прослухаємо діапазон від 20 до 20000 Гц, і кожен із вас визначить свій поріг чутності. (Слайд 5).(Генератор див. у Додатку 2)

Багато тварин чують інфра- та ультра-звуки. Виступ учня (Слайд 6).

Звукові хвилі поширюються у твердих, рідких та газоподібних тілах, але не можуть поширюватися у безповітряному просторі.

Вимірювання показують, що швидкість звуку повітря при 00С і нормальному атмосферному тиску дорівнює 332 м/с. У разі підвищення температури швидкість збільшується. Для завдань ми беремо 340 м/с.

(Один із учнів вирішує завдання.)

Завдання. Швидкість звуку в чавуні вперше було визначено французьким ученим Біо в такий спосіб. У одного кінця чавунної труби вдаряли в дзвін, у другого кінця спостерігач чув два звуки: спочатку – один, що прийшов по чавуну, а через деякий час – другий, що прийшов у повітрі. Довжина труби 930 метрів, проміжок часу між поширенням звуків дорівнював 2,5с. Знайдіть за цими даними швидкість звуку в чавуні. Швидкість звуку повітря становить 340 м/с ( Відповідь: 3950 м/с).

Швидкість звуку у різних середовищах (Слайд 7).

М'які та пористі тіла – погані провідники звуку. Щоб захистити яке-небудь приміщення від проникнення сторонніх звуків, стіни, підлогу та стелю прокладають прошарками із звукопоглинаючих матеріалів. Такими матеріалами є: повсть, пресована пробка, пористі камені, свинець. Звукові хвилі в таких прошарках швидко згасають.

Ми, як різноманітний звук, охарактеризуємо його.

Звук, що видається тілом, що гармонійно вагається, називається музичним тоном. Кожному музичному тону (до, ре, мі, фа, сіль, ля, сі) відповідає певна довжина та частота звукової хвилі (Слайд 8).

У нашого камертону тон ля, частота 440 Гц.

Шум – хаотична суміш гармонійних звуків.

Музичні звуки (тони) характеризуються гучністю та висотою тону, тембром.

Слабкий удар по ніжці камертону викличе коливання малою амплітудою, ми почуємо тихий звук.

Сильний удар викликає коливання з більшою амплітудою, ми почуємо гучний звук.

Гучність звуку визначається амплітудою коливань у звуковій хвилі (Слайд 9).

Зараз я обертатиму 4 диски, у яких різна кількість зубців. Я стосуватимуся листівкою цих зубців. У диска з великими зубцями листівка коливається частіше та звук вищий. У диска з меншою кількістю зубців листівка коливається менше та звук нижче.

Висота звуку визначається частотою звукових коливань. Чим більша частота, тим вищий звук. (слайд 10)

Найвища людська нота сопрано близько 1300 Гц

Найнижча людська басова нота близько 80 Гц.

У кого вищий тон у комара чи у джмеля? А як ви думаєте, хто частіше махає крилами комар чи джміль.

Тембр звуку – це своєрідне забарвлення звуку, за яким ми розрізняємо голоси людей різних інструментів (Слайд 11).

Кожен складний музичний звук складається з низки простих гармонійних звуків. Найнижчий із них є основним. Інші вище його в ціле число разів, наприклад, у 2 або 3-4 рази. Їх називають обертонами. Чим більше до основного тону примішано обертонів, тим багатшим буде звук. Високі обертони надають тембру "блиск" і "яскравість" і "металлічність". Низькі надають «потужність» та «соковитість». А.Г.Столетов писав: «Прості тони, які ми маємо від наших камертонів – не використовуються музикою, вони як і прісні і несмачні, як дистильована вода».

Закріплення

1. Як називається вчення про звук?
2. На Місяці стався сильний вибух. Наприклад, виверження вулкана. Почуємо ми його на Землі?
3. Голосові зв'язки коливаються з меншою частотою у людини, яка співає басом чи тенором?
4. При польоті більшості комах видається звук. Чим він викликаний?
5. Як могли люди перемовлятися на Місяці?
6. Чому під час перевірки коліс вагонів під час зупинки поїзда їх простукують?

Домашнє завдання:§34-38. Вправа 30 (№ 2, 3).

Література

1. Курс фізики, Ч II, для середньої школи/Перишкін А.В. - М.: Просвітництво, 1968. - 240с.
2. Коливання та хвилі в курсі фізики для середньої школи. Посібник для вчителів / Орєхов В.П. - М.: Просвітництво, 1977. - 176с.
3. Цвіркун за осередком / Диккенс Ч. - М.: Ексмо, 2003. - 640с.

Світ наповнений найрізноманітнішими звуками: цокання годинника і гул моторів, шелест листя та завивання вітру, спів птахів та голоси людей. Про те, як народжуються звуки, і що вони являють собою, люди почали здогадуватися дуже давно. Ще давньогрецький філософ і вчений-енциклопедист Аристотель, виходячи зі спостережень, чітко пояснював природу звуку, вважаючи, що тіло, що звучить, створює поперемінне стиск і розрідження повітря. Минулого року автор працював над проблемою природи звуку та виконав дослідницьку роботу: «У світі звуків», у якій було обчислено частоти звуку музичної гами за допомогою склянки з водою.

Звук характеризується величинами: частотою, довжиною хвилі та швидкістю. А також його характеризують амплітуда та гучність. Тому ми живемо у різноманітному світі звуків та його різноманітті відтінків.

Наприкінці попереднього дослідження у мене виникло основне питання: чи існують способи визначення швидкості звуку в домашніх умовах? Тому можна сформулювати проблему: треба знайти способи чи спосіб визначення швидкості звуку.

Теоретичні основи вчення про звук

Світ звуків

До-ре-мі-фа-соль-ля-сі

Гамма звуків. Чи існує вона незалежно від вуха? Чи це тільки суб'єктивні відчуття, і тоді світ сам по собі беззвучний, чи це відображення реальної дійсності в нашій свідомості? Якщо друге, то й без нас світ дзвонитиме симфонією звуків.

Ще Піфагору (582-500 рр. е.) легенда приписує відкриття числових відносин, відповідних різним музичним звукам. Проходячи повз кузню, де кілька робітників кували залізо, Піфагор зауважив, що звуки знаходяться щодо квінти, кварти та октави. Увійшовши до кузні, він переконався, що молот, що давав октаву, порівняно з найбільш важким молотом мав вагу, що дорівнює 1/2 останнього, молот, що давав квінту, мав вагу, що дорівнює 2/3, а кварту - 3/4 важкого молота. Після повернення додому Піфагор повісив струни з вантажами, пропорційними 1/2: 2/3: 3/4 на кінцях і знайшов начебто, що струни при ударі давали самі музичні інтервали. Фізично легенда не витримує критики, ковадло при ударах різними молотами видає свій власний той самий тон, та й закони коливання струн не підтверджують легенди. Але принаймні легенда говорить про давність вчення про гармонію. Заслуги піфагорійців у сфері музики безсумнівні. Їм належить плідна думка про вимірювання тону струни, що звучить, шляхом вимірювання її довжини. Їм був відомий прилад "монохорд" - ящик з кедрових дощок з однією натягнутою струною на кришці. Якщо вдарити по струні, вона видає певний тон. Якщо розділити струну на дві ділянки, підперши її тригранною колкою посередині, то вона видаватиме вищий тон. Він звучить настільки схоже на основний тон, що при одночасному звучанні вони майже зливаються в один тон. Відношення двох тонів у музиці – інтервал. При відношенні довжин струн рівним 1/2: 1 інтервал називається октавою. Відомі Піфагору інтервали квінту та кварта виходять, якщо колку монохорда зрушити так, щоб вона відокремлювала відповідно 2/3 або 3/4 струни.

