Izvori zvuka. Zvučne vibracije. Zvučni valovi i njihove karakteristike. Zvučni talasi oko nas Mehaničke vibracije koje čujemo
Zvuk, kao što se sjećamo, su elastični longitudinalni valovi. A talase stvaraju oscilirajući objekti.
Primjeri izvora zvuka: oscilirajuće ravnalo, čiji je jedan kraj stegnut, oscilirajuće žice, membrana zvučnika.
Ali oscilirajući objekti ne stvaraju uvijek zvuk koji se može čuti u uhu - ako je frekvencija njihovih oscilacija ispod 16 Hz, onda oni stvaraju infrazvuk, a ako je više od 20 kHz, onda ultrazvuk.
Ultrazvuk i infrazvuk su, sa stanovišta fizike, iste elastične vibracije medija kao i obični zvuk, ali ih uho ne može percipirati, jer su te frekvencije predaleko od rezonantne frekvencije bubne opne (bubne opne). jednostavno ne mogu vibrirati takvom frekvencijom).
Visokofrekventni zvuci se osjećaju kao tanji, niskofrekventni zvuci kao niži.
Ako oscilirajući sistem vrši harmonijske oscilacije jedne frekvencije, tada se njegov zvuk naziva jasnim tonom. Obično izvori zvuka proizvode zvukove nekoliko frekvencija odjednom - tada se naziva najniža frekvencija glavni ton, a ostali se zovu prizvuci. Prizvuci su određeni timbre zvuk - po njima možemo lako razlikovati klavir od violine, čak i kada im je osnovna frekvencija ista.
Volume Zvuk je subjektivni osjećaj koji nam omogućava da uporedimo zvukove kao "glasnije" i "manje glasne". Jačina zvuka zavisi od mnogih faktora – učestalosti, trajanja i individualnih karakteristika slušaoca. Ali najviše od svega zavisi od zvučnog pritiska, koji je direktno povezan sa amplitudom vibracija objekta koji proizvodi zvuk.
Jedinica mjere za glasnoću se zove san.
U praktičnim problemima, količina tzv nivo jačine zvuka ili nivo zvučnog pritiska. Ova vrijednost se mjeri u belah [B] ili, češće, u decibeli [dB].
Ova vrijednost logaritamski ovisi o zvučnom pritisku - to jest, povećanje pritiska 10 puta povećava nivo jačine zvuka za 1 dB.
Zvuk listanja novina je otprilike 20 dB, budilnik 80 dB, zvuk poletanja aviona je 100-120 dB (na ivici bola).
Jedna od neobičnih upotreba zvuka (tačnije ultrazvuka) je eholokacija. Možete napraviti zvuk i izmjeriti vrijeme potrebno da eho dođe. Što je veća udaljenost do prepreke, veće će biti kašnjenje. Ova metoda mjerenja udaljenosti obično se koristi pod vodom, ali je slepi miševi koriste direktno u zraku.
Udaljenost eholokacije određuje se na sljedeći način:
2r = vt, gdje je v brzina zvuka u mediju, t je vrijeme kašnjenja do eha, r je udaljenost do prepreke.
Izvori zvuka. Zvučne vibracije
Čovek živi u svetu zvukova. Zvuk je za ljude izvor informacija. On upozorava ljude na opasnost. Zvuk u formi muzike, pjev ptica nam pruža zadovoljstvo. Uživamo slušajući osobu prijatnog glasa. Zvukovi su važni ne samo za ljude, već i za životinje, kojima dobra detekcija zvuka pomaže da prežive.
Zvuk – to su mehanički elastični talasi koji se šire u gasovima, tečnostima i čvrstim materijama.
Razlog za zvuk - vibracije (oscilacije) tijela, iako su te vibracije često nevidljive našim očima.
Izvori zvuka
- fizička tijela koja vibriraju, tj. drhti ili vibrirati na frekvenciji
od 16 do 20.000 puta u sekundi. Tijelo koje vibrira može biti čvrsto, na primjer, struna
ili zemaljska kora, gasovita, na primer, struja vazduha u duvačkim muzičkim instrumentima
ili tečnost, na primer, talasi na vodi.
Volume
Jačina zvuka zavisi od amplitude vibracija u zvučnom talasu. 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
– standardi buke u stambenim prostorijama;
50 dB– razgovor srednje jačine;
80 d B
– buka motora kamiona koji radi;
130 dB– prag bola
Zvuk jači od 180 dB može čak uzrokovati pucanje bubne opne.
Visoki zvuci predstavljeni visokofrekventnim talasima - na primjer, pjev ptica.
