Sažetak: Izvori zvuka. Zvučne vibracije

Izvori zvuka. Zvučne vibracije

Čovjek živi u svijetu zvukova. Zvuk je za osobu izvor informacija. Upozorava ljude na opasnost. Zvuk u obliku glazbe, pjev ptica pruža nam zadovoljstvo. Rado slušamo osobu s ugodan glas. Zvukovi su važni ne samo za ljude, već i za životinje, kojima dobro snimanje zvuka pomaže preživjeti.

Zvuk - To su mehanički elastični valovi koji se šire u plinovima, tekućinama, čvrstim tvarima.

Uzrok zvuka - vibracije (oscilacije) tijela, iako su te vibracije često nevidljive našim očima.

Izvori zvuka - fizička tijela koja osciliraju, t.j. drhti ili vibrirati s frekvencijom
od 16 do 20 000 puta u sekundi. Tijelo koje vibrira može biti čvrsto, kao što je struna
ili Zemljina kora, plinoviti, na primjer, mlaz zraka u puhačkim glazbalima
ili tekućina, kao što su valovi na vodi.

Volumen

Glasnoća ovisi o amplitudi vibracija u zvučnom valu. Jedinica jačine zvuka je 1 Bel (u čast Alexandera Grahama Bella, izumitelja telefona). U praksi se glasnoća mjeri u decibelima (dB). 1 dB = 0,1B.

10 dB - šapat;

20-30 dB – norma buke u stambenim prostorijama;
50 dB– razgovor srednje jačine;
80 d B - buka motora kamiona koji radi;
130 dB- prag osjećaj boli

Zvuk iznad 180 dB može uzrokovati čak i puknuće bubnjića.

visoki zvukovi predstavljeni visokofrekventnim valovima – na primjer, pjev ptica.

tihi zvukovi su niskofrekventni valovi, kao što je zvuk motora velikog kamiona.

zvučni valovi

zvučni valovi To su elastični valovi koji uzrokuju osjet zvuka u osobi.

Zvučni val može putovati na razne udaljenosti. Topovska paljba čuje se na 10-15 km, rzanje konja i lavež pasa - na 2-3 km, a šapat je samo nekoliko metara dalje. Ti se zvukovi prenose zrakom. Ali ne samo zrak može biti provodnik zvuka.

Prislonivši uho na tračnice, možete čuti buku vlaka koji se približava mnogo ranije i na većoj udaljenosti. To znači da metal provodi zvuk brže i bolje od zraka. Voda također dobro provodi zvuk. Nakon što ste zaronili u vodu, jasno možete čuti kako kamenje kuca jedno o drugo, kako šljunak šumi tijekom surfanja.

Svojstvo vode - da dobro provodi zvuk - naširoko se koristi za izviđanje na moru tijekom rata, kao i za mjerenje morskih dubina.

Neophodan uvjetširenje zvučnih valova – prisutnost materijalnog okruženja. u vakuumu zvučni valovi ne šire, budući da nema čestica koje prenose interakciju iz izvora vibracija.

Stoga na Mjesecu, zbog izostanka atmosfere, vlada potpuna tišina. Čak ni pad meteorita na njegovu površinu promatrač ne čuje.

Zvuk putuje različitim brzinama u svakom mediju.

brzina zvuka u zraku- približno 340 m/s.

Brzina zvuka u vodi- 1500 m/s.

Brzina zvuka u metalima, u čeliku- 5000 m/s.

U toplom zraku brzina zvuka je veća nego u hladnom, što dovodi do promjene smjera širenja zvuka.

VILICA

- ovo U obliku slova metalna ploča , čiji krajevi mogu oscilirati nakon što ga udare.

Objavljeno viljuška za podešavanje Zvuk je vrlo slab i može se čuti samo na maloj udaljenosti.
Rezonator - drvena kutija, na koji se može pričvrstiti vilica za podešavanje, služi za pojačanje zvuka.
U ovom slučaju, emisija zvuka se događa ne samo iz vilice za podešavanje, već i s površine rezonatora.
Međutim, trajanje zvuka vilice za podešavanje na rezonatoru bit će kraće nego bez njega.

E X O

Glasan zvuk, reflektiran od prepreka, vraća se na izvor zvuka nakon nekoliko trenutaka, a mi čujemo jeka.

Množenjem brzine zvuka s vremenom proteklim od njegovog pojavljivanja do povratka, možete odrediti dvostruku udaljenost od izvora zvuka do barijere.
Ova metoda određivanja udaljenosti do objekata koristi se u eholokacija.

Neke životinje, na primjer šišmiši,
također koriste fenomen refleksije zvuka, primjenjujući metodu eholokacije

Eholokacija se temelji na svojstvu refleksije zvuka.

Zvuk - trčanje mehanički vol na i prenosi energiju.
Međutim, moć istovremenog razgovora svih ljudi na globus jedva više od snage jednog automobila Moskvich!

Ultrazvuk.

· Vibracije s frekvencijama koje prelaze 20 000 Hz nazivaju se ultrazvukom. Ultrazvuk se široko koristi u znanosti i tehnologiji.

Tekućina ključa pri prolasku kroz ultrazvučni val (kavitacija). To stvara hidraulički udar. Ultrazvuk može otkinuti komadiće s metalne površine i zgnječiti krute tvari. Tekućine koje se ne miješaju mogu se miješati ultrazvukom. Tako se pripremaju uljne emulzije. Pod djelovanjem ultrazvuka dolazi do saponifikacije masti. Perilice rublja temelje se na ovom principu.

· Široko upotrebljavan ultrazvuk u hidroakustici. Ultrazvuk visoke frekvencije apsorbira voda vrlo slabo i može se širiti na desetke kilometara. Ako na svom putu sretnu dno, santu leda ili drugo čvrsta, reflektiraju se i daju odjek velike snage. Na ovom principu temelji se ultrazvučni ehosonder.

u metalu ultrazvuk razmazuje se gotovo bez upijanja. Metodom ultrazvučnog lociranja moguće je otkriti i najmanje nedostatke unutar dijela velike debljine.

