общим для всех звуков является то что источники звука
Общим для всех звуков является то что источники звука
1. Что общего у всех источников звука? Какой вывод из них следует?
Все опыты свидетельствуют о том, что источники звука колеблются.
В тисках закреплена одним концом упругая металлическая линейка.
Если её свободную часть привести в колебательное движение, то линейка будет издавать звук.
Колебания источника звука видны.
Можно «записать» колебания камертона.
К концу ветви камертона привинчена тонкая и узкая металлическая полоска, оканчивающаяся остриём.
Остриё загнуто вниз и касается закопчённой пластинки.
При быстром перемещении пластинки остриё оставляет на ней след в виде волнообразной линии.
2. Каким общим свойством обладают все источники звука?
Любой источник звука обязательно колеблется, хотя эти колебания чаще всего незаметны для глаза.
3. Механические колебания каких частот называются звуковыми и почему?
Не всякое колеблющееся тело является источником звука.
Человеческое ухо способно воспринимать как звук механические колебания с частотой в пределах от 16 до 20 000 Гц, передающиеся обычно через воздух.
Поэтому колебания этого диапазона частот называются звуковыми.
4. Какие колебания называются ультразвуковыми? инфразвуковыми?
Механические колебания, частота которых превышает 20 000 Гц, называются ультразвуковыми.
Механические колебания с частотами менее 16 Гц называют инфразвуковыми.
Ультразвук и инфразвук распространены в природе так же широко, как и волны звукового диапазона.
Их излучают и используют для своих «переговоров» дельфины, летучие мыши и некоторые другие живые существа.
5. Как используют ультразвук в эхолокации?
Ультразвук используют в эхолокации для определения расстояния до объекта под водой.
Направленные узкие пучки ультразвука применяются для измерения глубины моря.
Для этой цели на дне судна помещают излучатель и приёмник ультразвука.
Излучатель даёт короткие сигналы, которые доходят до дна и, отражаясь от него, достигают приёмника.
Моменты излучения и приёма сигнала регистрируются.
За время t, которое проходит с момента отправления сигнала до момента его приёма, сигнал, распространяющийся со скоростью v, проходит путь, равный удвоенной глубине моря, т. е. 2h:
2h = vt.
Отсюда глубина моря:
h = vt/2
Звуковые колебания. Источники и характеристики звука
Урок 26. Физика 9 класс (ФГОС)
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Звуковые колебания. Источники и характеристики звука»
Среди огромного количества различных колебательных и волновых движений, которые встречаются в природе и технике, особо место в жизни человека занимают звуковые колебания, или просто звуки. Достаточно сказать, что окружающий мир наполнен огромным количеством звуков, которые издают люди, птицы и животные, машины и так далее.
Итак, что же такое звук и как он возникает?
Начнём с того, что раздел физики, в котором изучаются звуковые явления, называется акустикой.
Многочисленные опыты и наблюдения показали, что общим для всех тел, издающих звуки является то, что все они совершают колебательные движения.
Таким образом, звук — это упругие колебания, распространяющиеся в какой-либо среде.
Для примера, возьмём в качестве среды воздух, а в качестве источника звука — камертон, который был изобретён в начале восемнадцатого века английским музыкантом Джоном Шором для настройки музыкальных инструментов. Камертон представляет собой изогнутый металлический стержень на ножке.
Если ударить по камертону молоточком, то можно услышать чистый музыкальный звук, который возникает из-за частых колебаний ветвей камертона, незаметных для глаза. Когда ветвь камертона движется наружу, то она уплотняет ближайшие молекулы воздуха. Образуется слой сжатого воздуха, который стремиться расшириться обратно, уплотняя таким образом другие, соседние молекулы и так далее. Когда же ветвь камертона возвращается обратно, то создаётся разрежённый слой воздуха. Стремясь его заполнить туда устремляются соседние молекулы и разряженный слой воздуха точно также перемещается. Чтобы убедиться, что звучащий камертон действительно колеблется, достаточно поднести к нему лёгкий шарик, который тут же начнёт отскакивать.
Как и в случае колебаний маятника, камертон может сам записать свои колебания. Для этого к ножке камертона крепится тонкая металлическая полоска с остриём, загнутым вниз. При быстром перемещении закопчённой стеклянной пластинки под ветвями камертона остриё оставляет на стекле волнообразную линию, которая по форме очень близка к синусоиде. Следовательно, ножки камертона совершают гармонические колебания.
Источниками звуков могут быть не только твёрдые тела, но и жидкости, а также газы. Так, например, вода «поёт» в быстрых речках. А колебаниями масс воздуха обусловлены свист ветра, шелест листьев, раскаты грома и так далее.
Однако, как подсказывает нам наш жизненный опыт, не всякое колеблющееся тело издаёт звуки. Так, например, мы не слышим колебания обычного математического маятника. Всё дело здесь в частоте колебаний, которой характеризуется колебательная система. Так, наше ухо способно воспринимать только акустические звуки, то есть колебания, частота которых находится в пределах от шестнадцати до двадцати тысяч герц. А колебания других частот ощущаются нами в основном как вибрации, толчки, удары и тому подобное.
Например, звуковые удары возникают при выстреле или взрыве. А шумы представляют собой последовательность непериодических ударов. Таковы шум ветра в листьях деревьев, скрип и тому подобное.
Колебания с частотой меньше 16 герц называют инфразвуком.
А колебания с частотой более 20 килогерц называют ультразвуком.
Инфразвук и ультразвук не воспринимаются человеческим ухом. Лишь представители живой природы способны на это. Так, учёные обнаружили, что медузы и рыбы воспринимают инфразвуковые волны в диапазоне от 8 до 13 Герц. Многие животные, например, кошки, собаки и летучие мыши могут издавать и воспринимать ультразвуки. Ультразвуки самых высоких частот (до 200 килогерц) способны издавать и воспринимать дельфины.
Широко ультразвук используется и человеком. Например, ультразвуковое исследование применяется для изучения анатомии и мониторинга внутриутробного развития плода.
А для определения глубины водоёма или поиска косяков рыбы используются эхолоты. Это такие приборы, которые излучают ультразвуковые волны и принимают их после отражения. Принцип работы эхолота следующий: излучатель даёт короткие сигналы, которые дойдя до дна отражаются и возвращаются на приёмник. Зная время прохождения сигнала туда и обратно, а также его скорость, легко вычислить глубину моря. Описанный метод называется эхолокацией.
Звуки, окружающие нас, самые разнообразные. Поэтому для характеристики звуков используются такие понятия, как громкость, высота и тембр звука.
Для начала поговорим о громкости звука. Чтобы выяснить от какой характеристики он зависит, обратимся к опыту. Возьмём два камертона и ударим по ним молоточками с разной силой. Чем сильнее мы ударим молоточком по камертону, тем громче будет звук, который мы слышим. Поднеся лёгкий шарик к ветвям камертонов, легко заметить, что, чем громче звучит камертон, тем с большей амплитудой колеблется шарик. Следовательно, камертон, звучащий громче, имеет большую амплитуду колебаний.
Таким образом, громкость звука зависит от амплитуды колебаний: чем больше амплитуда колебаний, тем громче звук.
Единицу громкости звука называют сон (от латинского «сонус» — звук). Но в практических задачах используется другая, внесистемная единица уровня громкости — бел или децибел, названная в честь английского изобретателя Александра Белла.
Мы уже показали, что колебания ветвей камертона являются гармоническими. Так вот, звук, который мы слышим, когда его источник совершает гармонические колебания, называется музыкальным или чистым тоном.
Так как большинство звучащих тел создают целый набор звуковых частот, то для описания создаваемых ими звуков принято использовать целый ряд терминов.
Так, например, основным тоном называется звук наименьшей частоты, издаваемый звучащим телом. А обертонами называются звуки более высоких частот, чем основной тон.
Частоты всех обертонов данного звука в целое число раз больше частоты его основного тона. Поэтому их ещё называют высшими гармоническими тонами.
Основной тон голоса человека определяется голосовыми связками: чем они тоньше и короче, тем больше частота колебаний и выше голос. Но неповторимость и красоту голоса создают обертоны, которые возникают при колебаниях не только связок, но и губ, языка.
Если колебания источника звука не являются гармоническими, то на слух звук имеет ещё одно качество, а именно — специфический оттенок, называемый тембром.
Тембр определяет неповторимость звуков человеческих голосов и различных музыкальных инструментов. По различному тембру мы легко распознаем голос человека, звучание струны гитары или пианино, даже если бы все эти звуки имели одну и туже громкость и высоту.
Высота звука определяется частотой основного тона: чем больше частота основного тона, тем выше звук. Поэтому при сравнении голосов мы говорим о «басе», «теноре» или «альте».
А теперь давайте подумаем: кто в полёте чаще машет крыльями: шмель, муха или комар?
Ответ на этот вопрос достаточно простой. Мы только что сказали, что чем выше высота тона звука, тем большей частотой колебаний он вызван. Мы знаем, что комар при полёте издаёт более высокий тон, чем муха или шмель.
Значит комар и чаще машет крыльями в полёте.
В заключении ещё раз отметим, что слуховой аппарат человека способен распознавать лишь звуки в определённых интервалах громкости и частоты. Если в окружающем пространстве находится очень большое количество шумовых звуков или звуков большой громкости, то говорят об акустическом загрязнении пространства.
Например, если после звонка в классе начинают говорить одновременно практически все находящиеся в нём ученики, то услышать, что говорит даже рядом стоящий человек, достаточно трудно.
Помните, что систематическое воздействие на человека громких звуков (а особенно шумов), очень плохо сказывается на его здоровье.
Звуковые волны
Урок 19. Физика 11 класс ФГОС
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Звуковые волны»
Особенно важное место среди всех типов упругих волн занимают звуковые волны (или просто звуки). Мир окружающих нас звуков разнообразен и сложен, однако мы достаточно легко ориентируемся в нём и можем безошибочно отличить пение птиц от шума городской улицы.
Итак, что же такое звук и как он возникает?
Начнём с того, что раздел физики, в котором изучаются звуковые явления, называется акустикой.
Многочисленные опыты и наблюдения показали, что общим для всех тел, издающих звуки, является то, что все они совершают колебательные движения.
Таким образом, звук — это упругие колебания, распространяющиеся в какой-либо среде и способные вызывать у человека слуховые ощущения.
Для примера возьмём в качестве среды воздух, а в качестве источника звука — камертон, который был изобретён в начале восемнадцатого века английским музыкантом Джоном Шором для настройки музыкальных инструментов.
Если ударить по камертону молоточком, то можно услышать чистый музыкальный звук, который возникает из-за частых колебаний ветвей камертона, незаметных для глаза.
Ветвь камертона создаёт попеременно сжатие и разрежение в прилегающей к ней области воздуха, и образуется продольная волна, которая распространяется в воздухе. Графически её можно представить как зависимость плотности молекул воздуха от координаты.
Таким образом, в процессе распространения звуковой волны с течением времени изменяются такие характеристики среды, как плотность и давление. Следовательно, звуковые волны могут распространяться в твёрдых, жидких и газообразных средах.
А как вы думаете, возможно ли распространение звуковой волны в вакууме? Впервые на этот вопрос удалось ответить Роберту Бойлю в 1660 году. Идея опыта достаточно проста. Учёный взял работающий будильник (мы, для большей наглядности, используем электрический звонок) и поместил его в сосуд вакуумного насоса.
Несмотря на то, что звук, издаваемый под колоколом насоса, стал тише, он всё же был вполне различим. Затем Бойль начал откачивать воздух из сосуда. По мере того, как давление воздуха под колоколом уменьшается, звук звонка постепенно слабеет до тех пор, пока совсем не исчезнет. Но, обратите внимание, что молоточек звонка продолжает ударять по звонковой чаше. Значит, она колеблется, но эти колебания дальше не распространяются, так как нет передающей среды. Если впустить под колокол насоса воздух, то мы снова услышим звон. Этот опыт доказал, что для распространения звука необходима среда.
Источниками звуков могут быть не только твёрдые тела, но и жидкости, а также газы. Так, например, вода «поёт» в быстрых реках. А колебаниями масс воздуха обусловлены свист ветра, шелест листьев, раскаты грома и так далее.
Однако, как подсказывает нам наш жизненный опыт, не всякое колеблющееся тело издаёт звуки. Так, например, мы не слышим колебания обычного математического маятника. Всё дело здесь в частоте колебаний, которой характеризуется колебательная система. Так, наше ухо способно воспринимать только акустические звуки, то есть колебания, частота которых находится в пределах от 16 Гц до 20 кГц.
Колебания с частотой меньше 16 Гц называют инфразвуком. Такие звуки могут воспринимать некоторые рыбы и медузы. А колебания с частотой более 20 кГц называют ультразвуком. Их воспринимают многие животные, в том числе кошки, собаки, летучие мыши и дельфины.
Основными физическими характеристиками звука являются интенсивность и спектральный состав (спектр).
Интенсивность звуковой волны — это физическая скалярная величина, определяемая энергией, переносимой волной в единицу времени через поверхность площадью один квадратный метр, расположенную перпендикулярно к направлению распространения волны:
Другими словами, интенсивность представляет собой мощность, переносимую волнами через поверхность единичной площади перпендикулярно к направлению распространения волны.
Интенсивность звука, улавливаемого ухом человека, лежит в очень широких пределах. Минимальная интенсивность, при которой ухо человека перестаёт воспринимать звук, называется порогом слышимости.
На основании всего вышесказанного мы с вами можем выделить необходимые условия для возникновения звуковых волн:
1) необходим источник звука;
2) между источником звука и ухом должна быть упругая среда;
3) частота колебаний источника звука должна находиться в пределах от шестнадцати герц до двадцати килогерц;
4) мощность звуковых волн должна быть достаточной для того, чтобы вызывать ощущение звука.
Спектром называется набор звуков различных частот, образующих данный звуковой сигнал. Спектр может быть сплошным или дискретным (линейчатым).
Сплошной спектр означает, что в данном наборе присутствуют волны, частоты которых заполняют весь заданный спектральный диапазон. Дискретный спектр означает наличие конечного числа волн с определёнными частотами и амплитудами, которые образуют рассматриваемый сигнал.
По типу спектра звуки разделяются на шумы и музыкальные тоны.
Шум — это совокупность разнообразных кратковременных звуков (хруст, шелест, шорох, стук). Он представляет собой наложение большого числа колебаний с близкими амплитудами, но различными частотами (имеет сплошной спектр).
Музыкальный тон создаётся периодическими колебаниями звучащего тела (камертон, струна) и представляет собой гармоническое колебание одной частоты. Именно на основе музыкальных тонов и создана музыкальная азбука — ноты.
Результат наложения нескольких одновременно звучащих музыкальных тонов, из которых можно выделить основной тон, соответствующий наименьшей частоте, называется музыкальным звуком. Основной тон называется также первой гармоникой. Все остальные тоны называются обертонами. Таким образом, музыкальный звук имеет дискретный спектр.
Звуковые волны, так же, как и механические, характеризуются скоростью распространения. При этом модуль скорости звука зависит от упругих свойств среды, её плотности и температуры. Поэтому модуль скорости звука в газах меньше, чем в жидкостях, а в жидкостях, как правило, меньше, чем в твёрдых телах.
Именно поэтому во время грозы мы сначала видим вспышку молнии и лишь через некоторое время до нас доносятся раскаты грома.
Первые попытки экспериментально определить скорость звука начались ещё в начале XVII века. В трактате «Новый Органон» Френсис Бэкон указал на возможность определения скорости звука путём сравнения времени, между вспышкой света и звуком выстрела.
В 1636 году французский физик Марен Мерсенн предпринял первые попытки экспериментального определения скорости звука. Для этого производился выстрел из пушки, а затем измерялось время, прошедшее между моментами, когда наблюдатель замечал вспышку, и моментом, когда до него доносился отзвук выстрела. Разделив расстояние, покрытое звуковой волной за полученное время, учёный получил скорость звука, равную 450 м/с.
Лишь в 1809 году Пьер-Симоном де Лапласом была получена формула для теоретических расчётов скорости звука в воздухе:
В заключении отметим несколько интересных фактов, связанных со звуковыми волнами. Например, как вы уже знаете, твёрдые тела очень хорошо проводят звук. Благодаря этому свойству существует возможность обучения глухих людей игре на музыкальных инструментах и танцам. Музыкальные такты и даже ноты они распознают по вибрациям пола и корпусов инструментов.
А в давние времена в крепостных стенах помещали «слухачей», которые по звуку, передаваемому землёй, могли определить, ведёт ли враг подкоп к стенам или нет. Слухачи часто использовались во время войн. Даже во время Второй Мировой войны, когда во всю развивалась радиолокация, профессия слухача имела место.
Так, например, при обороне Ленинграда для работы на акустических аппаратах были задействованы незрячие люди, обладающие исключительным слухом. Они могли не только узнавать о приближении самолётов, но и легко могли отличить советские самолёты от немецких. