Getaran dan gelombang suara. Sumber suara

Sumber suara.

Getaran suara

Garis besar pelajaran.

1. Momen organisasi

Hallo teman-teman! Pelajaran kita memiliki aplikasi praktis yang luas dalam praktik sehari-hari. Oleh karena itu, jawaban Anda akan bergantung pada pengamatan dalam kehidupan dan pada kemampuan menganalisis pengamatan Anda.

2. Pengulangan pengetahuan dasar.

Slide No. 1, 2, 3, 4, 5 ditampilkan pada layar proyektor (Lampiran 1).

Kawan, di depan Anda ada teka-teki silang, dengan memecahkannya Anda akan mempelajari kata kunci dari pelajaran.

fragmen pertama: sebutkan fenomena fisika

cuplikan ke-2: sebutkan proses fisikanya

fragmen ke-3: sebutkan besaran fisis

fragmen ke-4: beri nama perangkat fisik

R	Z	H
*PADA*
			*Pada*
			Ke

Perhatikan kata yang disorot. Kata ini adalah "SUARA", itu adalah kata kunci dari pelajaran. Pelajaran kami dikhususkan untuk suara dan getaran suara. Jadi, topik pelajarannya adalah “Sumber suara. Getaran suara". Dalam pelajaran ini, Anda akan mempelajari apa sumber suara, apa itu getaran suara, kemunculannya, dan beberapa lainnya aplikasi praktis di dalam hidupmu.

3. Penjelasan materi baru.

Mari kita lakukan percobaan. Tujuan percobaan : untuk mengetahui penyebab timbulnya bunyi.

Pengalaman dengan penggaris logam(Lampiran 2).

Apa yang Anda amati? Apa yang bisa menjadi kesimpulan?

Kesimpulan: tubuh yang bergetar menghasilkan suara.

Mari lakukan percobaan berikut. Tujuan percobaan: untuk mengetahui apakah suara selalu diciptakan oleh benda yang bergetar.

Perangkat yang Anda lihat di depan Anda disebut garpu.

Pengalaman dengan garpu tala dan bola tenis digantung di seutas benang(Lampiran 3) .

Anda mendengar suara garpu tala, tetapi getaran garpu tala tidak terlihat. Untuk memastikan bahwa garpu tala berosilasi, kami dengan hati-hati memindahkannya ke bola teduh yang tergantung pada seutas benang dan kami akan melihat bahwa getaran garpu tala ditransmisikan ke bola, yang telah bergerak secara berkala.

Kesimpulan: suara dihasilkan oleh setiap benda yang bergetar.

Kita hidup di lautan suara. Suara dihasilkan oleh sumber suara. Ada sumber suara buatan dan alami. Sumber suara alami termasuk: pita suara (Lampiran 1 - slide No. 6) Udara yang kita hirup meninggalkan paru-paru melalui saluran udara ke dalam laring. Laring berisi pita suara. Di bawah tekanan udara yang dihembuskan, mereka mulai berosilasi. Peran resonator dimainkan oleh mulut dan hidung, serta dada. Untuk artikulasi bicara, selain pita suara, lidah, bibir, pipi, langit-langit lunak dan epiglotis juga diperlukan.

Sumber suara alami juga termasuk dengungan nyamuk, lalat, lebah ( sayap berkibar).

Pertanyaan:apa yang menciptakan suara.

(Udara dalam balon berada di bawah tekanan saat dikompresi. Kemudian, ia mengembang secara dramatis dan menciptakan gelombang suara.)

Jadi, suara tidak hanya menciptakan osilasi, tetapi juga tubuh yang mengembang dengan tajam. Jelas bahwa dalam semua kasus munculnya suara, lapisan udara bergerak, yaitu, gelombang suara muncul.

Gelombang suara tidak terlihat, hanya dapat didengar, dan juga didaftarkan oleh perangkat fisik. Untuk mendaftarkan dan mempelajari sifat-sifat gelombang suara, kami menggunakan komputer, yang saat ini banyak digunakan oleh fisikawan untuk penelitian. Program penelitian khusus dipasang di komputer, dan mikrofon terhubung yang menangkap getaran suara (Lampiran 4). Lihat layar. Di layar Anda melihat representasi grafis dari gelombang suara. Apa grafik ini? ( sinusoidal)

Mari bereksperimen dengan garpu tala dengan bulu. Pukul garpu tala dengan palu karet. Siswa melihat getaran garpu tala, tetapi tidak mendengar bunyinya.