Niski zvukovi To su talasi niske frekvencije, kao što je zvuk motora velikog kamiona.
Zvučni talasi
Zvučni talasi- To su elastični talasi koji uzrokuju da osoba oseti osećaj zvuka.
Zvučni val može putovati na različite udaljenosti. Pucnjava se čuje na 10-15 km, rzanje konja i lavež pasa - na 2-3 km, a šapat samo na nekoliko metara. Ovi zvukovi se prenose kroz vazduh. Ali ne samo vazduh može biti provodnik zvuka.
Prislonivši uho na šine, možete čuti zvuk voza koji se približava mnogo ranije i na većoj udaljenosti. To znači da metal provodi zvuk brže i bolje od zraka. Voda takođe dobro provodi zvuk. Nakon što ste zaronili u vodu, jasno možete čuti kako kamenje kuca jedno o drugo, buku kamenčića tokom surfanja.
Svojstvo vode - dobro provodi zvuk - široko se koristi za izviđanje na moru tokom rata, kao i za mjerenje morskih dubina.
Neophodan uslov za širenje zvučnih talasa je prisustvo materijalnog medija. U vakuumu se zvučni valovi ne šire, jer tamo nema čestica koje prenose interakciju iz izvora vibracije.
Stoga, zbog nedostatka atmosfere, na Mjesecu vlada potpuna tišina. Čak ni pad meteorita na njegovu površinu posmatrač ne čuje.
U svakom mediju, zvuk putuje različitim brzinama.
Brzina zvuka u vazduhu- približno 340 m/s.
Brzina zvuka u vodi- 1500 m/s.
Brzina zvuka u metalima, čeliku- 5000 m/s.
U toplom vazduhu brzina zvuka je veća nego u hladnom, što dovodi do promene smera širenja zvuka.
VILJUŠKA
- Ovo Metalna ploča u obliku slova U, čiji krajevi mogu vibrirati nakon udarca.
Objavljeno tuning fork zvuk je vrlo slab i može se čuti samo na maloj udaljenosti.
Rezonator- za pojačavanje zvuka služi drvena kutija na koju se može pričvrstiti viljuška.
U ovom slučaju, emisija zvuka se javlja ne samo iz viljuške za podešavanje, već i sa površine rezonatora.
Međutim, trajanje zvuka viljuške za podešavanje na rezonatoru bit će kraće nego bez njega.
E X O
Glasan zvuk, koji se odbija od prepreka, vraća se na izvor zvuka nakon nekoliko trenutaka, a mi čujemo echo.
Množenjem brzine zvuka s vremenom proteklim od njegovog nastanka do povratka, možete odrediti dvostruku udaljenost od izvora zvuka do prepreke.
Ova metoda određivanja udaljenosti do objekata se koristi u eholokacija.
Neke životinje, kao što su slepi miševi,
također koriste fenomen refleksije zvuka metodom eholokacije
Eholokacija se zasniva na svojstvu refleksije zvuka.
Zvuk - pokretni mehanički talas on i prenosi energiju.
Međutim, moć istovremenog razgovora svih ljudi na kugli zemaljskoj teško da je veća od snage jednog automobila Moskvič!
Ultrazvuk.
· Vibracije sa frekvencijama koje prelaze 20.000 Hz nazivaju se ultrazvukom. Ultrazvuk se široko koristi u nauci i tehnologiji.
· Tečnost ključa kada ultrazvučni talas prođe kroz nju (kavitacija). U tom slučaju dolazi do vodenog udara. Ultrazvuk može otkinuti komade s površine metala i zdrobiti čvrste tvari. Ultrazvuk se može koristiti za miješanje tekućina koje se ne miješaju. Tako se pripremaju emulzije u ulju. Pod uticajem ultrazvuka dolazi do saponifikacije masti. Uređaji za pranje su dizajnirani na ovom principu.
· Široko korišten ultrazvuk u hidroakustici. Ultrazvuk visoke frekvencije voda se vrlo slabo apsorbira i može se proširiti na desetine kilometara. Ako na svom putu naiđu na dno, santu leda ili drugo čvrsto tijelo, reflektiraju se i proizvode eho velike moći. Na ovom principu je dizajniran ultrazvučni ehosonder.
U metalu ultrazvuk razmazuje se praktično bez upijanja. Metodom ultrazvučnog lociranja moguće je detektirati i najmanje nedostatke unutar dijela velike debljine.
· Efekat drobljenja ultrazvuka koristi se za proizvodnju ultrazvučnih lemilica.