Učinak drobljenja ultrazvuka koristi se za proizvodnju ultrazvučnih lemilica.

ultrazvučni valovi, poslani s broda, reflektiraju se od potonulog objekta. Računalo detektira vrijeme pojave jeke i određuje mjesto objekta.

· Ultrazvuk se koristi u medicini i biologiji za eholokaciju, za otkrivanje i liječenje tumora i nekih defekata u tjelesnim tkivima, u kirurgiji i traumatologiji za disekciju mekih i koštanih tkiva tijekom raznih operacija, za zavarivanje slomljenih kostiju, za destrukciju stanica (ultrazvuk velike snage).

Infrazvuk i njegov učinak na čovjeka.

Oscilacije s frekvencijama ispod 16 Hz nazivaju se infrazvukom.

U prirodi se infrazvuk javlja zbog vrtložnog kretanja zraka u atmosferi ili kao posljedica sporih vibracija različitih tijela. Infrazvuk je karakteriziran slabom apsorpcijom. Stoga se širi na velike udaljenosti. Ljudsko tijelo bolno reagira na infrazvučne vibracije. Pod vanjskim utjecajima uzrokovanim mehanička vibracija ili zvučni val na frekvencijama od 4-8 Hz, osoba osjeća kretanje unutarnji organi, na frekvenciji od 12 Hz - napad morske bolesti.

Najveći intenzitet infrazvučne vibracije stvoriti strojeve i mehanizme koji imaju površine velike veličine, izvodeći niskofrekventne mehaničke vibracije (infrazvuk mehaničko podrijetlo) ili turbulentna strujanja plinova i tekućina (infrazvuk aerodinamičkog ili hidrodinamičkog porijekla).

Pitanja.

1. Recite nam o pokusima prikazanim na slikama 70-73. Kakav zaključak iz njih proizlazi?

U prvom pokusu (slika 70) metalno ravnalo stisnuto u škripac proizvodi zvuk kada vibrira.
U drugom pokusu (sl. 71.) mogu se promatrati vibracije žice koja također stvara zvuk.
U trećem pokusu (slika 72) uočava se zvuk vilice za podešavanje.
U četvrtom pokusu (sl. 73.) na čađavoj pločici "snimaju" se vibracije vilice za podešavanje. Svi ti eksperimenti pokazuju oscilatornu prirodu podrijetla zvuka. Zvuk dolazi od vibracija. U četvrtom eksperimentu to se također može vizualno uočiti. Vrh igle ostavlja trag u obliku bliskom sinusoidi. U ovom slučaju, zvuk se ne pojavljuje niotkuda, već ga stvaraju izvori zvuka: ravnalo, žica, vilica za podešavanje.

2. Kako zajedničko vlasništvo posjeduje sve izvore zvuka?

Svaki izvor zvuka mora oscilirati.

3. Mehaničke vibracije kojih frekvencija se nazivaju zvukom i zašto?

Zvučne vibracije nazivaju se mehaničkim vibracijama s frekvencijama od 16 Hz do 20 000 Hz, jer. u ovom frekvencijskom rasponu ih osoba percipira.

4. Koje se vibracije nazivaju ultrazvučnim? infrazvuk?

Oscilacije s frekvencijama iznad 20 000 Hz nazivaju se ultrazvučnim, a one s frekvencijama ispod 16 Hz nazivaju se infrazvučnimi.

5. Recite nam o mjerenju dubine mora pomoću eholokacije.

Vježbe.

1. Čujemo zvuk lepetanja krila letećeg komarca. ali ptica koja leti ne. Zašto?

Frekvencija titranja krila komarca je 600 Hz (600 udaraca u sekundi), vrapca 13 Hz, a ljudsko uho percipira zvukove od 16 Hz.

Izvori zvuka. Zvučne vibracije

Čovjek živi u svijetu zvukova. Zvuk je za osobu izvor informacija. Upozorava ljude na opasnost. Zvuk u obliku glazbe, pjev ptica pruža nam zadovoljstvo. Uživamo slušajući osobu ugodnog glasa. Zvukovi su važni ne samo za ljude, već i za životinje, kojima dobro snimanje zvuka pomaže preživjeti.

Zvuk - To su mehanički elastični valovi koji se šire u plinovima, tekućinama, čvrstim tvarima.

Uzrok zvuka - vibracije (oscilacije) tijela, iako su te vibracije često nevidljive našim očima.

Izvori zvuka - fizička tijela koja osciliraju, t.j. drhti ili vibrirati s frekvencijom
od 16 do 20 000 puta u sekundi. Tijelo koje vibrira može biti čvrsto, kao što je struna
ili zemljine kore, plinovite, na primjer, mlaz zraka u puhačkim glazbalima
ili tekućina, kao što su valovi na vodi.

Volumen

Glasnoća ovisi o amplitudi vibracija u zvučnom valu. Jedinica jačine zvuka je 1 Bel (u čast Alexandera Grahama Bella, izumitelja telefona). U praksi se glasnoća mjeri u decibelima (dB). 1 dB = 0,1B.

10 dB - šapat;

20-30 dB – norma buke u stambenim prostorijama;
50 dB– razgovor srednje jačine;
80 d B - buka motora kamiona koji radi;
130 dB- prag boli

Zvuk iznad 180 dB može uzrokovati čak i puknuće bubnjića.

visoki zvukovi predstavljeni visokofrekventnim valovima – na primjer, pjev ptica.

tihi zvukovi su niskofrekventni valovi, kao što je zvuk motora velikog kamiona.

zvučni valovi

zvučni valovi To su elastični valovi koji uzrokuju osjet zvuka u osobi.

Zvučni val može putovati na razne udaljenosti. Topovska paljba čuje se na 10-15 km, rzanje konja i lavež pasa - na 2-3 km, a šapat je samo nekoliko metara dalje. Ti se zvukovi prenose zrakom. Ali ne samo zrak može biti provodnik zvuka.