Що ж до числа сім, воно пов'язані з якимось ще більш древнім і таємничим уявленням людей напіврелігійного, напівмістичного характеру. Найбільш, однак, ймовірно, що це пов'язано з астрономічним розподілом місячного місяця на чотири семиденні тижні. Це число фігурує протягом тисячоліть у різних переказах. Так ми знаходимо його в стародавньому папірусі, який за 2000 років до нашої ери написав єгиптянин Ахмес. Цей цікавий документ озаглавлений так: «Повчання до набуття знання всіх таємних речей». Серед іншого знаходимо там таємниче завдання під назвою «драбина». У ній йдеться про сходи чисел, що є ступенем числа сім: 7, 49, 343, 2401, 16 807. Під кожним числом ієрогліф-картина: кішка, миша, ячмінь, міра. Папірус не дає ключа до розгадки цього завдання. Сучасні тлумачі папірусу Ахмеса розшифровують умову завдання так: У семи осіб є по сім кішок, кожна кішка з'їдає по сім мишей, кожна миша може з'їсти сім колосків ячменю, з кожного колосу може зрости по сім мір зерна. Скільки зерна збережуть кішки? Чим не завдання з виробничим змістом, запропоноване 40 століть тому?

Сім тонів налічує сучасна європейська музична гама, але не за всіх часів і не всі народи мала семитонну гаму. Так, наприклад, у стародавньому Китаї вживалася гама із п'яти тонів. З метою єдності налаштування висота цього контрольного тону має бути суворо декларована міжнародною угодою. В якості такого основного тону з 1938 прийнятий тон, що відповідає частоті 440 Гц (440 коливань в секунду). Декілька тонів, що звучать одночасно, утворюють музичний акорд. Люди, які мають так званий абсолютний слух, можуть в акорді чути окремо взяті тони.

Вам, звичайно, відома в основному будова людського вуха. Нагадаємо його коротко. Вухо складається з трьох частин: 1) зовнішнє вухо, що закінчується барабанною перетинкою; 2) середнє вухо, яке за допомогою трьох слухових кісточок: молоточка, ковадла та стремічка - подає коливання барабанної перетинки внутрішньому вуху; 3) внутрішнє вухо, або лабіринт, складається з напівкружних каналів та равлика. Равлик є звукосприймаючим апаратом. Внутрішнє вухо заповнене рідиною (лімфою), що приводиться в коливальний рух ударами стремінця по перетинці, що затягує овальне віконце в кістяній коробці лабіринту. На перегородці, що ділить равлик на дві частини, по всій її довжині розташовані поперечними рядами найтонші нервові волокна довжини, що поступово зростає.

Світ звуків реальний! Але, звичайно, не слід думати, що цей світ викликає у всіх однакові відчуття. Запитувати, чи сприймають інші люди звуки так само, як ви, - це ненаукова постановка питання.

1. 2. Джерела звуку. Звукові коливання

Різноманітний світ навколишніх звуків - голоси людей і музика, спів птахів і дзижчання бджіл, грім під час грози і шум лісу на вітрі, звук автомобілів, літаків і т.д.

Спільним всім звуків і те, що породжують їх тіла, т. е. джерела звуку, коливаються.

Укріплена в лещатах пружна металева лінійка видаватиме звук, якщо її вільну частину, довжина якої підібрана певним чином, привести в коливальний рух. У разі коливання джерела звуку очевидні.

Але далеко не всяке тіло, що вагається, є джерелом звуку. Наприклад, не видає звуку вантаж, що коливається, підвішений на нитці або пружині. Перестане звучати і металева лінійка, якщо перемістити її в лещатах вгору і тим самим подовжити вільний кінець настільки, щоб частота його коливань стала меншою за 20 Гц.

Дослідження показали, що людське вухо здатне сприймати як звук механічні коливання тіл, що відбуваються із частотою від 20 Гц до 20000 Гц. Тому коливання, частоти яких у цьому діапазоні, називаються звуковими.

Механічні коливання, частота яких перевищує 20 000 Гц, називаються ультразвуковими, а коливання із частотами менше 20 Гц – інфразвуковими.

