Garso vibracijos ir bangos. Garso šaltiniai

Garso šaltiniai.

Garso vibracijos

Pamokos metmenys.

1. Organizacinis momentas

Sveiki, vaikinai! Mūsų pamoka plačiai pritaikoma kasdienėje praktikoje. Todėl jūsų atsakymai priklausys nuo stebėjimo gyvenime ir nuo gebėjimo analizuoti savo pastebėjimus.

2. Bazinių žinių kartojimas.

1, 2, 3, 4, 5 skaidrės rodomos projektoriaus ekrane (1 priedas).

Vaikinai, prieš jus – kryžiažodis, kurį spręsdami išmoksite pagrindinį pamokos žodį.

1 fragmentas:įvardykite fizinį reiškinį

2-as fragmentas:įvardykite fizinį procesą

3 fragmentas:įvardykite fizinį kiekį

4 fragmentas: pavadinkite fizinį įrenginį

R	Z	H
IN
			At
			*KAM*

Atkreipkite dėmesį į paryškintą žodį. Šis žodis yra „GARSAS“, tai yra pagrindinis pamokos žodis. Mūsų pamoka skirta garsui ir garso vibracijoms. Taigi, pamokos tema „Garso šaltiniai. Garso vibracijos“. Pamokoje sužinosite, kas yra garso šaltinis, kas yra garso virpesiai, jų atsiradimas ir kai kurie praktiniai pritaikymai tavo gyvenime.

3. Naujos medžiagos paaiškinimas.

Padarykime eksperimentą. Eksperimento tikslas: išsiaiškinti garso priežastis.

Patirtis su metaline liniuote(2 priedas).

Ką pastebėjote? Kokia gali būti išvada?

Išvestis: vibruojantis kūnas sukuria garsą.

Atlikime tokį eksperimentą. Eksperimento tikslas: išsiaiškinti, ar garsą visada sukuria vibruojantis kūnas.

Prietaisas, kurį matote priešais, vadinamas šakutė.

Patirtis su kamertonu ir teniso kamuoliukas pakabintas ant siūlo(3 priedas) .

Girdi kamertono skleidžiamą garsą, tačiau kamertono vibracijos nepastebimos. Norėdami įsitikinti, kad kamertonas svyruoja, atsargiai perkeliame ją į šešėlinį rutulį, pakabintą ant sriegio, ir pamatysime, kad kamertono virpesiai persiduoda į periodinį judėjimą atėjusį kamuoliuką.

Išvestis: garsą sukuria bet koks vibruojantis kūnas.

Mes gyvename garsų vandenyne. Garsą sukuria garso šaltiniai. Yra ir dirbtinių, ir natūralių garso šaltinių. Natūralūs garso šaltiniai apima balso stygos (1 priedas – skaidrė Nr. 6) Oras, kuriuo kvėpuojame, iš plaučių pro kvėpavimo takus patenka į gerklas. Gerklose yra balso stygos. Esant iškvepiamo oro slėgiui, jie pradeda svyruoti. Rezonatoriaus vaidmenį atlieka burna ir nosis, taip pat krūtinė. Artikuliuotai kalbai, be balso stygų, reikia ir liežuvio, lūpų, skruostų, minkštojo gomurio ir antgerklio.

Natūralūs garso šaltiniai taip pat yra uodo, musės, bitės zvimbimas ( plazdančiais sparnais).

Klausimas:kas sukuria garsą.

(Suspaudžiamas oro balione yra slėgis. Tada jis smarkiai išsiplečia ir sukuria garso bangą.)

Taigi, garsas sukuria ne tik svyruojantį, bet ir smarkiai besiplečiantį kūną. Akivaizdu, kad visais garso atsiradimo atvejais oro sluoksniai juda, t.y., kyla garso banga.

Garso banga yra nematoma, ją gali tik girdėti, o taip pat registruoti fiziniai įrenginiai. Garso bangos savybėms registruoti ir tirti naudojame kompiuterį, kurį šiuo metu fizikai plačiai naudoja tyrimams. Kompiuteryje įdiegta speciali tyrimo programa, prijungtas mikrofonas, fiksuojantis garso virpesius (4 priedas). Pažiūrėk į ekraną. Ekrane matote grafinį garso bangos vaizdą. Kas yra šis grafikas? ( sinusoidinė)

Eksperimentuokime su kamertonu su plunksna. Guminiu plaktuku pataikyk į kamertoną. Mokiniai mato kamertono virpesius, bet negirdi garso.