Ultrazvučni talasi, poslani s broda, reflektiraju se od potopljenog objekta. Računar detektuje vrijeme kada se eho pojavljuje i određuje lokaciju objekta.
· Ultrazvuk se koristi u medicini i biologiji za eholokaciju, za identifikaciju i liječenje tumora i nekih defekata u tjelesnim tkivima, u hirurgiji i traumatologiji za rezanje mekih i koštanih tkiva pri raznim operacijama, za zavarivanje slomljenih kostiju, za uništavanje ćelija (ultrazvuk velike snage).
Infrazvuk i njegov uticaj na ljude.
Vibracije sa frekvencijama ispod 16 Hz nazivaju se infrazvukom.
U prirodi se infrazvuk javlja zbog vrtložnog kretanja zraka u atmosferi ili kao rezultat sporih vibracija različitih tijela. Infrazvuk se odlikuje slabom apsorpcijom. Stoga se širi na velike udaljenosti. Ljudsko tijelo bolno reagira na infrazvučne vibracije. Pod vanjskim utjecajima uzrokovanim mehaničkim vibracijama ili zvučnim valovima na frekvencijama od 4-8 Hz, osoba osjeća kretanje unutrašnjih organa, a na frekvenciji od 12 Hz - napad morske bolesti.
· Najveći intenzitet infrazvučne vibracije stvaraju mašine i mehanizme koje imaju velike površine koje vrše niskofrekventne mehaničke vibracije (infrazvuk mehaničkog porekla) ili turbulentne tokove gasova i tečnosti (infrazvuk aerodinamičkog ili hidrodinamičkog porekla).
Svrha lekcije: Formirajte ideju o zvuku.
Ciljevi lekcije:
edukativni:
- stvoriti uslove za aktiviranje znanja studenata o zvuku stečenog tokom studija prirodnih nauka,
- doprinose proširenju i sistematizaciji znanja učenika o zvuku.
edukativni:
- nastaviti razvijati sposobnost primjene znanja i ličnog iskustva u različitim situacijama,
- promicati razvoj mišljenja, analizu stečenog znanja, isticanje glavne stvari, generalizaciju i sistematizaciju.
edukativni:
- promoviraju formiranje brižnog stava prema sebi i drugima,
- promoviraju formiranje humanosti, dobrote, odgovornosti.
Vrsta lekcije: otkrivajući sadržaj.
Oprema: kamerona, kuglica na žici, vazdušno zvono, frekventometar, set diskova sa različitim brojem zubaca, razglednica, metalni lenjir, multimedijalna oprema, disk sa prezentacijom koju je izradio nastavnik za ovaj čas.
Tokom nastave
Među raznim oscilatornim i valnim pokretima koji se nalaze u prirodi i tehnologiji, zvučne vibracije i valovi, i samo zvukovi, posebno su važni u ljudskom životu. U svakodnevnom životu to su najčešće talasi koji se šire u vazduhu. Poznato je da se zvuk širi i u drugim elastičnim medijima: u zemlji, u metalima. Nakon što ste strmoglavo zaronili u vodu, jasno možete čuti zvuk motora broda koji se približava. Tokom opsade, unutar zidina tvrđave su postavljani „slušaoci“ koji su pratili neprijateljske radove na iskopavanju. Ponekad su to bili slijepi ljudi čiji je sluh bio posebno akutan. Na primjer, na osnovu zvukova koji se prenose na Zemlji, odmah je otkriveno neprijateljsko podrivanje zidova Zagorskog manastira. Zahvaljujući prisustvu organa sluha, osoba prima velike i raznovrsne informacije iz okoline uz pomoć zvukova. Ljudski govor se proizvodi i putem zvukova.
Na stolu ispred vas su nastavni listovi sa stihovima iz Ognjišnog cvrčka Charlesa Dickensa. Svako od vas mora podvući one riječi koje izražavaju zvuk.
1 opcija
- Uplašeni kosač došao je k sebi tek kada je sat prestao da se trese pod njim, a škripanje i zveckanje njegovih lanaca i utega konačno prestalo. Nije ni čudo što je bio toliko uzbuđen: na kraju krajeva, ovaj zveckavi, koščati sat nije sat, već običan kostur! - u stanju su da uplaše svakoga kada počnu da škljocaju kosti...