Слід зазначити, що зазначені межі звукового діапазону умовні, оскільки залежать від віку людей та індивідуальних особливостей їхнього слухового апарату. Зазвичай з віком верхня частотна межа звуків, що сприймаються, значно знижується - деякі люди похилого віку можуть чути звуки з частотами, що не перевищують 6000 Гц. Діти ж, навпаки, можуть сприймати звуки, частота яких трохи більша за 20000 Гц.

Коливання, частоти яких більші за 20 000 Гц або менше 20 Гц, чують деякі тварини.

Світ наповнений найрізноманітнішими звуками: цокання годинника і гул моторів, шелест листя та завивання вітру, спів птахів та голоси людей. Про те, як народжуються звуки, і що вони являють собою, люди почали здогадуватися дуже давно. Помічали, наприклад, що звук створюють тіла, що вібрують у повітрі. Ще давньогрецький філософ і вчений-енциклопедист Аристотель, виходячи зі спостережень, чітко пояснював природу звуку, вважаючи, що тіло, що звучить, створює поперемінне стиск і розрідження повітря. Так, струна, що коливається, то ущільнює, то розріджує повітря, а завдяки пружності повітря ці чергуються впливи передаються далі в простір - від шару до шару, виникають пружні хвилі. Досягаючи нашого вуха, вони впливають на барабанні перетинки та викликають відчуття звуку.

На слух людина сприймає пружні хвилі, що мають частоту в межах від 16 Гц до 20 кГц (1 Гц - 1 коливання в секунду). Відповідно пружні хвилі в будь-якому середовищі, частоти яких лежать у зазначених межах, називають звуковими хвилями або просто звуком. У повітрі при температурі 0° З нормальному тиску звук поширюється зі швидкістю 330 м/с.

Джерелом звуку в газах і рідинах можуть бути не тільки ті тіла, що вібрують. Наприклад, свистять у польоті куля та стріла, завиває вітер. І рев турбореактивного літака складається не тільки з шуму працюючих агрегатів - вентилятора, компресора, турбіни, камери згоряння і т. д., але також з шуму реактивного струменя, вихрових, турбулентних потоків повітря, що виникають при обтіці літака на великих швидкостях. Тіло, що стрімко мчить в повітрі або у воді, як би розриває обтікає його потік, періодично породжує в середовищі області розрідження і стиснення. Через війну виникають звукові хвилі.

Важливі у вченні про звук також поняття тону та тембру звуку. Будь-який реальний звук, чи то голос людини, чи гра музичного інструменту, - це не просте гармонійне коливання, а своєрідна суміш багатьох гармонійних коливань з певним набором частот. Те їх, що має найнижчу частоту, називають основним тоном, інші - обертонами. Різна кількість обертонів, властивих тому чи іншому звуку, надає йому особливого забарвлення – тембр. Відмінність одного тембру від іншого обумовлена ​​не лише числом, а й інтенсивністю обертонів, що супроводжують звучання основного тону. За тембром ми легко відрізняємо звуки скрипки та роялю, гітари та флейти, дізнаємося голоси знайомих людей.

1. 4. Висота та тембр звуку

Примусимо звучати дві різні струни на гітарі чи балалайці. Ми почуємо різні звуки: один – нижчий, інший – вищий. Звуки чоловічого голосу нижчі, ніж звуки голосу жінки, звуки басу нижче звуків тенора, сопрано вище альта.

Від чого залежить висота звуку?

Можна зробити висновок, що висота звуку залежить від частоти коливань: чим більша частота коливань джерела звуку, тим вищий звук, що видається їм.

Чистим тоном називається звук джерела, що здійснює коливання однієї частоти.

Звуки з інших джерел (наприклад, звуки різних музичних інструментів, голоси людей, звук сирени та ще) являють собою сукупність коливань різних частот, т. е. сукупність чистих тонів.

Найнижча (тобто найменша) частота такого складного звуку називається основною частотою, а відповідний їй звук певної висоти – основним тоном (іноді його називають просто тоном). Висота складного звуку визначається саме заввишки його основного тону.

