Звук как физическое явление | Digital Music Academy

Что такое звук?

Если коротко — это волнообразные сгущения и разрежения воздуха (или другой среды), воспринимаемые органом слуха человека.

Когда речь идет о звуке, обычно используется выражение «звуковые колебания». И это отражает суть явления, поскольку механическое движение в упругой среде вызывает волнообразное колебание её плотности (те самые сгущения и разрежения), или с точки зрения помещенного в среду тела — колебание давления на это тело со стороны среды. Эти колебания давления и воспринимаются нами как звук:

Как видим, в результате механического воздействия частицы вещества не движутся последовательно в одном направлении, а совершают колебания относительно своего первоначального положения, это проявление упругости вещества.

Надо отметить, что в отличие от поперечных волн, которые, например, создает на поверхности воды брошенный камень, звуковые волны относятся к продольным, т.е. таким, в которых смещение частиц среды происходит в направлении распространения волны.

Продольная волна – это волна, при распространении которой смещение частиц среды происходит в направлении распространения волны. Причиной возникновения продольной волны является деформация сжатия/растяжения, т.е. сопротивление среды изменению ее объема. В жидкостях или газах такая деформация сопровождается разрежением или уплотнением частиц среды. Продольные волны могут распространяться в любых средах – твердых, жидких и газообразных.

Поперечная волна – это волна, при распространении которой смещение частиц среды происходит в направлении, перпендикулярном распространению волны. Примерами поперечных волн могут служить волны, бегущие по натянутой веревке или по струне.

Здесь упругость — это свойство вещества восстанавливать занимаемый объем после прекращения механического воздействия.

Конечно, звук может распространяться не только в воздухе. Это может быть любая среда, обладающая достаточной степенью упругости — газ, жидкость или твердое тело. Звук прекрасно распространяется, например, в воде или металле, но в менее упругих или высокоэластичных средах звуковые волны быстро затухают.

Важная характеристика звуковой волны — её частота. Человеческое ухо способно воспринимать изменения давления в определенном диапазоне частот, приблизительно от 20 до 20000 колебаний в секунду (или Герц), такие колебания и называют звуковыми. Колебания с меньшей частотой называют инфразвуком, а с большей — ультразвуком.

Таким образом, звук — понятие психофизическое, т.е. связанное со способом восприятия этого физического явления сенсорным аппаратом и сознанием человека:

• частоту колебаний давления мы воспринимаем как высоту звука,
• амплитуду этих колебаний как его громкость,
• а спектральный состав, т.е. относительную интенсивность компонентов, из которых складывается любое сложной колебание — как тембр.

«С одной стороны, звук — это объективное физическое явление, колебательный процесс, порождающий в упругой среде быстро распространяющиеся волны. С другой же — субъективное психологическое: нечто воспринятое слухом и отразившееся в сознании в виде особого психического образа» (Е. Назайкинский).

Спектральный состав звука и шумы

Совсем не каждый звук обладает такой характеристикой, как высота. Большинство естественных звуков относится к шумам, это звуки, не имеющие определенной высоты. Казалось бы, это противоречит сказанному выше, ведь в качестве высоты звука мы воспринимаем его частоту, которая характеризует любое колебательное движение.

Это объясняется способом восприятия звуковых колебаний слуховым аппаратом человека. Технически мы воспринимаем любое сложное звуковое колебание как набор гармонических (синусоидальных) колебаний (см. теория слуха Г. Гельмгольца):

Пример разложения сложного колебания на простые (гармонические).
Синим и розовым цветом обозначены гармонические колебания, а зеленым — исходное сложное (негармоническое) колебание.

Гармоническими или простыми называют колебания, которые описываются функциями вида f(x) = sin(x) и f(x) = cos(x). Графики таких функций имеют вид синусоиды, поэтому их также называют синусоидальными. Гармонические колебания совершает, например, проекция точки, равномерно движущейся по окружности:

Синусоиды, из которых состоит любое сложное звуковое колебание, называют его частотными или спектральными компонентами. Эти компоненты могут иметь самую разнообразную амплитуду, но в качестве высоты звука воспринимается частота наиболее мощного из них — основного тона:

Если же энергия звуковой волны беспорядочно распределена между огромным количеством частотных компонентов (как это обычно бывает в естественных шумах), основной тон отсутствует, а звук не имеет определенной высоты и воспринимается как шум.