- ….Tada je, pazite, čajnik odlučio da provede prijatno veče. Nešto je počelo nekontrolisano da mu bubri u grlu, a on je počeo da ispušta oštro, zvonkasto frktanje koje je odmah prekinuo, kao da još nije konačno odlučio da li sada treba da se pokaže kao društven momak. Onda je, nakon dva-tri uzaludna pokušaja da uguši želju za društvenošću, odbacio svu svoju tmurnost, svu svoju suzdržanost i uletio u tako ugodnu, tako veselu pjesmu da ga nijedan uplakani slavuj nije mogao pratiti...
- ….Čajnik je pevao svoju pesmu tako veselo i veselo da mu je celo gvozdeno telo brujalo i poskakivalo preko vatre; a čak je i sam poklopac počeo da pleše nešto poput džiga i kuca na čajnik (mletenje, zveckanje, zveckanje, škljocanje, zvučno šmrkanje, pevanje, pevanje, pevanje, zujanje, kucanje).
Opcija 2:
- Ovde je, ako želite, cvrčak zaista počeo da odjekuje čajniku! Pokupio je refren tako glasno na svoj cvrkutavi način - klak, klepet, klepet! - glas mu je bio tako upadljivo nesrazmjeran njegovoj visini u odnosu na čajnik da bi odmah eksplodirao, poput puške sa previše naboja, to bi vam se činilo prirodnim i neizbježnim krajem, ka kojem je i sam stremio svom snagom .
- ….Čajnik više nije morao da peva solo. Nastavio je da igra svoju ulogu s nesmanjenim žarom, ali je cvrčak preuzeo ulogu prve violine i održao je. Bože, kako je cvrkutao! Njegov tanak, oštar, prodoran glas odzvanjao je po cijeloj kući i, vjerovatno, čak i treperio kao zvijezda u tami, iza zidova. Ponekad bi, na najglasnije zvukove, iznenada ispustio tako neopisiv tren da se nehotice činilo kao da i sam skače visoko u naletu inspiracije, a zatim ponovo pada na noge. Ipak, pevali su potpuno složno, i cvrčak i čajnik... Tema pesme je ostala ista, a kako su se takmičili, pevali su sve glasnije, sve jače i jače. (glasno, refren, cvrkut mod - strek, strek, strek, rafal, solo, cvrkut, oštar, kreštav glas, zvoni, glasni zvuci, trill, pjevalo, pjesme, pjevalo, glasnije)
Živimo u svetu zvukova. Grana fizike koja proučava zvučne pojave naziva se akustika (slajd 1).
Izvori zvuka su tijela koja vibriraju (slajd 2).
“Sve što zvuči nužno vibrira, ali ne zvuči sve što vibrira.”
Navedimo primjere tijela koja vibriraju, ali ne zvuče. Trske za frekventometar, dugački lenjir. Koje primjere možete dati? (grana na vjetru, plovak na vodi, itd.)
Skratimo ravnalo i čujemo zvuk. Vazdušno zvono takođe proizvodi zvukove. Dokažimo da tijelo koje zvuči vibrira. Da bismo to učinili, uzmimo tuning viljušku. Kamera je šipka u obliku luka postavljena na držač. Donošenjem zvučne viljuške na malu lopticu koja visi o niti, vidjet ćemo da je lopta skrenuta.
Ako zvučnom viljuškom prođemo preko stakla prekrivenog čađom, vidjet ćemo grafikon vibracija viljuške. Kako se zove ovaj graf? ( kamera vibrira harmonike)
Izvori zvuka mogu biti tečna tijela, pa čak i plinovi. Vazduh bruji u dimnjaku, a voda peva u cevima.
Koje primjere izvora zvuka možete navesti? ( mehanički sat, kotlić, zvuk motora)
Kada tijelo zvuči, ono vibrira, njegove vibracije se prenose na obližnje čestice zraka, koje počinju da vibriraju i prenose vibracije na susjedne čestice, a one, zauzvrat, prenose vibracije dalje. Kao rezultat, zvučni valovi se formiraju i šire u zraku.
Zvučni val predstavlja zone kompresije i razrjeđivanja elastičnog medija (vazduha), zvučni val je longitudinalni val (slajd 3).
Zvuk percipiramo kroz naš organ sluha – uho.
(Jedan od učenika priča kako se to dešava) (slajd 4).
(Još jedan učenik govori o opasnostima slušalica.)