Prislonivši uho na tračnice, možete čuti buku vlaka koji se približava mnogo ranije i na većoj udaljenosti. To znači da metal provodi zvuk brže i bolje od zraka. Voda također dobro provodi zvuk. Nakon što ste zaronili u vodu, jasno možete čuti kako kamenje kuca jedno o drugo, kako šljunak šumi tijekom surfanja.

Svojstvo vode - da dobro provodi zvuk - naširoko se koristi za izviđanje na moru tijekom rata, kao i za mjerenje morskih dubina.

Nužan uvjet za širenje zvučnih valova je prisutnost materijalnog okruženja. U vakuumu se zvučni valovi ne šire, jer nema čestica koje prenose interakciju iz izvora vibracija.

Stoga na Mjesecu, zbog izostanka atmosfere, vlada potpuna tišina. Čak ni pad meteorita na njegovu površinu promatrač ne čuje.

Zvuk putuje različitim brzinama u svakom mediju.

brzina zvuka u zraku- približno 340 m/s.

Brzina zvuka u vodi- 1500 m/s.

Brzina zvuka u metalima, u čeliku- 5000 m/s.

U toplom zraku brzina zvuka je veća nego u hladnom, što dovodi do promjene smjera širenja zvuka.

VILICA

- ovo Metalna ploča u obliku slova U, čiji krajevi mogu oscilirati nakon što ga udare.

Objavljeno viljuška za podešavanje Zvuk je vrlo slab i može se čuti samo na maloj udaljenosti.
Rezonator- za pojačavanje zvuka služi drvena kutija na koju se može učvrstiti vilica za podešavanje.
U ovom slučaju, emisija zvuka se događa ne samo iz vilice za podešavanje, već i s površine rezonatora.
Međutim, trajanje zvuka vilice za podešavanje na rezonatoru bit će kraće nego bez njega.

E X O

Glasan zvuk, reflektiran od prepreka, vraća se na izvor zvuka nakon nekoliko trenutaka, a mi čujemo jeka.

Množenjem brzine zvuka s vremenom proteklim od njegovog pojavljivanja do povratka, možete odrediti dvostruku udaljenost od izvora zvuka do barijere.
Ova metoda određivanja udaljenosti do objekata koristi se u eholokacija.

Neke životinje, kao što su šišmiši,
također koriste fenomen refleksije zvuka, primjenjujući metodu eholokacije

Eholokacija se temelji na svojstvu refleksije zvuka.

Zvuk - trčanje mehanički vol na i prenosi energiju.
Međutim, snaga istovremenog razgovora svih ljudi na kugli zemaljskoj teško da je veća od snage jednog automobila Moskvich!

Ultrazvuk.

· Vibracije s frekvencijama koje prelaze 20 000 Hz nazivaju se ultrazvukom. Ultrazvuk se široko koristi u znanosti i tehnologiji.

Tekućina ključa pri prolasku kroz ultrazvučni val (kavitacija). To stvara hidraulički udar. Ultrazvuk može otkinuti komadiće s metalne površine i zgnječiti krute tvari. Tekućine koje se ne miješaju mogu se miješati ultrazvukom. Tako se pripremaju uljne emulzije. Pod djelovanjem ultrazvuka dolazi do saponifikacije masti. Perilice rublja temelje se na ovom principu.

· Široko upotrebljavan ultrazvuk u hidroakustici. Ultrazvuk visoke frekvencije apsorbira voda vrlo slabo i može se širiti na desetke kilometara. Ako na svom putu naiđu na dno, santu leda ili drugo čvrsto tijelo, reflektiraju se i daju odjek velike snage. Na ovom principu temelji se ultrazvučni ehosonder.

u metalu ultrazvuk razmazuje se gotovo bez upijanja. Metodom ultrazvučnog lociranja moguće je otkriti i najmanje nedostatke unutar dijela velike debljine.

Učinak drobljenja ultrazvuka koristi se za proizvodnju ultrazvučnih lemilica.

ultrazvučni valovi, poslani s broda, reflektiraju se od potonulog objekta. Računalo detektira vrijeme pojave jeke i određuje mjesto objekta.

· Ultrazvuk se koristi u medicini i biologiji za eholokaciju, za otkrivanje i liječenje tumora i nekih defekata u tjelesnim tkivima, u kirurgiji i traumatologiji za disekciju mekih i koštanih tkiva tijekom raznih operacija, za zavarivanje slomljenih kostiju, za destrukciju stanica (ultrazvuk velike snage).

Infrazvuk i njegov učinak na čovjeka.

Oscilacije s frekvencijama ispod 16 Hz nazivaju se infrazvukom.

U prirodi se infrazvuk javlja zbog vrtložnog kretanja zraka u atmosferi ili kao posljedica sporih vibracija različitih tijela. Infrazvuk je karakteriziran slabom apsorpcijom. Stoga se širi na velike udaljenosti. Ljudsko tijelo bolno reagira na infrazvučne vibracije. Uz vanjske utjecaje uzrokovane mehaničkom vibracijom ili zvučnim valom na frekvencijama od 4-8 Hz, osoba osjeća kretanje unutarnjih organa, na frekvenciji od 12 Hz - napad morske bolesti.

Najveći intenzitet infrazvučne vibracije stvaraju strojeve i mehanizme koji imaju velike površine koje izvode niskofrekventne mehaničke vibracije (infrazvuk mehaničkog porijekla) ili turbulentna strujanja plinova i tekućina (infrazvuk aerodinamičkog ili hidrodinamičkog porijekla).

Prije nego shvatite što su izvori zvuka, razmislite o tome što je zvuk? Znamo da je svjetlost zračenje. Odbijeno od predmeta, ovo zračenje ulazi u naše oči i možemo ga vidjeti. Okus i miris su male čestice tijela koje percipiraju naši receptori. Kakav je zvuk ova životinja?

Zvukovi se prenose zrakom

Sigurno ste vidjeli kako se svira gitara. Možda i sami znate kako to učiniti. Važno je da žice daju drugačiji zvuk u gitari kada se povlače. U redu. Ali kada biste mogli staviti gitaru u vakuum i povući žice, onda biste se jako iznenadili da gitara ne bi ispuštala nikakav zvuk.