Решта тон складного звуку називаються обертонами. Обертони визначають тембр звуку, тобто таку його якість, яка дозволяє нам відрізняти звуки одних джерел від звуків інших. Наприклад, ми легко відрізняємо звук рояля від звуку скрипки навіть у тому випадку, якщо ці звуки мають однакову висоту, тобто одну й ту саму частоту основного тону. Відмінність цих звуків обумовлено різним набором обертонів.

Таким чином, висота звуку визначається частотою його основного тону: що більше частота основного тону, то вище звук.

Тембр звуку визначається сукупністю його обертонів.

1. 5. Чому існують різні звуки?

Звуки відрізняються один від одного за гучністю, висотою та тембром. Гучність звуку залежить частиною від видалення вуха слухача від об'єкта, що звучить, а частково від амплітуди коливання останнього. Слово амплітуда означає відстань, яка проходить тіло від однієї крайньої точки на іншу під час своїх коливань. Чим більша ця відстань, тим гучніший звук.

Висота звуку залежить від швидкості чи частоти коливань тіла. Чим більше коливань здійснює об'єкт за одну секунду, тим вище звук, який він виробляє.

Однак два звуки, що абсолютно збігаються за гучністю і висотою, можуть відрізнятися один від одного. Музика звуку залежить від числа і сили обертонів, присутніх у ньому. Якщо змусити струну скрипки коливатися вздовж усієї довжини так, щоб при цьому не виникало жодних додаткових коливань, то буде чути найнижчий тон, який вона тільки здатна зробити. Цей тон називається основним. Однак, якщо на ній виникнуть додаткові коливання окремих частин, з'являться додаткові вищі ноти. Гармонуючи з основним тоном, вони створять особливе скрипкове звучання. Ці вищі в порівнянні з основним тоном ноти і називаються обертонами. Вони й визначають тембр того чи іншого звуку.

1. 6. Відображення та поширення обурень.

Обурення частини натягнутої гумової трубки чи пружини переміщається її довжиною. Коли обурення досягає кінця трубки, воно відбивається незалежно від цього, закріплений кінець трубки чи вільний. За утримуваний кінець різко смикають нагору і потім приводять його у вихідне положення. Гребінь, що утворився на трубці, рухається вздовж трубки до стіни, де він відбивається. При цьому відбита хвиля має форму западини, тобто знаходиться нижче за середнє положення трубки, в той час як вихідна пучність знаходилася вище. З чим пов'язана ця відмінність? Уявимо кінець гумової трубки, закріплений у стіні. Оскільки він закріплений, він може рухатися. Спрямована вгору сила імпульсу, що прийшов, прагне змусити рухатися його вгору. Однак оскільки він не може рухатися, то має бути рівна і протилежно спрямована вниз сила, що виходить від опори і прикладена до кінця гумової трубки, і тому відбитий імпульс розташовується пучністю вниз. Різниця фаз відбитого та вихідного імпульсів дорівнює 180°.

1. 7. Стоячі хвилі

Коли рука, що утримує різі нову трубку, рухається вгору і вниз і частота руху поступово збільшується, досягається точка, при якій виходить одиночна пучність. Подальше збільшення частоти коливання руки спричинить утворення подвійної пучності. Якщо ви проаналізуєте частоту рухів руки, то ви побачите, що їх частота подвоїлася. Оскільки важко рухати рукою швидше, краще застосувати механічний вібратор.

Утворені хвилі називаються стоячими чи стаціонарними хвилями. Вони утворюються, тому що відбита хвиля накладається на падаючу.

У цьому дослідженні є дві хвилі: падаюча і відбита. Вони мають однакові частоту, амплітуду та довжину хвилі, але поширюються у протилежних напрямках. Це хвилі, що біжать, але вони інтерферують один з одним і таким чином створюють стоячі хвилі. Це має такі наслідки: а) всі частинки у кожній половині довжини хвилі коливаються у фазі, тобто всі вони рухаються в одному напрямку в один час; б) кожна частка має амплітуду, відмінну від амплітуди наступної частки; в) різниця фаз між коливаннями частинок однієї напівхвилі і коливаннями частинок наступної напівхвилі дорівнює 180 °. Це означає, що вони або відхилені максимально в протилежні сторони одночасно, або, якщо вони опиняються в середньому положенні, починають рухатися в протилежних напрямках.