“Proučavajući ponašanje mladih ljudi u metrou glavnog grada dva mjeseca, stručnjaci su došli do zaključka da u moskovskom metrou svaki 8 od 10 aktivnih korisnika prijenosnih elektronskih uređaja sluša muziku. Poređenja radi: pri jačini zvuka od 160 decibela bubne opne su deformisane. Snaga zvuka koju reprodukuju igrači preko slušalica je ekvivalentna 110-120 decibela. Dakle, udar na uši osobe jednak je udaru osobe koja stoji 10 metara od urlajućeg mlaznog motora. Ako se takav pritisak vrši na bubne opne svaki dan, osoba je u opasnosti od gluvoće. „U proteklih pet godina mladi momci i devojke su počeli češće da dolaze na preglede“, rekla je za NI otorinolaringolog Kristina Anankina „Svi oni žele da budu moderni i da stalno slušaju muziku sluha.” Ako nakon rock koncerta tijelu treba nekoliko dana da se oporavi, onda uz svakodnevni napad na uši ne ostaje vremena za dovođenje sluha u red. Slušni sistem prestaje da percipira visoke frekvencije „Svaka buka jačine više od 80 decibela negativno utiče na unutrašnje uho“, kaže kandidat medicinskih nauka Vasilij Korvjakov. posebno ako napad dolazi direktno iz slušalica, situacija se pogoršava i u metrou, što takođe negativno utiče na strukturu uha veoma je teško izlečiti.” Zbog izlaganja buci, ćelije dlačica u našim ušima koje su odgovorne za prijenos zvučnog signala do mozga umiru. Ali medicina još nije pronašla način da obnovi ove ćelije.”
Ljudsko uho percipira vibracije frekvencije od 16-20000 Hz. Sve ispod 16 Hz je infrazvuk, sve nakon 20.000 Hz je ultrazvuk. (slajd 6).
Sada ćemo slušati opseg od 20 do 20.000 Hz, a svako od vas će odrediti svoj prag čujnosti (slajd 5).(Vidi generator u Dodatku 2)
Mnoge životinje čuju infra- i ultrazvuk. Studentski govor (slajd 6).
Zvučni talasi putuju u čvrstim materijama, tečnostima i gasovima, ali ne mogu da putuju u prostoru bez vazduha.
Mjerenja pokazuju da je brzina zvuka u zraku pri 00C i normalnom atmosferskom pritisku 332 m/s. Kako temperatura raste, brzina se povećava. Za zadatke uzimamo 340 m/s.
(Jedan od učenika rješava zadatak.)
Zadatak. Brzinu zvuka u livenom gvožđu prvi je odredio francuski naučnik Biot na sledeći način. Na jednom kraju cijevi od livenog gvožđa udarilo je zvono na drugom kraju, posmatrač je čuo dva zvuka: prvi, jedan koji je dolazio kroz liveno gvožđe, a nakon nekog vremena, drugi, koji je dolazio kroz vazduh. Dužina cijevi je 930 metara, ispostavilo se da je vremenski interval između širenja zvukova 2,5 sekunde. Koristeći ove podatke, pronađite brzinu zvuka u livenom gvožđu. Brzina zvuka u vazduhu je 340 m/s ( odgovor: 3950 m/s).
Brzina zvuka u raznim medijima (slajd 7).
Meka i porozna tijela su loši provodnici zvuka. Kako bi zaštitili bilo koju prostoriju od prodora stranih zvukova, zidovi, pod i strop obloženi su slojevima materijala koji apsorbiraju zvuk. Takvi materijali su: filc, presovana pluta, porozno kamenje, olovo. Zvučni talasi u takvim slojevima brzo prigušuju.
Vidimo koliko je zvuk raznolik, hajde da ga okarakterišemo.
Zvuk koji proizvodi tijelo koje harmonično vibrira naziva se muzički ton. Svaki muzički ton (do, re, mi, fa, sol, la, si) odgovara određenoj dužini i frekvenciji zvučnog talasa (slajd 8).
Naša tuning viljuška ima ton A, frekvenciju 440 Hz.
Buka je haotična mješavina harmonijskih zvukova.
Muzičke zvukove (tonove) karakterizira jačina i visina, boja.
Slab udarac u držač viljuške za podešavanje će uzrokovati vibracije male amplitude, a mi ćemo čuti tihi zvuk.
Jak udarac će izazvati vibracije veće amplitude, čućemo jak zvuk.
Jačina zvuka određena je amplitudom vibracija u zvučnom valu (slajd 9).
Sada ću rotirati 4 diska koji imaju različit broj zubaca. Dotaknut ću ove zube razglednicom. Disk sa većim zubima ima veću frekvenciju i veći zvuk. Disk sa manje zubaca ima manje vibracija i niži zvuk.