Takvi su eksperimenti provedeni s raznim tijelima, a rezultat je uvijek bio isti – u prostoru bez zraka nije se čuo nikakav zvuk. Iz ovoga slijedi logičan zaključak da se zvuk prenosi zrakom. Stoga je zvuk nešto što se događa česticama zračnih tvari i tijelima koja proizvode zvuk.

Izvori zvuka – titrajna tijela

Unaprijediti. Kao rezultat širokog spektra brojnih eksperimenata, bilo je moguće utvrditi da zvuk nastaje zbog vibracije tijela. Izvori zvuka su tijela koja vibriraju. Te vibracije prenose molekule zraka i naše uho, percipirajući te vibracije, interpretira ih u nama razumljive zvučne osjete.

To nije teško provjeriti. Uzmite stakleni ili kristalni pehar i stavite ga na stol. Lagano lupkajte metalnom žlicom. Čut ćete dug tanak zvuk. Sada rukom dodirnite staklo i ponovno kucnite. Zvuk će se promijeniti i postati mnogo kraći.

A sada neka nekoliko ljudi omota svoje ruke oko stakla što je moguće potpunije, zajedno s nogom, pokušavajući ne ostaviti niti jedno slobodno područje, osim samog malo mjesto udarati žlicom. Opet udari u staklo. Gotovo da nećete čuti nikakav zvuk, a onaj koji će biti ispostavit će se slabim i vrlo kratkim. Što kaže?

U prvom slučaju, nakon udarca, staklo je slobodno osciliralo, njegove vibracije su se prenosile kroz zrak i dopirale do naših ušiju. U drugom slučaju većinu vibracija je apsorbirala naša ruka, a zvuk je postao znatno kraći, jer su se vibracije tijela smanjivale. U trećem slučaju, gotovo sve vibracije tijela odmah su apsorbirale ruke svih sudionika i tijelo gotovo da nije osciliralo, a samim time i gotovo nikakav zvuk nije emitiran.

Isto vrijedi i za sve druge eksperimente kojih se možete sjetiti i izvoditi. Vibracije tijela, koje se prenose na molekule zraka, percipiraju naše uši i tumače ih mozak.

Zvučne vibracije različitih frekvencija

Dakle, zvuk je vibracija. Izvori zvuka prenose zvučne vibracije kroz zrak do nas. Zašto onda ne čujemo sve vibracije svih predmeta? Budući da vibracije dolaze na različitim frekvencijama.

Zvuk koji percipira ljudsko uho su zvučne vibracije s frekvencijom od približno 16 Hz do 20 kHz. Djeca čuju zvukove viših frekvencija od odraslih, a rasponi percepcije različitih živih bića općenito se jako razlikuju.

Svijet je ispunjen najrazličitijim zvukovima: kucanjem satova i tutnjavom motora, šuštanjem lišća i zavijanjem vjetra, pjevom ptica i glasovima ljudi. O tome kako se rađaju zvukovi i što predstavljaju, ljudi su počeli nagađati davno. Još starogrčki filozof a enciklopedijski znanstvenik Aristotel, na temelju opažanja, ispravno je objasnio prirodu zvuka, vjerujući da sondirajuće tijelo stvara naizmjenično kompresiju i razrjeđivanje zraka. Prošle godine autor je radio na problemu prirode zvuka i dovršen istraživački rad: "U svijetu zvukova", u kojem su se zvučne frekvencije glazbene ljestvice izračunavale čašom vode.

Zvuk karakteriziraju količine: frekvencija, valna duljina i brzina. Također ga karakterizira amplituda i glasnoća. Stoga živimo u raznolikom svijetu zvukova i njegove raznolikosti nijansi.

Na kraju prethodne studije, imao sam temeljno pitanje: postoje li načini za određivanje brzine zvuka kod kuće? Stoga možemo formulirati problem: trebamo pronaći načine ili način da odredimo brzinu zvuka.

Teorijski temelji nauka o zvuku

svijet zvukova

Do-re-mi-fa-sol-la-si

Gama zvukova. Postoje li neovisno o uhu? Jesu li to samo subjektivni osjećaji, a onda i sam svijet šuti, ili je to odraz stvarnosti u našim umovima? Ako ovo drugo, onda će i bez nas svijet zazvoniti simfonijom zvukova.

Čak je i Pitagora (582.-500. pr. Kr.) zaslužan za otkriće brojčanih odnosa koji odgovaraju različitim glazbenim zvukovima. Prolazeći pored kovačnice, gdje je nekoliko radnika kovalo željezo, Pitagora je primijetio da su zvukovi u odnosu na kvinte, kvarte i oktave. Ušavši u kovačnicu, pobrinuo se da čekić koji je dao oktavu, u usporedbi s najtežim čekićem, ima težinu jednaku 1/2 potonjeg, čekić koji je davao kvintu ima težinu jednaku 2/3, a kvart - 3/4 teškog čekića. Po povratku kući, Pitagora je objesio žice s utezima proporcionalnim 1/2: 2/3: 3/4 na krajevima i navodno otkrio da žice, kada se udari, daju iste glazbene intervale. Fizički, legenda ne podnosi kritiku, nakovanj pri udaru raznim čekićima ispušta svoj jedan te isti ton, a zakoni vibracije struna ne potvrđuju legendu. Ali, u svakom slučaju, legenda govori o drevnosti doktrine o harmoniji. Zasluge pitagorejaca na području glazbe su nedvojbene. Oni posjeduju plodnu ideju mjerenja tona zvučne žice mjerenjem njezine duljine. Poznavali su uređaj "monohord" - kutiju od cedrovih dasaka s jednom nategnutom žicom na poklopcu. Ako udarite u žicu, ona emitira jedan specifičan ton. Ako žicu podijelite na dva dijela, podupirući je trokutastim klinom u sredini, tada će emitirati viši ton. Zvuči toliko slično glavnom tonu da kada se zvuči istovremeno, gotovo se stapaju u jedan ton. Omjer dvaju tonova u glazbi je interval. Kada je omjer duljina niza 1/2:1, interval se naziva oktava. Peti i četvrti interval poznati Pitagori se dobivaju ako se klin monokorda pomakne tako da odvaja 2/3 odnosno 3/4 žice.