Деякі частинки не рухаються (вони мають нульову амплітуду), оскільки сили, що діють на них, завжди рівні і протилежні. Ці точки називаються вузловими або вузлами, і відстань між двома наступними вузлами становить половину довжини хвилі, тобто 12 λ.

Максимальний рух відбувається в точках і амплітуда цих точок вдвічі більша за амплітуду падаючої хвилі. Ці точки називаються пучностями, і відстань між двома наступними пучностями становить половину довжини хвилі. Відстань між вузлом і наступною пучністю становить одну четверту довжини хвилі, тобто 14λ.

Стояча хвиля відрізняється від біжить. У хвилі, що біжить: а) всі частинки мають однакову амплітуду коливань; б) кожна частка не знаходиться у фазі з наступною.

1. 8. Резонансна труба.

Резонансна труба є вузькою трубою, в якій створюються коливання стовпа повітря. Для зміни довжини стовпа повітря застосовуються різні способи, наприклад, зміни рівня води в трубі. Закритий кінець труби є вузол, тому що знаходиться в зіткненні з ним повітря нерухоме. Відкритий кінець труби завжди є пучністю, оскільки амплітуда коливань тут максимальна. Є один вузол і одна пучність. Довжина труби становить приблизно одну четверту довжину стоячої хвилі.

Для того щоб показати, що довжина стовпа повітря обернено пропорційна частоті хвилі, потрібно застосувати ряд камертонів. Краще використовувати маленький гучномовець, з'єднаний з відкаліброваним генератором звукової частоти замість камертонів фіксованої частоти. Замість труб із водою застосовується довга труба із поршнем, оскільки це полегшує підбір довжини стовпів повітря. Поблизу кінця труби міститься постійне джерело звуку, і виходять резонансні довжини повітряного стовпа для частот 300 Гц, 350 Гц, 400 Гц, 450 Гц, 500 Гц, 550 Гц і 600 Гц.

Коли вода наливається у пляшку, утворюється звук певного тону, оскільки повітря у пляшці починає вагатися. Висота цього тону підвищується зі зменшенням обсягу повітря у пляшці. Кожна пляшка має певну власну частоту, і коли дуєш поверх відкритого шийки пляшки, може також утворитися звук.

На початку війни 1939-1945 р.р. прожектори фокусувалися на літаках за допомогою обладнання, яке працювало у звуковому діапазоні. Щоб не дати їм сфокусуватися, деякі екіпажі викидали з літаків порожні пляшки, коли вони потрапляли у промінь прожектора. Гучні звуки падаючих пляшок сприймалися приймачем, і прожектори втрачали фокус.

1. 9. Духові музичні інструменти.

Звуки, що утворюються духовими інструментами, залежать від стоячих хвиль, що виникають у трубах. Тон залежить від довжини труби та виду коливань повітря у трубі.

Наприклад, відкрита труба органу. Повітря вдується в трубу через отвір і вдаряється об гострий виступ. Це змушує повітря в трубі вагатися. Оскільки обидва кінці труби відкриті, то кожному кінці завжди виникає пучность. Найпростішим видом коливань є така, коли на кожному кінці знаходиться пучність, а один вузол - у середині. Це основні коливання і довжина труби приблизно дорівнює половині довжини хвилі. Частота основного тону = с/2l, де з – швидкість звуку та l – довжина труби.

Закрита органна труба має пробку на кінці, тобто кінець труби закритий. Це означає, що на цьому кінці завжди знаходиться вузол. Цілком очевидно, що: а) основна частота закритої труби становить половину основної частоти відкритої труби тієї ж довжини; б) закритою трубою можуть бути утворені лише непарні обертони. Таким чином, діапазон тонів відкритої труби більший, ніж закритої.

