Физика и музыка – внеурочная деятельность (конкурсная работа) – Корпорация Российский учебник (издательство Дрофа – Вентана)

• Участник:Колесников Максим Игоревич
• Руководитель:Щербинина Галина Геннадиевна

Цель работы: теоретическое определение и опытное подтверждение явления резонанса.

Введение

Все связи между явлениями устанавливаются исключительно путем разного рода простых и сложных резонансов — согласованных вибраций физических систем.

Н. Тесла

Что может объединять оркестр, играющий на струнных и духовых музыкальных инструментах, мычащее пение себе под нос во время прогулки, дребезжащие от проезжающего трамвая окна в доме, вой ветра за окном? Лишь одно явление, которое легло в основу всего названного – акустический резонанс. Это явление является видом резонанса и сопровождает нас в жизни на каждом шагу.

На это великое явление впервые обратил внимание Галилео Галилей. Оно было описано им в 1602 году в работах, посвященных исследованию маятников и музыкальных струн.

Я учусь в музыкальной школе, мой мир наполнен звуками. Дома у меня несколько музыкальных инструментов: гитара, варган, флейта, синтезатор. А в музыкальной школе в классах по соседству раздаются звуки балалайки, аккордеона саксофона и гитары. Я давно задавался вопросом: как устроены все эти инструменты, почему они созвучны человеку. Разбираясь с этими вопросами, я невольно анализировал явление под названием «акустический резонанс».

Итак, объектом исследования является акустический резонанс.

Цель работы: теоретическое определение и опытное подтверждение явления резонанса.

Поставленная цель для своего разрешения определила следующие задачи:

• Образовательно-теоретическая: расширить, обобщить полученные на уроке физики знания и представления о физических законах и явлениях.
• Практическая: экспериментальным путем доказать действие резонанса.
• Общественно-полезная: продемонстрировать эксперименты и доказать наличие явления резонанса.

Методы исследования, использованные при работе над темой:

• накопительно-статистический (формирование знаний, накопление необходимой информации),
• аналитический (анализ накопленной информации),
• сравнительно-экспериментальный (доказательство наличия резонанса, на практике путем разработки эксперимента и демонстрации опыта).

Гипотеза: Человек, хочет он того или нет, никогда не существует сам по себе, никогда не пребывает в изоляции. Человек непрерывно взаимодействует с широчайшим спектром всевозможных существ и явлений, которые воздействуют на него. И одним из самых распространенных явлений, которые необходимо учитывать человеку в его деятельности – явление резонанса.

Практическая значимость работы

Данная тема изучается в курсе физики 9 класса (раздел « Механические колебания и волны. Звук», учебник для общеобразовательных школ, авторы: А.В.Перышкин, Е. М. Гутник, издательство «Дрофа», 2013 г.). Темы учебных занятий и соответствующие им параграфы представлены в таблице.

Тема учебного занятия	Параграф, в котором изложен данный материал.
Распространение колебаний в среде. Волны. Длина волны. Скорость распространения волн.	§ 31-33
Физический диктант. Источники звука. Звуковые колебания. Высота и тембр звука. Громкость звука.	§ 34, 35, 36
Распространение звука. Скорость звука. Отражение звука. Эхо. Звуковой резонанс.	§ 37-40

Этот материал я изучал самостоятельно ( обучаюсь в 8 классе), однако форма изложения материала в учебнике проста и доступна, поэтому каких -либо значительных проблем не возникло.

В моей работе представлены опыты для демонстрации на уроках физики в средней общеобразовательной школе. Их можно демонстрировать как на уроке при изучении явлений (надеюсь, что это поможет сформировать некоторые понятия при изучении физики), так и в качестве домашних заданий учащимся.

Глава 1. Теоретическая часть

1.1. Виды колебаний. Общее понятие резонанса

Для лучшего понимания явления резонанса необходимо дать определение такому понятию как колебания. Это движения, которые точно или приблизительно повторяются через определённые промежутки времени (например, движение поршня в двигателе, поплавок на волне, ветка дерева на ветру).

“Собственные колебания — это колебания, происходящие в отсутствие внешних воздействий на систему. Они происходят под действием внутренних сил после выведения системы из положения равновесия со строго определеннойчастотой, называемой частотой собственных колебаний системы. Примерами могут служить груз на пружине, стрелка компаса, звучание колокола, гонга, струны рояля и т.п.

Вынужденные колебания — колебания, происходящие под воздействием внешних периодических сил. Колебания мембраны телефона, иглы швейной машины, поршня в цилиндре автомобильного двигателя, периодическое раскачивание качелей, рессор автомобиля, движущегося по неровной дороге, океанические приливы под действием Луны и др.[1]”

Для начала нужно сказать, что все тела, в каком бы они состоянии не казались, имеют свою изначальную частоту и амплитуду колебаний. Таким образом, любой объект можно рассматривать в виде системы колебательных движений, а воздействующие звуковыеколебания в виде силы воздействия на частоту этой самой колебательной системы. Поэтому полный резонанс, а точнее сказать наибольшее отклонение от состояния равновесия колебательной системы будет возникать тогда и только тогда, когда частота колебаний вынуждающей силы будет совпадать с собственной частотой колебательной системы.

“Итак, резона́нс (фр. resonance, от лат. resono — откликаюсь) — явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний, которое наступает при приближении частоты внешнего воздействия к некоторым значениям (резонансным частотам), определяемым свойствами системы.[3]”

Суть явления резонанса: многократное усиление эффекта от воздействия на объект при совпадении частоты внешнего воздействия с собственной частотой объекта.

1.2. Акустический резонанс

“Под акустическим резонансом понимают явление совпадения частоты колебаний звуковых волн, падающих на акустическую систему, с собственной частотой этой системы.