Što se tiče broja sedam, on je povezan s nekim još drevnijim i tajanstvenijim prikazom ljudi polureligijske, polumistične naravi. Međutim, najvjerojatnije je to zbog astronomske fisije. lunarni mjesecčetiri sedmodnevna tjedna. Taj se broj pojavljuje tisućama godina u raznim legendama. Da, nalazimo ga u drevni papirus, koji je napisao Egipćanin Ahmes 2000. pr. Ovaj radoznali dokument nosi naslov: "Uputa za stjecanje znanja o svim tajnim stvarima." Između ostalog, tamo nalazimo i misteriozni zadatak zvan "stepenice". Govori o ljestvici brojeva koji predstavljaju potencije broja sedam: 7, 49, 343, 2401, 16 807. Ispod svakog broja nalazi se hijeroglif-slika: mačka, miš, ječam, mjera. Papirus ne daje nikakav trag o ovom problemu. Suvremeni tumači Ahmesovog papirusa dešifriraju stanje problema na sljedeći način: Sedam osoba ima sedam mačaka, svaka mačka jede sedam miševa, svaki miš može pojesti sedam klasova ječma, svaki klas može uzgajati sedam mjera žita. Koliko žitarice mačke mogu uštedjeti? Zašto ne zadatak s industrijskim sadržajem, predložen prije 40 stoljeća?

Moderna europska glazbena ljestvica ima sedam tonova, ali ne u svako doba i nisu svi narodi imali sedmotonsku ljestvicu. Tako, na primjer, u drevna Kina koristio ljestvicu od pet tonova. U svrhu ugađanja jedinstva, visina ovog kontrolnog tona mora biti strogo deklarirana međunarodnim sporazumom. Od 1938. kao takav temeljni ton usvojen je ton koji odgovara frekvenciji od 440 Hz (440 oscilacija u sekundi). Nekoliko tonova koji zvuče istovremeno čine glazbeni akord. Ljudi koji imaju takozvani apsolutni ton mogu čuti pojedinačne tonove u akordu.

Vi, naravno, u osnovi poznajete građu ljudskog uha. Prisjetimo se ukratko. Uho se sastoji od tri dijela: 1) vanjskog uha, koji završava u bubnjiću; 2) srednje uho, koje uz pomoć tri slušne koščice: čekića, nakovnja i stremena opskrbljuje unutarnje uho vibracijama bubnjića; 3) unutarnje uho, ili labirint, sastoji se od polukružnih kanala i pužnice. Pužnica je aparat za primanje zvuka. Unutarnje uho je ispunjeno tekućinom (limfom) oscilirajuće gibanje udarcima stremena o membranu, stežući ovalni prozorčić u koštanoj kutiji labirinta. Na septumu koji dijeli pužnicu na dva dijela, duž cijele njezine duljine, u poprečnim redovima nalaze se najtanja živčana vlakna postupno rastuće duljine.

Svijet zvukova je stvaran! Ali, naravno, ne treba misliti da ovaj svijet kod svih izaziva potpuno iste senzacije. Neznanstveno je pitanje da li drugi ljudi percipiraju zvukove na potpuno isti način kao i vi.

1. 2. Izvori zvuka. Zvučne vibracije

Svijet zvukova oko nas je raznolik - glasovi ljudi i glazba, pjev ptica i zujanje pčela, grmljavina za vrijeme grmljavine i šum šume na vjetru, zvuk automobila u prolazu, aviona itd.

Zajedničko svim zvukovima je da tijela koja ih generiraju, odnosno izvori zvuka, osciliraju.

Elastično metalno ravnalo učvršćeno u škripcu će proizvoditi zvuk ako se njegov slobodni dio, čija je duljina odabrana na određeni način, dovede u oscilatorno gibanje. U ovom slučaju su oscilacije izvora zvuka očite.

Ali nije svako oscilirajuće tijelo izvor zvuka. Na primjer, oscilirajući uteg obješen na konac ili oprugu ne proizvodi zvuk. Metalno ravnalo također će prestati zvučati ako ga pomaknete prema gore u škripcu i time produžite slobodni kraj tako da mu frekvencija osciliranja postane manja od 20 Hz.

Istraživanja su pokazala da je ljudsko uho sposobno kao zvuk percipirati mehaničke vibracije tijela koje se javljaju na frekvenciji od 20 Hz do 20.000 Hz. Stoga se vibracije čije su frekvencije u tom rasponu nazivaju zvukom.

Mehaničke vibracije čija je frekvencija veća od 20 000 Hz nazivaju se ultrazvučnim, a vibracije s frekvencijama manjim od 20 Hz nazivaju se infrazvučnimi.

Treba napomenuti da su naznačene granice zvučnog raspona proizvoljne, budući da ovise o dobi ljudi i individualne značajke njihov slušni aparat. Obično se s godinama gornja granica frekvencije percipiranih zvukova značajno smanjuje - neki stariji ljudi mogu čuti zvukove s frekvencijama koje ne prelaze 6000 Hz. Djeca, naprotiv, mogu percipirati zvukove čija je frekvencija nešto veća od 20 000 Hz.

Oscilacije čije su frekvencije veće od 20 000 Hz ili manje od 20 Hz neke životinje čuju.

Svijet je ispunjen najrazličitijim zvukovima: kucanjem satova i tutnjavom motora, šuštanjem lišća i zavijanjem vjetra, pjevom ptica i glasovima ljudi. O tome kako se rađaju zvukovi i što predstavljaju, ljudi su počeli nagađati davno. Primijetili su, na primjer, da zvuk stvaraju tijela koja vibriraju u zraku. Čak je i starogrčki filozof i znanstvenik-enciklopedist Aristotel, na temelju zapažanja, ispravno objasnio prirodu zvuka, vjerujući da zvučno tijelo stvara naizmjenično kompresiju i razrjeđivanje zraka. Tako oscilirajuća struna ili sabija ili razrjeđuje zrak, a zbog elastičnosti zraka ti se naizmjenični učinci prenose dalje u prostor – od sloja do sloja nastaju elastični valovi. Dospijevajući do našeg uha, djeluju na bubnjiće i izazivaju osjećaj zvuka.