Klausimas:Kodėl yra vibracijos, bet negirdite garso?

Pasirodo, vaikinai, žmogaus ausis suvokia garso diapazonus nuo 16 Hz iki Hz, tai yra girdimas garsas.

Klausykitės jų per kompiuterį ir gaukite diapazono dažnių kitimą (5 priedas). Atkreipkite dėmesį į tai, kaip keičiasi sinusoido forma, kai keičiasi garso virpesių dažnis (svyravimo periodas mažėja, todėl dažnis didėja).

Yra garsų, kurie žmogaus ausiai negirdimi. Tai infragarsas (virpesių diapazonas mažesnis nei 16 Hz) ir ultragarsas (diapazonas didesnis nei Hz). Ant lentos matote dažnių diapazonų schemą, nupiešite ją į sąsiuvinį (5 priedas). Tyrinėdami infrastruktūrą ir ultragarsą, mokslininkai atrado daug įdomių savybiųšios garso bangos. Apie šiuos Įdomūs faktai Jūsų klasės draugai pasakys mums (6 priedas).

4. Studijuotos medžiagos konsolidavimas.

Norėdami įtvirtinti išstudijuotą medžiagą pamokoje, siūlau žaisti žaidimą TIKRAI NELAIDAI. Aš perskaičiau situaciją, o jūs iškeliate ženklą TEISINGA arba NETINGA ir paaiškinate savo atsakymą.

Klausimai. 1. Ar tiesa, kad bet koks vibruojantis kūnas yra garso šaltinis? (dešinėje).

2. Ar tiesa, kad pilnoje žmonių salėje muzika skamba garsiau nei tuščioje? (neteisinga, nes tuščia salė veikia kaip vibracijų rezonatorius).

3. Ar tiesa, kad uodas sparnais plaka greičiau nei kamanė? (tiesa, nes uodo skleidžiamas garsas yra didesnis, todėl sparnų svyravimo dažnis irgi didesnis).

4. Ar tiesa, kad skambančios kamertono vibracijos greičiau glūdi, jei jos koja pastatoma ant stalo? (teisingai, nes kamertono vibracijos persiduoda į stalą).

5. Ar tiesa, kad šikšnosparniai matai su garsu? (teisingai, nes šikšnosparniai skleidžia ultragarsą ir tada klauso atsispindėjusio signalo).

6. Ar tiesa, kad kai kurie gyvūnai infragarsu „numato“ žemės drebėjimą? (Taip, pavyzdžiui, drambliai pajunta žemės drebėjimą per kelias valandas ir tuo pat metu yra nepaprastai susijaudinę).

7. Ar tiesa, kad infragarsas sukelia žmonėms psichikos sutrikimus? (tiesa, Marselyje (Prancūzija) netoli mokslo centro buvo pastatyta nedidelė gamykla. Netrukus po jos pradžios viena iš mokslinių laboratorijų atrado keisti reiškiniai. Porą valandų pabuvęs savo kambaryje tyrėjas tapo visiškai kvailas: sunkiai išspręs net paprastą problemą).

Ir pabaigai siūlau iš iškirptų raidžių, pertvarkant, gauti raktinius žodžius pamoka.

KVZU – GARSAS

RAMTNOKE - KAUNINGAS

TRAKZUVLU - ULTRAGARSAS

FRAKVZUNI - INFRAZONAS

OKLABEINJA - Kraujagyslės

5. Pamokos ir namų darbų apibendrinimas.

Pamokos rezultatai. Pamokoje sužinojome, kad:

Kad bet koks vibruojantis kūnas sukuria garsą;

Garsas sklinda oru kaip garso bangos;

Garsai yra girdimi ir negirdimi;

Ultragarsas – tai negirdimas garsas, kurio virpesių dažnis didesnis nei 20 kHz;

Infragarsas – tai negirdimas garsas, kurio virpesių dažnis mažesnis nei 16 Hz;

Ultragarsas plačiai naudojamas moksle ir technikoje.