Кроме того, в силу так называемой «инерционности слуха», наш слуховой аппарат реагирует лишь на частотные компоненты достаточной продолжительности, позволяющей зафиксировать несколько периодов колебания: от 15 мс. для частот в полосе 1000-2000 Гц и от 60 мс. — для частот ниже 500 Гц.

Музыкальные звуки

К музыкальным принято относить звуки, обладающие ярко выраженной высотой. В таком звуке, помимо основного тона, выделяются его гармоники — компоненты, частоты которых кратны частоте основного тона. Например, если частота основного тона 220 Гц, его гармоники будут иметь частоты 440 Гц, 660 Гц, 880 Гц и т.д. Колебания струны в струнном, и колебания плотности воздушного столба в духовом инструменте создают звуки именно такого характера — с выраженными гармониками, подчеркивающими в нашем восприятии основной тон. В некоторых случаях гармоники даже вызывают иллюзию отсутствующего основного тона (резидуальные звуки).

Природа возникновения гармоник довольна проста — например, колебание струны имеет сложный характер, в нем кроме движения целой струны, создающего основной тон, можно выделить движение её половин, третей, четвертей и т.д., каждое их которых создает гармонику соответствующей частоты:

Звуковые явления в живой и неживой 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 волны. Источники звука. Характеристики звука (Иванова М.Г.)

Данный урок освещает тему «Звуковые волны». На этом уроке мы продолжим изучать акустику. Вначале повторим определение звуковых волн, затем рассмотрим их частотные диапазоны и познакомимся с понятием ультразвуковых и инфразвуковых волн. Мы также обсудим свойства, присущие звуковым волнам в различных средах, и узнаем, какие им присущи характеристики.

Звуковые волны – это механические колебания, которые, распространяясь и взаимодействуя с органом слуха, воспринимаются человеком (рис. 1).

Рис. 1. Звуковая волна

Раздел, который занимается в физике этими волнами, называется акустика. Профессия людей, которых в простонародье называют «слухачами», – акустики. Звуковая волна – это волна, распространяющаяся в упругой среде, это продольная волна, и, когда она распространяется в упругой среде, чередуются сжатие и разряжение. Передается она с течением времени на расстояние (рис. 2).

Рис. 2. Распространение звуковой волны

К звуковым волнам относятся такие колебания, которые осуществляются с частотой от 20 до 20 000 Гц. Для этих частот соответствуют длины волн 17 м (для 20 Гц) и 17 мм (для 20 000 Гц). Этот диапазон будет называться слышимым звуком. Эти длины волн приведены для воздуха, скорость распространения звука в котором равна .

Существуют еще такие диапазоны, которыми занимаются акустики, – инфразвуковые и ультразвуковые. Инфразвуковые – это те, которые имеют частоту меньше 20 Гц. А ультразвуковые – это те, которые имеют частоту больше 20 000 Гц (рис. 3).

Рис. 3. Диапазоны звуковых волн

Каждый образованный человек должен ориентироваться в диапазоне частот звуковых волн и знать, что если он пойдет на УЗИ, то картинка на экране компьютера будет строиться с частотой больше 20 000 Гц.

Ультразвук – это механические волны, аналогичные звуковым, но имеющие частоту от 20 кГц до миллиарда герц.

Волны, имеющие частоту более миллиарда герц, называют гиперзвуком.

Ультразвук применяется для обнаружения дефектов в литых деталях. На исследуемую деталь направляют поток коротких ультразвуковых сигналов. В тех местах, где дефектов нет, сигналы проходят сквозь деталь, не регистрируясь приемником.

Если же в детали есть трещина, воздушная полость или другая неоднородность, то ультразвуковой сигнал отражается от нее и, возвращаясь, попадает в приемник. Такой метод называют ультразвуковой дефектоскопией.

Другими примерами применения ультразвука являются аппараты ультразвукового исследования, аппараты УЗИ, ультразвуковая терапия.

Инфразвук – механические волны, аналогичные звуковым, но имеющие частоту менее 20 Гц. Они не воспринимаются человеческим ухом.

Естественными источниками инфразвуковых волн являются шторм, цунами, землетрясения, ураганы, извержения вулканов, гроза.

