Звукові коливання та хвилі. Джерела звуку

Джерела звуку.

Звукові коливання

Конспект уроку.

1.Організаційний момент

Здрастуйте, хлопці! Наш урок має широке практичне застосування у повсякденній практиці. Тому ваші відповіді залежатимуть від спостережливості у житті та від уміння аналізувати свої спостереження.

2. Повторення опорних знань.

На екрані проектора висвічуються слайди №1, 2, 3, 4, 5 (додаток 1).

Хлопці, перед вами кросворд, розгадавши, що ви дізнаєтеся ключове слово уроку.

1-й фрагмент:назвіть фізичне явище

2-й фрагмент:назвіть фізичний процес

3-й фрагмент:назвіть фізичну величину

4-й фрагмент:назвіть фізичний прилад

Р	З	Н
В
			У
			До

Зверніть увагу на виділене слово. Це слово "ЗВУК", воно є ключовим словом уроку. Наш урок присвячений звуку та звуковим коливанням. Отже, тема уроку «Джерела звуку. Звукові коливання». На уроці ви дізнаєтеся, що є джерелом звуку, що таке звукові коливання їх виникнення та деякі практичні застосуванняу вашому житті.

3. Пояснення нового матеріалу.

Проведемо досвід. Ціль досвіду: з'ясувати причини виникнення звуку.

Досвід із металевою лінійкою(Додаток 2).

Що ви спостерігали? Який можна зробити висновок?

Висновок: тіло, що вагається, створює звук.

Проведемо наступний досвід. Мета досвіду: з'ясувати, чи завжди звук створюється тілом, що вагається.

Прилад, який ви бачите перед собою, називається камертон.

Досвід з камертоном та тенісною кулькою, повішеним на нитці(Додаток 3) .

Ви чуєте звук, який видає камертон, але коливань камертону не помітно. Щоб переконатися в тому, що камертон коливається, обережно посунемо його до тінистої кульки підвішеної на нитці і побачимо, що коливання камертону передалися кульці, яка прийшла в періодичний рух.

Висновок: звук породжується будь-яким тілом, що вагається.

Ми живемо у океані звуків. Звук створюється джерелами звуку. Існують як штучні, і природні джерела звуку. До природних джерел звуку відносяться голосові зв'язки (Додаток 1 - слайд № 6). Повітря, яким ми дихаємо, виходить з легень через дихальні шляхи в гортань. У гортані знаходяться голосові зв'язки. Під тиском повітря, що видихається, вони починають коливатися. Роль резонатора відіграють порожнини рота та носа, а також груди. Для членороздільного мовлення крім голосових зв'язок необхідні також язик, губи, щіки, м'яке піднебіння і надгортанник.

До природних джерел звуку відносяться також дзижчання комара, мухи, бджоли. вагаються крила).

Питання:рахунок чого створюється звук.

(Повітря в кульці знаходиться під тиском у стислому стані. Потім різко розширюється і створює звукову хвилю.)

Отже, звук створює не тільки тіло, що коливається, а й різко розширюється. Вочевидь, що завжди виникнення звуку відбувається переміщення шарів повітря, т. е. виникає звукова хвиля.

Звукова хвиля невидима, її можна почути, а також зареєструвати фізичними приладами. Для реєстрації та дослідження властивостей звукової хвилі застосуємо комп'ютер, який в даний час широко застосовується вченими-фізиками для досліджень. На комп'ютері встановлено спеціальну дослідницьку програму, а також підключено мікрофон, який вловлює звукові коливання (додаток 4). Подивіться на екран. На екрані ви бачите графічне уявлення звукового коливання. Що таке графік? ( синусоїду)

Проведемо досвід із камертоном з пером. Гумовим молоточком ударяємо по камертону. Учні бачать коливання вилки камертону, але звуку не чують.

Питання:Чому вагання є, а звук ви не чуєте?

Виявляється, хлопці, людське вухо сприймає звукові діапазони не більше від 16 Гц доГц, це чутний звук.

Послухайте їх через комп'ютер і вловіть зміну частот діапазону (додаток 5). Зверніть увагу, як змінюється вид синусоїди при зміні частоти звукових коливань (період коливань зменшується, отже частота збільшується).