Na uho, osoba percipira elastične valove frekvencije u rasponu od oko 16 Hz do 20 kHz (1 Hz - 1 oscilacija u sekundi). U skladu s tim, elastični valovi u bilo kojem mediju, čije se frekvencije nalaze unutar navedenih granica, nazivaju se zvučni valovi ili jednostavno zvuk. U zraku pri temperaturi od 0°C i normalnom tlaku, zvuk putuje brzinom od 330 m/s.

Izvor zvuka u plinovima i tekućinama mogu biti ne samo titrajna tijela. Na primjer, metak i strijela zvižde u letu, vjetar zavija. A tutnjava turbomlaznog zrakoplova sastoji se ne samo od buke radnih jedinica - ventilatora, kompresora, turbine, komore za izgaranje, itd., već i od buke mlazne struje, vrtloga, turbulentnih strujanja zraka koji nastaju kada zrakoplov teče uokolo velikom brzinom. Tijelo koje brzo juri u zraku ili u vodi, takoreći prekida strujanje oko sebe, povremeno stvara područja razrjeđivanja i kompresije u mediju. Rezultat su zvučni valovi.

Pojmovi tona i tembra zvuka također su važni u proučavanju zvuka. Svaki pravi zvuk, bilo da se radi o ljudskom glasu ili sviranju glazbenog instrumenta, nije obična harmonijska oscilacija, već svojevrsna mješavina mnogih harmonijske vibracije s određenim skupom frekvencija. Onaj koji ima najnižu frekvenciju naziva se osnovni ton, ostali su prizvuci. Različiti broj prizvuka svojstvenih pojedinom zvuku daje mu posebnu boju - timbar. Razlika između jednog i drugog tona nije samo zbog broja, već i zbog intenziteta prizvuka koji prate zvuk temeljnog tona. Po tembru lako razlikujemo zvukove violine i klavira, gitare i flaute, prepoznajemo glasove poznatih ljudi.

1. 4. Visina i tembar zvuka

Neka zvuče dvije različite žice na gitari ili balalaji. Čut ćemo različite zvukove: jedan je niži, drugi je viši. Zvukovi muškog glasa su niži od zvukova ženskog glasa, zvukovi basa su niži od zvukova tenora, zvukovi soprana viši su od alt.

Što određuje visinu zvuka?

Može se zaključiti da visina zvuka ovisi o frekvenciji vibracija: što je veća frekvencija titranja izvora zvuka, to je veći zvuk koji emitira.

Čisti ton je zvuk izvora koji oscilira na jednoj frekvenciji.

Zvukovi iz drugih izvora (na primjer, zvukovi iz raznih glazbeni instrumenti, glasovi ljudi, zvuk sirene i mnogi drugi) su kombinacija vibracija različitih frekvencija, tj. zbirka čistih tonova.

Najniža (tj. najmanja) frekvencija tako složenog zvuka naziva se temeljna frekvencija, a odgovarajući zvuk određene visine naziva se temeljni ton (ponekad se naziva jednostavno ton). Visina složenog zvuka određena je upravo visinom njegovog temeljnog tona.

Svi ostali tonovi složenog zvuka nazivaju se prizvucima. Prizvuci određuju ton zvuka, odnosno njegovu kvalitetu, što nam omogućuje razlikovanje zvukova nekih izvora od zvukova drugih. Na primjer, zvuk klavira možemo lako razlikovati od zvuka violine čak i ako ti zvukovi imaju istu visinu, odnosno istu osnovnu frekvenciju. Razlika između ovih zvukova je zbog različitog skupa prizvuka.

Dakle, visina zvuka određena je frekvencijom njegove osnove: što je veća frekvencija temeljnog, to je zvuk viši.

Timbar zvuka određen je ukupnošću njegovih prizvuka.

1. 5. Zašto postoje različiti zvukovi?

Zvukovi se međusobno razlikuju po glasnoći, visini i tembru. Jačina zvuka dijelom ovisi o udaljenosti uha slušatelja od objekta koji zvuči, a dijelom o amplitudi vibracije potonjeg. Riječ amplituda označava udaljenost koju tijelo prijeđe od jednog tijela ekstremna točka drugome tijekom njihova oklijevanja. Što je ova udaljenost veća, to je zvuk glasniji.

Visina zvuka ovisi o brzini ili frekvenciji vibracija tijela. Što više vibracija predmet napravi u jednoj sekundi, to je jači zvuk koji proizvodi.

Međutim, dva zvuka koji su apsolutno identični po glasnoći i visini mogu se međusobno razlikovati. Muzikalnost zvuka ovisi o broju i snazi ​​prizvuka prisutnih u njemu. Ako se violinska žica oscilira cijelom svojom dužinom tako da ne dođe do dodatnih vibracija, tada će se čuti najniži ton koji može proizvesti. Ovaj ton naziva se glavni ton. Međutim, ako se na njemu pojave dodatne vibracije pojedinih dijelova, tada će se pojaviti dodatne više note. Usklađujući se s glavnim tonom, stvorit će poseban, violinski zvuk. Ove note, više od korijena, nazivaju se prizvukom. Oni određuju tembar određenog zvuka.

1.6 Refleksija i širenje perturbacija.

Perturbacija dijela istegnute gumene cijevi ili opruge pomiče se po svojoj dužini. Kada perturbacija dođe do kraja cijevi, ona se reflektira, bez obzira na to je li kraj cijevi fiksiran ili slobodan. Zadržani kraj se oštro povuče prema gore i zatim dovede u prvobitni položaj. Greben formiran na cijevi pomiče se duž cijevi do zida, gdje se reflektira. U ovom slučaju reflektirani val ima oblik udubljenja, tj. ispod je prosječnog položaja cijevi, dok je početni antinod bio iznad. Koji je razlog ove razlike? Zamislite kraj gumene cijevi pričvršćene u zid. Budući da je fiksiran, ne može se pomaknuti. Prema gore usmjerena sila nadolazećeg impulsa nastoji ga natjerati da se kreće prema gore. Međutim, budući da se ne može kretati, mora postojati jednaka i suprotna sila prema dolje koja proizlazi iz oslonca i primjenjuje se na kraj gumene cijevi, tako da je reflektirani impuls antičvor prema dolje. Fazna razlika reflektiranog i izvornog impulsa je 180°.

1. 7. Stojeći valovi

Kada se ruka koja drži gumenu cijev pomiče gore-dolje i učestalost kretanja se postupno povećava, dolazi se do točke u kojoj se dobiva jedna antičvorište. Daljnji porast učestalosti titranja ruke dovest će do stvaranja dvostruke antičvorišta. Ako izmjerite učestalost pokreta ruku, vidjet ćete da se njihova učestalost udvostručila. Budući da je teško brže pomicati ruku, bolje je koristiti mehanički vibrator.

Nastali valovi nazivaju se stajaći ili stacionarni valovi. Nastaju jer je reflektirani val superponiran na upadni val.

U ovoj studiji postoje dva vala: upadni i reflektirani. Imaju istu frekvenciju, amplitudu i valnu duljinu, ali se šire u suprotnim smjerovima. To su putujući valovi, ali se međusobno interferiraju i tako stvaraju stajaće valove. To ima sljedeće posljedice: a) sve čestice u svakoj polovici valne duljine osciliraju u fazi, tj. sve se kreću u istom smjeru u isto vrijeme; b) svaka čestica ima amplitudu različitu od amplitude sljedeće čestice; c) fazna razlika između titranja čestica jednog poluvala i oscilacija čestica sljedećeg poluvala iznosi 180°. To jednostavno znači da se istodobno ili skreću što je više moguće u suprotnim smjerovima, ili, ako su u srednjem položaju, počinju se kretati u suprotnim smjerovima.

Neke se čestice ne pomiču (imaju nultu amplitudu) jer su sile koje na njih djeluju uvijek jednake i suprotne. Te se točke nazivaju čvornim točkama ili čvorovima, a udaljenost između dva sljedeća čvora je polovica valne duljine, tj. 1 \ 2 λ.

Maksimalno gibanje događa se u točkama i amplituda tih točaka je dvostruko veća od amplitude upadnog vala. Te se točke nazivaju antičvorovi, a udaljenost između dva slijedeća antičvorišta je polovica valne duljine. Udaljenost između čvora i sljedećeg antičvora je jedna četvrtina valne duljine, tj. 1\4λ.

Stojeći val razlikuje se od putujućeg vala. U putujućem valu: a) sve čestice imaju istu amplitudu titranja; b) svaka čestica nije u fazi sa sljedećom.

1. 8. Rezonantna cijev.

Rezonantna cijev je uska cijev u kojoj vibrira stup zraka. Za promjenu duljine zračnog stupa, primijenite različiti putevi, kao što su promjene u razini vode u cijevi. Zatvoreni kraj cijevi je čvor jer je zrak u kontaktu s njim nepomičan. Otvoreni kraj cijevi je uvijek antičvor, budući da je amplituda titranja ovdje maksimalna. Postoji jedan čvor i jedan antičvor. Duljina cijevi je otprilike jedna četvrtina duljine stajaće valne duljine.

Kako bi se pokazalo da je duljina stupca zraka obrnuto proporcionalna frekvenciji vala, potrebno je upotrijebiti niz viljuški za podešavanje. Bolje je koristiti mali zvučnik spojen na kalibrirani generator audio frekvencija, umjesto ugađanja fiksne frekvencije. Umjesto cijevi s vodom koristi se duga cijev s klipom, jer se tako lakše bira duljina zračnih stupova. Na kraju cijevi postavlja se konstantan izvor zvuka, a rezonantne duljine stupca zraka dobivaju se za frekvencije od 300 Hz, 350 Hz, 400 Hz, 450 Hz, 500 Hz, 550 Hz i 600 Hz.

Kada se voda ulije u bocu, proizvodi se određeni ton jer zrak u boci počinje vibrirati. Visina ovog tona raste kako se volumen zraka u boci smanjuje. Svaka boca ima svoju vlastitu frekvenciju, a kada puhnete preko otvorenog vrata boce, također se može proizvesti zvuk.

Početkom rata 1939.-1945. reflektori su bili usredotočeni na zrakoplove koji koriste opremu koja radi u audio rasponu. Kako bi se spriječilo njihovo fokusiranje, neke posade su izbačene iz aviona prazne boce kad dođu u središte reflektora. Prijamnik je zamijetio glasne zvukove padajućih boca, a reflektori su izgubili fokus

1. 9. Puhački glazbeni instrumenti.

Zvukovi koje proizvode puhački instrumenti ovise o stajaćim valovima koji se javljaju u cijevima. Ton ovisi o duljini cijevi i vrsti vibracija zraka u cijevi.

Na primjer, otvorena cijev za orgulje. Zrak se upuhuje u cijev kroz rupu i udara u oštru izbočinu. To uzrokuje osciliranje zraka u cijevi. Budući da su oba kraja cijevi otvorena, na svakom kraju uvijek postoji antičvor. Najjednostavniji tip vibracije je kada postoji antičvor na svakom kraju, a jedan čvor je u sredini. To su temeljne vibracije, a duljina cijevi je približno jednaka polovici valne duljine. Visina frekvencije =c/2l, gdje je c brzina zvuka, a l duljina cijevi.

Zatvoreno cijev za orgulje ima čep na kraju, tj. kraj cijevi je zatvoren. To znači da na ovom kraju uvijek postoji čvor. Sasvim je očito da: a) osnovna frekvencija zatvorena cijev je polovica osnovne frekvencije otvorena cijev ista duljina; b) kod zatvorene lule mogu nastati samo neparni prizvuci. Dakle, raspon tonova otvorene cijevi veći je od one zatvorene.