Visina zvuka određena je frekvencijom zvučnih vibracija. Što je frekvencija veća, to je jači zvuk. (slajd 10)
Najviša ljudska sopranska nota je oko 1300 Hz
Najniža ljudska bas nota je oko 80 Hz.
Ko ima viši ton - komarac ili bumbar? Šta mislite ko češće maše krilima, komarac ili bumbar?
Zvučni tembar je vrsta zvučne boje po kojoj razlikujemo glasove ljudi od različitih instrumenata. (slajd 11).
Svaki složeni muzički zvuk sastoji se od niza jednostavnih harmonijskih zvukova. Najniži je glavni. Ostali su veći od njega cijeli broj puta, na primjer, 2 ili 3-4 puta. Zovu se prizvuci. Što se više prizvuka umiješa u glavni ton, to će zvuk biti bogatiji. Visoki prizvuci dodaju "sjaj" i "sjajnost" i "metaličnost" tembru. Niske dodaju "snagu" i "sočnost". A.G. Stoletov je napisao: „Jednostavni tonovi koje dobijamo od naših kamertona ne koriste se u muzici, oni su svježi i bezukusni kao destilovana voda.
Konsolidacija
- Kako se zove studija zvuka?
- Na Mjesecu je došlo do snažne eksplozije. Na primjer, vulkanska erupcija. Hoćemo li to čuti na Zemlji?
- Da li glasne žice vibriraju na nižoj frekvenciji kod osobe koja pjeva bas ili tenor?
- Većina insekata ispušta zvuk kada leti. Šta je to izazvalo?
- Kako bi ljudi mogli komunicirati na Mjesecu?
- Zašto se lupkaju prilikom provjere točkova vagona tokom zaustavljanja voza?
Zadaća:§34-38. Vježba 30 (br. 2, 3).
Književnost
- Kurs fizike, II dio, za srednju školu / Peryshkin A.V. – M.: Prosveta, 1968. – 240 str.
- Oscilacije i talasi u predmetu fizike za srednju školu. Priručnik za nastavnike/Orekhov V.P. – M.: Prosveta, 1977. – 176 str.
- Cvrčak iza ognjišta/Dickens Ch. – M.: Eksmo, 2003. – 640 str.
Pređimo na razmatranje zvučnih fenomena.
Svijet zvukova oko nas je raznolik - glasovi ljudi i muzika, pjev ptica i zujanje pčela, grmljavina za vrijeme grmljavine i šum šume na vjetru, zvuk automobila u prolazu, aviona i drugih objekata .
Obrati pažnju!
Izvori zvuka su tijela koja vibriraju.
primjer:
Osigurajmo elastični metalni ravnalo u škripcu. Ako se njegov slobodni dio, čija je dužina odabrana na određeni način, pokrene u oscilatorno kretanje, tada će ravnalo ispustiti zvuk (slika 1).
Dakle, oscilirajući lenjir je izvor zvuka.
Razmotrimo sliku zvučne žice čiji su krajevi fiksirani (slika 2). Zamućeni obris ove žice i prividno zadebljanje u sredini ukazuju na to da struna vibrira.
Ako kraj papirne trake približite zvučnoj žici, traka će odskočiti od udaraca žice. Dok struna vibrira, čuje se zvuk; zaustavi žicu i zvuk prestaje.
Na slici 3 prikazana je viljuška za podešavanje - zakrivljena metalna šipka na nozi, koja je postavljena na rezonatorsku kutiju.
Ako mekim čekićem udarite u viljušku (ili je držite lukom), oglasiće se viljuška za podešavanje (slika 4).
Donesimo laganu kuglicu (staklenu perlu) okačenu na konac do zvučne viljuške za melodiju - lopta će se odbiti od viljuške, što ukazuje na vibracije njenih grana (slika 5).
Da biste "snimili" oscilacije viljuške za podešavanje niske (oko \(16\) Hz) prirodne frekvencije i velike amplitude oscilacija, možete zašrafiti tanku i usku metalnu traku sa vrhom na kraju do kraja jedna od njenih grana. Vrh mora biti savijen prema dolje i lagano dodirnuti dimljenu staklenu ploču koja leži na stolu. Kada se ploča brzo kreće ispod oscilirajućih grana kamerona, vrh ostavlja trag na ploči u obliku valovite linije (slika 6).
Valovita linija nacrtana na ploči sa tačkom je vrlo blizu sinusoidi. Dakle, možemo pretpostaviti da svaka grana zvučne viljuške za podešavanje vrši harmonijske oscilacije.