Pertanyaan:Mengapa ada getaran, tetapi Anda tidak mendengar suaranya?

Ternyata guys, telinga manusia mempersepsikan suara berkisar antara 16 Hz hingga Hz, ini adalah suara yang dapat didengar.

Dengarkan mereka melalui komputer dan lihat perubahan frekuensi rentang (Lampiran 5). Perhatikan bagaimana bentuk sinusoida berubah ketika frekuensi getaran suara berubah (periode osilasi berkurang, dan karenanya frekuensinya meningkat).

Ada suara yang tidak terdengar oleh telinga manusia. Ini adalah infrasonik (rentang osilasi kurang dari 16 Hz) dan ultrasound (rentang lebih besar dari Hz). Anda melihat skema rentang frekuensi di papan tulis, menggambarnya di buku catatan (Lampiran 5). Dengan menjelajahi infra dan ultrasound, para ilmuwan telah menemukan banyak fitur menarik gelombang suara ini. Tentang ini fakta Menarik teman sekelas Anda akan memberi tahu kami (Lampiran 6).

4. Konsolidasi materi yang dipelajari.

Untuk mengkonsolidasikan materi yang dipelajari dalam pelajaran, saya sarankan memainkan game BENAR-SALAH. Saya membaca situasinya dan Anda mengangkat tanda BENAR atau SALAH dan menjelaskan jawaban Anda.

pertanyaan. 1. Benarkah benda yang bergetar adalah sumber suara? (Baik).

2. Benarkah musik terdengar lebih keras di aula yang penuh orang daripada di aula yang kosong? (salah, karena ruang kosong bertindak sebagai resonator getaran).

3. Benarkah nyamuk mengepakkan sayapnya lebih cepat daripada lebah? (benar, karena suara yang dihasilkan nyamuk lebih tinggi, maka frekuensi goyangan sayap juga lebih tinggi).

4. Benarkah getaran garpu tala yang berbunyi lebih cepat berkurang jika kakinya diletakkan di atas meja? (benar, karena getaran garpu tala ditransmisikan ke meja).

5. Benarkah? kelelawar lihat dengan suara? (benar, karena kelelawar memancarkan ultrasound dan kemudian mendengarkan sinyal yang dipantulkan).

6. Benarkah beberapa hewan "memprediksi" gempa bumi menggunakan infrasonik? (Itu benar, misalnya, gajah merasakan gempa dalam beberapa jam dan sangat bersemangat pada saat yang sama).

7. Benarkah infrasonik menyebabkan gangguan jiwa pada manusia? (Itu benar, di Marseille (Prancis) sebuah pabrik kecil dibangun di sebelah pusat ilmiah. Tak lama setelah diluncurkan, salah satu laboratorium ilmiah menemukan fenomena aneh. Setelah tinggal di kamarnya selama beberapa jam, peneliti menjadi benar-benar bodoh: dia hampir tidak bisa memecahkan masalah yang sederhana sekalipun).

Dan sebagai kesimpulan, saya menyarankan bahwa dari huruf yang dipotong, dengan mengatur ulang, dapatkan kata kunci pelajaran.

KVZU - SUARA

RAMTNOKE - TUNING FORK

TRAKZUVLU - ULTRASOUND

FRAKVZUNI - INFRAZUND

OKLABEINJA - VASKULASI

5. Menyimpulkan pelajaran dan pekerjaan rumah.

Hasil pelajaran. Dalam pelajaran, kami menemukan bahwa:

Bahwa setiap tubuh yang bergetar menciptakan suara;

Suara merambat melalui udara sebagai gelombang suara;

Suara terdengar dan tidak terdengar;

Ultrasound adalah suara yang tidak terdengar yang frekuensi osilasinya lebih tinggi dari 20 kHz;

Infrasonik adalah suara yang tidak terdengar dengan frekuensi osilasi di bawah 16 Hz;

USG banyak digunakan dalam ilmu pengetahuan dan teknologi.