Инфразвук – тоже важные волны, которые используют для колебаний поверхности (например, чтобы разрушить какие-нибудь большие объекты). Мы запускаем инфразвук в почву – и почва дробится. Где такое используется? Например, на алмазных приисках, где берут руду, в которых есть алмазные компоненты, и дробят на мелкие частицы, чтобы найти эти алмазные вкрапления (рис. 4).

Рис. 4. Применение инфразвука

Скорость звука зависит от условий среды и температуры (рис. 5).

Рис. 5. Скорость распространения звуковой волны в различных средах

Обратите внимание: в воздухе скорость звука при  равна , при  скорость увеличивается на . Если вы исследователь, то вам могут пригодиться такие знания. Вы, может быть, даже придумаете какой-нибудь температурный датчик, который будет фиксировать расхождения температуры путем изменения скорости звука в среде. Мы уже знаем, что чем плотнее среда, чем более серьезное взаимодействие между частицами среды, тем быстрее распространяется волна. Мы в прошлом параграфе обсудили это на примере сухого и воздуха влажного воздуха. Для воды скорость распространения звука

. Если создать звуковую волну (стучать по камертону), то скорость ее распространения в воде будет в 4 раза больше, чем в воздухе. По воде информация дойдет быстрее в 4 раза, чем по воздуху. А в стали и того быстрее:  (рис. 6).

Рис. 6. Скорость распространения звуковой волны

Вы знаете из былин, что Илья Муромец пользовался (да и все богатыри и обычные русские люди и мальчики из РВС Гайдара), пользовались очень интересным способом обнаружения объекта, который приближается, но располагается еще далеко. Звук, который он издает при движении, еще не слышен. Илья Муромец, припав ухом к земле, может ее услышать. Почему? Потому что по твердой земле передается звук с большей скоростью, значит, быстрее дойдет до уха Ильи Муромца, и он сможет подготовиться к встрече неприятеля.

Самые интересные звуковые волны – музыкальные звуки и шумы. Какие предметы могут создать звуковые волны? Если мы возьмем источник волны и упругую среду, если мы заставим источник звука колебаться гармонически, то у нас возникнет замечательная звуковая волна, которая будет называться музыкальным звуком. Этими источниками звуковых волн могут быть, например, струны гитары или рояля. Это может быть звуковая волна, которая создана в зазоре воздушном трубы (органа или трубы). Из уроков музыки вы знаете ноты: до, ре, ми, фа, соль, ля, си. В акустике они называются тонами (рис. 7).

Рис. 7. Музыкальные тоны

У всех предметов, которые могут издавать тоны, будут особенности. Чем они различаются? Они различаются длиной волны и частотой. Если эти звуковые волны создаются не гармонически звучащими телами или не связаны в общую какую-то оркестровую пьесу, то такое количество звуков будет называться шумом.

Шум – беспорядочные колебания различной физической природы, отличающиеся сложностью временной и спектральной структуры. Понятие шума есть бытовое и есть физическое, они очень схожи, и поэтому мы его вводим как отдельный важный объект рассмотрения.

Переходим к количественным оценкам звуковых волн. Какие у музыкальных звуковых волн характеристики? Эти характеристики распространяются исключительно на гармонические звуковые колебания. Итак, громкость звука. Чем определяется громкость звука? Рассмотрим распространение звуковой волны во времени или колебания источника звуковой волны (рис. 8).

Рис. 8. Громкость звука

При этом, если мы добавили в систему не очень много звука (стукнули тихонечко по клавише фортепиано, например), то будет тихий звук. Если мы громко, высоко поднимая руку, вызовем этот звук, стукнув по клавише, получим громкий звук. От чего это зависит? У тихого звука амплитуда колебаний меньше, чем у громкого звука .

Следующая важная характеристика музыкального звука и любого другого – высота. От чего зависит высота звука? Высота зависит от частоты. Мы можем заставить источник колебаться часто, а можем заставить его колебаться не очень быстро (то есть совершать за единицу времени меньшее количество колебаний). Рассмотрим развертку по времени высокого и низкого звука одной амплитуды (рис. 9).

Рис. 9. Высота звука

Можно сделать интересный вывод. Если человек поет басом, то у него источник звука (это голосовые связки) колеблется в несколько раз медленнее, чем у человека, который поет сопрано. Во втором случае голосовые связки колеблются чаще, поэтому чаще вызывают очаги сжатия и разряжения в распространении волны.

