Нека да преминем към разглеждане на звуковите явления.
Светът на звуците около нас е разнообразен - гласове на хора и музика, пеене на птици и жужене на пчели, гръмотевици по време на гръмотевична буря и шум на гора от вятъра, звук от преминаващи коли, самолети и други предмети .
Обърни внимание!
Източници на звук са вибриращи тела.
Пример:
Нека закрепим еластична метална линийка в менгеме. Ако свободната му част, чиято дължина е избрана по определен начин, се приведе в колебателно движение, тогава линийката ще издаде звук (фиг. 1).
По този начин осцилиращата линийка е източникът на звука.
Да разгледаме изображението на звучна струна, чиито краища са фиксирани (фиг. 2). Замъгленото очертание на тази струна и видимото удебеляване в средата показват, че струната вибрира.
Ако доближите края на хартиената лента до звучащата струна, лентата ще скочи от ударите на струната. Докато струната вибрира, се чува звук; спрете струната и звукът спира.
Фигура 3 показва камертон - извит метален прът на крак, който е монтиран върху резонаторна кутия.
Ако ударите камертона с мек чук (или го държите с лък), камертонът ще прозвучи (фиг. 4).
Нека донесем лека топка (стъклено перло), окачена на нишка, към звучащия камертон - топката ще отскочи от камертона, показвайки вибрации на нейните клони (фиг. 5).
За да "запишете" трептенията на камертон с ниски (около \(16\) Hz) естествена честотаи голяма амплитуда на вибрациите, можете да завиете тънка и тясна метална лента с връх в края към края на един от клоните му. Върхът трябва да бъде огънат надолу и леко да докосне пушената стъклена чиния, разположена на масата. Когато плочата се движи бързо под осцилиращите клони на камертона, върхът оставя следа върху плочата под формата на вълнообразна линия (фиг. 6).
Вълнообразната линия, начертана върху плочата с точка, е много близка до синусоида. По този начин можем да приемем, че всеки клон на звучащ камертон извършва хармонични трептения.
Различни експерименти показват, че всеки източник на звук непременно вибрира, дори ако тези вибрации са невидими за окото. Например звуците на гласовете на хората и много животни възникват в резултат на вибрации на гласните им струни, звуци на духови музикални инструменти, звук на сирена, свирене на вятъра, шумолене на листа и др. звукът на гръмотевицата се причинява от вибрации на въздушни маси.
Обърни внимание!
Не всяко трептящо тяло е източник на звук.
Например, трептяща се тежест, окачена на нишка или пружина, не издава звук. Металната линийка също ще спре да звучи, ако свободният й край се удължи толкова много, че честотата на вибрациите й стане по-малка от \(16\) Hz.
Човешкото ухо е способно да възприема като звук механични вибрации с честота в диапазона от \(16\) до \(20000\) Hz (обикновено предавани по въздуха).
Механичните вибрации, чиято честота е в диапазона от \(16\) до \(20000\) Hz, се наричат звук.
Посочените граници на звуковия диапазон са произволни, тъй като зависят от възрастта на хората и индивидуалните особености на техния слухов апарат. Обикновено с възрастта горната честотна граница на възприеманите звуци намалява значително - някои по-възрастни хора могат да чуват звуци с честоти, които не надвишават \(6000\) Hz. Децата, напротив, могат да възприемат звуци, чиято честота е малко по-висока от \(20 000\) Hz.
Механичните вибрации, чиято честота надвишава \(20 000\) Hz, се наричат ултразвукови, а вибрациите с честоти под \(16\) Hz се наричат инфразвукови.
Ултразвукът и инфразвукът са толкова разпространени в природата, колкото и звуковите вълни. Те се излъчват и използват за своите „преговори” от делфините, прилепитеи някои други живи същества.
Източници на звук. Звукови вибрации
Човекът живее в свят на звуци. Звукът за хората е източник на информация. Той предупреждава хората за опасност. Звук под формата на музика, птича песен ни доставя удоволствие. Приятно ни е да слушаме човек с приятен глас. Звуците са важни не само за хората, но и за животните, на които доброто разпознаване на звука им помага да оцелеят.
