Zvučne vibracije i valovi. Izvori zvuka

Izvori zvuka.

Zvučne vibracije

Nacrt lekcije.

1. Organizacijski trenutak

Bok dečki! Naša lekcija ima široku praktičnu primjenu u svakodnevnoj praksi. Stoga će vaši odgovori ovisiti o promatranju u životu i o sposobnosti analiziranja vaših zapažanja.

2. Ponavljanje temeljnih znanja.

Na platnu projektora prikazuju se slajdovi br. 1, 2, 3, 4, 5 (Dodatak 1).

Dečki, pred vama je križaljka, rješavanjem koje ćete naučiti ključnu riječ lekcije.

1. fragment: imenovati fizikalnu pojavu

2. isječak: imenovati fizički proces

3. fragment: imenovati fizikalnu veličinu

4. fragment: naziv fizičkog uređaja

R	Z	H
NA
			Na
			Do

Obratite pažnju na istaknutu riječ. Ova riječ je "ZVUK", to je ključna riječ lekcije. Naša lekcija je posvećena zvuku i zvučnim vibracijama. Dakle, tema lekcije je „Izvori zvuka. Zvučne vibracije". Na satu ćete naučiti što je izvor zvuka, što su zvučne vibracije, njihovu pojavu i neke praktične aplikacije u tvom životu.

3. Objašnjenje novog gradiva.

Napravimo eksperiment. Svrha pokusa: otkriti uzroke zvuka.

Iskustvo s metalnim ravnalom(Prilog 2).

Što ste primijetili? Što može biti zaključak?

Zaključak: tijelo koje vibrira stvara zvuk.

Napravimo sljedeći eksperiment. Svrha eksperimenta: otkriti stvara li zvuk uvijek vibrirajuće tijelo.

Uređaj koji vidite ispred sebe zove se vilica.

Iskustvo s tuning vilicom i teniska loptica obješen na konac(Dodatak 3) .

Čujete zvuk koji radi viljuška za podešavanje, ali vibracije viljuške za podešavanje se ne primjećuju. Kako bismo bili sigurni da viljuška vilice oscilira, pažljivo je premjestimo na zasjenjenu kuglu obješenu na konac i vidjet ćemo da se vibracije vilice prenose na kuglicu koja je došla u periodično kretanje.

Zaključak: zvuk stvara bilo koje tijelo koje vibrira.

Živimo u oceanu zvukova. Zvuk proizvode izvori zvuka. Postoje i umjetni i prirodni izvori zvuka. Prirodni izvori zvuka uključuju glasnice (Dodatak 1 – slajd br. 6) Zrak koji udišemo napušta pluća kroz dišne putove u larinks. Larinks sadrži glasne žice. Pod pritiskom izdahnutog zraka počinju oscilirati. Ulogu rezonatora imaju usta i nos, kao i prsa. Za artikulirani govor, osim glasnica, potrebni su i jezik, usne, obrazi, meko nepce i epiglotis.

Prirodni izvori zvuka također uključuju zujanje komarca, muhe, pčele ( lepršajućih krila).

Pitanje:ono što stvara zvuk.

(Zrak u balonu je pod pritiskom kada se komprimira. Zatim se dramatično širi i stvara zvučni val.)

Dakle, zvuk stvara ne samo oscilirajuće, već i tijelo koje se naglo širi. Očito, u svim slučajevima pojave zvuka, slojevi zraka se pomiču, tj. nastaje zvučni val.

Zvučni val je nevidljiv, može se samo čuti, a i registrirati fizičkim uređajima. Za registraciju i proučavanje svojstava zvučnog vala koristimo se računalom koje fizičari trenutno naširoko koriste za istraživanja. Na računalo je instaliran poseban istraživački program, a spojen je i mikrofon koji hvata zvučne vibracije (Prilog 4.). Pogledaj ekran. Na ekranu vidite grafički prikaz zvučnog vala. Kakav je ovo graf? ( sinusoida)

Eksperimentirajmo s vilicom za ugađanje s perom. Udarite gumenim čekićem u vilicu za podešavanje. Učenici vide vibracije kamona, ali ne čuju zvuk.