Namų darbai:

1. §34, ex. 29 (Peryshkin 9 ląstelės)

2. Tęskite samprotavimus:

Girdžiu garsą: a) skrenda; b) numestas daiktas; c) perkūnija, nes ....

Garso negirdžiu: a) nuo laipiojančio balandžio; b) nuo erelio, skrendančio danguje, nes ...

Prieš suprasdami, kas yra garso šaltiniai, pagalvokite, kas yra garsas? Mes žinome, kad šviesa yra spinduliuotė. Ši spinduliuotė, atsispindėjusi nuo objektų, patenka į mūsų akis, ir mes galime ją pamatyti. Skonis ir kvapas yra mažos kūno dalelės, kurias suvokia atitinkami mūsų receptoriai. Koks šio gyvūno garsas?

Garsai perduodami oru

Jūs tikriausiai matėte, kaip grojama gitara. Galbūt jūs pats žinote, kaip tai padaryti. Svarbu, kad stygos traukiant gitarą skleistų skirtingą garsą. Gerai. Bet jei galėtum įdėti gitarą į vakuumą ir patempti stygas, tuomet labai nustebtum, kad gitara neskleis jokio garso.

Tokie eksperimentai buvo atliekami su pačiais įvairiausiais kūnais, o rezultatas visada buvo tas pats – beorėje erdvėje nesigirdėjo jokio garso. Iš to išplaukia logiška išvada, kad garsas perduodamas oru. Todėl garsas yra kažkas, kas atsitinka oro medžiagų dalelėms ir garsą skleidžiantiems kūnams.

Garso šaltiniai – vibruojantys kūnai

Toliau. Įvairių daugybės eksperimentų dėka buvo galima nustatyti, kad garsas kyla dėl kūnų vibracijos. Garso šaltiniai yra kūnai, kurie vibruoja. Šiuos virpesius perduoda oro molekulės ir mūsų ausis, suvokdama šiuos virpesius, interpretuoja jas mums suprantamais garso pojūčiais.

Tai nėra sunku patikrinti. Paimkite stiklinę ar krištolinę taurę ir padėkite ant stalo. Lengvai patapšnokite metaliniu šaukštu. Išgirsite ilgą ploną garsą. Dabar palieskite stiklą ranka ir bakstelėkite dar kartą. Garsas pasikeis ir taps daug trumpesnis.

O dabar tegul keli žmonės kuo pilniau apvynioja rankas aplink stiklą kartu su koja, stengdamiesi nepalikti nė vienos laisvos vietos, išskyrus pačią maža vieta daužyti šaukštu. Dar kartą trenk į stiklą. Vargu ar girdėsite garso, o tas, kuris bus, pasirodys silpnas ir labai trumpas. Ką tai sako?

Pirmuoju atveju po smūgio stiklas laisvai svyravo, jo virpesiai buvo perduodami oru ir pasiekė mūsų ausis. Antruoju atveju didžioji dalis virpesių buvo sugerta mūsų rankos, o garsas tapo daug trumpesnis, nes kūno vibracijos sumažėjo. Trečiuoju atveju beveik visi kūno virpesiai buvo akimirksniu sugerti visų dalyvių rankomis ir kūnas beveik nesvyravo, todėl beveik nesklido ir garso.

Tas pats pasakytina apie visus kitus eksperimentus, kuriuos galite sugalvoti ir vykdyti. Kūnų virpesiai, perduodami oro molekulėms, bus suvokiami mūsų ausimis ir interpretuojami smegenyse.

Įvairių dažnių garso virpesiai

Taigi garsas yra vibracija. Garso šaltiniai per orą mums perduoda garso virpesius. Kodėl tada negirdime visų objektų virpesių? Nes vibracijos būna skirtingų dažnių.

Garsas, kurį suvokia žmogaus ausis, yra garso virpesiai, kurių dažnis yra maždaug nuo 16 Hz iki 20 kHz. Vaikai girdi aukštesnio dažnio garsus nei suaugusieji, o įvairių gyvų būtybių suvokimo diapazonai paprastai labai skiriasi.