Вообще, звуковые волны, встречаясь с любым телом, вызывают вынужденные колебания. Если же частота собственных свободных колебаний тела совпадает с частотой звуковой волны, то условия для передачи энергии от звуковой волны телу являются наилучшими – тело является акустическим резонатором.[1]”

Амплитуда вынужденных колебаний при этом достигает максимального значения – наблюдается акустический резонанс.

Истории известны случаи, когда стекло разбивалось лишь от силы и частоты человеческого голоса. Это проделывал не только Шаляпин. Великий тенор Энрико Карузо мог заставить стеклянный бокал разлететься вдребезги, спев в полный голос ноту надлежащей высоты. В этом случае звук вызывает вынужденные колебания стенок бокала. При резонансе колебания стенок могут достичь такой амплитуды, что стекло разбивается.

Кстати, интересно, что звуки с частотами 55, 110, 220, 440, 880, 1760, 3520 герц – это звук «ля». Наблюдается зависимость: каждая последующая частота в два раза больше предыдущей.

Корпусы скрипок и гитар, трубы духовых инструментов и органа являются резонаторами, а полость рта – резонатором для голосовых связок. Почему же резонатор камертона представляет собой обычный ящик, тогда как корпуса балалайки, виолончели, скрипки и рояли имеют сложные формы? Дело в том, что резонатор камертона должен усиливать только один – основной тон, а корпуса музыкальных инструментов – множество тонов и гармоник. Вид резонатора определяет, какие из обертонов будут усилены, а какие ослаблены или вовсе подавлены.

“От качества дерева, из которого изготовлена гитара, зависит не только сила, но и чистота, и тембр извлекаемого звука. Влияет на это и покраска, и лак на дереве. Именно поэтому изготовить качественную гитару или скрипку совсем не просто, и качественные инструменты стоят больших денег. Так, явление звукового резонанса из физики перекочевало в иные сферы и плотно там обосновалось.[2]”

Акустический резонанс может оказывать на организм человека как благоприятное, так и пагубное воздействие.

“Доктор медицинских наук Сергей Шушарджан, врач со стажем и профессиональный певец, в своих исследованиях о воздействии музыки установил, что даже кожа является проводником звуков в организм. Музыка, имея волновую природу, передается через виброрецепторы в коже, воспринимающие звуковые волны в широком диапазоне. При воздействии на виброрецепторы звуковых волн определенной частоты «запускается» тот или иной механизм реакции организма на воздействие извне. 

Ритмы, характерные для большинства органов и систем организма «человека», лежат в инфразвуковом диапазоне. Внутренние органы нашего тела имеют достаточно низкие собственные частоты: брюшная полость и грудная клетка – 5-8 Гц, голова – 20-30 Гц. Среднее значение резонансной частоты для всего тела составляет 6 Гц. Сокращения сердца – 1-2 Гц; дельта-, альфа-, бета-ритмы мозга; ритм кишечника – 2-4 Гц; вестибулярного аппарата – около 6 Гц и так далее. Мозговая активность живого человека не прекращается даже во время глубокого сна, и мозг постоянно излучает ритмические волны, характеризующие происходящие в нем процессы.

В дельта-состоянии (δ) мозг излучает волны с частотой колебаний от 0 до 4 Гц. Это может быть либо глубокий сон без сновидений, либо состояние глубокого расслабления, бессознательное состояние (такое, как кома), летаргический сон. Даже во сне мозг продолжает обработку информации, накопленной человеком, и не успевшую стать осознанной.

В тэта-состоянии (θ) частота колебаний мозга составляет от 4 до 7 Гц. Это глубокое расслабление или медитация; это может быть неглубокий сон. Во время этого ритма возникают особенно яркие видения или интуитивные догадки. Тэта-волны формируют состояния, переходные от спокойного бодрствования к фазам сонливости, предваряющим глубокий сон. Но частоты 5-6 Гц опасны для работы печени и вызывают чувство усталости.

Альфа-состояние (α) — это частота волновых колебаний головного мозга от 7 до 14 Гц. Диапазон частот от 7 до 8 Гц чрезвычайно опасен для здоровья, так как этот тип вибраций способен спровоцировать эпилептические приступы, смертельно поразить внутренние органы и даже реально деформировать их. Длительное воздействие на мозг звука частотой 7 Гц пагубно влияет на сердце, вплоть до его остановки. С 10 до 14 Гц – это колебания, способствующие одновременно и глубокому сосредоточению, и расслаблению; это – покой и душевное равновесие в активном состоянии, мозг способен более продуктивно обрабатывать получаемую информацию. Такое состояние наиболее благоприятно для творческих процессов, принятия более логичных и взвешенных решений.

Ученые считают, что, возможно, именно из-за возбуждения резонансных колебаний (особенно когда частота волны совпадает с альфа-ритмом головного мозга) в биологических системах жизнеобеспечения и возникает такое крайне негативное воздействие инфразвуковых вибраций. Это влияние даже используется полицией в ряде стран мира для разгона толпы и предотвращения беспорядков. Включаются мощные генераторы, частоты которых отличаются на 5-9 Гц. Биения, возникающие вследствие различия частот этих генераторов, имеют инфразвуковую частоту и вызывают у большинства людей неприятные зрительные эффекты, необъяснимые страх и тревогу, желание скорее покинуть опасное место.

Иными словами, если частота инфразвуковой волны того же порядка, что и волна вибрации органа, то при очень большой интенсивности они приводят органы к вибрационному резонансу или диссонансу в частотном диапазоне работы органа и способны привести к их дисфункциям. Вибрационный резонанс вызывается мощными внешними генераторами, например, усилителями громкости звука на современной эстраде и рок-концертах.[3]”

Российский исследователь Борис Островский, несколько десятилетий изучающий тайну бермудского треугольника, заинтересовался случаями с «летучими голландцами», рассекающими морские просторы без экипажа, а также судами, на которых всех моряков находили мертвыми, но без признаков насилия

По данным, собранным Борисом Островским, в Атлантике ежегодно происходит до 50 тысяч подводных землетрясений разной силы, а эпицентры их почти всегда сосредоточены вдоль геологического разлома, пересекающего Бермудский треугольник.

При зарождении подводного землетрясения, когда «тряской» охвачены сотни квадратных километров поверхности океана, поперечные звуковые волны передаются через толщу воды. Большинство из них доходит до ионосферы. Если в этот район попадет корабль, он примет часть инфразвуковых волн на себя. Продолжительное воздействие инфразвуковых колебаний делает из корабля резонатор, который в несколько раз повышает интенсивность звуковых волн и передает их подобно динамику. «Люди, находящиеся на судне, буквально сходят с ума от этого воздействия и ищут любые пути, чтобы избавиться от невыносимого и необъяснимого воздействия», — считает исследователь. Немудрено, что экипажи «летучих голландцев» полностью исчезали — люди просто прыгали за борт, спасаясь от сводящего с ума инфразвука.

Глава 2. Практическая часть

Опыт 1

Нам понадобятся звуковые колонки, соль либо песок и пластиковый поднос. Установив пластиковый поднос на колонки, засыпаем на поднос соль и воспроизводим через колонки звуковые волны, падающие на акустическую систему – поднос с солью.

Рис. 4. Эксперимент, подтверждающий явление акустического резонанса

Как видим, не на всех частотах соль имеет высокую амплитуду колебаний. То есть для полного резонанса, в данном случае акустического, должна быть определенная частота колебаний (опыт 1,видео).

О звуковом резонансе можно узнать из учебника А.В. Пёрышкина, §40, стр. 133-135.

Опыт 2

Музыкальный инструмент варган. Относится к самозвучащим язычковым музыкальным инструментам. При игре варган прижимают к зубам или к губам, ротовая полость служит резонатором. Изменение артикуляции рта и дыхания даёт возможность менять амплитуду колебаний, а в результате – тембр инструмента. Продемонстрируем этот уникальный инструмент ( опыт 2, видео).

Данное физическое явление по физике рассматривается в учебнике А.В. Пёрышкина ( §40, стр. 134-135).

Рис. 5 Варган (алтайский комус)

Если возбудить язычок варгана без резонатора, то звук будет совсем слабый. Когда же мы играем на варгане (зажав его между зубами или хотя бы губами – резонатором является ротовая полость), рождаются мощные вибрации – колебания.

“При игре на нем во рту возникает стоячая звуковая волна. И можно подобрать такое звучание инструмента, которое будет вступать в резонанс с основными ритмами вибраций человека. Это достигается как особенностями изготовления инструмента, так и особенностями игры на нём. В биологии известны так называемые альфа-, бета-, гамма-ритмы, свойственные головному мозгу человека. Звуковая волна, входя в резонанс с этими ритмами, вызывает измененные состояния сознания.[8]”

С древних времен обертоны использовались в молитвенных песнопениях и целительских практиках, известных нам, в основном, по тибетской и тувинской традициям.

Опыт 3

Звук, издаваемый самой гитарной струной не слишком громкий. Для того чтобы усилить этот звук, струны располагают поверх корпуса, который делают специальной формы и размера. В середине корпуса обязательно имеется отверстие круглой формы для выхода звука. Звук струны, попадая внутрь корпуса, резонирует и усиливается, отчего гитара звучит намного громче ( опыт 3, видео).

Данное физическое явление по физике рассматривается в учебнике А.В. Пёрышкина ( §35, стр. 125 и §40, стр. 134).

Настройка гитары – это также пример явления звукового резонанса. Если настроить первую струну по камертону, а потом зажать вторую струну на определенном ладу (определенная нота) и дернуть ее, то можно увидеть, как первая струна слегка поддергивается (при условии, что гитара настроена правильно).

Заключение

В ходе подготовки к конкурсу я:

• изучил теоретический материал по выбранной мною теме;
• подготовил опыты, выявляющие и демонстрирующие явление акустического и иных видов резонанса;
• выяснил механизм явления акустического резонанса.

Выводы

Итак, резонанс – это очень эффективный инструмент для решения многих практических задач, но одновременно он может быть причиной серьёзных разрушений, вреда здоровью и других негативных последствий.

Явление резонанса мы используем в различных устройствах, использующих радиоволны, таких как телевизоры, радиоприемники, мобильные телефоны и так далее. Оно используется в музыкальных инструментах. Но вместе с тем, несмотря на все преимущества, которые можно получить при помощи резонанса, не следует забывать и об опасности, которую он способен принести. Землетрясения или сейсмические волны, а также работа сильно вибрирующих технических устройств могут вызвать, например, разрушения части зданий или даже зданий целиком.

Акустический резонанс мне был наиболее интересен в процессе игры на музыкальных инструментах.

Надеюсь, что собранный мною материал и опыты будут интересны моим друзьям и одноклассникам и помогут лучше разобраться в законах физики, применимых к нашей повседневной жизни.

Я же буду намерен продолжать свои изыскания по поводу резонансных явлений, особенно – связанных с музыкой.

Влияние акустических явлений на здоровье человека

• Участник: Королёв Игорь Сергеевич
• Руководитель:Сулейманова Альфия Сайфулловна

Введение

Мир, окружающий нас, можно назвать миром звуков. Звучат вокруг нас голоса людей и музыка, шум ветра и щебет птиц, рокот моторов и шелест листвы. С помощью речи люди общаются, с помощью слуха получают информацию об окружающем мире. Не меньшее значение звук имеет для животных. С точки зрения физики, звук – это механические колебания, которые распространяются в упругой среде: воздухе, воде, твёрдом теле и т.п. Способность человека воспринимать упругие колебания, слушать их отразились в названии учения о звуке – акустика (от греческого akustikos – слуховой, слышимый).

Шум довольно распространен в наши дни. Шум – звук, в котором изменение акустического давления, воспринимаемое ухом, беспорядочно и повторяется через разные промежутки времени. Как и все физические явления, шум имеет и положительные качества и отрицательные. Человек слушает приятную музыку, чтобы расслабиться, снять усталость, поднять себе настроение. Отсюда можно сказать, что шум оказывает благотворное влияние на нас. Но шум имеет много вредных и опасных для человека свойств.

Глава 1. Акустические явления. Виды и их характеристики

Акустика — наука о звуке, изучающая физическую природу звука и проблемы, связанные с его возникновением, распространением, восприятием и воздействием. Акустика является одним из направлений физики (механики), исследующих упругие колебания и волны от самых низких (условно от 0 Гц) до высоких частот.

Звуком называют ощущение, воспринимаемое нашим органом слуха при ударе о барабанную перепонку его звуковых волн (ряд последовательных сгущений и разрежений воздуха), производимых вибрацией упругих тел; волны эти вызывают соответственные вибрационные колебания слуховых нервов. Строго говоря, звука не существует: он вызывается в самом ухе раздражением окончаний слуховых нервов передающимися ему колебаниями звучащего тела. Музыкальный звук ощущается при правильных, равномерных колебаниях барабанной перепонки уха, неправильные и неравномерные вибрации, равно как и смесь разных коротких звуков, производит впечатление шума. Орган слуха человека различает высокие и низкие звуки. Высокие звуки производятся быстрыми колебаниями, низкие более медленными. Самый низкий звук, или тон, различаемый еще человеческим ухом, обозначаемый тоном субконтра = С (С2), производится 16 колебаниями в секунду. Верхний предел слышимости звука, неодинаковый для различных индивидуумов, лежит между 16000 и 33000 колебаний в секунду, следовательно, приблизительно между С на седьмой черте и С на восьмой черте (С7 до С8). Отношение чисел колебаний двух звуков называется интервалом. Звук или тон, делающий вдвое большее число колебаний, чем другой звук в одинаковый с ним промежуток времени, называется октавой последнего звука. Так, напр., звук, делающий 800 колебаний в секунду, есть следующая, более высокая октава звука, делающего 400 колебаний в секунду.

1.1 Шум

В научной литературе дается понятие звука как колебания частиц в упругих средах, распространяющиеся в форме продольных волн, частота которых лежит в пределах, воспринимаемых человеческим ухом, т.е. в среднем от 16до 20000Гц. В воздухе при температуре о 0С и нормальном атмосферном давлении звук распространяется со скоростью 330м/с, в морской воде – около 1500м/с, в некоторых металлах скорость звука достигает 7000м/с. Упругие волны с частотой меньше 16Гц называют инфразвуками, а волны, частота которых превышает 20000Гц – ультразвуками. Звук может распространяться в газообразной и жидкой среде только в виде продольных волн, а в твердых телах помимо продольных волн возникают также и поперечные волны.

1.2 Инфразвук

Инфразвук – это звуковые волны, имеющие частоту ниже воспринимаемой человеческим ухом. Хотя он и не слышен, он действует на человека как физическая нагрузка. При этом у человека возникает утомление, головокружение, вестибулярные расстройства, нарушения работы сердечно– сосудистой и нервной системы, снижается острота слуха. Особенно неблагоприятен инфразвук частотой 2-15 Гц, так как вызывает в организме резонансные явления. При этом могут возникать нарушения ритма дыхания, болезненные ощущения в груди, животе, пояснице и в некоторых мышцах.

1.3 Ультразвук

Ультразвук – неслышимые человеческим ухом упругие волны. Возникает при работе реактивных двигателей, газовых турбин, сирен, сварочных машин, станков для сверления и др. Низкочастотные ультразвуковые колебания оказывают на людей такое же действие, как шум. Исследования последних лет показали, что человеческое ухо может воспринимать и ультразвук, но лишь в том случае, если он проходит через кости черепа.

Хотя о существовании ультразвука известно давно, его практическое использование достаточно молодо. В наше время ультразвук широко применяется в различных физических и технологических методах. Так, по скорости распространения звука в среде судят о её физических характеристиках. Измерения скорости на ультразвуковых частотах позволяет с весьма малыми погрешностями определять, например, адиабатические характеристики быстропротекающих процессов, значения удельной теплоёмкости газов, упругие постоянные твёрдых тел.

1.4 Мобильные телефоны

Мобильный телефон — самый распространенный «вредитель» для нашего организма. В среднем за месяц человек говорит по мобильному телефону около 100 минут. Этого вполне достаточно, чтобы навредить психике и организму в целом. Защита: уровень громкости гарнитуры мобильных телефонов не должен превышать 10 дБ (то есть уровень громкости звонка и разговора с абонентом не должен превышать средний). В противном случае при частых звонках и разговорах могут начаться нервные расстройства.

1.5 Наушники и МП3 плееры

Главное проблема прослушивания музыки в наушниках – вкладышах состоит в том, что человек не способен контролировать уровень громкости. То есть ему может казаться, что музыка играет тихо, а на самом деле у него в ушах будет, чуть ли не 100 децибел.

Расспросив многих своих друзей и знакомых, я пришел к выводу: все владельцы МР3 плееров используют устройство не только для простого прослушивания музыки, а скорее для создания вокруг себя некой границы или ауры для защиты от окружающего мира. Если в наушниках играет любимая музыка, то человек чувствует себя более защищенным, это помогает ему отключиться от внешних источников раздражения, от уличного шума, от суеты. В итоге у современной молодежь начинают возникать проблемы со слухом уже в 30 лет. Во избежание развития глухоты, ученые советуют покупать специальные фильтры для наушников, которые препятствуют проникновению постороннего шума и, таким образом, устраняют необходимость увеличения звука.

Глава 2. Влияние акустический явлений на организм

Шум звукового диапазона приводит к снижению внимания и увеличению ошибок во время выполнение различных видов работ. Шум замедляет реакцию человека на поступающие от технических устройств сигналы. Шум угнетает центральную нервную систему, вызывает изменения скорости дыхания и пульса, способствует нарушению обмена веществ, возникновению сердечно-сосудистых заболеваний, язвы желудка, гипертонических болезни.

Длительный шум неблагоприятно влияет на орган слуха, понижая чувствительность к звуку. Он приводит к расстройству деятельности сердца, печени, к истощению и перенапряжению нервных клеток. Ослабленные клетки нервной системы не могут достаточно четко координировать работу различных систем организма. Отсюда возникают нарушения их деятельности.

Уровень шума измеряется в единицах, выражающих степень звукового давления, – децибелах. Это давление воспринимается не беспредельно. Уровень шума в 20-30 децибелов практически безвреден для человека, это естественный шумовой фон. Что же касается громких звуков, то здесь допустимая граница составляет примерно 80 децибелов. Звук в 130 децибелов уже вызывает у человека болевое ощущение, а 150 становится для него непереносимым. Недаром в средние века существовала казнь «под колокол». Гул колокольного звона мучил и медленно убивал осужденного.

Очень высок уровень и промышленных шумов. На многих работах и шумных производствах он достигает 90-110 децибелов и более. Не намного тише и у нас дома, где появляются все новые источники шума – так называемая бытовая техника.

Долгое время влияние шума на организм человека специально не изучалось, хотя уже в древности знали о его вреде и, например, а античных городах вводились правила ограничения шума.

В настоящее время ученые во многих странах ведут различные исследования с целью выяснения влияния шума на здоровье человека. Их исследования показали, что шум наносит ощутимый вред здоровью человека, но и абсолютная тишина пугает и угнетает его. Так, сотрудники одного конструкторского бюро, имевшего прекрасную звукоизоляцию, уже через неделю стали жаловаться на невозможность работы в условиях гнетущей тишины. Они нервничали, теряли работоспособность. И, наоборот, ученые установили, что звуки определенной силы стимулируют процесс мышления, в особенности процесс счета.

Каждый человек воспринимает шум по-разному. Многое зависит от возраста, темперамента, состояния здоровья, окружающих условий.

Некоторые люди теряют слух даже после короткого воздействия шума сравнительно уменьшенной интенсивности.

Постоянное воздействие сильного шума может не только отрицательно повлиять на слух, но и вызвать другие вредные последствия – звон в ушах, головокружение, головную боль, повышение усталости.

Очень шумная современная музыка также притупляет слух, вызывает нервные заболевания.

Шум обладает аккумулятивным эффектов, то есть акустические раздражение, накапливаясь в организме, все сильнее угнетают нервную систему.

Поэтому перед потерей слуха от воздействия шумов возникает функциональное расстройство центральной нервной системы. Особенно вредное влияние шум оказывает на нервно-психическую деятельность организма.

Процесс нервно-психических заболеваний выше среди лиц, работающих в шумных условиях, нежели у лиц, работающих в нормальных звуковых условиях.

Шумы вызывают функциональные расстройства сердечно-сосудистой системы; оказывают вредное влияние на зрительный и вестибулярный анализаторы, снижает рефлекторную деятельность, что часто становится причиной несчастных случаев и травм.

Как показали исследования, неслышимые звуки также могут оказать вредное воздействие на здоровье человека. Так, инфразвуки особое влияние оказывают на психическую сферу человека: поражают все виды интеллектуальной деятельности, ухудшаются настроение, иногда появляется ощущение растерянности, тревоги, испуга, страха, а при высокой интенсивности – чувство слабости, как после сильного нервного потрясения. Даже слабые звуки инфразвуки могут оказывать на человека существенное воздействие, в особенности, если они носят длительный характер. По мнению ученых, именно инфразвуками, неслышно прикасающимися сквозь самые толстые стены, вызываются многие нервные болезни жителей крупных городов. Ультразвуки, занимающие заметное место в гамме производственных шумов, также опасны. Механизмы их действия на живые организмы крайне многообразны. Особенно сильно их отрицательному воздействию подвержены клетки нервной системы.

Шум коварен, его вредное воздействие на организм совершается незримо, незаметно. Организм человека против шума практически беззащитен. В настоящее время врачи говорят о шумовой болезни, развивающейся в результате воздействия шума с преимущественным поражением слуха и нервной системы. (см. приложение 5)

Существует большое количество источников инфразвукового излучения естественной природы. Как правило, интенсивность такого излучения по крайней мере на порядок меньше инфразвука от ядерных взрывов.

Инфразвуковые волны наблюдаются во время периодов большой геомагнитной активности: период инфразвука составляет 40 – 80 с, амплитуда – около 0,1 Па. Происхождение этих инфразвуков, относящихся к диапазону дробных герц, возможно связано с образованием ударных волн.

В исследованиях последних лет была подтверждена гипотеза поисковой активности мышц при построении движений. Так, например, для частного вида движения – сохранения вертикальной позы человека – необходима непрерывная деятельность определённых групп мышц. Мышцы при этом, меняя свое напряжение, как бы осуществляют поиск в процессе минимизации отклонения общего центра тяжести человеческого тела от положения равновесия.

Инфразвуковые колебания воздействуют на весь организм человека, вызывая резонансные явления как всего человеческого тела, так и отдельных его частей, внутренних органов и систем, вызывая в зависимости от амплитудно-частотных характеристик инфразвука и продолжительности воздействия те или иные нарушения в организме. При этом у человека увеличивается общий расход энергии, так как под действием низкочастотных колебании й повышается среднемышечная напряженность. Поэтому можно полагать, что инфразвуковые колебания воспринимаются человеком как физическая нагрузка, которую можно сравнить с другими видами нагрузки, как, например, физическая работа, тепловая нагрузка и др.

Во время инфразвукового воздействия тело человека испытывает ритмическое изменение давления (компрессионно-декомпрессионный эффект). При этом подвергаются раздражению механорецепторы внутренних органов и тканей, мышц и кожи, в результате чего рефлекторным путем в организме возникает ряд сдвигов.

Наиболее общими физиологическими эффектами, наблюдаемыми при действии инфразвуковых колебаний на человеческий организм, являются изменение ритмов дыхания и биений сердца, расстройства желудка и центральной нервной системы, головные боли.

По характеру биологического воздействия инфразвука можно выделить три основные зоны:

1. Зона «информационного» воздействия. Это область относительно слабых инфразвуков, длительно действующих на объект. Энергия инфразвука здесь играет второстепенную роль и инфразвук следует рассматривать как определенные сигналы, поступающие в организм извне. Внешним проявлением «информационного» воздействия инфразвука может быть чувство беспокойства, неприятные ощущения, повышенная утомляемость, ослабление памяти, психологические сдвиги и т.д.
2. Зона физиологических изменений. Здесь важную роль играет энергетический фактор инфразвуковых колебаний. При сравнительно невысоких акустических энергиях воздействие инфразвука проявляется прежде всего в функциональных нарушениях органа слуха, а также вестибулярного аппарата, появляется звон и боль в ушах. Ухудшается равновесие и координация движений, изменяется четкость зрения, видоизменяется голос, увеличивается порог слышимости для звуковых частот. При более высоких акустических энергиях возникают головная боль, головокружение, тошнота, кашель, нарушение дыхания и т.д. После прекращения инфразвуковых воздействий указанные симптомы через некоторое время могут исчезнуть без видимых последствий.
3. Зона поражающего действия инфразвука. При сверхвысоких акустических уровнях могут происходить перфорация перепонок, увеличение легких, разрыв альвеол и прекращение дыхания, повреждение мозга и сердечно-сосудистой системы. Указанные явления могут приводить к гибели человека или длительному выходу из строя.

2.1 Допустимые нормы

Чтобы иметь представление об опасности, которую представляет для слуха шум, необходимо ознакомить с допустимыми нормами шума для разного времени суток, а также узнать, какой уровень шума в децибелах производят те или иные звуки. Таким образом можно начать понимать, что является безопасным для слуха, а что представляет опасность. А с пониманием придет и умение избегать вредного воздействия звука на слух.

По санитарным нормам, допустимым уровнем шума, который не наносит вреда слуху даже при длительном воздействии на слуховой аппарат, принято считать: 55 децибел (дБ) в дневное время и 40 децибел (дБ) ночью. Такие величины нормальны для нашего уха, но, к сожалению, они очень часто нарушаются, особенно в пределах больших городов.

Если уровень шума достигает 70-90 децибел (дБ) и продолжается довольно длительное время, то такой шум при длительном воздействии может привести к заболеваниям центральной нервной системы. А длительное воздействие шума уровнем более 100 децибел (дБ) может приводить к существенному снижению слуха вплоть до полной глухоты. Поэтому вреда от громкой музыки мы получаем гораздо больше, чем удовольствия и пользы. (см. приложение 6)

2.2 Польза и вред

Звуки, вызывающие отрицательные эмоции: шум строительной и ремонтной техники, всё, что издаёт характерный металлический лязг и звон, — дрель, молоток, электропила. По уровню раздражения хуже только детский плач. Зато смех ребёнка стоит первым в списке приятных звуков вместе с пением птиц и журчанием воды.

Даже звучание музыкальных инструментов вызывает негативные эмоции, если тот или иной инструмент связан с неприятными воспоминаниями. Музыка — набор звуков, которые составляют мелодию и ритм. Учёные доказали, что музыка положительно влияет на человека, животных и даже растения.

Слишком громкий звук-выстрел на близком расстоянии или шум реактивного двигателя способен повредить слуховой аппарат. Без последствий человек воспринимает определённый диапазон громкости. Если громкие звуки окружают повседневно, например, в метро, человек постепенно перестаёт воспринимать тихие, теряя слух и расшатывая нервную систему.

Если человек привык к городскому шуму, то, попав в деревню, где ночью тишина, он спит намного хуже, слышит мельчайшие шорохи. Поэтому вредно как перемещение деревенского жителя в городскую среду, так и наоборот.

Чтоб защититься от уличного шума, в городской квартире устанавливают шумоизоляционные окна и двери. Межкомнатные двери должны быть не тоньше сорока сантиметров.

Психологи и врачи советуют уделять внимание тому, что и как слушать. Ведь от окружающих звуков зависит настроение человека, здоровье, работоспособность и успех в жизни.

Глава 3. Экспериментальная часть

Для измерения уровней шума объективным методом пользуются шумомерами. В этих приборах шум воспринимается с помощью широкополосного микрофона, который преобразует звуковые колебания в электрические. Последние усиливаются и подаются на выпрямитель стрелочного прибора(измеритель).

Мы измеряли уровень шума вторым методом. Мы использовали два шумомера, установленные в мобильный телефон, благодаря приложениям «шумомер» и «sound Meter».

Результаты исследования показывают, что в учебных кабинетах превышен допустимый уровень шума. Также значительно выше допустимого уровня уровень шума в кабинете музыки, в спортзале. В коридорах во время перемен, в столовой во время питания учащихся уровень шума приближен к допустимой норме.

3.1 Виды источников шумов в школе

В ходе наших наблюдений мы выявили, что основными источниками звуков и шумов в школе являются разговоры учителей, учащихся, крики, звонок (на урок и с урока), компьютеры, музыка на дискотеке, сотовые телефоны, наушники от сотовых телефонов, плееры, музыкальные центры, радиоприемники, магнитофоны.

3.2 Влияние акустических явлений на состояние учеников

Длительное воздействие шума оказывает влияние на психологическое состояние: учащиеся отмечают жалобы на быструю утомляемость, снижение внимания и сосредоточенности и работоспособности, ухудшение настроения, нарушение сна, общую слабость, повышение раздражительности.

Многим детям нравятся громкие звуки. Многих детей раздражают громкие разговоры, смех, крики, галдеж, звуки игр на компьютере, громкая музыка и т.д. Большинство учащихся осознают негативное влияние звука на состояние здоровья. Часть учеников не знают о вредном воздействии шума на состояние здоровья. Многие согласились с тем, что шум вызывает усталость после уроков и может стать причиной болезни.

Заключение

Шум, каким бы он ни был, всегда будет оказывать различное воздействие на разных людей. Все зависит от индивидуальной восприимчивости людей. Одни очень восприимчивы, шумы их раздражают и вызывают желание покинуть помещение, а другие же способны продолжать заниматься своими делами, привыкнув к такому, пусть и неприятному, фону. Это зависит от внутренних параметров восприятия. Именно поэтому шум, который издает сам человек, может быть не раздражающим, а вот то, что доносится извне, может мешать. Разумеется, в этом вопросе не последнюю роль играет и то, какой это шум: если у соседей непрерывно плачет ребенок или раздается звук перфоратора, это, чаще всего, воспринимается наиболее беспокойно.

Для полного восстановления организма от усталости и напряжения, бытовых проблем и забот просто необходима тишина. Отсутствие раздражителей и вибраций хорошо влияет на нервную систему, помогает привести мысли в порядок, получить здоровый крепкий сон. Чем выше уровень шумов, тем хуже для нашего здоровья.

Сильная перегрузка слухового анализатора приводит к перевозбуждению нервной системы, изменениям психического состояния, к снижению адаптационных ресурсов организма, а значит, к переутомлению. Таким образом, исследование показало, что шумовое загрязнение атмосферы значительно отражается на здоровье человека.

Звуковые явления в природе: примеры

Многие люди хотят найти ответы на вопросы о том, что такое звуковые явления, как и откуда они возникают. По какому принципу одни звуки отличаются от других? Почему мы их слышим?

Сегодня мы заглянем в раздел физики, который изучает звуковые явления. Этот раздел называют акустикой.

Колебание – причина всех звуков на планете

Если мы слышим какой-то шум, то мысленно мы можем представить этот источник, который его издает. Так вот, если рассмотреть его, там мы и увидим то, что колеблется. Когда мы с вами разговариваем, то внутри нашего тела колеблются голосовые связки. Таким образом, мы слышим собственный голос. Примеры звуковых явлений в физике мы наблюдаем и слышим каждый день.

Историческая справка

Изучает физика звуковые явления с древнейших времен. Нашими вечными спутниками в жизни являются шумы и звуки. Бывают шумовые колебания нам приятные, другие же нас раздражают. С этих слов можно сделать вывод о том, что звуки и звуковые явления по-разному воздействуют на сознание и самочувствие человека. Известно, что от некоторых шумов человек может сойти с ума, а есть такие звуки, которые способны исцелить какой-либо недуг у человека. Все эти открытия сделал человек еще до нашей эры. Чуть позже вы узнаете, какие бывают звуковые явления. А пока поговорим об открытиях в области акустики.

Древние цивилизации

Удивительное целебное воздействие звука на человека заметили священнослужители храмов Древнего Египта. Естественно, они это явление использовали в религиозных целях. Теперь ритуальные праздники египтян не обошлись без хоров и песнопений. Чуть позже музыка и звуки ворвались уже в храмы христиан. Высоким уровнем музыкального мастерства раньше всех овладели индийцы. Еще в те далекие времена они создали и активно применяли нотную грамоту. Индийцы наделили каждую ноту определенным значением. Последняя нота гаммы «Не» обозначала печаль, нота «Па» обозначала радость.

Пифагор – отец акустики

Уже с древних времен люди стремились изучить звуковые явления. Например, древнегреческий ученый математик и философ Пифагор, который жил около 2,5 тысяч лет тому назад, проводил разнообразные опыты со звуками. Благодаря своим открытиям он доказал, что низкий тон инструментов присущ только тем, которые имеют длинные струны. Когда струна укорачивается вдвое, то и звук повышается на одну октаву. Благодаря этим выводам Пифагора было положено начало в разделе физики – акустике. Самые первые акустические приборы создали греки, жившие в эпоху античности. Они использовали их в театрах. Эти приборы были в виде небольших рупоров, которые актёры вставляли в свою маску для того, чтобы усиливать звук. Кстати, очень было интересно явление шепчущих статуй богов в Древнем Египте.

Возрождение и Новое время

В течение многих веков звуковые явления так и продолжали изучать. Например, акустикой занимался даже живописец Леонардо да Винчи. В своих трудах он сформулировал принцип независимости волн звука от различных источников. Спустя 400 лет во Франции в Парижской академии наук Жозеф Савер опубликовал «Мемуары по акустике». Затем уже Ньютон изучал работы Савера. Основываясь на его выводах и заключениях, разработал расчёт длины звуковой волны. Ньютон пришел к выводу, что длина звуковой волны вдвое больше, чем труба, которая воспроизводит этот звук.

Определение звука

Что относится к звуковым явлениям? Переходим к определению понятия термина «звук». Это механические колебания, которые распространяются в упругих средах, таких как: газ, жидкости и твердые тела. Такие механические колебания воспринимают органы слуха, то есть наши уши. Самым простым примером, который пояснит сущность звука, будет струна любого музыкального инструмента. Она передает колебания окружающим частицам воздуха. Колебания распространяются далеко, а когда достигают уха, они вызывают колебания барабанной перепонки. Таким образом, мы слышим звук по-другому.

Звуковые явления в природе

Звуковые волны увидеть нельзя. Однако можно представить, как они будут выглядеть. Для этого вам нужно подойти к любому водоему. Если вы бросите камень в озеро или пруд, то вначале вы увидите углубление. Затем вода возвысится, и вследствие этого возникают на поверхности водоема волны, представляющие собой поочередно чередующиеся впадины и гребни. Они будут распространяться во все направления.

Разделы в акустике

Вопросами возникновения и распространения, а также поглощения звука занимается акустика. За последние 10 лет физическая акустика открыла звуки, которые лежат за пределами слышимости. Их изучает ультраакустика. Техническая акустика занимается процессами получения, передачи и приемов звукозаписи с помощью электроприборов. Следующий раздел, изучающий распространение звука в помещении – архитектурная акустика. Для нее важны не только размеры и формы помещения, где исследуется звук, но также и материалы, которые покрывают стены и потолки помещения. Музыкальная акустика изучает природу и происхождение музыкальных звуков. Наряду с другими разделами, существует и морская акустика (гидроакустика). Она призвана изучать звуковые явления в водной среде. Гидроакустика необходима для разработки, а также создания звуковых приборов, которые можно использовать на подводных лодках. Есть еще один вид – атмосферная акустика. Она изучает звуковые явления в атмосфере. Физиологическая акустика стоит на страже органов слуха. Благодаря ей мы знаем возможности наших органов, их устройство и действие. Данный вид акустики изучает образование звуков органов речи. И последний вид – это биологическая акустика. Она рассматривает вопросы ультразвукового и звукового общения животных. Также она изучает механизмы локации, которыми пользуются звери, кроме того, биологическая акустика призвана исследовать проблемы шума и вибрации, она необходима для того, чтобы бороться с вредными шумами и для оздоровления окружающей среды.

Аномальные природные звуковые явления

На нашей планете есть места, известные за счёт феномена гула. Его описывают, как постоянное и низкочастотное гудение. Источник этого звука до сих пор не обнаружен. Город Талас в Нью-Мексико обладает таким аномальным источником звука. Удивительно, что этот гул слышат только 2% из местных жителей города, они говорят, что звук является чрезвычайно тревожным.

Аномальные природные звуковые явления

Одним из самых приятных звуков человек считает мурлыканье кошек. Ученые до сих пор изучают это явление. Происхождение этого звука до сих пор не могут установить. Не менее удивительными в природе считаются очень сложные и длинные звуки, которые издают самцы горбатых китов. Многие ученые считали, что это необходимо для привлечения самок, но последние исследования доказали, что звук привлекает вовсе не самок, а самцов.

В природе существует огромное количество звуков. Мы слышим раскаты грома. Зимой под нашими ногами хрустит снег. Если закричать в лесу, то мы услышим эхо. Оно тоже является примером звуковых явлений в природе.

Таким образом, мы рассмотрели примеры звуковых явлений в физике и природе. Теперь ни одна проверочная работа вам не страшна.

Звуковые явления. Распространения звука

Природа звука и его характеристики
Мы живем в окружении звуков: шелест листвы, пение птиц, речь людей, шум транспорта и другие.
Звуки — это колебания частиц в воздухе, жидкостях, твердых телах. Колебания распространяются в виде волн. Скорость распространения звука в воздухе — 331 м / с, в воде — 1500 м / с, в стали — 6000 м / с.

Количество звуковых колебаний в секунду называется частотой. Единица частоты — герц (Гц).
Комар издает звуки с частотой до 10 000 Гц, а мышь — до 200 000 Гц. Человеческое ухо лучше воспринимает звуки, имеющие частоту от 1000 до 4000 Гц.

Людям свойственна разная слуховая чувствительность. Слишком большой частоты звуковые волны вызывают в ушах ощущение боли и перестают ощущаться как звук. Величину частоты звуковых волн, при которых это происходит, называют порогом бо-целевого ощущения.
Громкость, или сила звука, измеряется в децибелах (дБ). Громкость обычного разговора — 60 дБ, шепота — 30 дБ, крика — 80 дБ, стука молотка — 130 дБ.
Источника звука

Значение звуков в природе
Звуки — источники информации об окружающей среде.
Звуки обозначают видовое и половую принадлежность животных, информируют тех, кто вокруг, о намерениях, предупреждают об опасности.
Значение звуков для человека
Около 9% информации из внешнего мира человек получает с помощью звуков, но этого вполне достаточно, чтобы оценить степень опасности и безопасности в окружающей среде.
В разговоре человек обращает внимание не только на суть информации, но и на эмоциональную окраску речи. Гнев, злость, радость, боль, ирония — все эти чувства отражаются в звуках.
Нервная система негативно реагирует на шумы, причиняет ощутимый вред здоровью. Длительное шумовое воздействие провоцирует гипертонию и язве, сокращает продолжительность жизни.
Гигиена слуха
Органом слуха у человека есть ухо. Оно состоит из трех отделов: наружное, среднее и внутреннее. Наружное ухо состоит из слухового прохода, который заканчивается барабанной перепонкой. В слуховом ходе периодически накапливается ушная сера, удаляя которую необходимо следить за целостностью барабанной перепонки. Уши нельзя чистить острыми предметами.
Слух снижается при условии постоянного прослушивания громкой музыки, пользования плеером, а также под действием производственных шумов.