Pitanje:Zašto postoje vibracije, a ne čujete zvuk?

Ispostavilo se, dečki, ljudsko uho percipira zvuk u rasponu od 16 Hz do Hz, ovo je zvučni zvuk.

Slušajte ih putem računala i uhvatite promjenu frekvencija raspona (Prilog 5). Obratite pažnju na to kako se oblik sinusoida mijenja kada se promijeni frekvencija zvučnih vibracija (period osciliranja se smanjuje, a samim tim i povećava frekvencija).

Postoje zvukovi koji su nečujni ljudskom uhu. To su infrazvuk (raspon oscilacija manji od 16 Hz) i ultrazvuk (domet veći od Hz). Na ploči vidite shemu frekvencijskih raspona, nacrtajte je u bilježnici (Prilog 5). Istražujući infra i ultrazvuk, znanstvenici su otkrili mnoge zanimljive značajke ti zvučni valovi. O ovima Zanimljivosti reći će nam vaši kolege iz razreda (Prilog 6).

4. Učvršćivanje proučenog gradiva.

Za konsolidaciju proučenog gradiva u lekciji predlažem igranje igre TOČNO-NETOČNO. Pročitao sam situaciju, a vi podignite znak TOČNO ili NETOČNO i objasnite svoj odgovor.

Pitanja. 1. Je li istina da je bilo koje tijelo koje vibrira izvor zvuka? (pravo).

2. Je li istina da glazba zvuči glasnije u dvorani punoj ljudi nego u praznoj? (netočno, jer prazna dvorana djeluje kao rezonator za vibracije).

3. Je li istina da komarac maše krilima brže od bumbara? (točno, jer je zvuk koji proizvodi komarac veći, pa je i frekvencija oscilacija krila veća).

4. Je li istina da se vibracije zvučne vilice za kameru brže raspadaju ako se njena noga stavi na stol? (točno, jer se vibracije vilice za podešavanje prenose na stol).

5. Je li istina da šišmiši vidjeti sa zvukom? (točno, budući da šišmiši emitiraju ultrazvuk, a zatim slušaju reflektirani signal).

6. Je li istina da neke životinje pomoću infrazvuka "predviđaju" potres? (Tako je, na primjer, slonovi osjete potres za nekoliko sati i pritom su iznimno uzbuđeni).

7. Je li istina da infrazvuk uzrokuje psihičke poremećaje kod ljudi? (Tako je, u Marseilleu (Francuska) uz znanstveni centar izgrađena je mala tvornica. Ubrzo nakon pokretanja, jedan od znanstvenih laboratorija otkrio je čudne pojave. Nakon što je ostao u njezinoj sobi nekoliko sati, istraživač je postao potpuno glup: teško je mogao riješiti čak i jednostavan problem).

I zaključno, predlažem da se od izrezanih slova, preuređivanjem, dobijete ključne riječi lekcija.

KVZU - ZVUK

RAMTNOKE - VILJAČKA ZA UKLJUČIVANJE

TRAKZUVLU - ULTRAZVUK

FRAKVZUNI - INFRAZOUND

OKLABEINJA - VASKULACIJE

5. Sažimanje lekcije i domaće zadaće.

Rezultati lekcije. U lekciji smo saznali da:

Da svako vibrirajuće tijelo stvara zvuk;

Zvuk se širi zrakom kao zvučni valovi;

Zvukovi su čujni i nečujni;

Ultrazvuk je nečujni zvuk čija je frekvencija titranja veća od 20 kHz;

Infrazvuk je nečujni zvuk s frekvencijom titranja ispod 16 Hz;

Ultrazvuk se široko koristi u znanosti i tehnologiji.

