какое тело является источником звука
Какое тело является источником звука
168 дн. с момента
до конца учебного года
Источники звука. Звуковые колебания. Характеристики звука
Источники звука. Звуковые колебания
Человек живёт в мире звуков. Звук для человека является источником информации. Он предостерегает людей об опасности. Звук в виде музыки, пения птиц доставляет нам удовольствие. Нам приятно слушать человека с приятным голосом. Звуки важны не только для человека, но и для животных, которым хорошее улавливание звука помогает выжить.
Причина звука – вибрация (колебания) тел, хотя эти колебания зачастую незаметны для нашего глаза.
Если создать вакуум, то будем ли мы различать звуки? Роберт Бойль в 1660 году поместил часы в стеклянный сосуд. Откачав воздух, он не услышал звука. Опыт доказывает, что для распространения звука необходима среда.
Звук может также распространятся в жидкой и твердой среде. Под водой хорошо слышны удары камней. Положим часы на один конец деревянной доски. Приложив ухо к другому концу, можно ясно услышать тиканье часов.
Колебания с частотой меньше 16 Гц называется инфразвуком. Колебания с частотой больше 20000 Гц называются ультразвуком.
Звуковая волна (звуковые колебания) – это передающиеся в пространстве механические колебания молекул вещества (например, воздуха). Давайте представим себе, каким образом происходит распространение звуковых волн в пространстве. В результате каких-то возмущений (например, в результате колебаний диффузора громкоговорителя или гитарной струны), вызывающих движение и колебания воздуха в определенной точке пространства, возникает перепад давления в этом месте, так как воздух в процессе движения сжимается, в результате чего возникает избыточное давление, толкающее окружающие слои воздуха. Эти слои сжимаются, что в свою очередь снова создает избыточное давление, влияющее на соседние слои воздуха. Так, как бы по цепочке, происходит передача первоначального возмущения в пространстве из одной точки в другую. Этот процесс описывает механизм распространения в пространстве звуковой волны. Тело, создающее возмущение (колебания) воздуха, называют источником звука.
Привычное для всех нас понятие «звук» означает всего лишь воспринимаемый слуховым аппаратом человека набор звуковых колебаний. О том, какие колебания человек воспринимает, а какие нет, мы поговорим позднее.
Звуковые колебания, а также вообще все колебания, как известно из физики, характеризуются амплитудой (интенсивностью), частотой и фазой.
Приложив ухо к рельсам, можно услышать шум приближающегося поезда значительно раньше и на большем расстоянии. Значит металл проводит звук быстрее и лучше, чем воздух. Вода тоже хорошо проводит звук. Нырнув в воду, можно отчетливо слышать, как стучат друг о друга камни, как шумит во время прибоя галька.
Свойство воды – хорошо проводить звук – широко используется для разведки в море во время войны, а также для измерения морских глубин.
Необходимое условие распространения звуковых волн – наличие материальной среды. В вакууме звуковые волны не распространяются, так как там нет частиц, передающих взаимодействие от источника колебаний.
Поэтому на Луне из-за отсутствия атмосферы царит полная тишина. Даже падение метеорита на ее поверхность не слышно наблюдателю.
В отношении звуковых волн очень важно упомянуть такую характеристику, как скорость распространения.
В каждой среде звук распространяется с разной скоростью.
Скорость звука в воде — 1500 м/с.
Скорость звука в металлах, в стали — 5000 м/с.
В теплом воздухе скорость звука больше, чем в холодном, что приводит к изменению направления распространения звука.
Высота, тембр и громкость звука
Звуки бывают разными. Для характеристики звука вводят специальные величины: громкость, высота и тембр звука.
Громкость звука зависит от амплитуды колебаний: чем больше амплитуда колебаний, тем громче звук. Кроме того, восприятие громкости звука нашим ухом зависит от частоты колебаний в звуковой волне. Более высокочастотные волны воспринимаются как более громкие.
За единицу громкости звука принят 1 Бел (в честь Александра Грэхема Белла, изобретателя телефона). Громкость звука равна 1 Б, если его мощность в 10 раз больше порога слышимости.
На практике громкость измеряют в децибелах (дБ).
1 дБ = 0,1Б. 10 дБ – шепот; 20–30 дБ – норма шума в жилых помещениях;
50 дБ – разговор средней громкости;
70 дБ – шум пишущей машинки;
80 дБ – шум работающего двигателя грузового автомобиля;
120 дБ – шум работающего трактора на расстоянии 1 м
130 дБ – порог болевого ощущения.
Звук громкостью свыше 180 дБ может даже вызвать разрыв барабанной перепонки.
Частота зв уковой волны определяет высоту тона. Чем больше частота колебаний источника звука, тем выше издаваемый им звук. Человеческие голоса по высоте делят на несколько диапазонов.
Согласно легенде, Пифаго р все музыкальные звуки расположил в ряд, разбив этот ряд на части – октавы, – а
октаву – на 12 частей (7 основных то нов и 5 полутонов). Всего насчитывается 10 октав, обычно при исполнении музыкальных произведений используются 7–8 октав. Звуки частотой более 3000 Гц в качестве музыкальных тонов не используются, они слишком резки и пронзительны.
Звуковые колебания. Источники и характеристики звука
Урок 26. Физика 9 класс (ФГОС)
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Звуковые колебания. Источники и характеристики звука»
Среди огромного количества различных колебательных и волновых движений, которые встречаются в природе и технике, особо место в жизни человека занимают звуковые колебания, или просто звуки. Достаточно сказать, что окружающий мир наполнен огромным количеством звуков, которые издают люди, птицы и животные, машины и так далее.
Итак, что же такое звук и как он возникает?
Начнём с того, что раздел физики, в котором изучаются звуковые явления, называется акустикой.
Многочисленные опыты и наблюдения показали, что общим для всех тел, издающих звуки является то, что все они совершают колебательные движения.
Таким образом, звук — это упругие колебания, распространяющиеся в какой-либо среде.
Для примера, возьмём в качестве среды воздух, а в качестве источника звука — камертон, который был изобретён в начале восемнадцатого века английским музыкантом Джоном Шором для настройки музыкальных инструментов. Камертон представляет собой изогнутый металлический стержень на ножке.
Если ударить по камертону молоточком, то можно услышать чистый музыкальный звук, который возникает из-за частых колебаний ветвей камертона, незаметных для глаза. Когда ветвь камертона движется наружу, то она уплотняет ближайшие молекулы воздуха. Образуется слой сжатого воздуха, который стремиться расшириться обратно, уплотняя таким образом другие, соседние молекулы и так далее. Когда же ветвь камертона возвращается обратно, то создаётся разрежённый слой воздуха. Стремясь его заполнить туда устремляются соседние молекулы и разряженный слой воздуха точно также перемещается. Чтобы убедиться, что звучащий камертон действительно колеблется, достаточно поднести к нему лёгкий шарик, который тут же начнёт отскакивать.
Как и в случае колебаний маятника, камертон может сам записать свои колебания. Для этого к ножке камертона крепится тонкая металлическая полоска с остриём, загнутым вниз. При быстром перемещении закопчённой стеклянной пластинки под ветвями камертона остриё оставляет на стекле волнообразную линию, которая по форме очень близка к синусоиде. Следовательно, ножки камертона совершают гармонические колебания.
Источниками звуков могут быть не только твёрдые тела, но и жидкости, а также газы. Так, например, вода «поёт» в быстрых речках. А колебаниями масс воздуха обусловлены свист ветра, шелест листьев, раскаты грома и так далее.
Однако, как подсказывает нам наш жизненный опыт, не всякое колеблющееся тело издаёт звуки. Так, например, мы не слышим колебания обычного математического маятника. Всё дело здесь в частоте колебаний, которой характеризуется колебательная система. Так, наше ухо способно воспринимать только акустические звуки, то есть колебания, частота которых находится в пределах от шестнадцати до двадцати тысяч герц. А колебания других частот ощущаются нами в основном как вибрации, толчки, удары и тому подобное.
Например, звуковые удары возникают при выстреле или взрыве. А шумы представляют собой последовательность непериодических ударов. Таковы шум ветра в листьях деревьев, скрип и тому подобное.
Колебания с частотой меньше 16 герц называют инфразвуком.
А колебания с частотой более 20 килогерц называют ультразвуком.
Инфразвук и ультразвук не воспринимаются человеческим ухом. Лишь представители живой природы способны на это. Так, учёные обнаружили, что медузы и рыбы воспринимают инфразвуковые волны в диапазоне от 8 до 13 Герц. Многие животные, например, кошки, собаки и летучие мыши могут издавать и воспринимать ультразвуки. Ультразвуки самых высоких частот (до 200 килогерц) способны издавать и воспринимать дельфины.
Широко ультразвук используется и человеком. Например, ультразвуковое исследование применяется для изучения анатомии и мониторинга внутриутробного развития плода.
А для определения глубины водоёма или поиска косяков рыбы используются эхолоты. Это такие приборы, которые излучают ультразвуковые волны и принимают их после отражения. Принцип работы эхолота следующий: излучатель даёт короткие сигналы, которые дойдя до дна отражаются и возвращаются на приёмник. Зная время прохождения сигнала туда и обратно, а также его скорость, легко вычислить глубину моря. Описанный метод называется эхолокацией.
Звуки, окружающие нас, самые разнообразные. Поэтому для характеристики звуков используются такие понятия, как громкость, высота и тембр звука.
Для начала поговорим о громкости звука. Чтобы выяснить от какой характеристики он зависит, обратимся к опыту. Возьмём два камертона и ударим по ним молоточками с разной силой. Чем сильнее мы ударим молоточком по камертону, тем громче будет звук, который мы слышим. Поднеся лёгкий шарик к ветвям камертонов, легко заметить, что, чем громче звучит камертон, тем с большей амплитудой колеблется шарик. Следовательно, камертон, звучащий громче, имеет большую амплитуду колебаний.
Таким образом, громкость звука зависит от амплитуды колебаний: чем больше амплитуда колебаний, тем громче звук.
Единицу громкости звука называют сон (от латинского «сонус» — звук). Но в практических задачах используется другая, внесистемная единица уровня громкости — бел или децибел, названная в честь английского изобретателя Александра Белла.
Мы уже показали, что колебания ветвей камертона являются гармоническими. Так вот, звук, который мы слышим, когда его источник совершает гармонические колебания, называется музыкальным или чистым тоном.
Так как большинство звучащих тел создают целый набор звуковых частот, то для описания создаваемых ими звуков принято использовать целый ряд терминов.
Так, например, основным тоном называется звук наименьшей частоты, издаваемый звучащим телом. А обертонами называются звуки более высоких частот, чем основной тон.
Частоты всех обертонов данного звука в целое число раз больше частоты его основного тона. Поэтому их ещё называют высшими гармоническими тонами.
Основной тон голоса человека определяется голосовыми связками: чем они тоньше и короче, тем больше частота колебаний и выше голос. Но неповторимость и красоту голоса создают обертоны, которые возникают при колебаниях не только связок, но и губ, языка.
Если колебания источника звука не являются гармоническими, то на слух звук имеет ещё одно качество, а именно — специфический оттенок, называемый тембром.
Тембр определяет неповторимость звуков человеческих голосов и различных музыкальных инструментов. По различному тембру мы легко распознаем голос человека, звучание струны гитары или пианино, даже если бы все эти звуки имели одну и туже громкость и высоту.
Высота звука определяется частотой основного тона: чем больше частота основного тона, тем выше звук. Поэтому при сравнении голосов мы говорим о «басе», «теноре» или «альте».
А теперь давайте подумаем: кто в полёте чаще машет крыльями: шмель, муха или комар?
Ответ на этот вопрос достаточно простой. Мы только что сказали, что чем выше высота тона звука, тем большей частотой колебаний он вызван. Мы знаем, что комар при полёте издаёт более высокий тон, чем муха или шмель.
Значит комар и чаще машет крыльями в полёте.
В заключении ещё раз отметим, что слуховой аппарат человека способен распознавать лишь звуки в определённых интервалах громкости и частоты. Если в окружающем пространстве находится очень большое количество шумовых звуков или звуков большой громкости, то говорят об акустическом загрязнении пространства.
Например, если после звонка в классе начинают говорить одновременно практически все находящиеся в нём ученики, то услышать, что говорит даже рядом стоящий человек, достаточно трудно.
Помните, что систематическое воздействие на человека громких звуков (а особенно шумов), очень плохо сказывается на его здоровье.
Звук (звуковые волны). Источники звука.
Любое тело, колеблющееся со звуковой частотой, является источником звука, так как в окружающей среде возникают распространяющиеся от него волны.
Существуют как естественные, так и искусственные источники звука. Один из искусственных источников звука, камертон, был изобретен в 1711 г. английским музыкантом Дж. Шором для настройки музыкальных инструментов.