Есть еще одна интересная характеристика звуковых волн, которую физики не изучают. Это тембр. Вы знаете и легко различаете одну и ту же музыкальную пьесу, которую исполняют на балалайке или на виолончели. Чем отличаются эти звучания или это исполнение? Мы попросили в начале эксперимента людей, которые извлекают звуки, делать их примерно одинаковой амплитуды, чтобы была одинакова громкость звука. Это как в случае оркестра: если не требуется выделения какого-то инструмента, все играют примерно одинаково, в одинаковую силу. Так вот тембр балалайки и виолончели отличается. Если бы мы нарисовали звук, который извлекают из одного инструмента, из другого, с помощью диаграмм, то они были бы одинаковыми. Но вы легко отличаете эти инструменты по звуку.

Еще один пример важности тембра. Представьте себе двух певцов, которые заканчивают один и тот же музыкальный вуз у одинаковых педагогов. Они учились одинаково хорошо на пятерки. Почему-то один становится выдающимся исполнителем, а другой всю жизнь недоволен своей карьерой. На самом деле это определяется исключительно их инструментом, который вызывает как раз голосовые колебания в среде, т. е. у них отличаются голоса по тембру.

 

Список литературы

1. Соколович Ю.А., Богданова Г.С. Физика: справочник с примерами решения задач. – 2-е издание передел. – X.: Веста: издательство «Ранок», 2005. – 464 с.
2. Перышкин А.В., Гутник Е.М., Физика. 9 кл.: учебник для общеобразоват. учреждений/А.В. Перышкин, Е.М. Гутник. – 14-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2009. – 300 с.

 

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Интернет-портал «eduspb.com» (Источник)
2. Интернет-портал «msk.edu.ua» (Источник)
3. Интернет-портал «class-fizika.narod.ru» (Источник)

 

Домашнее задание

1. Как распространяется звук? Что может служить источником звука?
2. Может ли звук распространяться в космосе?
3. Всякая ли волна, достигшая органа слуха человека, воспринимается им?

что такое звуковое явление? 1

Звуковые явления. а) для отражения звука (вторичная волна, эхо) ; б) звуколокация (исторический пример с судном «Титаник» , затонувшего в 1912 году, что натолкнуло на мысль использовать отражения звука от морского дна и помех) ; в) акустический резонанс (примеры: музыкальные инструменты, полость рта) . \ изучает наука акустика

Слово «звук» определяет два понятия: первое — звук как физическое явление; второе — звук как ощущение, звуком называется колебательное движение частиц упругой среды с частотами от 16-20 до 20 000 Гц, воспринимаемыми нашим органом слуха. Вокруг источника звука возникает замкнутая волна, которая распространяется во все стороны. Отдельная звуковая волна представляет собой сжатие и последующие распространение воздуха, возникающие вследствие колебательных движений молекул газа вдоль пути распространения волны.  В природе существует целый ряд звуковых явлений, происхождение которых связано с метеорологическими и геофизическими процессами. Общеизвестно и наиболее изучено звуковое явление метеорологического происхождения — гром, который обычно сопровождает разряды молнии. Образование грома объясняется следующим. Вдоль пути разряда молнии возникает внезапное нагревание и вследствие этого сильное расширение воздуха, похожее на сильный взрыв. Это расширение и вызывает ударную волну, перемещающуюся в атмосфере и достигающую земной поверхности.  Звуковые явления, такие, как вой ветра, гудение проводов, шум леса, шелест ивы и другие, объясняются следующим образом. При обтекании воздушным потоком твердых предметов около каждого из них возникают завихрения воздуха.  Звуки, которые возникают при падении капель дождя и градин на предметы или почву, при перемещении снежинок по снежным полям, при движении песчаных масс, вызываются соударениями отдельных частиц и колебаниями той поверхности, на которую они падают или вдоль которой происходит их перемещение.  Скрип снега при значительных морозах объясняется тем, что снежинки под давлением ноги человека, полозьев саней или колес машины не плавятся, как при более высоких температурах, а разламываются и перемещаются. И чем ниже температура, тем сильнее скрипит снег.

ЗВУКОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ

Среди природных явлений, особое значение для жизни человека име­ют звуковые явления (или просто звук).