Domaća zadaća:

1. §34, pr. 29 (Periškin 9 ćelija)

2. Nastavite s obrazloženjem:

Čujem zvuk: a) muhe; b) ispušteni predmet; c) grmljavina, jer ....

Ne čujem zvuk: a) od golubice koja se penje; b) od orla koji lebdi na nebu, jer ...

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 pokusi 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 niza 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.

Zvukovi se prenose zrakom

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.

A sada neka nekoliko ljudi što potpunije obavi ruke oko stakla, zajedno s nogom, nastojeći ne ostaviti niti jedno slobodno područje, osim vrlo malog mjesta za udaranje 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?

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.

Uši su vrlo tanak i delikatan instrument, koji nam je dala priroda, pa se o njima treba brinuti, kao zamjenama i analogama u ljudsko tijelo ne postoji.

Grana fizike koja se bavi zvučnim vibracijama zove se akustika.

Ljudsko uho je dizajnirano na način da vibracije frekvencije od 20 Hz do 20 kHz percipira kao zvuk. Niske frekvencije (zvuk iz bubnja ili cijev za orgulje) uho percipira kao bas note. Zvižduk ili škripa komaraca odgovara visokim frekvencijama. Oscilacije s frekvencijom ispod 20 Hz nazivaju se infrazvuk, a frekvencijom preko 20 kHz - ultrazvuk.Čovjek ne čuje takve vibracije, ali postoje životinje koje čuju infrazvuke Zemljina kora prije potresa. Čuvši ih, životinje napuštaju opasno područje.

U glazbi odgovaraju akustične frekvencije ali tamo. Nota "la" glavne oktave (tipka C) odgovara frekvenciji od 440 Hz. Nota "la" sljedeće oktave odgovara frekvenciji od 880 Hz. I tako se sve ostale oktave razlikuju po frekvenciji točno dvaput. Unutar svake oktave razlikuje se 6 tonova ili 12 polutonova. Svatko ton ima frekvenciju od yf2~ 1.12 različita od frekvencije prethodnog tona, svaki poluton razlikuje se od prethodne u "$2 . Vidimo da se svaka sljedeća frekvencija razlikuje od prethodne ne za nekoliko Hz, već za isti broj jednom. Takva ljestvica se zove logaritamski, budući da će jednaka udaljenost između tonova biti točno na logaritamskoj skali, gdje nije ucrtana sama vrijednost, već njen logaritam.

Ako zvuk odgovara jednoj frekvenciji v (ili s = 2tcv), tada se naziva harmonijskim ili monokromatskim. Čisto harmonijski zvukovi su rijetki. Gotovo uvijek, zvuk sadrži skup frekvencija, tj. njegov spektar (vidi odjeljak 8 ovog poglavlja) je složen. Glazbene vibracije uvijek sadrže temeljni ton cco \u003d 2n / T, gdje je T period, i skup prizvuka 2 (Oo, Zco 0, 4coo, itd. Skup prizvuka koji označava njihov intenzitet u glazbi naziva se tembra. Različiti glazbeni instrumenti, različiti pjevači koji udaraju istu notu imaju različite tembre. To im daje različite boje.

Moguća je i mješavina neviše frekvencija. U klasičnoj europskoj glazbi to se smatra disonantnim. Međutim, koristi se u modernoj glazbi. Koristi se čak i sporo kretanje bilo koje frekvencije u smjeru povećanja ili smanjenja (ukulele).

U neglazbenim zvukovima moguća je svaka kombinacija frekvencija u spektru i njihova promjena u vremenu. Spektar takvih zvukova može biti kontinuiran (vidi odjeljak 8). Ako su intenziteti za sve frekvencije približno isti, tada se takav zvuk naziva " bijeli šum» (izraz je preuzet iz optike, gdje bijela boja je ukupnost svih frekvencija).

Zvukovi ljudskog govora su vrlo složeni. Imaju složen spektar koji se brzo mijenja tijekom vremena kada izgovaraju jedan zvuk, riječ ili cijelu frazu. To daje glasovima govora različite intonacije i naglaske. Kao rezultat toga, moguće je razlikovati jednu osobu od druge po glasu, čak i ako izgovaraju iste riječi.

Zvučni val (zvučne vibracije) je mehanička vibracija molekula tvari (na primjer, zraka) koja se prenosi u svemiru.

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 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, s godinama, gornja granica frekvencije percipiranih zvukova značajno se 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. Više starogrčki filozof a enciklopedijski znanstvenik Aristotel, na temelju opažanja, ispravno je objasnio prirodu zvuka, vjerujući da sondirajuće tijelo stvara naizmjenično kompresiju i razrjeđivanje zraka. Tako oscilirajuća struna sada sabija, pa razrjeđuje zrak, a zbog elastičnosti zraka ti se naizmjenični utjecaji 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 na temperaturi od 0°C i normalnom tlaku, zvuk se širi brzinom od 330 m/s, u morskoj vodi - oko 1500 m/s, u nekim metalima brzina zvuka doseže 7000 m/s. Elastični valovi s frekvencijom manjom od 16 Hz nazivaju se infrazvukom, a valovi čija frekvencija prelazi 20 kHz nazivaju se ultrazvukom.

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. Zvuk se može širiti u obliku uzdužnih i poprečnih valova. U plinovitom i tekućem mediju samo uzdužni valovi nastaju kada oscilirajuće gibanječestica se javlja samo u smjeru u kojem se val širi. NA čvrste tvari osim uzdužnih postoje i poprečni valovi kada čestice medija osciliraju u smjerovima okomitim na smjer širenja vala. Tamo, udarajući u strunu okomito na njezin smjer, tjeramo val da teče duž strune. Ljudsko uho nije jednako prijemčivo za zvukove različitih frekvencija. Najosjetljiviji je na frekvencije od 1000 do 4000 Hz. Pri vrlo visokom intenzitetu, valovi se više ne percipiraju kao zvuk, što uzrokuje osjećaj boli pri pritisku u ušima. Intenzitet zvučnih valova pri kojem se to događa naziva se prag. osjećaj boli. Pojmovi tona i tembra zvuka također su važni u proučavanju zvuka. Bilo kakav pravi zvuk, bilo ljudski glas ili igra glazbeni instrument, nije jednostavno harmonijsko titranje, već svojevrsna mješavina mnogih harmonijske vibracije s određenim skupom frekvencija. Onaj s najnižom frekvencijom 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.

Frekvencija titranja naziva se broj potpunih oscilacija u sekundi. Jedinica frekvencije je 1 herc (Hz). 1 herc odgovara jednoj punoj (u jednom i drugom smjeru) oscilaciji koja se dogodi u jednoj sekundi.
Razdoblje naziva se vrijeme (s) tijekom kojeg dolazi do jedne potpune oscilacije. Što je frekvencija titranja veća, njihov je period kraći, t.j. f=1/T. Dakle, učestalost oscilacija je veća što je njihov period kraći i obrnuto. Ljudski glas stvara zvučne vibracije frekvencije od 80 do 12.000 Hz, a sluh percipira zvučne vibracije u rasponu od 16-20.000 Hz.
Amplituda titranjima nazivamo najveće odstupanje tijela koje oscilira od prvobitnog (mirnog) položaja. Što je veća amplituda vibracije, to je zvuk glasniji. Zvukovi ljudskog govora su složene zvučne vibracije, koje se sastoje od jednog ili drugog broja jednostavnih vibracija, različitih po frekvenciji i amplitudi. Svaki zvuk govora ima samo svoju kombinaciju vibracija različitih frekvencija i amplituda. Stoga se oblik titranja jednog glasa govora značajno razlikuje od oblika drugog, što pokazuje grafikone oscilacija tijekom izgovora glasova a, o i y.

Osoba karakterizira sve zvukove u skladu sa svojom percepcijom u smislu glasnoće i visine.