Камертон представляет собой изогнутый (в виде двух ветвей) металлический стержень с держателем посередине. Ударив резиновым молоточком по одной из ветвей камертона, мы услышим определенный звук. Ветви камертона начинают вибрировать, создавая вокруг себя попеременные сжатия и разрежения воздуха (рис. а). Распространяясь по воздуху, эти возмущения образуют звуковую волну.
Стандартная частота колебаний камертона — 440 Гц. Это означает, что за 1 с его ветви совершают 440 колебаний. На глаз они незаметны. Если, однако, прикоснуться к звучащему камертону рукой, то можно почувствовать его вибрацию. Для определения характера колебаний камертона к одной из его ветвей следует прикрепить иглу. Заставив камертон звучать, проведем соединенной с ним иглой по поверхности закопченной стеклянной пластинки. На пластинке появится след в форме синусоиды.
Для усиления звука, создаваемого камертоном, его держатель укрепляют на деревянном ящике, открытом с одной стороны (см. рис. б). Этот ящик называют резонатором. При колебаниях камертона вибрация ящика передается находящемуся в нем воздуху. Из-за резонанса, возникающего при правильно подобранных размерах ящика, амплитуда вынужденных колебаний воздуха возрастает, и звук усиливается. Его усилению способствует и увеличение площади излучающей поверхности, которое имеет место при соединении камертона с ящиком.
Нечто подобное происходит и в таких музыкальных инструментах, как гитара, скрипка. Сами по себе струны этих инструментов создают слабый звук. Громким он становится благодаря наличию у них корпуса определенной формы с отверстием, через которое могут выходить звуковые волны.
Источниками звука могут быть не только колеблющиеся твердые тела, но и некоторые явления, вызывающие колебания давления в окружающей среде (взрывы, полет пуль, завывания ветра и т. д.). Наиболее ярким примером подобных явлений является молния. Во время грозы температура в канале молнии увеличивается до 30 000 °С. Давление резко возрастает, и в воздухе возникает ударная волна, постепенно переходящая в звуковые колебания (с типичной частотой 60 Гц), распространяющиеся в виде раскатов грома.
Интересным источником звука является дисковая сирена, изобретенная немецким физиком Т. Зеебеком (1770-1831). Она представляет собой соединенный с электродвигателем диск с отверстиями, расположенными перед сильной струей воздуха. При вращении диска поток воздуха, проходящего через отверстия, периодически прерывается, в результате чего возникает резкий характерный звук. Частота этого звука определяется по формуле v = nk, где n — частота вращения диска, k — число отверстий в нем.
Используя сирену с несколькими рядами отверстий и регулируемой частотой вращения диска, можно получить звуки разной частоты. Частотный диапазон сирен, применяемых на практике, составляет обычно от 200 Гц до 100 кГц и выше.
Свое название эти источники звука получили по имени полуптиц-полуженщин, которые, согласно древнегреческим мифам, завлекали своим пением мореходов на кораблях, и те разбивались о прибрежные скалы.
Вопросы § 30
Физика А.В. Перышкин
1.Расскажите о ходе опытов, изображённых на рисунках 74—77. Какой вывод из них следует?
В первом опыте (рис. 70) зажатая в тиски металлическая линейка издает звук при ее колебании. Во втором опыте (рис. 71) можно наблюдать колебания струны, которая при этом тоже издает звук. В третьем опыте (рис. 72) наблюдается звучание камертона. В четвертом опыте (рис. 73) колебания камертона «записываются» на закопченую пластинку. Все эти опыты демонстрируют колебательный характер возникновения звука. Звук появляется в результате колебаний. В четвертом опыте это можно еще и наглядно наблюдать. Острие иглы оставляет след в виде близком к синусоиде. При этом звук не появляется ниоткуда, а порождается источниками звука: линейкой, струной, камертоном.
2. Что является источниками звука?
Любое тело, колеблющееся со звуковой частотой, является источником звука, так как в окружающей среде возникают распространяющиеся от него волны.
3. Механические колебания каких частот называются звуковыми и почему?
Звуковыми называются механические колебания с частотами от 16 Гц до 20000 Гц, так как в данном частотном диапазоне они воспринимаются человеческом.
4. Какие колебания называются ультразвуковыми; инфразвуковыми?
Колебания с частотами более 20 000 Гц называются ультразвуковыми, а с частотами ниже 16 Гц — инфразвуковыми.
5. Расскажите об измерении глубины моря методом эхолокации.