Različiti eksperimenti pokazuju da svaki izvor zvuka nužno vibrira, čak i ako su te vibracije nevidljive oku. Na primjer, zvuci glasova ljudi i mnogih životinja nastaju kao rezultat vibracija njihovih glasnih žica, zvuka puhačkih instrumenata, zvuka sirene, zvižduka vjetra, šuštanja lišća i zvuk grmljavine uzrokovan je vibracijama vazdušnih masa.
Obrati pažnju!
Nije svako oscilirajuće tijelo izvor zvuka.
Na primjer, oscilirajući uteg okačen na konac ili oprugu ne proizvodi zvuk. Metalni lenjir će također prestati da zvuči ako se njegov slobodni kraj produži toliko da frekvencija vibracije postane manja od \(16\) Hz.
Ljudsko uho je sposobno da percipira kao zvučne mehaničke vibracije sa frekvencijom u rasponu od \(16\) do \(20000\) Hz (obično se prenosi zrakom).
Mehaničke vibracije čija se frekvencija nalazi u rasponu od \(16\) do \(20000\) Hz nazivaju se zvukom.
Navedene granice zvučnog opsega su proizvoljne, jer zavise od starosti ljudi i individualnih karakteristika njihovog slušnog aparata. Tipično, s godinama, gornja granica frekvencije percipiranih zvukova značajno se smanjuje - neki stariji ljudi mogu čuti zvukove čija frekvencija ne prelazi \(6000\) Hz. Djeca, naprotiv, mogu percipirati zvukove čija je frekvencija nešto viša od \(20.000\) Hz.
Mehaničke vibracije čija frekvencija prelazi \(20.000\) Hz nazivaju se ultrazvučne, a vibracije sa frekvencijama manjim od \(16\) Hz nazivaju se infrazvučnimi.
Ultrazvuk i infrazvuk su jednako rasprostranjeni u prirodi kao i zvučni valovi. Njih emituju i koriste za svoje „pregovore“ delfini, slepi miševi i neka druga živa bića.
Uz pomoć ove video lekcije možete proučiti temu „Izvori zvuka. Zvučne vibracije. Visina, tembar, jačina." U ovoj lekciji ćete naučiti šta je zvuk. Takođe ćemo razmotriti opsege zvučnih vibracija koje percipira ljudski sluh. Hajde da odredimo šta može biti izvor zvuka i koji su uslovi neophodni za njegovo pojavljivanje. Proučavat ćemo i takve karakteristike zvuka kao što su visina, tembar i jačina zvuka.
Tema lekcije je posvećena izvorima zvuka i zvučnim vibracijama. Govorit ćemo i o karakteristikama zvuka - visini, jačini i tembru. Prije nego što govorimo o zvuku, o zvučnim valovima, sjetimo se da se mehanički valovi šire u elastičnim medijima. Deo longitudinalnih mehaničkih talasa koji percipiraju ljudski slušni organi nazivamo zvučni, zvučni talasi. Zvuk su mehanički valovi koje percipiraju ljudski slušni organi koji uzrokuju zvučne senzacije .
Eksperimenti pokazuju da ljudsko uho i ljudski slušni organi percipiraju vibracije sa frekvencijama od 16 Hz do 20.000 Hz. Taj opseg nazivamo zvukom. Naravno, postoje talasi čija je frekvencija manja od 16 Hz (infrazvuk) i veća od 20.000 Hz (ultrazvuk). Ali ovaj raspon, ove dijelove ljudsko uho ne percipira.
Rice. 1. Domet sluha ljudskog uha
Kao što smo rekli, oblasti infrazvuka i ultrazvuka ne percipiraju ljudski organi sluha. Iako ih, na primjer, mogu uočiti neke životinje i insekti.
Šta se desilo ? Izvori zvuka mogu biti bilo koje tijelo koje vibrira na frekvenciji zvuka (od 16 do 20.000 Hz)
Rice. 2. Oscilirajuće ravnalo stegnuto u škripcu može biti izvor zvuka.
Okrenimo se iskustvu i vidimo kako nastaje zvučni val. Za to nam je potrebno metalno ravnalo koje ćemo stegnuti u škripcu. Sada, kada delujemo na lenjir, moći ćemo da posmatramo vibracije, ali nećemo čuti nikakav zvuk. Pa ipak se stvara mehanički talas oko lenjira. Imajte na umu da kada se ravnalo pomakne na jednu stranu, ovdje se formira zračni pečat. U drugom smjeru je također pečat. Između ovih zaptivki stvara se vazdušni vakuum. longitudinalni talas - ovo je zvučni val koji se sastoji od zbijanja i razrjeđivanja zraka. Frekvencija oscilovanja ravnala u ovom slučaju je manja od frekvencije zvuka, tako da ne čujemo ovaj talas, ovaj zvuk. Na osnovu iskustva koje smo upravo uočili, krajem 18. vijeka stvorena je sprava nazvana viljuška za podešavanje.
Rice. 3. Širenje uzdužnih zvučnih talasa iz kamerona
Kao što smo vidjeli, zvuk nastaje kao rezultat vibracija tijela sa zvučnom frekvencijom. Zvučni valovi se šire u svim smjerovima. Mora postojati medij između ljudskog slušnog aparata i izvora zvučnih talasa. Ovaj medij može biti plinovit, tekući ili čvrst, ali to moraju biti čestice sposobne da prenose vibracije. Proces prenošenja zvučnih talasa mora se nužno dogoditi tamo gdje postoji materija. Ako nema supstance, nećemo čuti nikakav zvuk.
Da bi zvuk postojao potrebno je:
1. Izvor zvuka
2. srijeda
3. Slušni aparat
4. Frekvencija 16-20000Hz
5. Intenzitet
Sada pređimo na razgovor o karakteristikama zvuka. Prvi je pitch. visina zvuka - karakteristika koja je određena frekvencijom oscilacija. Što je viša frekvencija tijela koje proizvodi vibracije, to će zvuk biti jači. Pogledajmo ponovo lenjir koji se drži u škripcu. Kao što smo već rekli, vidjeli smo vibracije, ali nismo čuli nikakav zvuk. Ako sada skratimo dužinu lenjira, čut ćemo zvuk, ali će biti mnogo teže vidjeti vibracije. Pogledaj liniju. Ako sada reagujemo na to, nećemo čuti nikakav zvuk, ali ćemo posmatrati vibracije. Ako skratimo lenjir, čućemo zvuk određene visine. Dužinu ravnala možemo još skratiti, tada ćemo čuti zvuk još veće visine (frekvencije). Istu stvar možemo primijetiti i sa kamerama. Ako uzmemo veliku viljušku (koja se naziva i demonstraciona) i udarimo u noge takve viljuške, možemo uočiti vibraciju, ali nećemo čuti zvuk. Ako uzmemo još jednu viljušku za podešavanje, onda kada je udarimo čućemo određeni zvuk. I sledeća viljuška za tuning, prava viljuška za podešavanje, koja se koristi za podešavanje muzičkih instrumenata. Pravi zvuk koji odgovara noti A, ili, kako još kažu, 440 Hz.
Sljedeća karakteristika je tembar zvuka. Timbre zove se boja zvuka. Kako se ova karakteristika može ilustrovati? Timbar je razlika između dva identična zvuka koja se izvode različitim muzičkim instrumentima. Svi znate da imamo samo sedam nota. Ako čujemo istu notu A sviranu na violini i na klaviru, možemo ih razlikovati. Odmah možemo reći koji je instrument stvorio ovaj zvuk. Upravo ova karakteristika - boja zvuka - karakteriše tembar. Mora se reći da tembar zavisi od toga koje zvučne vibracije se reprodukuju, pored osnovnog tona. Činjenica je da su proizvoljne zvučne vibracije prilično složene. Oni se sastoje od skupa pojedinačnih vibracija, kažu spektar vibracija. To je reprodukcija dodatnih vibracija (preglasa) koja karakterizira ljepotu zvuka određenog glasa ili instrumenta. Timbre je jedna od glavnih i najsjajnijih manifestacija zvuka.
Druga karakteristika je volumen. Jačina zvuka zavisi od amplitude vibracija. Pogledajmo i uvjerimo se da je glasnoća povezana s amplitudom vibracija. Dakle, uzmimo tuning viljušku. Učinimo sljedeće: ako slabo udarite viljušku za podešavanje, amplituda vibracija će biti mala i zvuk će biti tih. Ako sada jače udarite viljušku za podešavanje, zvuk će biti mnogo jači. To je zbog činjenice da će amplituda oscilacija biti mnogo veća. Percepcija zvuka je subjektivna stvar, zavisi od toga kakav se slušni aparat koristi i kako se osoba osjeća.
Spisak dodatne literature:
Da li vam je zvuk toliko poznat? // Quantum. - 1992. - br. 8. - Str. 40-41. Kikoin A.K. O muzičkim zvucima i njihovim izvorima // Quantum. - 1985. - br. 9. - Str. 26-28. Udžbenik za osnovnu fiziku. Ed. G.S. Landsberg. T. 3. - M., 1974.