Garsai perduodami oru

Garso šaltiniai – vibruojantys kūnai

O dabar tegul keli žmonės kuo pilniau apvynioja rankas aplink stiklą kartu su koja, stengdamiesi nepalikti nei vieno laisvo plotelio, išskyrus labai mažą vietą mušimui šaukštu. Dar kartą trenk į stiklą. Vargu ar girdėsite garso, o tas, kuris bus, pasirodys silpnas ir labai trumpas. Ką tai sako?

Tas pats pasakytina apie visus kitus eksperimentus, kuriuos galite sugalvoti ir vykdyti. Kūnų virpesiai, perduodami oro molekulėms, bus suvokiami mūsų ausimis ir interpretuojami smegenyse.

Įvairių dažnių garso virpesiai

Taigi garsas yra vibracija. Garso šaltiniai per orą mums perduoda garso virpesius. Kodėl tada negirdime visų objektų virpesių? Nes vibracijos būna skirtingų dažnių.

Ausys yra labai plonas ir gležnas instrumentas, duotas mums gamtos, todėl turėtumėte juo rūpintis, kaip pakaitalais ir analogais. Žmogaus kūnas neegzistuoja.

Fizikos šaka, nagrinėjanti garso virpesius, vadinama akustika.

Žmogaus ausis sukurta taip, kad 20 Hz – 20 kHz dažnio virpesius suvoktų kaip garsą. Žemi dažniai (garsas iš būgno arba vargonų vamzdis) ausis suvokia kaip bosines natas. Uodo švilpukas ar girgždėjimas atitinka aukštus dažnius. Vadinami virpesiai, kurių dažnis mažesnis nei 20 Hz infragarsas ir kurių dažnis didesnis nei 20 kHz - ultragarsu.Žmogus tokių virpesių negirdi, tačiau yra gyvūnų, kurie girdi iš sklindančius infragarsus Žemės pluta prieš žemės drebėjimą. Juos išgirdę gyvūnai palieka pavojingą zoną.

Muzikoje akustiniai dažniai atitinka bet ten. Pagrindinės oktavos (klavišas C) nata „la“ atitinka 440 Hz dažnį. Kitos oktavos nata „la“ atitinka 880 Hz dažnį. Ir taip visos kitos oktavos skiriasi dažniu lygiai du kartus. Kiekvienoje oktavoje išskiriami 6 tonai arba 12 pustonių. kas tonas turi dažnį yf2~ 1,12 skiriasi nuo ankstesnio tono dažnio, kiekvienas pustonis skiriasi nuo ankstesnio "$2 . Matome, kad kiekvienas kitas dažnis nuo ankstesnio skiriasi ne keliais Hz, o tas pats numeris kartą. Tokia skalė vadinama logaritminis, nes lygus atstumas tarp tonų bus tiksliai logaritminėje skalėje, kur brėžiama ne pati reikšmė, o jos logaritmas.

Jei garsas atitinka vieną dažnį v (arba su = 2tcv), tada jis vadinamas harmoniniu arba vienspalviu. Grynai harmoningi garsai yra reti. Beveik visada garsas turi dažnių rinkinį, ty jo spektras (žr. šio skyriaus 8 skyrių) yra sudėtingas. Muzikinės vibracijos visada turi pagrindinį toną cco \u003d 2n / T, kur T yra periodas, ir obertonų rinkinį 2 (Oo, Zco 0, 4coo ir kt. Obertonų rinkinys, nurodantis jų intensyvumą muzikoje, vadinamas tembras. Skirtingi muzikos instrumentai, skirtingi dainininkai, kurie muša tą pačią natą, turi skirtingus tembrus. Tai suteikia jiems skirtingas spalvas.

Galimas ir ne kelių dažnių derinys. Klasikinėje Europos muzikoje tai laikoma disonansu. Tačiau jis naudojamas šiuolaikinėje muzikoje. Naudojamas net lėtas bet kokių dažnių judėjimas didėjimo ar mažėjimo kryptimi (ukulele).