Pekerjaan rumah:

1. 34, mis. 29 (Peryshkin 9 sel)

2. Lanjutkan penalaran:

Saya mendengar suara: a) lalat; b) benda yang dijatuhkan; c) badai petir, karena ....

Saya tidak mendengar suara: a) dari burung merpati yang memanjat; b) dari seekor rajawali yang membubung di langit, karena ...

Sebelum Anda memahami apa itu sumber suara, pikirkan tentang apa itu suara? Kita tahu bahwa cahaya adalah radiasi. Dipantulkan dari benda, radiasi ini masuk ke mata kita, dan kita bisa melihatnya. Rasa dan bau adalah partikel kecil dari tubuh yang dirasakan oleh reseptor kita masing-masing. Apa jenis suara hewan ini?

Suara ditransmisikan melalui udara

Anda pasti pernah melihat bagaimana gitar dimainkan. Mungkin Anda sendiri tahu bagaimana melakukannya. Adalah penting bahwa senar membuat suara yang berbeda pada gitar saat ditarik. Baiklah. Tetapi jika Anda dapat memasukkan gitar ke dalam ruang hampa dan menarik senarnya, maka Anda akan sangat terkejut bahwa gitar itu tidak mengeluarkan suara apa pun.

Eksperimen semacam itu dilakukan dengan berbagai benda, dan hasilnya selalu sama - tidak ada suara yang terdengar di ruang hampa udara. Dari sini berikut kesimpulan logis suara ditransmisikan melalui udara. Oleh karena itu, bunyi adalah sesuatu yang terjadi pada partikel zat udara dan benda penghasil bunyi.

Sumber suara - benda bergetar

Lebih jauh. Sebagai hasil dari berbagai macam eksperimen, dimungkinkan untuk menetapkan bahwa suara muncul karena getaran benda. Sumber suara adalah benda yang bergetar. Getaran ini ditransmisikan oleh molekul udara dan telinga kita, merasakan getaran ini, menafsirkannya menjadi sensasi suara yang dapat dimengerti oleh kita.

Tidak sulit untuk memeriksa ini. Ambil gelas atau piala kristal dan letakkan di atas meja. Ketuk ringan dengan sendok logam. Anda akan mendengar suara tipis yang panjang. Sekarang sentuh gelas dengan tangan Anda dan ketuk lagi. Suara akan berubah dan menjadi jauh lebih pendek.

Dan sekarang biarkan beberapa orang melingkarkan tangan mereka di sekitar kaca selengkap mungkin, bersama dengan kaki, berusaha untuk tidak meninggalkan satu pun area bebas, kecuali untuk bagian paling bawah. tempat kecil untuk memukul dengan sendok. Pukul kaca lagi. Anda hampir tidak akan mendengar suara apa pun, dan suara itu akan menjadi lemah dan sangat pendek. Apa yang dikatakan?

Dalam kasus pertama, setelah tumbukan, kaca berosilasi dengan bebas, getarannya ditransmisikan melalui udara dan mencapai telinga kita. Dalam kasus kedua, sebagian besar getaran diserap oleh tangan kita, dan suaranya menjadi jauh lebih pendek, karena getaran tubuh berkurang. Dalam kasus ketiga, hampir semua getaran tubuh langsung diserap oleh tangan semua peserta dan tubuh hampir tidak berosilasi, dan akibatnya, hampir tidak ada suara yang dikeluarkan.

Hal yang sama berlaku untuk semua eksperimen lain yang dapat Anda pikirkan dan jalankan. Getaran tubuh, ditransmisikan ke molekul udara, akan dirasakan oleh telinga kita dan ditafsirkan oleh otak.

Getaran suara dari frekuensi yang berbeda

Jadi suara adalah getaran. Sumber suara mengirimkan getaran suara melalui udara kepada kita. Lalu, mengapa kita tidak mendengar semua getaran dari semua benda? Karena getaran datang dalam frekuensi yang berbeda.