Звук – това са механични еластични вълни, разпространяващи се в газове, течности и твърди тела.
Причина за звука - вибрация (трептения) на телата, въпреки че тези вибрации често са невидими за очите ни.
Източници на звук
- физически тела, които вибрират, т.е. треперят или вибрират с честота
от 16 до 20 000 пъти в секунда. Вибриращото тяло може да бъдетвърд, например низ
или земната кора,газообразен, например въздушна струя в духови музикални инструменти
илитечност, например, вълни по водата.
Сила на звука
Силата на звука зависи от амплитудата на вибрациите в звуковата вълна. За единица сила на звука се приема1 бел (по Александър Греъм Бел, изобретател на телефона). На практика се измерва силата на звукав децибели (dB).1 dB = 0,1 B.
10 dB – шепот;
20–30 dB
– норми за шум в жилищни помещения;
50 dB
– разговор със среден обем;
80 d
Б
– шумът от работещ двигател на камион;
130 dB
– праг на болка
Звук, по-силен от 180 dB, може дори да причини спукване на тъпанчето.
Високи звуци представени от високочестотни вълни – например птича песен.
Ниски звуци Това са нискочестотни вълни, като звука на двигател на голям камион.
Звукови вълни
Звукови вълни - Това са еластични вълни, които карат човек да изпита звук.
Една звукова вълна може да измине голямо разнообразие от разстояния. Стрелба се чува на 10-15 км, цвилене на коне и лай на кучета - на 2-3 км, а шепот само на няколко метра. Тези звуци се предават по въздуха. Но не само въздухът може да бъде проводник на звука.
Като поставите ухото си до релсите, можете да чуете звука на приближаващ влак много по-рано и на по-голямо разстояние. Това означава, че металът провежда звука по-бързо и по-добре от въздуха. Водата също така добре провежда звука. След като се потопите във водата, можете ясно да чуете камъните, които се чукат един срещу друг, шума на камъчетата по време на сърф.
Свойството на водата - тя добре провежда звук - се използва широко за разузнаване в морето по време на война, както и за измерване на морски дълбочини.
Необходимо условие за разпространението на звуковите вълни е наличието на материална среда. Във вакуум звуковите вълни не се разпространяват, тъй като там няма частици, които да предават взаимодействието от източника на вибрация.
Следователно, поради липсата на атмосфера, на Луната цари пълна тишина. Дори падането на метеорит върху повърхността му не се чува от наблюдателя.
Във всяка среда звукът се разпространява с различна скорост.
Скорост на звука във въздуха - приблизително 340 m/s.
Скорост на звука във водата - 1500 m/s.
Скорост на звука в метали, стомана - 5000 m/s.
В топъл въздух скоростта на звука е по-голяма от тази в студен, което води до промяна в посоката на разпространение на звука.
ВИЛИЦА
- Това U-образна метална плоча , чиито краища могат да вибрират след удар.
Публикувано
камертон
звукът е много слаб и се чува само на малко разстояние.
Резонатор
- дървена кутия, на който може да се закачи камертон, служи за усилване
звук.
В този случай излъчването на звук се получава не само от камертона, но и от повърхността на резонатора.
Въпреки това, продължителността на звука на камертон върху резонатор ще бъде по-кратък, отколкото без него.
E X O
Силен звук, отразен от препятствия, след няколко минути се връща към източника на звука и ние чуваме ехо.
Като умножите скоростта на звука по времето, изминало от неговия произход до връщането му, можете да определите два пъти разстоянието от източника на звук до препятствието.
Този метод за определяне на разстоянието до обекти се използва в
ехолокация.
Някои животни, като прилепи,
също така използвайте феномена на отразяване на звука, като използвате метода на ехолокацията
Ехолокацията се основава на свойството за отразяване на звука.
Звук - течаща механична вълна
На
и пренася енергия.
Въпреки това, силата на всички хора, които говорят едновременно глобуседва ли повече от мощността на един автомобил Москвич!
Ултразвук.
Вибрации с честоти над 20 000 Hz се наричат ултразвук. Ултразвукът се използва широко в науката и технологиите.