Фізичні умови змінюють звук музичних інструментів. Підвищення температури викликає збільшення швидкості звуку повітря і, отже, збільшення основний частоти. Довжина труби також дещо збільшується, викликаючи зменшення частоти. Граючи на органі, наприклад, у церкві, виконавці просять включити обігрів, щоб орган звучав за нормальної йому температури. Струнні інструменти мають регулятори натягу струн. Підвищення температури веде до деякого розширення струни та зменшення натягу.

Глава 2. Практична частина

2. 1. Спосіб визначення швидкості звуку за допомогою резонансної труби.

Прилад показано малюнку. Резонансна труба являє собою довгу вузьку трубу А, з'єднану з резервуаром через гумовий патрубок. В обох трубах знаходиться вода. Коли піднято, довжина повітряного стовпа в А зменшується, а коли опускається, довжина стовпа повітря в А збільшується. Помістіть камертон, що коливається, зверху А, коли довжина стовпа повітря в А практично дорівнює нулю. Ви не почуєте жодного звуку. У міру збільшення довжини стовпа повітря в А ви почуєте, як звук посилюється, досягає максимуму, а потім починає затихати. Повторіть цю процедуру, регулюючи так, щоб довжина повітряного стовпа в А давала максимальний по силі звук. Потім виміряйте довжину l1 стовпа повітря.

Гучний звук чутний тому, що власна частота стовпа повітря довжиною l1 дорівнює власній частоті камертону, і тому повітряний стовп коливається в унісон із ним. Ви знайшли перше становище резонансу. Фактично довжина повітря, що коливається дещо більше стовпа повітря в А.

Якщо ви опустите. Ще нижче, так, щоб довжина повітряного стовпа збільшилася, то знайдете інше положення, в якому звук досягає максимальної сили. Точно визначте це положення та виміряйте довжину l2 стовпа повітря. Це друге положення резонансу. Як і раніше, вершина знаходиться на відкритому кінці труби, а вузол – на поверхні води. Це може бути досягнуто тільки у випадку, показаному на малюнку, при цьому довжина стовпа повітря в трубі становить приблизно 34 довжини хвилі (34 λ).

Віднімання двох вимірів дає:

34 λ - 14 λ = l2 - l1 , отже, 12 λ = l2 - l1.

Отже, c = ν = 2 (l2 - l1), де ν - частота камертону. Це швидкий та досить точний спосіб визначення швидкості звуку в повітрі.

2. 2. Експеримент та обчислення.

Для визначення швидкості звукової хвилі були використані наступні інструменти та обладнання:

Штатив універсальний;

Товстостінна скляна трубка, запаяна з одного кінця, довжиною 1,2 метра;

Камертон, частота якого 440 Гц, нота "ля";

Молоточок;

Пляшка з водою;

Вимірювальна лінійка.

Хід дослідження:

1. Зібрав штатив, на якому закріпив кільця на муфті.

2. Помістив скляну трубку у штативі.

3. Доливаючи води в трубку і збуджуючи звукові хвилі на камертоні, створював стоячі хвилі в трубці.

4. Досвідченим шляхом досяг такої висоти водяного стовпа, щоб у скляній трубці були посилені звукові хвилі, щоб спостерігався резонанс у трубці.

5. Виміряв першу довжину вільного від води кінця трубки - l2 = 58 см = 0,58 м

6. Знову долив води у трубку. (Повторити дії пунктів 3, 4, 5) – l1 = 19 см = 0,19 м

7. Виконав обчислення за формулою: c = λ = 2 (l2 - l1),

8. с = 440 Гц * 2 (0,58 м - 0,19 м) = 880 * 0,39 = 343,2 м\с

Результат дослідження – швидкість звуку = 343,2 м\с.

2. 3. Висновки практичної частини

За допомогою вибраного обладнання, визнач швидкість звуку в повітрі. Порівняли отриманий результат із табличною величиною – 330 м\с. Отримана величина приблизно дорівнює табличній. Розбіжності вийшли через похибку вимірювань, друга причина: таблична величина дана при температурі 00С, а квартирі температура повітря = 240С.

Отже, запропонований метод визначення швидкості звуку за допомогою резонансної труби можна застосовувати.

Висновок.

Вміння обчислювати та визначати характеристики звуку дуже корисно. Як випливає з дослідження, показники звуку: гучність, амплітуда, частота, довжина хвилі – ці значення притаманні певним звукам, за ними можна визначити, який звук ми чуємо зараз. Ми знову стикаємося з математичною закономірністю звучання. А ось швидкість звуку хоч і можливо обчислити, але вона залежить від температури приміщення та простору, де відбувається звучання.

Таким чином, мета дослідження було виконано.

Гіпотеза дослідження підтвердилася, але надалі необхідно враховувати похибки у вимірах.

Виходячи з цього завдання дослідження були виконані:

Вивчено теоретичні основи цього питання;

З'ясовано закономірності;

Виконано необхідні виміри;

Виконано обчислення швидкості звуку;

Отримані результати обчислень були порівняні з наявними табличними даними;

Дано оцінку отриманих результатів.

В результаті роботи: навчився визначати швидкість звуку за допомогою резонансної труби; o Зіткнувся з проблемою різної швидкості звуку за різної температури, тому це питання постараюся дослідити найближчим часом.

ЗвукЯк ми пам'ятаємо, є пружними поздовжніми хвилями. А хвилі породжуються предметами, що вагаються.

Приклади джерел звуку: лінійка, що коливається, один кінець якої затиснутий, струни, що коливаються, мембрана динаміка.

Але не завжди вагаються предмети породжують чутний вухом звук - якщо частота їх коливань нижче 16 Гц, то вони породжують інфразвука якщо більше 20кГц, то ультразвук.

Ультразвук та інфразвук – з погляду фізики такі ж пружні коливання середовища, як і звичайний звук, але вухо не здатне їх сприйняти, оскільки ці частоти надто далекі від резонансної частоти барабанної перетинки (перетинка просто не може вагатися з такою частотою).

Звуки високої частоти відчуваються як тонші, звуки низької частоти – як басовиті.

Якщо коливальна система здійснює гармонічні коливання однієї частоти, її звук називається чистим тоном. Зазвичай джерела звуку видають звуки одразу кількох частот – тоді найменша частота називається основним тоном, а інші називаються обертонами. Обертона визначають тембрзвуку – саме через них ми легко відрізнимо піаніно від скрипки, навіть коли основна частота у них однакова.

Гучністьзвуку – це суб'єктивне відчуття, що дозволяє порівнювати звуки як «гучніші» і «менш гучні». Гучність залежить від багатьох факторів - він частоти, від тривалості, від індивідуальних особливостей слухача. Але найсильніше вона залежить від звукового тиску, який безпосередньо пов'язаний з амплітудою коливань того предмета, що видає звук.

Одиниця виміру гучності називається сон.

У практичних завданнях зазвичай використовують величину, яка називається рівень гучностіабо рівень звукового тиску. Вимірюється ця величина в білах [Б]або, частіше, в децибелах [дБ].

Ця величина логарифмічно залежить від звукового тиску – тобто збільшення тиску у 10 разів збільшує рівень гучності на 1 дБ.

Звук перегортання газети – це приблизно 20 дБ, будильник – 80 дБ, звук літака, що злітає, – це 100-120 дБ (на межі больових відчуттів).

Одне з незвичайних застосувань звуку (точніше ультразвуку) – це ехолокація. Можна видати звук і виміряти час, через який прийде відлуння. Чим більша відстань до перешкоди, тим більшою буде затримка. Зазвичай такий спосіб вимірювання відстаней використовується під водою, але кажани застосовують його у повітрі.

Відстань при ехолокації визначається так:

2r = vt, де v – швидкість звуку середовищі, t – час затримки до луни, r – відстань до перешкоди.