Урок на тему: «Источники звука. Звуковые колебания» (9 класс)
Ищем педагогов в команду «Инфоурок»
Тема: Источники звука. Звуковые колебания
· формировать понятие о звуке, его физических и физиологических характеристиках;
· развивать логическое и абстрактное мышление, расширять кругозор, формировать научные представления об окружающем мире;
· прививать культуру умственного труда, учить видеть, понимать и ценить красоту окружающего мира, чувство собственного достоинства.
Тип урока : урок изучения нового материала
Приветствие, проверка присутствующих. Объяснение хода урока.
II. Проверка и актуализация знаний
1. Что называется колебаниями?
2. Что называется волнами? (Возмущения, распространяющиеся в пространстве, удаляясь от места их возникновения, называются волнами)
3. Какие колебания называются свободными? (Колебания, происходящие только благодаря начальному запасу энергии, называются свободными колебаниями)
4. Что называется периодом колебаний? (Промежуток времени, в течении которого тело совершает одно полное колебание, называется периодом колебаний)
5. Что называется частотой колебаний? (Число колебаний в единицу времени называется частотой колебаний)
6. Что называется амплитудой колебаний? (Наибольшее отклонение колеблющегося тела от положения равновесия называется амплитудой колебаний)
7. Что называется гармоническими колебаниями? (Периодические изменения во времени физической величины, происходящие по закону синуса или косинуса, называются гармоническими колебаниями)
8. Что называется затухающими колебаниями?
9. Что называется вынужденными колебаниями? (Колебания, совершаемые телом под действием внешней периодически изменяющейся силы, называются вынужденными колебаниями)
10. Какие волны называют продольными? (Волны, в которых колебания происходят вдоль направления распространения волны, называются продольными)
11. Какие волны называются поперечными? (Волны, в которых колебания происходят перпендикулярно направлению их распространения, называются поперечными волнами)
12. В какой среде могут распространяться поперечные волны? Почему? (в твердой)
13. В какой среде могут распространяться продольные волны? Почему? (твердой, жидкой, газообразной)
14. Что называется длиной волны? Покажите на графике. (Расстояние между ближайшими друг к другу точками, колеблющимися в одинаковых фазах, называется длиной волны)
15. Как связаны между собой частота, скорость, длина волны?
III. Сообщение темы и постановка целей урока
Тема сегодняшнего урока : “Источники звука. Звуковые колебания”.
Источниками звука являются колеблющиеся тела.
Механические колебания, частота которых лежит в диапазоне от 16 до 20 000 Гц, называются звуковыми.
Механические колебания, частота которых превышает 20 000 Гц, называются ультразвуковыми, а колебания с частотами менее 16 Гц – инфразвуковыми.
Ультразвук и инфразвук распространены в природе так же широко, как и волны звукового диапазона. Их излучают и используют для своих «переговоров» дельфины, летучие мыши и некоторые другие живые существа. Дельфины излучают и используют ультразвук для общения друг с другом, предупреждения сородичей об опасности, при обнаружении косяков рыбы. Для летучих мышей ультразвук является средством обнаружения добычи.
Медузы чувствуют приближение шторма благодаря улавливанию создаваемой им инфразвуковой волны. Ультразвук находит широкое применение в технике.
Камертон – инструмент для фиксации и воспроизведения эталонной высоты звука, которая также называется словом “камертон”.
1. С какой скоростью распространяется волна в океане, если длина волны равна 270 м, а период колебаний равен 13,5 с? (20м / с)
2. Определите длину волны при частоте 200 Гц, если скорость распространения волны равна 340 м / с.
3. Лодка качается на волнах, распространяющихся со скоростью 1,5 м / с. Расстояние между двумя ближайшими гребнями волн равно 6 м. Определите период колебаний лодки.
4. Период колебаний пружинного маятника равен 2 с, а масса груза равна 10 кг. Определить коэффициент жесткости пружины. ( k = 100 Н / м)
5. Математический маятник за t = 30 с совершает 40 полных колебаний. Найти длину нити маятника. (0,14 м)
6. Скорость механической волны равна 400 м /c, а частота колебаний в волне 6000 Гц. Определить длину волны и период колебаний. (6,6 см)
7. Частота колебаний крыльев вороны в полете равна в среднем 3 Гц. Сколько взмахов крыльями сделает ворона, пролетев путь 650 м со скоростью 13 м /c.
· Все ли было понятно на уроке? Что вызвало трудности?
· Что мы сегодня изучили?
VII. Домашнее задание : выучить формулы и определения.
Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.