Течността кипи при преминаване на ултразвукова вълна (кавитация). В този случай възниква воден удар. Ултразвукът може да откъсне парчета от повърхността на метал и да смачка твърди частици. Ултразвукът може да се използва за смесване на несмесващи се течности. Така се приготвят емулсии в масло. Под въздействието на ултразвук се извършва осапуняване на мазнините. Устройствата за миене са проектирани на този принцип.
Широко използван ултразвук в хидроакустиката. Ултразвуците с висока честота се абсорбират много слабо от водата и могат да се разпространят на десетки километри. Ако срещнат дъното, айсберг или др твърдо, те се отразяват и дават ехо с голяма сила. На този принцип е проектиран ултразвуков ехолот.
В метал ултразвукразнася се практически без абсорбция. Използвайки ултразвуковия метод за локализиране, е възможно да се открият най-малките дефекти вътре в част с голяма дебелина.
Смазващият ефект на ултразвука се използва за направата на ултразвукови поялници.
Ултразвукови вълни, изпратени от кораба, се отразяват от потъналия обект. Компютърът засича времето, когато се появява ехото, и определя местоположението на обекта.
Ултразвукът се използва в медицината и биологиятаза ехолокация, за идентифициране и лечение на тумори и някои дефекти в телесните тъкани, в хирургията и травматологията за разрязване на меки и костни тъкани при различни операции, за заваряване на счупени кости, за разрушаване на клетки (ултразвук с висока мощност).
Инфразвук и неговото въздействие върху човека.
Вибрации с честоти под 16 Hz се наричат инфразвук.
В природата инфразвукът възниква поради вихровото движение на въздуха в атмосферата или в резултат на бавни вибрации на различни тела. Инфразвукът се характеризира със слабо поглъщане. Следователно се прилага за дълги разстояния. Човешкото тяло реагира болезнено на инфразвукови вибрации. При външни въздействия, причинени от механични вибрации или звукови вълни с честота 4-8 Hz, човек усеща движение на вътрешните органи, а при честота 12 Hz - пристъп на морска болест.
Най-висока интензивност инфразвукови вибрациисъздават машини и механизми, които имат повърхности големи размери, извършващи нискочестотни механични вибрации (инфразвук от механичен произход) или турбулентни потоци от газове и течности (инфразвук от аеродинамичен или хидродинамичен произход).
Звукът се причинява от механични вибрации в еластични среди и тела, чиито честоти са в диапазона от 20 Hz до 20 kHz и които човешкото ухо може да възприеме.
Съответно тази механична вибрация с посочените честоти се нарича звукова и акустична. Недоловимите механични вибрации с честоти под звуковия диапазон се наричат инфразвукови, а с честоти над звуковия диапазон ултразвукови.
Ако звучащо тяло, например електрически звънец, се постави под звънеца на въздушна помпа, тогава с изпомпването на въздуха звукът ще става все по-слаб и по-слаб и накрая ще спре напълно. Предаването на вибрации от звучащото тяло става по въздуха. Нека да отбележим, че по време на своите трептения, сондажното тяло последователно компресира въздуха, съседен на повърхността на тялото, и, напротив, създава вакуум в този слой. По този начин разпространението на звука във въздуха започва с колебания в плътността на въздуха на повърхността на вибриращото тяло.
Музикален тон. Обем и височина
Звукът, който чуваме, когато източникът му извършва хармонично трептене, се нарича музикален тон или накратко тон.
Във всеки музикален тон можем да различим две качества на ухо: сила на звука и височина.
Най-простите наблюдения ни убеждават, че тоновете на всяка дадена височина се определят от амплитудата на вибрациите. Звукът на камертона постепенно заглъхва след удара по него. Това се случва заедно със затихването на трептенията, т.е. с намаляване на амплитудата им. С по-силен удар по камертона, т.е. Придавайки на вибрациите по-голяма амплитуда, ще чуем по-силен звук, отколкото при слаб удар. Същото може да се наблюдава при струна и въобще при всеки източник на звук.
Ако вземем няколко камертона с различни размери, няма да е трудно да ги подредим по слух в ред на нарастване на височината. Така те ще бъдат подредени по големина: най-големият камертон дава най-слаб звук, най-малкият дава най-висок звук. Така височината на тона се определя от честотата на вибрациите. Колкото по-висока е честотата и следователно колкото по-кратък е периодът на трептене, толкова по-висок е звукът, който чуваме.