Ne muzikiniuose garsuose galimas bet koks dažnių derinys spektre ir jų kaita laike. Tokių garsų spektras gali būti ištisinis (žr. 8 skyrių). Jei visų dažnių intensyvumas yra maždaug vienodas, tada toks garsas vadinamas " baltas triukšmas» (terminas paimtas iš optikos, kur balta spalva yra visų dažnių visuma).

Žmogaus kalbos garsai yra labai sudėtingi. Jie turi sudėtingą spektrą, kuris laikui bėgant greitai keičiasi tariant vieną garsą, žodį ir visą frazę. Tai suteikia kalbos garsams skirtingų intonacijų ir akcentų. Dėl to balsu galima atskirti vieną žmogų nuo kito, net jei jie taria tuos pačius žodžius.

Garso banga (garso virpesiai) – tai erdvėje sklindančių medžiagos (pavyzdžiui, oro) molekulių mechaninė vibracija.

Tačiau ne kiekvienas svyruojantis kūnas yra garso šaltinis. Pavyzdžiui, ant sriegio ar spyruoklės pakabintas svyruojantis svoris neskleidžia garso. Metalinė liniuotė taip pat nustos skambėti, jei ją pastumsite į viršų ir taip pailginsite laisvą galą, kad jos virpesių dažnis būtų mažesnis nei 20 Hz. Tyrimai parodė, kad žmogaus ausis geba suvokti kaip garsą mechaninius kūnų virpesius, atsirandančius nuo 20 Hz iki 20 000 Hz dažniu. Todėl vibracijos, kurių dažniai yra šiame diapazone, vadinami garsu. Mechaniniai virpesiai, kurių dažnis viršija 20 000 Hz, vadinami ultragarsiniais, o virpesiai, kurių dažniai mažesni nei 20 Hz – infragarsiniais. Pažymėtina, kad nurodytos garso diapazono ribos yra savavališkos, nes jos priklauso nuo žmonių amžiaus ir individualios savybės jų klausos aparatą. Paprastai su amžiumi viršutinė suvokiamų garsų dažnio riba gerokai sumažėja – dalis vyresnio amžiaus žmonių gali girdėti garsus, kurių dažnis neviršija 6000 Hz. Vaikai, atvirkščiai, gali suvokti garsus, kurių dažnis yra šiek tiek didesnis nei 20 000 Hz. Kai kurie gyvūnai girdi virpesius, kurių dažnis yra didesnis nei 20 000 Hz arba mažesnis nei 20 Hz. Pasaulis pripildytas įvairiausių garsų: laikrodžių tiksėjimo ir variklių ūžesio, lapų ošimo ir vėjo staugimo, paukščių čiulbėjimo ir žmonių balsų. Apie tai, kaip gimsta garsai ir ką jie atstovauja, žmonės pradėjo spėlioti labai seniai. Jie pastebėjo, pavyzdžiui, kad garsą sukuria ore vibruojantys kūnai. Dar senovės graikų filosofas o enciklopedijos mokslininkas Aristotelis, remdamasis stebėjimais, teisingai paaiškino garso prigimtį, manydamas, kad skambantis kūnas sukuria pakaitinį oro suspaudimą ir retėjimą. Taigi svyruojanti styga dabar suspaudžia, vėliau retina orą, o dėl oro elastingumo šie kintamieji įtakai perduodami toliau į erdvę – iš sluoksnio į sluoksnį kyla tamprios bangos. Pasiekę mūsų ausį, jie veikia ausies būgnelius ir sukelia garso pojūtį. Ausimi žmogus suvokia elastines bangas, kurių dažnis svyruoja nuo maždaug 16 Hz iki 20 kHz (1 Hz – 1 svyravimas per sekundę). Pagal tai bet kokios terpės tampriosios bangos, kurių dažniai yra nurodytose ribose, vadinamos garso bangomis arba tiesiog garsu. 0 ° C temperatūros ir normalaus slėgio ore garsas sklinda 330 m/s greičiu, jūros vandenyje - apie 1500 m/s, kai kuriuose metaluose garso greitis siekia 7000 m/s. Elastinės bangos, kurių dažnis mažesnis nei 16 Hz, vadinamos infragarsu, o bangos, kurių dažnis viršija 20 kHz – ultragarsu.