Мир, в котором мы живем полон разных звуков. Пение птиц, музы­ка, шум воды в арыке, шелест листьев, гром — это все различные звуки.

Наша речь тоже состоит из ряда следующих друг за другом звуков. Мы с легкостью отличаем голос одного человека от голоса другого чело­века.

Теперь остановимся на том, как появляется звук. Как показали про­стые опыты, издающие звук тела всегда колеблются. Если немного от­тянуть струну гитары или комуза и отпустить ее, мы услышим звук. Мы видим, что середина струны стала как бы толще, а очертания ее сде­лались неясными. Вид звучащей струны комуза изменился, потому что она колеблется. Если коснуться рукой струны, колебание остановится, а вместе с тем и исчезнет звук.

Источником звука являются колеблющиеся тела.

При изучении звуковых явлений или настраивании музыкальных ин­струментов используется камертон (рисунок 35). Если аккуратно стук­нуть по камертону резиновым молоточком, он начинает колебаться и зву­чать. Если держать звучащий камертон в руке, то его звук ослабевает, а если поставить на деревянный ящик звук усиливается, так как в колеба­ние приходит и ящик и столб воздуха в нём.

Тело, отзывающееся на звук, называется резонатором.

Резонаторы различных форм и устройств исполь­зуются в музыкальных инструментах. Например, в комузе его называют корпусом. При колебании стру­ны, он усиливает звук в несколько раз. Источником звука у человека и многих животных служат их го­лосовые связки.

Под действием струй воздуха из легких, голосо­вые связки человека колеблются и издают слабый звук. Этот звук усиливается, проходя через резона­торы, другими словами, через глотку и полость рта. Так как строение каждого человека и животных раз­ное, их голоса тоже разные.

Если при распространении в воздухе звук встре­чается с какими-либо препятствиями (скала, стена), то он отражается от него и мы услышим отражен­ный звук. Такое явление называется эхом. Чтобы услышать звук источника и отражённый звук раздельно, нужно, чтобы промежуток времени между ними не был менее 1/15 секунд.

Приведем пример. Сначала коротко произнесем «Оо!». На расстоя­нии 10 м от нас должно стоять препятствие. Это расстояние звук пройдет S 10м                1

^3at_ v «340^ ~ 34 секунды.

До того, как вернется отраженный звук, пройдет столько же времени. Значит, отражённый звук дойдет до нас через 1/34 с • 2=1/17 с.

Это меньше, чем указанное нами выше время. Поэтому отраженный, звук нами не услышится. Но произнесенный нами короткий звук «Оо!» слышится нам дольше, как «Оо-о-о!». Если в большом зале мало людей, то слова говорящего человека нельзя услышать четко, так как слова гово­рящего человека многократно отражаясь от различных предметов, таких кагг стены, скамейки и другие твердые тела, доходят до ушей слушаю­щего человека в разное время. Если в том же зале будет много людей, то слова говорящего можно услышать четко потому, что мало отраженных и много поглощенных звуков. Слова доходят до ушей слушающего чело­века одновременно и слышатся внятно.

Вопросы

1. Что является источником звука?
2. Что такое эхо? Когда оно появляется?
3. Что такое резонатор?
4. Какую функцию выполняет корпус комуза?

Комментарии

Урок физики по теме «Звуковые явления»

Звук. Источник звука. (Тимофеева Алена, Потапов Алексей)

ЛЁША:

Мир звуков так многообразен,

Богат, красив, разнообразен,

Но всех нас мучает вопрос,

Что слух наш всюду услаждают?

Пора задуматься всерьёз.

Тема нашего проекта «что такое звук? Источники звука.».

Когда прошел первый урок по звуковом колебаниям и учитель спросил у нас что мы хотим узнать про звук, то мой первый вопрос был « а что такое звук? »

И тогда я решила узнать и вместе со мной эта тема так же заинтересовала моего соседа по парте.

Мы провели опрос среди учащихся и работников нашей школы, чтобы выяснитить их знания по нашей теме. Что такое звук? И вот какие результаты мы получили

Дети

ОТВЕТ

ЧИСЛО ОПРОШЕННЫХ

ПРОЦЕНТ

Все что окружает

7

28

Голос, речь

4

16

Эхо

5

20

Электрические приборы

3

12

Взрыв гранаты

5

20

Вообще незнают

1

4

Взрослые

ОТВЕТ

ЧИСЛО ОПРОШЕННЫХ

ПРОЦЕНТ

Речь, голос

4

33

Все что шумит

5

41,6

Колебания воздуха

1

8,3

Вообще незнают

2

16,6

Проведя анкетирование, мы поняли, что не взрослые и не дети не могут точно ответить на вопрос «какие источники звука им известны?».

Значит, данная тема будет актуальна для всех.

Мы поставили перед собой вопрос « А что такое звук?» и «Какие бывают источники звука?

Сейчас мы проведем ряд опытов показывающих, что некоторые тела являются источниками звука

Видеоряд

1. Гудок поезда

2. Звук музыкальных инструментов

3. Звук насекомых

4. Журчание воды

5. Дрель

6. Грозы

7. Шум моря

8. Пение птиц

9. Звук дождя

10. Звук диких животных

11. Звук домашних животных

12. Ветер

13. Автомобили

14. Часы

15. Взрыв гранат

16. Взлёт космического корабля

17. Шум компьютера

18. Пила

19. Газонокосилка

20. Телевизор

21. Телефон

22. Трактор

23. Магнитофон

24. Микроволновая печь

Источники звука – физические тела, которые колеблются, т.е. дрожат или вибрируют с частотой от 20 до 20000 раз в секунду.

Вибрирующее тело может быть твердым, например, струна или земная кора,

Газообразными, например, струя воздуха в духовном музыкальном инструменте или в свистке,

Жидкие, например, волны на воде.

ОПЫТ: помашите руками

Слышите ли вы какой то звук?

А почему нет?

Данный опыт показывает, что источником звука являются не все колеблющиеся тела.

С физической точки зрения

Звук – это механически упругие волны, распространяющиеся в газах, жидкостях и твердых телах.

Волны, которые вырабатывают ощущения звука, с частотой от 20 Гц до 20000Гц называют звуковыми волнами. Т.Е.мы слышим звук, если частота колебаний лежит в пределе от 20 Гц до 20000Гц.а когда машем руками, то частота меньше . Проверим сколькою

Причина появления звука – вибрация тел, хотя эти колебания зачастую незаметны для нашего уха.

Вокруг колеблющегося тела возникают колебания окружающей среды, которые распространяются в пространстве.

УЛЬТРАЗВУК:

— это механические колебания, частота которых превышает 20000Гц.Ультразвук находит широкое применение в технике и медицине.

Дельфины и летучие мыши так же общаются с помощью ультразвука

Благодаря ультразвуку дельфины уверенно ориентируются в мутной воде. Посылая и принимая возвратившихся назад ультразвуковые импульсы, они способны на расстоянии 20-30 метров обнаружить даже маленькие дробинку. Ультразвук помогает и летучим мышам, Которые обладают плохим зрением или ничего не видят. Издавая с помощью своего слухового аппарата ультразвуковые волны (до2500раз в секунду), они способны ориентироваться в полёте и успешно ловить добычу даже в полной темноте. Ультразвук находит широкое применение в технике. Например, источники ультразвука устанавливают на кораблях и подводных лодках для навигации и измерения глубины. В медицине при помощи ультразвука осуществляются диагностические исследования и сварка сломанных костей. Биологическое значение ультразвука приводит к гибели микробов, тем самым позволяет для стерилизации медицинских инструментов.

ИНФРАЗВУК:

— упругие волны, аналогичные звуковым, но имеющие частоту ниже воспринимаемой человеческим ухом. Инфразвук слабо поглощается средой, поэтому может распространяться на значительные расстояния от источника.

Естественные источники

Возникает при землетрясениях, во время бурь и ураганов, цунами.

Техногенные источники

К основным техногенным источникам инфразвука относится мощное оборудование — станки, котельные, транспорт, подводные и подземные взрывы. Кроме того, инфразвук излучают ветряные электростанции и в некоторых случаях вентиляционные шахты.

ВЫВОД:

Звук – это механически упругие волны, распространяющиеся в газах, жидкостях и твердых телах. С частотой колебаний от 20 до 20000 ГЦ, и

В то же время — это средство передачи и приема информации. Звук просто необходим и людям и животным.

Распространение звука. Звуковые волны — урок. Физика, 9 класс.