Акустичен резонанс
Резонансни явления могат да се наблюдават при механични вибрации с всякаква честота, по-специално при звукови вибрации.
Нека поставим два еднакви камертона един до друг, с отворите на кутиите, на които са монтирани, един срещу друг. Кутиите са необходими, защото те усилват звука на камертоните. Това се случва поради резонанс между камертона и колоните въздух, затворени в кутията; следователно кутиите се наричат резонатори или резонансни кутии.
Да ударим един от камертоните и след това да го заглушим с пръсти. Ще чуем как звучи вторият камертон.
Да вземем два различни камертона, т.е. с различна височина и повторете експеримента. Сега всеки от камертоните вече няма да реагира на звука на друг камертон.
Не е трудно да се обясни този резултат. Вибрациите на единия камертон действат във въздуха с известна сила върху втория камертон, карайки го да извършва своите принудителни вибрации. Тъй като камертон 1 извършва хармонични вибрации, силата, действаща върху камертон 2, ще се промени според закона хармонична вибрацияс честотата на камертона 1. Ако честотата на силата е различна, тогава принудените вибрации ще бъдат толкова слаби, че няма да ги чуем.
Шумове
Чуваме музикален звук (нота), когато вибрацията е периодична. Например, този вид звук се произвежда от струна на пиано. Ако натиснете няколко клавиша едновременно, т.е. накарайте няколко ноти да звучат, тогава усещането за музикален звук ще остане, но разликата между съгласни (приятни за ухото) и дисонантни (неприятни) ноти ще се появи ясно. Оказва се, че нотите, чиито периоди са в съотношение на малки числа, са съгласни. Например съзвучие се получава със съотношение на периода 2:3 (квинта), 3:4 (кванти), 4:5 (голяма терца) и т.н. Ако периодите са съотнесени като големи числа, например 19:23, тогава резултатът е дисонанс - музикален, но неприятен звук. Ще се отдалечим още повече от периодичността на трептенията, ако натискаме много клавиши едновременно. Звукът вече ще прилича на шум.
Шумът се характеризира със силна непериодичност на формата на трептене: или е дълго трептене, но много сложна форма (съскане, скърцане), или отделни емисии (щракане, удари). От тази гледна точка към шумовете трябва да се причислят и звуците, изразени чрез съгласни (съскащи, лабиални и др.).
Във всички случаи шумовите вибрации се състоят от огромен брой хармонични вибрации с различни честоти.
Така спектърът на една хармонична вибрация се състои от една единствена честота. При периодично трептене спектърът се състои от набор от честоти - основната и нейните кратни. При съгласните съзвучия имаме спектър, състоящ се от няколко такива набора от честоти, като основните са свързани като малки цели числа. В дисонансните съзвучия основните честоти вече не са в такива прости отношения. Колкото повече различни честоти има в спектъра, толкова повече се доближаваме до шума. Типичните шумове имат спектри, в които присъстват изключително много честоти.
С помощта на този видео урок можете да изучавате темата „Източници на звук. Звукови вибрации. Височина, тембър, сила на звука." В този урок ще научите какво е звук. Ще разгледаме и диапазоните на звуковите вибрации, възприемани от човешкия слух. Нека да определим какво може да бъде източникът на звук и какви условия са необходими за възникването му. Ще изучаваме и такива звукови характеристики като височина, тембър и обем.
Темата на урока е посветена на източниците на звук и звуковите вибрации. Ще говорим и за характеристиките на звука - височина, сила и тембър. Преди да говорим за звук, за звукови вълни, нека си припомним, че механичните вълни се разпространяват в еластична среда. Частта от надлъжните механични вълни, която се възприема човешки органислух се нарича звук, звукови вълни. Звукът е механичните вълни, възприемани от човешките слухови органи, които причиняват звукови усещания .
Експериментите показват, че човешкото ухо и човешкият слух възприемат вибрации с честоти от 16 Hz до 20 000 Hz. Именно този диапазон наричаме звук. Разбира се, има вълни, чиято честота е по-малка от 16 Hz (инфразвук) и повече от 20 000 Hz (ултразвук). Но този диапазон, тези участъци не се възприемат от човешкото ухо.
Ориз. 1. Слухов диапазон на човешкото ухо
Както казахме, областите на инфразвука и ултразвука не се възприемат от слуховите органи на човека. Въпреки че могат да се възприемат например от някои животни и насекоми.
Какво стана ? Източници на звук могат да бъдат всяко тяло, което вибрира на звукова честота (от 16 до 20 000 Hz)
Ориз. 2. Осцилираща линийка, захваната в менгеме, може да бъде източник на звук.
Нека се обърнем към опита и да видим как се образува звукова вълна. За да направим това, се нуждаем от метална линийка, която ще затегнем в менгеме. Сега, когато действаме върху линийката, ще можем да наблюдаваме вибрации, но няма да чуваме никакъв звук. И все пак около линийката се създава механична вълна. Моля, обърнете внимание, че когато линийката се премести на една страна, тук се образува въздушно уплътнение. В другата посока също има уплътнение. Между тези уплътнения се образува въздушен вакуум. Надлъжна вълна -това е звукова вълна, състояща се от уплътняване и разреждане на въздуха. Честотата на трептене на линийката в този случай е по-малка от честотата на звука, така че ние не чуваме тази вълна, този звук. Въз основа на опита, който току-що наблюдавахме, в края на 18 век е създадено устройство, наречено камертон.
Ориз. 3. Разпространение на надлъжни звукови вълни от камертон
Както видяхме, звукът се появява в резултат на вибрации на тяло със звукова честота. Звуковите вълни се разпространяват във всички посоки. Трябва да има среда между човешкия слухов апарат и източника на звукови вълни. Тази среда може да бъде газообразна, течна или твърда, но трябва да съдържа частици, способни да предават вибрации. Процесът на предаване на звукови вълни трябва задължително да се случи там, където има материя. Ако няма вещество, няма да чуем звук.
За да съществува звук, имате нужда от:
1. Източник на звук
2. сряда
3. Слухов апарат
4. Честота 16-20000Hz
5. Интензивност
Сега нека да преминем към обсъждането на звуковите характеристики. Първият е терена. Височина на звука -характеристика, която се определя от честотата на трептенията. Колкото по-висока е честотата на тялото, което произвежда вибрации, толкова по-висок ще бъде звукът. Нека погледнем отново линийката, държана в менгеме. Както вече казахме, видяхме вибрации, но не чухме звук. Ако сега направим дължината на линийката по-къса, ще чуем звука, но ще бъде много по-трудно да видим вибрациите. Вижте линията. Ако действаме върху него сега, няма да чуем никакъв звук, но ще наблюдаваме вибрации. Ако скъсим линийката, ще чуем звук с определена височина. Можем да направим дължината на линийката още по-къса, тогава ще чуем звук с още по-висока височина (честота). Същото можем да наблюдаваме и с камертоните. Ако вземем голям камертон (наричан още демонстрационен) и ударим краката на такъв камертон, можем да наблюдаваме вибрацията, но няма да чуем звука. Ако вземем друг камертон, тогава когато го ударим, ще чуем определен звук. И следващият камертон, истински камертон, с който се настройват музикални инструменти. Издава звук, съответстващ на нотата Ла или, както се казва, 440 Hz.
Следващата характеристика е тембърът на звука. Тембърнаречен цвят на звука. Как може да се илюстрира тази характеристика? Тембърът е разликата между два еднакви звука, изпълнявани от различни музикални инструменти. Всички знаете, че имаме само седем ноти. Ако чуем една и съща нота А, изсвирена на цигулка и на пиано, можем да ги различим. Веднага можем да кажем кой инструмент е създал този звук. Именно тази характеристика - цветът на звука - характеризира тембъра. Трябва да се каже, че тембърът зависи от това кои се играят звукови вибрациис изключение на основния тон. Факт е, че произволните звукови вибрации са доста сложни. Те се състоят от набор от индивидуални вибрации, казват те вибрационен спектър. Именно възпроизвеждането на допълнителни вибрации (обертонове) характеризира красотата на звука на определен глас или инструмент. Тембъре едно от основните и най-ярки проявления на звука.
Друга характеристика е обемът. Силата на звука зависи от амплитудата на вибрациите. Нека да разгледаме и да се уверим, че силата на звука е свързана с амплитудата на вибрациите. И така, нека вземем камертон. Нека направим следното: ако ударите камертона слабо, амплитудата на вибрациите ще бъде малка и звукът ще бъде тих. Ако сега ударите по-силно камертона, звукът ще бъде много по-силен. Това се дължи на факта, че амплитудата на трептенията ще бъде много по-голяма. Възприемането на звука е субективно нещо, зависи от това какъв е слуховият апарат и как се чувства човекът.
Списък на допълнителната литература:
Толкова ли ви е познат звукът? // Квантов. - 1992. - № 8. - С. 40-41. Кикоин А.К. За музикалните звуци и техните източници // Quantum. - 1985. - № 9. - С. 26-28. Учебник по елементарна физика. Ед. Г.С. Ландсберг. Т. 3. - М., 1974.
Преди да разберете какви източници на звук има, помислете какво е звук? Знаем, че светлината е радиация. Отразявайки се от предметите, това лъчение достига до очите ни и ние можем да го видим. Вкусът и обонянието са малки частици от тела, които се възприемат от съответните ни рецептори. Що за животно е този звук?
Звуците се предават по въздуха
Сигурно сте виждали как се свири на китара. Може би можете да направите това сами. Друго важно нещо е звукът, който издават струните на китарата, когато ги късате. Това е вярно. Но ако можете да поставите китара във вакуум и да скъсате струните, ще бъдете много изненадани, че китарата няма да издаде никакъв звук.
Такива експерименти бяха проведени с голямо разнообразие от тела и резултатът беше винаги един и същ: в безвъздушното пространство не можеше да се чуе звук. Следва логичното заключение, че звукът се предава по въздуха. Следователно звукът е нещо, което се случва с частици въздух и тела, произвеждащи звук.
Източници на звук - трептящи тела
По-нататък. В резултат на голямо разнообразие от многобройни експерименти беше възможно да се установи, че звукът възниква поради вибрациите на телата. Източници на звук са телата, които вибрират. Тези вибрации се предават от молекулите на въздуха и нашето ухо, възприемайки тези вибрации, ги интерпретира в усещания за звук, които разбираме.
Не е трудно да се провери. Вземете стъклен или кристален бокал и го поставете на масата. Потупайте го леко с метална лъжица. Ще чуете дълъг тънък звук. Сега докоснете стъклото с ръка и почукайте отново. Звукът ще се промени и ще стане много по-кратък.
Сега оставете няколко души да увият ръцете си около чашата възможно най-пълно, заедно със стъблото, като се опитват да не оставят нито една свободна зона, с изключение на много малко място за удряне с лъжица. Удари стъклото отново. Почти няма да чуете никакъв звук, а този, който ще бъде, ще бъде слаб и много кратък. Какво означава това?
В първия случай след удара стъклото се люлееше свободно, вибрациите му се предаваха във въздуха и достигаха до ушите ни. Във втория случай по-голямата част от вибрациите бяха поети от ръката ни и звукът стана много по-кратък, тъй като вибрациите на тялото намаляха. В третия случай почти всички вибрации на тялото бяха моментално погълнати от ръцете на всички участници и тялото почти не вибрираше и следователно почти не издаваше звук.
Същото важи и за всички други експерименти, които можете да измислите и проведете. Вибрациите на телата, предадени на молекулите на въздуха, ще бъдат възприети от нашите уши и интерпретирани от мозъка.
Звукови вибрации с различни честоти
Така че звукът е вибрация. Източниците на звук предават звукови вибрации през въздуха към нас. Защо тогава не чуваме всички вибрации на всички обекти? Защото вибрациите идват с различни честоти.
Звукът, възприеман от човешкото ухо, е звукови вибрации с честота приблизително от 16 Hz до 20 kHz. Децата чуват звуци с по-висока честота от възрастните и диапазоните на възприемане на различните живи същества обикновено варират значително.