Garso šaltinis dujose ir skysčiuose gali būti ne tik vibruojantys kūnai. Pavyzdžiui, kulka ir strėlė skrendant švilpia, vėjas kaukia. O turboreaktyvinio lėktuvo riaumojimas susideda ne tik iš veikiančių agregatų – ventiliatoriaus, kompresoriaus, turbinos, degimo kameros ir kt., bet ir iš reaktyvinės srovės triukšmo, sūkurio, turbulentinių oro srautų, kurie atsiranda, kai orlaivis. teka aplinkui dideliu greičiu. Kūnas, greitai besiveržiantis oru ar vandeniu, tarsi nutraukia srovę aplinkui, periodiškai sukuria terpėje retėjimo ir suspaudimo sritis. Rezultatas yra garso bangos. Garsas gali sklisti išilginių ir skersinių bangų pavidalu. Dujinėje ir skystoje terpėje kyla tik išilginės bangos, kai svyruojantis judesys dalelės atsiranda tik ta kryptimi, kuria sklinda banga. IN kietosios medžiagos be išilginių, yra ir skersinės bangos kai terpės dalelės svyruoja statmenomis bangos sklidimo krypčiai. Ten, smogdami į stygą statmenai jos krypčiai, priverčiame bangą bėgti išilgai stygos. Žmogaus ausis nėra vienodai imli skirtingų dažnių garsams. Jis jautriausias dažniams nuo 1000 iki 4000 Hz. Esant labai dideliam intensyvumui, bangos nebesuvokiamos kaip garsas, sukelia spaudžiančio skausmo pojūtį ausyse. Garso bangų, kurioms esant tai vyksta, intensyvumas vadinamas slenksčiu. skausmo pojūtis. Garso studijose svarbios ir garso tono bei tembro sąvokos. Bet koks tikras garsas, ar tai būtų žmogaus balsas, ar žaidimas muzikinis instrumentas, nėra paprastas harmoninis svyravimas, o savotiškas daugelio mišinys harmonines vibracijas su tam tikru dažnių rinkiniu. Tas, kurio dažnis žemiausias, vadinamas pagrindiniu tonu, kiti – obertonais. Skirtingas obertonų skaičius, būdingas konkrečiam garsui, suteikia jam ypatingą spalvą – tembrą. Vieno tembro ir kito tembro skirtumą lemia ne tik skaičius, bet ir pagrindinio tono skambesį lydinčių obertonų intensyvumas. Pagal tembrą nesunkiai atskiriame smuiko ir fortepijono, gitaros ir fleitos garsus, atpažįstame pažįstamų žmonių balsus.

Virpesių dažnis vadinamas pilnų svyravimų skaičiumi per sekundę. Dažnio vienetas yra 1 hercas (Hz). 1 hercas atitinka vieną pilną (viena ir kita kryptimi) svyravimą, vykstantį per vieną sekundę.
Laikotarpis vadinamas laikas (-ais), per kurį įvyksta vienas visiškas svyravimas. Kuo didesnis virpesių dažnis, tuo trumpesnis jų periodas, t.y. f = 1/T. Taigi, svyravimų dažnis yra didesnis, tuo trumpesnis jų periodas ir atvirkščiai. Žmogaus balsas sukuria garso virpesius, kurių dažnis yra nuo 80 iki 12 000 Hz, o klausa suvokia garso virpesius 16-20 000 Hz diapazone.
Amplitudė svyravimais vadinamas didžiausias svyruojančio kūno nuokrypis nuo pradinės (ramios) padėties. Kuo didesnė vibracijos amplitudė, tuo garsesnis garsas. Žmogaus kalbos garsai yra sudėtingi garso virpesiai, susidedantys iš vienokių ar kitokių paprastų virpesių, skirtingo dažnio ir amplitudės. Kiekvienas kalbos garsas turi tik savo skirtingų dažnių ir amplitudių virpesių derinį. Todėl vieno kalbos garso virpesių forma ryškiai skiriasi nuo kito, kuri rodo virpesių grafikus tariant garsus a, o ir y.

Žmogus bet kokius garsus apibūdina pagal savo suvokimą pagal garsumą ir aukštį.