Є нечутні звуки людського вуха. Це інфразвук (діапазон коливань менше 16 Гц) та ультразвук (діапазон більший за Гц). Схему частотних діапазонів ви бачите на дошці, замалюйте в зошит (додаток 5). Досліджуючи інфра та ультразвуки вчені відкрили багато цікавих особливостейцих звукових хвиль. Про ці цікавих фактахнам розкажуть ваші однокласники (додаток 6).

4. Закріплення вивченого матеріалу.

Для закріплення вивченого матеріалу на уроці пропоную зіграти у гру ВІРНО-НЕВІРНО. Я зачитую ситуацію, а ви піднімаєте табличку з написом, ВІРНО чи НЕВЕРНО, та пояснюєте свою відповідь.

Запитання. 1. Чи вірно, що джерелом звуку є будь-яке тіло, що вагається? (Вірно).

2. Чи правда, що у залі, заповненому публікою, музика звучить голосніше, ніж у порожньому? (неправильно, тому що порожня зала діє як резонатор коливань).

3. Чи правда, що комар швидше махає крилами, ніж джміль? (вірно, тому що звук, що виробляється комаром вище, отже, вище і частота коливань крил).

4. Чи вірно, що коливання камертону, що звучить, швидше загасають, якщо його ніжку поставити на стіл? (вірно, тому що коливання камертону передаються столу).

5. Чи правда, що летючі мишібачать за допомогою звуку? (вірно, т. к. кажани випромінюють ультразвук, та був слухають відбитий сигнал).

6. Чи вірно, що деякі тварини «передбачають» землетрус за допомогою інфразвуку? (Вірно, наприклад, слони відчувають землетрус за кілька годин і при цьому вкрай збуджені).

7. Чи правильно, що інфразвук викликає психічні розлади у людей? (мабуть, у Марселі (Франція) поряд з науковим центром було збудовано невелику фабрику. Незабаром після її пуску в одній із наукових лабораторій виявили дивні явища. Пробувши в її приміщенні пару годин, дослідник ставав абсолютно тупим: він важко вирішував навіть нескладне завдання).

І насамкінець пропоную вам з розрізаних літер, шляхом перестановки отримати ключові словауроку.

КВНЗ – ЗВУК

РАМТНОКЕ – КАМЕРТОН

ТРЬАКЗУВЛУ – УЛЬТРАЗВУК

ФРАКВЗУНІ - ІНФРАЗВУК

ОКЛАБЕЇНЯ – КОЛИВАННЯ

5. Підбиття підсумків уроку та домашнє завдання.

Підсумки уроку. На уроці ми з'ясували, що:

Що будь-яке тіло, що вагається, створює звук;

Звук поширюється у повітрі як звукових хвиль;

Звуки бувають чутні та нечутні;

Ультразвук – це нечутний звук, частота коливань якого вища за 20кГц;

Інфразвук – це нечутний звук із частотою коливань нижче 16Гц;

Ультразвук широко застосовується у науці та техніці.

Домашнє завдання:

1. §34, упр. 29 (Перишкін 9 кл.)

2. Продовжити міркування:

Я чую звук: а) мухи; б) предмета, що впав; в) грози, бо ….

Я не чую звуку: а) від злазаючого голуба; б) від орла, що ширяє в небі, тому що…

Перш ніж зрозуміти, які джерела звуку бувають, подумайте, що таке звук? Ми знаємо, що світло це випромінювання. Відбиваючись від предметів, це випромінювання потрапляє до нас у вічі, і ми можемо його бачити. Смак і запах – це маленькі частинки тіл, які сприймають наші відповідні рецептори. А звук це що за звір?

Звуки передаються повітрям

Ви, напевно, бачили, як грають на гітарі. Можливо, ви самі вмієте це робити. Важливо інше звук у гітарі видають струни, якщо їх смикнути. Все вірно. А от якби ви могли помістити гітару у вакуум і смикнути струни, то ви дуже здивувалися б ніякого звуку гітара не видала б.

