Oscilácia zvuku. Zdroje zvuku a zvukové vibrácie. Aby zvuk existoval,

Zvuková vlna (zvukové vibrácie) sú mechanické vibrácie molekúl látky (napríklad vzduchu) prenášané v priestore.

Nie každé vibrujúce telo je však zdrojom zvuku. Napríklad oscilačné závažie zavesené na niti alebo pružine nevydáva zvuk. Kovové pravítko tiež prestane znieť, ak ho posuniete vo zveráku nahor a predĺžite tým voľný koniec tak, aby frekvencia jeho kmitov bola menšia ako 20 Hz. Štúdie ukázali, že ľudské ucho je schopné vnímať mechanické vibrácie tiel, vyskytujúce sa s frekvenciou 20 Hz až 20 000 Hz, ako zvuk. Preto sa vibrácie s frekvenciami v tomto rozsahu nazývajú zvukové vibrácie. Mechanické vibrácie s frekvenciou presahujúcou 20 000 Hz sa nazývajú ultrazvukové a vibrácie s frekvenciami menšími ako 20 Hz sa nazývajú infrazvukové. Je potrebné poznamenať, že uvedené hranice zvukového rozsahu sú ľubovoľné, pretože závisia od veku ľudí a individuálnych charakteristík ich načúvacích prístrojov. Obvykle s vekom horná hranica frekvencie vnímaných zvukov výrazne klesá - niektorí starší ľudia môžu počuť zvuky s frekvenciami nepresahujúcimi 6 000 Hz. Deti naopak môžu vnímať zvuky, ktorých frekvencia je o niečo vyššia ako 20 000 Hz. Niektoré zvieratá počujú vibrácie s frekvenciami vyššími ako 20 000 Hz alebo menšími ako 20 Hz. Svet je plný najrozmanitejších zvukov: tikot hodín a hukot motorov, šuchot lístia a kvílenie vetra, spev vtákov a hlasy ľudí. O tom, ako sa rodia zvuky a aké sú, ľudia začali hádať už dávno. Všimli sme si napríklad, že zvuk vytvárajú telesá vibrujúce vo vzduchu. Dokonca aj staroveký grécky filozof a encyklopedický vedec Aristoteles na základe pozorovaní správne vysvetlil povahu zvuku a veril, že znejúce telo vytvára striedavé stláčanie a zriedenie vzduchu. Oscilačná struna buď stlačí alebo zriedi vzduch a v dôsledku pružnosti vzduchu sa tieto striedavé vplyvy prenášajú ďalej do priestoru - z vrstvy na vrstvu vznikajú elastické vlny. Keď sa dostanú k nášmu uchu, pôsobia na ušné bubienky a produkujú pocit zvuku. Človek uchom vníma elastické vlny s frekvenciou od asi 16 Hz do 20 kHz (1 Hz - 1 vibrácia za sekundu). V súlade s tým sa elastické vlny v akomkoľvek médiu, ktorých frekvencie pohybujú v určených medziach, nazývajú zvukové vlny alebo jednoducho zvuk. Vo vzduchu pri teplote 0 ° C a normálnom tlaku sa zvuk šíri rýchlosťou 330 m / s, v morskej vode - asi 1 500 m / s, v niektorých kovoch dosahuje rýchlosť zvuku 7 000 m / s. Elastické vlny s frekvenciou nižšou ako 16 Hz sa nazývajú infrazvuk a vlny s frekvenciou presahujúcou 20 kHz sa nazývajú ultrazvuk.

Vibračné telesá nie sú jediným zdrojom zvuku v plynoch a kvapalinách. Napríklad guľka a šíp zapískajú za letu, vietor zavýja. A hukot prúdového lietadla pozostáva nielen z hluku prevádzkových jednotiek - ventilátora, kompresora, turbíny, spaľovacej komory atď., Ale aj z hluku prúdového prúdu, víru, turbulentných prúdov vzduchu, ktoré sa vyskytujú pri jeho prúdení lietadlo pri vysokých rýchlostiach. Telo, ktoré sa rýchlo rúti vzduchom alebo vodou, prerušuje tok okolo seba a periodicky sa vytvára v stredných oblastiach zriedkavosti a stláčania. Výsledkom sú zvukové vlny. Zvuk sa môže šíriť vo forme pozdĺžnych a priečnych vĺn. V plynnom a kvapalnom médiu vznikajú iba pozdĺžne vlny, keď kmitavý pohyb častíc prebieha iba v smere, v ktorom sa vlna šíri. V tuhých látkach okrem pozdĺžnych vznikajú aj priečne vlny, keď častice média vibrujú v smeroch kolmých na smer šírenia vĺn. Tam, pričom udierame na strunu kolmo na jej smer, necháme vlnu bežať pozdĺž struny. Ľudské ucho nie je rovnako citlivé na zvuky rôznych frekvencií. Je najcitlivejší na frekvencie od 1 000 do 4 000 Hz. Pri veľmi vysokej intenzite vlny prestávajú byť vnímané ako zvuk, čo spôsobuje pocit lisovacej bolesti v ušiach. Intenzita zvukových vĺn, pri ktorých k tomu dochádza, sa nazýva prah bolesti. Pri štúdiu zvuku sú dôležité aj koncepcie tónu a zvuku. Akýkoľvek skutočný zvuk, či už je to ľudský hlas alebo hra na hudobný nástroj, nie je jednoduchou harmonickou vibráciou, ale akousi zmesou mnohých harmonických vibrácií s určitou sadou frekvencií. Ten, ktorý má najnižšiu frekvenciu, sa nazýva základný tón, ostatné sa nazývajú podtóny. Rôzny počet podtónov obsiahnutých v konkrétnom zvuku mu dodáva špeciálnu farbu - zafarbenie. Rozdiel medzi jedným zafarbením od druhého nie je spôsobený iba počtom, ale aj intenzitou podtónov, ktoré sprevádzajú zvuk hlavného tónu. Podľa timbre ľahko rozoznáme zvuky huslí a klavíra, gitary a flauty, rozpoznáme hlasy známych ľudí.

Frekvencia vibrácií nazýva sa počet úplných vibrácií za sekundu. Jednotkou merania frekvencie je 1 hertz (Hz). 1 hertz zodpovedá jednej úplnej (v jednom smere a druhom) vibrácii, ktorá sa vyskytuje v priebehu jednej sekundy.
Obdobie sa nazýva čas (y), počas ktorých dôjde k jednej úplnej oscilácii. Čím vyššia je frekvencia kmitania, tým kratšia je ich perióda, t.j. f = 1 / T. Čím je teda doba kratšia, tým je frekvencia kmitania väčšia a naopak. Ľudský hlas vytvára zvukové vibrácie s frekvenciou 80 až 12 000 Hz a sluch vníma zvukové vibrácie v rozsahu 16 až 20 000 Hz.
Amplitúda kmity sa nazývajú najväčšia odchýlka kmitajúceho telesa od jeho pôvodnej (pokojnej) polohy. Čím väčšia je amplitúda vibrácií, tým je zvuk hlasnejší. Zvuky ľudskej reči sú komplexné zvukové vibrácie, pozostávajúce z jedného alebo iného počtu jednoduchých vibrácií, odlišných frekvenciou a amplitúdou. V každom zvuku reči je iba kombinácia vibrácií rôznych frekvencií a amplitúd, ktoré sú mu vlastné. Preto sa forma vibrácií jedného zvuku reči výrazne líši od formy druhého, ktorý pri vyslovovaní zvukov a, o a y zobrazuje grafy vibrácií.

Osoba charakterizuje akékoľvek zvuky v súlade s jeho vnímaním, pokiaľ ide o objem a výšku.

Prejdeme k úvahám o zvukových javoch.

Svet zvukov okolo nás je rozmanitý - hlasy ľudí a hudby, spev vtákov a bzučanie včiel, hrom počas búrky a zvuk lesa vo vetre, zvuk prechádzajúcich áut, lietadiel a ďalších predmety.

Dávaj pozor!

Zdrojom zvuku sú vibrujúce telesá.

Príklad:

Fixujeme elastické kovové pravítko do zveráku. Ak je jeho voľná časť, ktorej dĺžka je určitým spôsobom zvolená, nastavená na oscilačný pohyb, potom pravítko vydá zvuk (obr. 1).

Zdrojom zvuku je teda oscilačné pravítko.

Zoberme si obrázok znejúcej struny, ktorej konce sú upevnené (obr. 2). Rozmazané obrysy tejto struny a zjavné zahustenie v strede naznačujú, že sa struna kýva.

Ak sa koniec papierového prúžku priblíži k znejúcemu strunu, prúžok sa odrazí od nárazov struny. Pokiaľ struna vibruje, je počuť zvuk; zastavte strunu a zvuk sa zastaví.

Na obrázku 3 je ladiaca vidlica - zakrivená kovová tyč na stonke, ktorá je pripevnená k rezonátorovému boxu.

Ak udriete ladiacou kladkou mäkkým kladivom (alebo nad ňou natiahnete mašľu), zaznie ladiaca vidlica (obr. 4).

K znejúcej ladičke si prinesieme ľahkú guličku (sklenenú korálku) zavesenú na šnúrke - lopta sa odrazí od ladičky, čím naznačí vibrácie jej vetiev (obr. 5).

Na „zaznamenanie“ vibrácií ladičky s malou (rádovo \ (16 \) Hz) prirodzenou frekvenciou a veľkou amplitúdou vibrácií môžete priskrutkovať tenký a úzky kovový pás so špičkou na konci k koniec jednej z jej pobočiek. Špička musí byť ohnutá nadol a zľahka sa dotýkať dosky z údeného skla ležiacej na stole. Keď sa platňa rýchlo pohybuje pod vibrujúcimi vetvami ladičky, hrot zanechá na doske stopu vo forme vlnovky (obr. 6).

Vlnovka nakreslená bodom na doske je veľmi blízko sínusoidy. Môžeme teda predpokladať, že každá vetva znejúcej ladičky vykonáva harmonické kmity.

Rôzne experimenty naznačujú, že akýkoľvek zdroj zvuku nevyhnutne vibruje, aj keď sú tieto vibrácie pre oko neviditeľné. Napríklad zvuky hlasov ľudí a mnohých zvierat vznikajú v dôsledku vibrácií ich hlasiviek, zvuku dychových nástrojov, zvuku sirény, pískania vetra, šušťania lístia a valenia sa hromy sú spôsobené kolísaním vzdušných hmôt.

Dávaj pozor!

Nie každé oscilujúce teleso je zdrojom zvuku.

Napríklad oscilačné závažie zavesené na niti alebo pružine nevydáva zvuk. Kovové pravítko tiež prestane znieť, ak predĺžite jeho voľný koniec tak, aby frekvencia jeho kmitov bola menšia ako \ (16 \) Hz.

Ľudské ucho je schopné vnímať mechanické vibrácie s frekvenciou od \ (16 \) do \ (20 000 \) Hz (obvykle prenášané vzduchom) ako zvuk.

Mechanické vibrácie, ktorých frekvencia leží v rozmedzí od (16) do 20 000 Hz, sa nazývajú zvuk.

Uvedené hranice zvukového rozsahu sú ľubovoľné, pretože závisia od veku ľudí a individuálnych charakteristík ich načúvacích prístrojov. Obvykle s vekom horná hranica frekvencie vnímaných zvukov výrazne klesá - niektorí starší ľudia môžu počuť zvuky s frekvenciami nepresahujúcimi \ (6000 \) Hz. Deti naopak môžu vnímať zvuky, ktorých frekvencia je o niečo vyššia \ (20 000 \) Hz.

Mechanické vibrácie, ktorých frekvencia presahuje \\ (20 000 \\) Hz, sa nazývajú ultrazvukové a vibrácie s frekvenciami menšími ako \\ (16 \\) Hz - infrazvukové.

Ultrazvuk a infrazvuk sú v prírode rovnako rozšírené ako zvukové vlny. Vyžarujú ich a používajú na ich „rokovania“ delfíny, netopiere a niektoré ďalšie živé tvory.

Zdroje zvuku.

Zvukové vibrácie

Zhrnutie lekcie.

1. Organizačný moment

Ahojte chlapi! Naša hodina má široké praktické uplatnenie v každodennej praxi. Vaše odpovede preto budú závisieť od pozorovania v živote a od schopnosti analyzovať vaše pozorovania.

2. Opakovanie základných znalostí.

Na obrazovke projektora sa zobrazujú snímky 1, 2, 3, 4, 5 (dodatok 1).

Chlapci, pred vami je krížovka, ktorej riešením sa naučíte kľúčové slovo hodiny.

1. úryvok: pomenujte fyzikálny jav

2. úryvok: pomenujte fyzikálny proces

Tretí úryvok: pomenujte fyzické množstvo

4. úryvok: pomenujte fyzické zariadenie

R.	Z	H
V.
			*Mať*
			TO

Dávajte pozor na zvýraznené slovo. Toto je slovo „ZVUK“, je to kľúčové slovo hodiny. Naša lekcia je o zvuku a zvukových vibráciách. Témou hodiny je „Zdroje zvuku. Zvukové vibrácie “. V lekcii sa naučíte, čo je zdrojom zvuku, aké sú zvukové vibrácie, ich výskyt a niektoré praktické aplikácie vo vašom živote.

3. Vysvetlenie nového materiálu.

Vykonajme experiment. Účel experimentu: zistiť príčiny výskytu zvuku.

Skúsenosti s kovovým pravítkom(Príloha 2).

Čo si pozoroval? Aký záver je možné vyvodiť?

Výkon: vibrujúce telo vytvára zvuk.

Vykonajme nasledujúci experiment. Účel experimentu: zistiť, či zvuk vždy vytvára oscilačné teleso.

Zariadenie, ktoré vidíte pred sebou, sa nazýva vidlička.

Skúsenosti s ladičkou a tenisovou loptičkou visiacou na šnúrke(Príloha 3) .

Počujete zvuk, ktorý vydáva ladička, ale nie je cítiť žiadne vibrácie. Aby sme sa uistili, že ladička vibruje, opatrne ju premiestnime k tienistým guličkám zaveseným na niti a uvidíme, že vibrácie ladičky sa prenášajú na loptu, ktorá sa dostáva do pravidelného pohybu.

Výkon: zvuk je generovaný akýmkoľvek oscilačným telesom.

Žijeme v oceáne zvukov. Zvuk je vytváraný zdrojmi zvuku. Existujú umelé aj prírodné zdroje zvuku. Medzi prírodné zdroje zvuku patrí hlasivky (Príloha 1 - snímka číslo 6). Vzduch, ktorý dýchame, opúšťa pľúca cez dýchacie cesty do hrtana. Hrtan obsahuje hlasivky. Pod tlakom vydychovaného vzduchu začnú oscilovať. Úlohu rezonátora zohrávajú ústa a nos, ako aj hrudník. Na artikulovanú reč je okrem hlasiviek potrebný aj jazyk, pery, líca, mäkké podnebie a epiglottis.

K ďalším prírodným zdrojom zvuku patrí bzučanie komára, muchy, včely ( trepotajú krídla).

Otázka:vďaka čomu vzniká zvuk.

(Vzduch v lopte je stlačený pod tlakom. Potom sa prudko roztiahne a vytvorí zvukovú vlnu.)

Zvuk nie je vytvorený iba oscilačným, ale aj prudko sa rozširujúcim telom. Je zrejmé, že vo všetkých prípadoch výskytu zvuku sa vzduchové vrstvy pohybujú, to znamená, že vzniká zvuková vlna.

Zvuková vlna je neviditeľná, je ju len počuť a registrujú ju aj fyzické zariadenia. Na registráciu a štúdium vlastností zvukovej vlny použijeme počítač, ktorý je v súčasnosti fyzikmi vo veľkom využívaný na výskum. Na počítači je nainštalovaný špeciálny výskumný program a je k nemu pripojený mikrofón, ktorý zachytáva zvukové vibrácie (dodatok 4). Pozrite sa na obrazovku. Na obrazovke vidíte grafické znázornenie zvukových vibrácií. Čo je to za graf? ( sínusoida)

Experimentujme s ladičkou s pierkom. Na ladiacu vidlicu sme narazili gumovou paličkou. Študenti vidia vibrácie ladičky, ale nepočujú zvuk.

Otázka:Prečo sú vibrácie, ale nepočujete zvuk?

Ukazuje sa, chlapci, ľudské ucho vníma zvukové rozsahy v rozmedzí od 16 Hz do Hz, je to počuteľný zvuk.

Počúvajte ich prostredníctvom počítača a zachytite zmenu frekvencií rozsahu (dodatok 5). Dávajte pozor na to, ako sa zmení tvar sínusoidy, keď sa zmení frekvencia zvukových vibrácií (obdobie oscilácií sa zníži, a preto sa frekvencia zvýši).

Ľudské ucho počuje nepočuteľné zvuky. Ide o infrazvuk (rozsah oscilácií menší ako 16 Hz) a ultrazvuk (rozsah viac ako Hz). Schéma frekvenčných rozsahov vidíte na tabuli, nakreslite si ju do notebooku (Príloha 5). Vedci skúmajúci infra a ultrazvuk objavili mnoho zaujímavých vlastností týchto zvukových vĺn. Vaši spolužiaci nám povedia o týchto zaujímavostiach (Príloha 6).

4. Konsolidácia študovaného materiálu.

Aby sa upevnil materiál preštudovaný v lekcii, navrhujem hrať hru SKUTOČNE-ZLE. Prečítal som si situáciu a vy zdvihnete značku s nápisom PRAVDA alebo NEPRAVDA a vysvetlíte svoju odpoveď.

Otázky. 1. Je pravda, že zdrojom zvuku je akékoľvek vibrujúce teleso? (správny).

2. Je pravda, že hudba znie v preplnenej sále hlasnejšie než v prázdnej? (nepravda, pretože prázdna hala funguje ako rezonátor kmitov).

3. Je pravda, že komár máva krídlami rýchlejšie ako čmeliak? (pravda, pretože zvuk vytváraný komármi je vyšší, preto je aj frekvencia oscilácií krídel vyššia).

4. Je pravda, že vibrácie zvukovo ladiacej vidlice sa rozpadnú rýchlejšie, ak jej položíte nohu na stôl? (pravda, pretože vibrácie ladičky sa prenášajú na stôl).

5. Je pravda, že netopiere vidia so zvukom? (pravda, pretože netopiere vydávajú ultrazvuk a potom počúvajú odrazený signál).

6. Je pravda, že niektoré zvieratá „predpovedajú“ zemetrasenia pomocou infrazvuku? (je pravda, napríklad slony pocítia zemetrasenie za niekoľko hodín a zároveň sú veľmi vzrušené).

7. Je pravda, že infrazvuk spôsobuje u ľudí duševné poruchy? (Je pravda, že v Marseille (Francúzsko) bola vedľa vedeckého centra postavená malá továreň. Krátko po spustení boli v jednom z vedeckých laboratórií objavené podivné javy. Po niekoľkých hodinách strávených v jeho miestnosti výskumník sa stal úplne hlúpym: ťažko dokázal vyriešiť ani jednoduchý problém) ...

A na záver navrhujem, aby ste kľúčové slová lekcie získali z vystrihnutých písmen tak, že ich zmeníte.

KVZU - ZVUK

RAMTNOKE - KAMERTON

TRAKZUVLU - ULTRAZVUK

FRAKVZUNI - INFRAZVUK

OKLABEINYA - VIBRÁCIE

5. Zhrnutie hodiny a domácej úlohy.

Zhrnutie lekcie. V lekcii sme zistili, že:

Že akékoľvek oscilačné teleso vytvára zvuk;

Zvuk sa šíri vo vzduchu vo forme zvukových vĺn;

Zvuky sú počuteľné a nepočuteľné;

Ultrazvuk je nepočuteľný zvuk, ktorého frekvencia vibrácií je vyššia ako 20 kHz;

Infrazvuk je nepočuteľný zvuk s frekvenciou vibrácií pod 16 Hz;

Ultrazvuk je široko používaný vo vede a technike.

Domáca úloha:

1.§34, cvičenie. 29 (Peryshkin trieda 9)

2. Pokračujte v odôvodnení:

Počujem zvuk: a) letí; b) spadnutý predmet; c) búrky, pretože ...

Nepočujem zvuk: a) z horolezeckej holubice; b) od orla týčiaceho sa na oblohe, pretože ...

Než porozumiete, čo sú zdroje zvuku, zamyslite sa nad tým, čo je zvuk? Vieme, že svetlo je žiarenie. Toto žiarenie sa odráža od predmetov a padá do našich očí a my ho vidíme. Chuť a vôňa sú malé častice tela, ktoré sú vnímané našimi príslušnými receptormi. A aké zviera je tento zvuk?

Zvuky sa šíria vzduchom

Pravdepodobne ste videli, ako sa hrá na gitare. Možno sám vieš, ako na to. Je dôležité, aby struny v gitare vydávali iný zvuk, ak sú za ňu zatiahnuté. Všetko je správne. Ale keby ste mohli dať gitaru do vákua a strhnúť struny, potom by ste sa veľmi čudovali, že gitara nevydáva žiadny zvuk.

Takéto experimenty boli vykonávané so širokou škálou tiel a vždy bol jeden výsledok: v bezvzduchovom priestore nebolo počuť žiadny zvuk. Z tohto logického záveru vyplýva, že zvuk sa prenáša vzduchom. Zvuk je preto niečo, čo sa deje s časticami vzdušných látok a tiel, ktoré vydávajú zvuk.

Zdroje zvuku - oscilačné telesá

Ďalej. V dôsledku širokej škály početných experimentov bolo možné zistiť, že zvuk pochádza z vibrácií tiel. Zdrojom zvuku sú telesá, ktoré vibrujú. Tieto vibrácie prenášajú molekuly vzduchu a naše ucho ich vníma a interpretuje do zvukových vnemov, ktorým rozumieme.

Nie je ťažké to overiť. Vezmite pohár alebo krištáľový pohár a položte ho na stôl. Zľahka na ňu vklepte kovovou lyžičkou. Budete počuť dlhý, tenký zvuk. Teraz sa rukou dotknite skla a znova klepnite. Zvuk sa zmení a bude oveľa kratší.

Teraz nechajte niekoľko ľudí čo najúplnejšie zovrieť sklo rukami, spolu s nohou, snažiac sa nenechať ani jednu voľnú plochu, okrem veľmi malého miesta na úder lyžičkou. Znovu udri do skla. Takmer nebudete počuť žiadny zvuk a ten, ktorý bude, bude slabý a veľmi krátky. Čo to znamená?

V prvom prípade po náraze sklo voľne vibrovalo, jeho vibrácie sa prenášali vzduchom a dostali sa až do našich uší. V druhom prípade bola väčšina vibrácií absorbovaná našou rukou a zvuk sa výrazne skrátil, pretože vibrácie tela boli znížené. V treťom prípade boli takmer všetky vibrácie tela okamžite absorbované rukami všetkých účastníkov a telo takmer nevibrovalo, a preto takmer nevydalo žiadny zvuk.

To isté platí pre všetky ostatné experimenty, ktoré si môžete vymyslieť a urobiť. Vibrácie tiel, prenášané na molekuly vzduchu, budú vnímané našimi ušami a interpretované mozgom.

Zvukové vibrácie rôznych frekvencií

Zvuk sú teda vibrácie. Zdroje zvuku prenášajú zvukové vibrácie vzduchom k nám. Prečo teda nepočujeme všetky vibrácie všetkých predmetov? A pretože vibrácie majú rôzne frekvencie.

Ľudským uchom vnímaný zvuk sú zvukové vibrácie s frekvenciou približne 16 Hz až 20 kHz. Deti počujú zvuky vyšších frekvencií ako dospelí a rozsahy vnímania rôznych živých bytostí sa vo všeobecnosti veľmi líšia.

Uši sú veľmi jemný a delikátny nástroj, ktorý nám dala príroda, takže by sme sa o to mali starať, pretože v ľudskom tele neexistuje žiadna náhrada a analógia.

Táto lekcia sa zaoberá témou „Zvukové vlny“. V tejto lekcii budeme pokračovať v štúdiu akustiky. Najprv si zopakujeme definíciu zvukových vĺn, potom zvážime ich frekvenčné rozsahy a zoznámime sa s konceptom ultrazvukových a infrazvukových vĺn. Tiež prediskutujeme vlastnosti inherentné zvukovým vlnám v rôznych prostrediach a zistíme, aké majú vlastnosti. .

Zvukové vlny - ide o mechanické vibrácie, ktoré človek šíriaci a interagujúci s orgánom sluchu vníma (obr. 1).

Ryža. 1. Zvuková vlna

Časť, ktorá sa zaoberá týmito vlnami vo fyzike, sa nazýva akustika. Profesia ľudí, ktorým sa v obyčajných ľuďoch hovorí „fámy“, je akustika. Zvuková vlna je vlna šíriaca sa v elastickom médiu, je to pozdĺžna vlna a keď sa šíri v elastickom médiu, strieda sa kompresia a výboj. Prenáša sa v priebehu času na vzdialenosť (obr. 2).

Ryža. 2. Šírenie zvukovej vlny

Medzi zvukové vlny patria tie vibrácie, ktoré sa vyskytujú s frekvenciou 20 až 20 000 Hz. Pre tieto frekvencie sú zodpovedajúce vlnové dĺžky 17 m (pre 20 Hz) a 17 mm (pre 20 000 Hz). Tento rozsah bude označovaný ako počuteľný zvuk. Tieto vlnové dĺžky sú uvedené pre vzduch, v ktorom je rýchlosť šírenia zvuku.

Existujú aj také rozsahy, ktorými sa akustika zaoberá - infrazvukové a ultrazvukové. Infrazvuk sú tie, ktoré majú frekvenciu nižšiu ako 20 Hz. A ultrazvukové sú tie, ktoré majú frekvenciu viac ako 20 000 Hz (obr. 3).

Ryža. 3. Rozsahy zvukových vĺn

Každý vzdelaný človek by sa mal orientovať vo frekvenčnom rozsahu zvukových vĺn a vedieť, že ak prejde na ultrazvukové vyšetrenie, obraz na obrazovke počítača bude zostavený s frekvenciou viac ako 20 000 Hz.

Ultrazvuk - sú to mechanické vlny, podobné zvukovým vlnám, ale s frekvenciou od 20 kHz do miliardy hertzov.

Nazývajú sa vlny s frekvenciou viac ako miliardou hertzov hypersound.

Ultrazvuk sa používa na detekciu chýb odliatkov. Do časti, ktorá sa má skúmať, je smerovaný prúd krátkych ultrazvukových signálov. Na miestach, kde nie sú žiadne chyby, signály prechádzajú časťou bez toho, aby ich prijímač zaregistroval.

Ak je v časti prasklina, vzduchová dutina alebo iná nehomogenita, potom sa z nej odrazí ultrazvukový signál a po návrate sa dostane do prijímača. Táto metóda sa nazýva ultrazvuková detekcia chýb.

Ďalšími príkladmi ultrazvukových aplikácií sú ultrazvukové prístroje, ultrazvukové prístroje a ultrazvuková terapia.

Infrazvuk - mechanické vlny, podobné zvukovým vlnám, ale s frekvenciou menej ako 20 Hz. Ľudské ucho ich nevníma.

Prírodnými zdrojmi infrazvukových vĺn sú búrky, cunami, zemetrasenia, hurikány, sopečné erupcie a búrky.

Infrazvuk je tiež dôležitou vlnou, ktorá sa používa na vibrovanie povrchu (napríklad na zničenie niektorých veľkých predmetov). Spustíme infrazvuk do pôdy - a pôda je rozdrvená. Kde sa to používa? Napríklad v diamantových baniach, kde sa odoberá ruda, v ktorej sú diamantové zložky, a rozdrví sa na malé častice, aby sa našli tieto diamantové inklúzie (obr. 4).

Ryža. 4. Aplikácia infrazvuku

Rýchlosť zvuku závisí od podmienok prostredia a teploty (obr. 5).

Ryža. 5. Rýchlosť šírenia zvukovej vlny v rôznych médiách

Poznámka: vo vzduchu sa rýchlosť zvuku pri, pri, rýchlosť zvýši o. Ak ste výskumník, potom vám tieto znalosti môžu byť užitočné. Môžete dokonca prísť s nejakým teplotným senzorom, ktorý bude zaznamenávať teplotné rozdiely zmenou rýchlosti zvuku v prostredí. Už vieme, že čím je médium hustejšie, tým závažnejšia je interakcia medzi časticami média, tým rýchlejšie sa vlna šíri. Diskutovali sme o tom v poslednom odseku na príklade suchého vzduchu a vlhkého vzduchu. Pre vodu rýchlosť šírenia zvuku. Ak vytvoríte zvukovú vlnu (klepnutie na ladičku), rýchlosť jej šírenia vo vode bude 4 -krát väčšia ako vo vzduchu. Informácie sa dostanú 4 -krát rýchlejšie vodou ako vzduchom. A ešte rýchlejšie v oceli: (obr. 6).

Ryža. 6. Rýchlosť šírenia zvukovej vlny

Viete z eposov, ktoré používal Ilya Muromets (a všetci hrdinovia a obyčajní ruskí ľudia a chlapci z Gajdarovej RVS), použil veľmi zaujímavú metódu detekcie objektu, ktorý sa blíži, ale je stále ďaleko. Zvuk, ktorý vydáva počas jazdy, ešte nie je počuť. Ilya Muromets, sklonený uchom k zemi, to počuje. Prečo? Pretože zvuk je na pevnej zemi prenášaný vyššou rýchlosťou, čo znamená, že sa rýchlo dostane k uchu Ilya Murometsa a bude sa môcť pripraviť na stretnutie s nepriateľom.

Najzaujímavejšie zvukové vlny sú hudobné zvuky a zvuky. Aké objekty môžu vytvárať zvukové vlny? Ak vezmeme vlnový zdroj a elastické médium, ak vytvoríme zvukový zdroj, ktorý bude vibrovať harmonicky, potom budeme mať nádhernú zvukovú vlnu, ktorá sa bude nazývať hudobný zvuk. Týmito zdrojmi zvukových vĺn môžu byť napríklad struny gitary alebo klavíra. Môže to byť zvuková vlna, ktorá sa vytvorí v medzere vzduchového potrubia (orgánu alebo píšťaly). Z hodín hudby poznáte noty: do, re, mi, fa, sol, la, si. V akustike sa im hovorí tóny (obr. 7).

Ryža. 7. Hudobné tóny

Všetky objekty, ktoré môžu vydávať tóny, budú mať funkcie. Ako sa líšia? Líšia sa vlnovou dĺžkou a frekvenciou. Ak sú tieto zvukové vlny vytvorené neharmonicky znejúcimi telesami alebo nie sú spojené do spoločnej orchestrálnej skladby, potom sa taký počet zvukov bude nazývať hluk.

Hluk- náhodné vibrácie rôznej fyzickej povahy, charakterizované zložitosťou časovej a spektrálnej štruktúry. Pojem hluku je každodenný a existuje fyzický, sú si veľmi podobné, a preto ho predstavujeme ako samostatný dôležitý predmet úvahy.

Prejdeme k kvantitatívnym odhadom zvukových vĺn. Aké sú vlastnosti hudobných zvukových vĺn? Tieto vlastnosti platia výlučne pre harmonické zvukové vibrácie. Takže, hlasitosť zvuku... Čo určuje hlasitosť zvuku? Zvážte šírenie zvukovej vlny v čase alebo osciláciu zdroja zvukovej vlny (obr. 8).

Ryža. 8. Hlasitosť zvuku

Súčasne, ak do systému nepridáme veľa zvuku (napríklad jemne stlačíte kláves klavíra), bude počuť tichý zvuk. Ak nahlas zdvihneme ruku a nazveme tento zvuk stlačením klávesu, vydáme hlasný zvuk. Od čoho to závisí? Tichý zvuk má nižšiu amplitúdu vibrácií ako hlasný zvuk.

Ďalšou dôležitou charakteristikou hudobného zvuku a akéhokoľvek iného je výška... Od čoho závisí výška zvuku? Výška tónu závisí od frekvencie. Zdroj môžeme nechať oscilovať často alebo ho môžeme oscilovať nie príliš rýchlo (to znamená, že za jednotku času urobíme menej oscilácií). Zoberte do úvahy časový posun vysokého a nízkeho zvuku s rovnakou amplitúdou (obr. 9).

Ryža. 9. Výška tónu

Možno vyvodiť zaujímavý záver. Ak človek spieva v basoch, potom jeho zdroj zvuku (to sú hlasivky) osciluje niekoľkokrát pomalšie ako u človeka, ktorý spieva soprán. V druhom prípade hlasivky vibrujú častejšie, preto častejšie spôsobujú ohniská kompresie a vákua pri šírení vlny.

Existuje ešte jedna zaujímavá charakteristika zvukových vĺn, ktorú fyzici neštudujú. to zafarbiť... Viete a ľahko rozlíšite jednu a tú istú hudbu, ktorá sa hrá na balalajke alebo na violončele. Aký je rozdiel medzi týmito zvukmi alebo ide o toto vystúpenie? Na začiatku experimentu sme požiadali ľudí, ktorí extrahujú zvuky, aby ich mali približne rovnakú amplitúdu, aby bola hlasitosť zvuku rovnaká. Je to ako v prípade orchestra: ak nepotrebujete vybrať nástroj, každý hrá zhruba rovnako, s rovnakou silou. Tón balalajky a violončela je teda iný. Ak by sme zvuk, ktorý je extrahovaný z jedného nástroja, z iného, nakreslili pomocou diagramov, potom by boli rovnaké. Tieto nástroje však môžete ľahko rozlíšiť podľa zvuku.

Ďalší príklad dôležitosti zafarbenia. Predstavte si dvoch spevákov, ktorí absolvujú rovnakú hudobnú školu s rovnakými učiteľmi. Rovnako dobre sa učili na päťky. Z nejakého dôvodu sa jeden stane vynikajúcim interpretom, zatiaľ čo druhý je celý život nespokojný so svojou kariérou. V skutočnosti to určuje výlučne ich nástroj, ktorý spôsobuje v okolí iba hlasové vibrácie, to znamená, že ich hlasy sa líšia zafarbením.

Bibliografia

Sokolovič Yu.A., Bogdanova G.S. Fyzika: príručka s príkladmi riešenia problémov. - 2. vydanie redistribúcia. - X.: Vesta: vydavateľstvo Ranok, 2005. - 464 s.
Peryshkin A.V., Gutnik E.M., fyzika. 9. ročník: učebnica všeobecného vzdelávania. inštitúcie / A.V. Peryshkin, E.M. Gutnik. - 14. vydanie, Stereotyp. - M.: Drop, 2009.- 300 s.