Fizički uvjeti mijenjaju zvuk glazbenih instrumenata. Povećanje temperature uzrokuje povećanje brzine zvuka u zraku, a time i povećanje osnovne frekvencije. Duljina cijevi se također donekle povećava, što uzrokuje smanjenje frekvencije. Prilikom sviranja orgulja, na primjer, u crkvi, izvođači traže da se uključi grijanje kako bi orgulje zvučale na svojoj normalnoj temperaturi. Gudački instrumenti imaju kontrolu napetosti žica. Povećanje temperature dovodi do nekog širenja strune i smanjenja napetosti.

Poglavlje 2. Praktični dio

2. 1. Metoda za određivanje brzine zvuka pomoću rezonantne cijevi.

Uređaj je prikazan na slici. Rezonantna cijev je duga uska cijev A spojena na rezervoar B kroz gumenu cijev. Obje cijevi sadrže vodu. Kada se B podigne, duljina stupca zraka u A se smanjuje, a kada se B spusti, duljina stupca zraka u A se povećava. Postavite oscilirajuću viljušku za podešavanje na vrh A kada je duljina stupca zraka u A praktički nula. Nećete čuti nikakav zvuk. Kako se stup zraka u A povećava duljinu, čut ćete kako zvuk raste u intenzitetu, dosegnut će maksimum, a zatim početi nestajati. Ponovite ovaj postupak, podešavajući B tako da duljina stupca zraka u A proizvodi maksimalan zvuk. Zatim izmjerite duljinu l1 stupca zraka.

Čuje se glasan zvuk jer je prirodna frekvencija zračnog stupca duljine l1 jednaka prirodnoj frekvenciji kamtona, te stoga stup zraka oscilira u skladu s njim. Pronašli ste prvu rezonantnu poziciju. Zapravo, duljina zraka koji oscilira nešto je veća od stupca zraka u A.

Ako ispadneš. Još niže, tako da se duljina zračnog stupa povećava, naći ćete još jedan položaj u koji dopire zvuk maksimalna snaga. Odredite točno ovaj položaj i izmjerite duljinu l2 stupca zraka. Ovo je druga rezonantna pozicija. Kao i prije, vrh je na otvorenom kraju cijevi, a čvor na površini vode. To se može postići samo u slučaju prikazanom na slici, pri čemu je duljina stupca zraka u cijevi približno 3/4 valne duljine (3/4 λ).

Oduzimanjem dva mjerenja dobiva se:

3\4 λ - 1\4 λ = l2 - l1 , dakle, 1\2 λ = l2 - l1.

Dakle, c = ν λ = ν 2 (l2 - l1), gdje je ν frekvencija ugađanja. Ovo je brz i prilično točan način određivanja brzine zvuka u zraku.

2. 2. Eksperiment i izračuni.

Za određivanje brzine zvučnog vala korišteni su sljedeći alati i oprema:

univerzalni tronožac;

Staklena cijev debelih stijenki, zatvorena na jednom kraju, duga 1,2 metra;

Vilica za podešavanje, čija je frekvencija 440 Hz, napomena "la";

Čekić;

Boca za vodu;

Mjerilo.

Napredak istraživanja:

1. Sastavio sam tronožac, na koji sam učvrstio prstenove na rukavu.

2. Stavite staklenu cijev u tronožac.

3. Ulivajući vodu u cijev, i uzbudljive zvučne valove na kamtonoru, stvorio je stajaće valove u cijevi.

4. Empirijski je postignuta tolika visina vodenog stupca da su zvučni valovi pojačani u staklenoj cijevi, tako da je uočena rezonancija u cijevi.

5. Izmjerena prva duljina kraja cijevi bez vode - l2 = 58 cm = 0,58 m

6. Dodato još vode u cijev. (Ponovite korake 3, 4, 5) - l1 = 19 cm = 0,19 m

7. Izvršeni izračuni prema formuli: c \u003d ν λ \u003d ν 2 (l2 - l1),

8. s \u003d 440 Hz * 2 (0,58 m - 0,19 m) \u003d 880 * 0,39 \u003d 343,2 m / s

Rezultat istraživanja je brzina zvuka = ​​343,2 m/s.

2. 3. Zaključci praktičnog dijela

Pomoću opreme po svom izboru odredite brzinu zvuka u zraku. Usporedili smo rezultat s tabličnom vrijednošću - 330 m / s. Dobivena vrijednost je približno jednaka tablici. Odstupanja su nastala zbog pogrešaka u mjerenju, drugi razlog: tablična vrijednost je data pri temperaturi od 00C, au stanu temperatura zraka = 240C.

Stoga se predložena metoda za određivanje brzine zvuka pomoću rezonantne cijevi može primijeniti.

Zaključak.

Sposobnost izračunavanja i određivanja karakteristika zvuka vrlo je korisna. Kao što slijedi iz studije, karakteristike zvuka: glasnoća, amplituda, frekvencija, valna duljina - ove su vrijednosti svojstvene određenim zvukovima, pomoću njih se može odrediti kakav zvuk čujemo u ovaj trenutak. Ponovno smo suočeni s matematičkom pravilnošću zvuka. Ali brzina zvuka, iako je moguće izračunati, ali ovisi o temperaturi prostorije i prostoru u kojem se zvuk javlja.

Time je svrha studije ispunjena.

Hipoteza studije je potvrđena, ali je u budućnosti potrebno uzeti u obzir pogreške mjerenja.

Na temelju toga ispunjeni su ciljevi studije:

Studirao teorijske osnove ovo pitanje;

Otkrivaju se pravilnosti;

Poduzete su potrebne mjere;

Izrađuju se proračuni brzine zvuka;

Rezultati izračuna uspoređeni su s već dostupnim tabličnim podacima;

Daje se ocjena dobivenih rezultata.

Kao rezultat rada: o naučio odrediti brzinu zvuka pomoću rezonantne cijevi; o Naišao je na problem različita brzina zvuk na različita temperatura, pa ću pokušati istražiti ovaj problem u bliskoj budućnosti.