Такі досліди проводилися з різними тілами, і завжди результат був один ніякого звуку в безповітряному просторі не було чутно. Звідси випливає логічний висновок звук передається повітрям. Отже, звук це щось, що відбувається з частинками речовин повітря та звук тіл.

Джерела звуку - тіло, що вагається

Далі. В результаті найрізноманітніших численних експериментів вдалося встановити, що звук виникає внаслідок коливання тіл. Джерелами звуку є тіла, які коливаються. Ці коливання передаються молекулами повітря та наше вухо, сприймаючи ці коливання, інтерпретує їх у зрозумілі нам відчуття звуку.

Перевірити це не складно. Візьміть скляний або кришталевий келих і поставте його на стіл. Легенько стукніть по ньому металевою ложечкою. Ви почуєте довгий тонкий звук. Тепер доторкніться рукою до келиха і стукніть ще раз. Звук зміниться і стане набагато коротшим.

А тепер нехай кілька людей обхоплять руками келих максимально повністю, разом із ніжкою, намагаючись не залишити жодної вільної ділянки, крім зовсім маленького місцядля удару ложечкою. Знову вдарте по келих. Ви майже не почуєте жодного звуку, а той, що буде – вийде слабким та дуже коротким. Про що це каже?

У першому випадку після удару келих вільно коливався, його коливання передавалися повітрям і досягали наших вух. У другому випадку більшість коливань поглиналася нашою рукою, і звук став набагато коротшим, оскільки зменшилися коливання тіла. У третьому випадку майже всі коливання тіла миттєво поглинулися руками всіх учасників і тіло майже не вагалося, а отже, звуку майже не видавало.

Те саме стосується всіх інших експериментів, які ви можете придумати та провести. Коливання тіл, передаючись молекулам повітря, сприйматимуться нашими вухами і інтерпретуватимуться мозком.

Звукові коливання різної частоти

Отже, звук це коливання. Джерела звуку передають звукові коливання повітрям до нас. Чому ж тоді ми чуємо далеко не всі вагання всіх предметів? Тому що коливання бувають різної частоти.

Сприйманий людським вухом звук – це звукові коливання частотою приблизно від 16 Гц до 20 кГц. Діти чують звуки вищих частот, ніж дорослі, а діапазони сприйняття різних живих істот взагалі різняться дуже.

Звуки передаються повітрям

Джерела звуку - тіло, що вагається

Далі. Внаслідок найрізноманітніших численних експериментів вдалося встановити, що звук виникає внаслідок коливання тіл. Джерелами звуку є тіла, які коливаються. Ці коливання передаються молекулами повітря та наше вухо, сприймаючи ці коливання, інтерпретує їх у зрозумілі нам відчуття звуку.

А тепер нехай кілька людей обхоплять руками келих максимально повністю, разом із ніжкою, намагаючись не залишити жодної вільної ділянки, крім зовсім маленького місця для удару ложечкою. Знову вдарте по келих. Ви майже не почуєте жодного звуку, а той, що буде – вийде слабким та дуже коротким. Про що це каже?

Звукові коливання різної частоти

Вуха дуже тонкий і ніжний інструмент, подарований нам природою, тому слід берегти його, оскільки заміни та аналога людському тіліне існує.

Розділ фізики, що займається звуковими коливаннями, називається акустикою.

Людське вухо влаштоване так, що воно сприймає коливання частотою від 20 Гц до 20 кГц як звук. Низькі частоти (звук від великого барабана або органної труби) сприймаються вухом як басові ноти. Свист або писк комара відповідають високим частотам. Коливання частотою нижче 20 Гц інфразвуком, а частотою понад 20 кГц - ультразвуком.Такі вагання людина не чує, але є тварини, які чують інфразвуки, що походять від земної кориперед землетрусом. Почувши їх, тварини залишають небезпечну місцевість.

У музиці акустичні частоти відповідають але там.Нота ля основної октави (ключ С) відповідає частоті 440 Гц. Нота "ля" наступної октави відповідає частоті 880 Гц. І так всі інші октави відрізняються за частотою рівно вдвічі. Усередині кожної октави розрізняють 6 тонів чи 12 півтонів. Кожен тонмає частоту в yf2~ 1,12 відрізняється від частоти попереднього тону, кожен півтонвідрізняється від попереднього в "$2. Ми бачимо, що кожна наступна частота відрізняється від попередньої не на скільки Гц, а в однакове числоразів. Така шкала називається логарифмічній,оскільки рівну відстань між тонами буде саме на логарифмічній шкалі, де відкладається не сама величина, а її логарифм.

Якщо звук відповідає одній частоті v (або зі = 2tcv), його називають гармонічним, чи монохроматичним. Суто гармонійні звуки зустрічаються рідко. Найчастіше звук містить набір частот, т. е. його спектр (див. розділ 8 цієї глави) складний. Музичні коливання завжди містять основний тон ссо = 2я/Т, де Т - період, і набір обертонів 2(Оо, Зсо 0 , 4соо і т. д. Набір обертонів із зазначенням їх інтенсивностей у музиці називається тембром.У різних музичних інструментів, у різних співаків, які беруть ту саму ноту, тембр різний. Це надає їм різного забарвлення.

Можлива домішка та некратних частот. У класичній європейській музиці це вважається неблагозвучним. Проте у сучасній музиці це використовується. Навіть використовується повільний рух будь-яких частот у бік збільшення чи зменшення (гавайська гітара).

У немузичних звуках можливі будь-які комбінації частот у спектрі та їх зміна у часі. Спектр таких звуків може бути суцільним (див. розділ 8). Якщо інтенсивності всім частот приблизно однакові, такий звук називають « білий шум» (термін взятий з оптики, де білий колір- Сукупність всіх частот).

Дуже складні звуки людської мови. Вони мають складний спектр, який швидко змінюється з часом при проголошенні одного звуку, слова та всієї фрази. Це надає звукам мови різні інтонації та акценти. В результаті можна по голосу відрізнити одну людину від іншої, навіть якщо вони вимовляють ті самі слова.

Звукова хвиля (звукові коливання) - це механічні коливання молекул речовини (наприклад, повітря), що передаються в просторі.

Але далеко не всяке тіло, що вагається, є джерелом звуку. Наприклад, не видає звуку вага, що коливається, підвішений на нитці або пружині. Перестане звучати і металева лінійка, якщо перемістити її в лещатах вгору і тим самим подовжити вільний кінець настільки, щоб частота його коливань стала меншою за 20 Гц. Дослідження показали, що людське вухо здатне сприймати як звук механічні коливання тіл, що відбуваються з часткою від 20 Гц до 20000 Гц. Тому коливання, частоти яких у цьому діапазоні, називаються звуковими. Механічні коливання, частота яких перевищує 20 000 Гц, називаються ультразвуковими, а коливання із частотами менше 20 Гц – інфразвуковими. Слід зазначити, що зазначені межі звукового діапазону умовні, оскільки залежать від віку людей індивідуальних особливостейїхнього слухового апарату. Зазвичай з віком верхня частотна межа сприйманих звуків значно знижується - деякі люди похилого віку можуть чути звуки з частотами, що не перевищують 6000 Гц. Діти ж, навпаки, можуть сприймати звуки, частота яких трохи більша за 20000 Гц. Коливання, частоти яких більші за 20 000 Гц або менше 20 Гц, чують деякі тварини. Світ наповнений найрізноманітнішими звуками: цокання годинника і гул моторів, шелест листя та завивання вітру, спів птахів та голоси людей. Про те, як народжуються звуки, і що вони є, люди почали здогадуватися дуже давно. Помічали, наприклад, що звук утворюють ті, що вібрують у повітрі. Ще давньогрецький філософі вчений-енциклопедист Аристотель, з спостережень, чітко пояснював природу звуку, вважаючи, що тіло створює поперемінне стиск і розрідження повітря. Так, струна, що коливається, то ущільнює, то розріджує повітря, а завдяки пружності повітря ці чергувальні впливи передаються далі в простір — від шару до шару, виникають пружні хвилі. Досягаючи нашого вуха, вони впливають на барабанні перетинки та викликають відчуття звуку. На слух людина сприймає пружні хвилі, що мають частоту в межах від 16 Гц до 20 кГц (1 Гц - 1 коливання в секунду). Відповідно пружні хвилі в будь-якому середовищі, частоти яких лежать у зазначених межах, називають звуковими хвилями або просто звуком. У повітрі при температурі 0° С та нормальному тиску звук поширюється зі швидкістю 330 м/с, у морській воді – близько 1500 м/с, у деяких металах швидкість звуку досягає 7000 м/с. Пружні хвилі із частотою менше 16 Гц називають інфразвуком, а хвилі, частота яких перевищує 20 кГц, – ультразвуком.

Джерелом звуку в газах і рідинах можуть бути не тільки ті тіла, що вібрують. Наприклад, свистять у польоті куля та стріла, завиває вітер. І рев турбореактивного літака складається не тільки з шуму працюючих агрегатів - вентилятора, компресора, турбіни, камери згоряння і т. д., але також шуму реактивного струменя, вихрових, турбулентних потоків повітря, що виникають при обтіканні літака на великих швидкостях. Стрімко мчить у повітрі або у воді тіло як би розриває обтікає його потік, періодично породжує серед області розрідження і стиснення. Через війну виникають звукові хвилі. Звук може поширюватися у вигляді поздовжніх та поперечних хвиль. У газоподібному та рідкому середовищі виникають лише поздовжні хвилі, коли коливальний рухчастинок відбувається лише тому напрямі, у якому поширюється хвиля. В твердих тілахкрім поздовжніх виникають також і поперечні хвиліколи частки середовища коливаються в напрямках, перпендикулярні до напряму поширення хвилі. Там ударяючи по струні перпендикулярно до її напрямку, ми змушуємо бігти хвилю вздовж струни. Людське вухо неоднаково сприйнятливе до звуків різної частоти. Найбільш чутливе воно до частот від 1000 до 4000 Гц. При дуже великій інтенсивності хвилі перестають сприйматися як звук, викликаючи у вухах відчуття болю, що давить. Величину інтенсивності звукових хвиль, за якої це відбувається, називають порогом больового відчуття. Важливі у вченні про звук також поняття тону та тембру звуку. Будь-який реальний звук, чи то голос людини, чи гра музичного інструменту, - це не просте гармонійне коливання, а своєрідна суміш багатьох гармонійних коливаньз певним набором частот. Те, що має найнижчу частоту, називають основним тоном, інші — обертонами. Різна кількість обертонів, властивих тому чи іншому звуку, надає йому особливого забарвлення – тембр. Відмінність одного тембру від іншого обумовлена не тільки числом, а й інтенсивністю обертонів, що супроводжують звучання основного тону. За тембром ми легко відрізняємо звуки скрипки та рояля, гітари та флейти, дізнаємось голоси знайомих людей.

Частотою коливаньназивають кількість повних коливань за секунду. За одиницю виміру частоти прийнято 1 герц (Гц). 1 герц відповідає одному повному (в один і інший бік) коливанню, що відбувається за одну секунду.
Періодомназивають час (з), протягом якого відбувається одне повне коливання. Чим більша частота коливань, тим менше їх період, тобто. f=1/T. Отже, частота коливань тим більше, що менше їх період, і навпаки. Голос людини створює звукові коливання частотою від 80 до 12000 Гц, а слух сприймає звукові коливання діапазоні 16-20000 Гц.
Амплітудоюколивань називають найбільше відхилення тіла, що коливається, від його первісного (спокійного) положення. Чим більше амплітуда коливання, тим гучніший звук. Звуки людської мови є складними звуковими коливаннями, що складаються з тієї чи іншої кількості простих коливань, різних за частотою і амплітудою. У кожному звуку мови є лише йому властиве поєднання коливань різної частоти та амплітуди. Тому форма коливань одного звуку мови помітно відрізняється від форми іншого, на якому зображені графіки коливань при вимові звуків а, про та у.

Будь-які звуки людина характеризує відповідно до свого сприйняття за рівнем гучності та висотою.