Мы воспринимаем звуки, находясь на расстоянии от их источников. Обычно звук доходит до нас по воздуху. Воздух является упругой средой, передающей звук.

 

Обрати внимание!

Если между источником и приёмником удалить звукопередающую среду, то звук распространяться не будет и, следовательно, приёмник не воспримет его.

Пример:

поместим под колокол воздушного насоса часы-будильник (рис. \(1\)).

 

Рис. \(1\)

 

Пока в колоколе находится воздух, звук звонка слышен ясно. При откачивании воздуха из-под колокола звук постепенно слабеет и, наконец, становится неслышимым. Без передающей среды колебания тарелки звонка не могут распространяться, и звук не доходит до нашего уха. Впустим под колокол воздух и снова услышим звон.

Обрати внимание!

Хорошо проводят звуки упругие вещества, например металлы, древесина, жидкости, газы.

Положим на один конец деревянной доски карманные часы, а сами отойдём к другому концу. Приложив ухо к доске, услышим ход часов (рис. \(2\)).

 

Рис. \(2\)

 

Привяжем к металлической ложке бечёвку. Конец бечёвки приложим к уху. Ударяя по ложке, услышим сильный звук (рис. \(3\)). Ещё более сильный звук услышим, если бечёвку заменим проволокой.

 

Рис. \(3\)

 

Обрати внимание!

Мягкие и пористые тела — плохие проводники звука.

Чтобы защитить какое-нибудь помещение от проникновения посторонних звуков, стены, пол и потолок прокладывают прослойками из звукопоглощающих материалов. В качестве прослоек используют войлок, прессованную пробку, пористые камни, различные синтетические материалы (например, пенопласт), изготовленные на основе вспененных полимеров. Звук в таких прослойках быстро затухает.

Звук распространяется в любой упругой среде — твёрдой, жидкой и газообразной — но не может распространяться в пространстве, где нет вещества.

Колебания источника создают в окружающей его среде упругую волну звуковой частоты. Волна, достигая уха, воздействует на барабанную перепонку, заставляя её колебаться с частотой, соответствующей частоте источника звука. Дрожания барабанной перепонки передаются посредством системы косточек окончаниям слухового нерва, раздражают их и тем вызывают ощущение звука (рис. \(4\)).

 

Рис. \(4\)

 

В газах и жидкостях могут существовать только продольные упругие волны. Поэтому звук в воздухе передаётся продольными волнами, то есть чередующимися сгущениями и разрежениями воздуха, идущими от источника звука.

Звуковая волна, как и любые другие механические волны, распространяется в пространстве не мгновенно, а с определённой скоростью.

Наблюдая за стрельбой из ружья, мы сначала видим огонь и дым, а потом через некоторое время слышим звук выстрела.

Дым появляется в то же время, когда происходит первое звуковое колебание. Измерив промежуток времени \(t\) между моментом возникновения звука (момент появления дыма) и моментом, когда он доходит до уха, можно определить скорость распространения звука:

 

V=st.

 

Измерения показывают, что скорость звука в воздухе при \(0\) °С и нормальном атмосферном давлении равна \(332\) м/с.

Скорость звука в газах тем больше, чем выше их температура.

Например, при \(20\) °С скорость звука в воздухе равна \(343\) м/с, при \(60\) °С — \(366\) м/с, при \(100\) °С — \(387\) м/с. Объясняется это тем, что с повышением температуры возрастает упругость газов, а чем более упругие силы, возникающие в среде при её деформации, тем больше подвижность частиц, и тем быстрее передаются колебания от одной точки к другой.

Скорость звука зависит также от свойств среды, в которой распространяется звук.

Например, при \(0\) °С скорость звука в водороде равна \(1284\) м/с, а в углекислом газе — \(259\) м/с, так как молекулы водорода менее массивны и менее инертны.

В настоящее время скорость звука может быть измерена в любой среде.

Молекулы в жидкостях и твёрдых телах расположены ближе друг к другу и сильнее взаимодействуют, чем молекулы газов. Поэтому скорость звука в жидких и твёрдых средах больше, чем в газообразных.

 

Поскольку звук — это волна, то для определения скорости звука, помимо формулы

 

V=st,

 

можно использовать формулы

 

V=λT

 

и

 

V=λν.

 

При решении задач скорость звука в воздухе обычно считают равной \(340\) м/с.