Bunyi yang dirasakan oleh telinga manusia merupakan getaran bunyi dengan frekuensi kurang lebih 16 Hz sampai dengan 20 kHz. Anak-anak mendengar suara dengan frekuensi yang lebih tinggi daripada orang dewasa, dan rentang persepsi berbagai makhluk hidup umumnya sangat berbeda.

Suara ditransmisikan melalui udara

Sumber suara - benda bergetar

Dan sekarang biarkan beberapa orang melingkarkan tangan mereka di sekitar gelas selengkap mungkin, bersama dengan kaki, berusaha untuk tidak meninggalkan satu pun area bebas, kecuali tempat yang sangat kecil untuk dipukul dengan sendok. Pukul kaca lagi. Anda hampir tidak akan mendengar suara apa pun, dan suara itu akan menjadi lemah dan sangat pendek. Apa yang dikatakan?

Hal yang sama berlaku untuk semua eksperimen lain yang dapat Anda pikirkan dan jalankan. Getaran tubuh, ditransmisikan ke molekul udara, akan dirasakan oleh telinga kita dan ditafsirkan oleh otak.

Getaran suara dari frekuensi yang berbeda

Telinga adalah instrumen yang sangat tipis dan halus, yang diberikan kepada kita secara alami, jadi Anda harus merawatnya, sebagai pengganti dan analog dalam tubuh manusia tidak ada.

Cabang fisika yang mempelajari getaran bunyi disebut akustik.

Telinga manusia dirancang sedemikian rupa sehingga merasakan getaran dengan frekuensi 20 Hz hingga 20 kHz sebagai suara. Frekuensi rendah (suara dari kick drum atau pipa organ) dirasakan oleh telinga sebagai nada bass. Peluit atau mencicit nyamuk sesuai dengan frekuensi tinggi. Getaran dengan frekuensi di bawah 20 Hz disebut infrasonik, dan dengan frekuensi lebih dari 20 kHz - USG. Seseorang tidak mendengar getaran seperti itu, tetapi ada hewan yang mendengar suara infrasonik berasal kerak bumi sebelum gempa. Mendengar mereka, hewan-hewan itu meninggalkan area berbahaya.

Dalam musik, frekuensi akustik sesuai dengan tapi disana. Catatan "la" dari oktaf utama (kunci C) sesuai dengan frekuensi 440 Hz. Catatan "la" dari oktaf berikutnya sesuai dengan frekuensi 880 Hz. Dan semua oktaf lainnya berbeda frekuensinya tepat dua kali. Dalam setiap oktaf, 6 nada atau 12 seminada dibedakan. Setiap orang nada memiliki frekuensi yf2~ 1,12 berbeda dari frekuensi nada sebelumnya, masing-masing seminada berbeda dari yang sebelumnya di "$2 . Kita melihat bahwa setiap frekuensi berikutnya berbeda dari yang sebelumnya bukan beberapa Hz, tetapi oleh nomor yang sama sekali. Skala seperti ini disebut logaritma, karena jarak yang sama antara nada akan tepat pada skala logaritmik, di mana bukan nilainya sendiri yang diplot, tetapi logaritmanya.

Jika suara sesuai dengan satu frekuensi v (atau dengan = 2tcv), maka disebut harmonik, atau monokromatik. Suara harmonik murni jarang terjadi. Hampir selalu, suara mengandung seperangkat frekuensi, yaitu spektrumnya (lihat bagian 8 dari bab ini) adalah kompleks. Getaran musik selalu mengandung nada dasar cco \u003d 2n / T, di mana T adalah periode, dan satu set nada tambahan 2 (Oo, Zco 0, 4coo, dll. Satu set nada tambahan yang menunjukkan intensitasnya dalam musik disebut warnanada. Alat musik yang berbeda, penyanyi yang berbeda yang memainkan nada yang sama memiliki warna nada yang berbeda. Ini memberi mereka warna yang berbeda.

Pencampuran frekuensi non-multiple juga dimungkinkan. Dalam musik klasik Eropa, ini dianggap disonan. Namun, ini digunakan dalam musik modern. Bahkan gerakan lambat dari frekuensi apa pun ke arah kenaikan atau penurunan digunakan (ukulele).

Dalam suara non-musik, kombinasi frekuensi apa pun dalam spektrum dan perubahan waktunya dimungkinkan. Spektrum suara tersebut dapat terus menerus (lihat Bagian 8). Jika intensitas untuk semua frekuensi kira-kira sama, maka suara seperti itu disebut " Kebisingan putih» (istilah ini diambil dari optik, di mana warna putih adalah totalitas semua frekuensi).

Suara ucapan manusia sangat kompleks. Mereka memiliki spektrum kompleks yang berubah dengan cepat dari waktu ke waktu ketika mengucapkan satu suara, kata, dan seluruh frasa. Hal ini memberikan suara intonasi dan aksen yang berbeda. Akibatnya, adalah mungkin untuk membedakan satu orang dari orang lain dengan suara, bahkan jika mereka mengucapkan kata-kata yang sama.

Gelombang suara (getaran suara) adalah getaran mekanis dari molekul suatu zat (misalnya, udara) yang ditransmisikan di ruang angkasa.

Tetapi tidak setiap benda yang berosilasi adalah sumber suara. Misalnya, beban berosilasi yang tergantung pada utas atau pegas tidak mengeluarkan suara. Penggaris logam juga akan berhenti berbunyi jika Anda memindahkannya ke atas dengan ragum dan dengan demikian memperpanjang ujung bebasnya sehingga frekuensi osilasinya menjadi kurang dari 20 Hz. Penelitian telah menunjukkan bahwa telinga manusia mampu merasakan getaran mekanis tubuh sebagai suara yang terjadi pada frekuensi 20 Hz hingga 20.000 Hz. Oleh karena itu, getaran yang frekuensinya dalam rentang ini disebut suara. Getaran mekanis yang frekuensinya melebihi 20.000 Hz disebut ultrasonik, dan getaran dengan frekuensi kurang dari 20 Hz disebut infrasonik. Perlu dicatat bahwa batas yang ditunjukkan dari rentang suara adalah sewenang-wenang, karena bergantung pada usia orang dan karakteristik individu alat bantu dengar mereka. Biasanya, seiring bertambahnya usia, batas frekuensi atas suara yang dirasakan berkurang secara signifikan - beberapa orang tua dapat mendengar suara dengan frekuensi tidak melebihi 6000 Hz. Anak-anak, sebaliknya, dapat merasakan suara yang frekuensinya sedikit lebih dari 20.000 Hz. Osilasi yang frekuensinya lebih besar dari 20.000 Hz atau kurang dari 20 Hz terdengar oleh beberapa hewan. Dunia dipenuhi dengan berbagai macam suara: detak jam dan deru mesin, gemerisik dedaunan dan deru angin, nyanyian burung dan suara manusia. Tentang bagaimana suara dilahirkan, dan apa yang mereka wakili, orang-orang mulai menebaknya sejak lama. Mereka memperhatikan, misalnya, bahwa suara diciptakan oleh benda-benda yang bergetar di udara. Lagi filosof Yunani kuno dan ilmuwan ensiklopedis Aristoteles, berdasarkan pengamatan, menjelaskan dengan tepat sifat suara, percaya bahwa benda yang berbunyi menciptakan kompresi dan penghalusan udara secara bergantian. Jadi, seutas tali yang berosilasi sekarang memampatkan, kemudian memperhalus udara, dan karena elastisitas udara, pengaruh bolak-balik ini ditransmisikan lebih jauh ke ruang angkasa - dari lapisan ke lapisan, gelombang elastis muncul. Mencapai telinga kita, mereka bekerja di gendang telinga dan menyebabkan sensasi suara. Dengan telinga, seseorang merasakan gelombang elastis yang memiliki frekuensi mulai dari sekitar 16 Hz hingga 20 kHz (1 Hz - 1 osilasi per detik). Sesuai dengan ini, gelombang elastis dalam media apa pun yang frekuensinya berada dalam batas yang ditunjukkan disebut gelombang suara atau hanya suara. Di udara pada suhu 0 ° C dan tekanan normal, suara merambat dengan kecepatan 330 m/s, di air laut - sekitar 1500 m/s, di beberapa logam kecepatan suara mencapai 7000 m/s. Gelombang elastis dengan frekuensi kurang dari 16 Hz disebut infrasonik, dan gelombang yang frekuensinya melebihi 20 kHz disebut ultrasound.

Sumber suara dalam gas dan cairan tidak hanya benda yang bergetar. Misalnya, peluru dan panah bersiul dalam penerbangan, angin menderu. Dan deru pesawat turbojet tidak hanya terdiri dari kebisingan unit operasi - kipas, kompresor, turbin, ruang bakar, dll., tetapi juga kebisingan aliran jet, pusaran, aliran udara turbulen yang terjadi ketika pesawat terbang. mengalir dengan kecepatan tinggi. Benda yang dengan cepat mengalir melalui udara atau air, seolah-olah, memutus aliran di sekitarnya, secara berkala menghasilkan area penghalusan dan kompresi dalam medium. Hasilnya adalah gelombang suara. Bunyi dapat merambat dalam bentuk gelombang longitudinal dan transversal. Dalam medium gas dan cair, hanya gelombang longitudinal yang muncul ketika gerak berosilasi partikel hanya terjadi pada arah perambatan gelombang. PADA padatan selain yang memanjang, ada juga gelombang transversal ketika partikel medium berosilasi dalam arah tegak lurus terhadap arah rambat gelombang. Di sana, memukul tali tegak lurus terhadap arahnya, kami membuat gelombang berjalan di sepanjang tali. Telinga manusia tidak sama menerima suara dari frekuensi yang berbeda. Ini paling sensitif terhadap frekuensi dari 1000 hingga 4000 Hz. Pada intensitas yang sangat tinggi, gelombang tidak lagi dianggap sebagai suara, sehingga menimbulkan rasa sakit yang menekan di telinga. Intensitas gelombang suara di mana ini terjadi disebut ambang batas. sensasi nyeri. Konsep nada dan timbre suara juga penting dalam studi suara. Suara asli apa pun, baik itu suara manusia atau game alat musik, bukan osilasi harmonik sederhana, tetapi semacam campuran banyak getaran harmonik dengan frekuensi tertentu. Yang memiliki frekuensi paling rendah disebut nada dasar, yang lainnya nada tambahan. Jumlah nada tambahan yang berbeda yang melekat pada suara tertentu memberinya warna khusus - timbre. Perbedaan antara satu timbre dengan yang lain tidak hanya disebabkan oleh jumlahnya, tetapi juga oleh intensitas nada yang menyertai bunyi nada dasar. Dengan timbre, kita dapat dengan mudah membedakan suara biola dan piano, gitar dan seruling, kita mengenali suara orang yang kita kenal.

Frekuensi osilasi disebut jumlah getaran penuh per detik. Satuan frekuensi adalah 1 hertz (Hz). 1 hertz sesuai dengan satu osilasi penuh (dalam satu arah dan lainnya) yang terjadi dalam satu detik.
Periode disebut waktu (s) selama satu getaran penuh terjadi. Semakin tinggi frekuensi osilasi, semakin pendek periodenya, mis. f=1/T. Dengan demikian, frekuensi osilasi lebih besar, periodenya lebih pendek, dan sebaliknya. Suara manusia menciptakan getaran suara dengan frekuensi 80 hingga 12.000 Hz, dan pendengaran merasakan getaran suara dalam kisaran 16-20.000 Hz.
Amplitudo osilasi disebut penyimpangan terbesar dari benda yang berosilasi dari posisi semula (tenang). Semakin besar amplitudo getaran, semakin keras suara. Suara ucapan manusia adalah getaran suara yang kompleks, terdiri dari satu atau beberapa jumlah getaran sederhana, berbeda dalam frekuensi dan amplitudo. Setiap bunyi ujaran hanya memiliki kombinasi getarannya sendiri dengan frekuensi dan amplitudo yang berbeda. Oleh karena itu, bentuk osilasi satu bunyi ujaran sangat berbeda dari bentuk bunyi lainnya, yang menunjukkan grafik osilasi selama pengucapan bunyi a, o, dan y.

Seseorang mencirikan suara apa pun sesuai dengan persepsinya dalam hal volume dan tinggi.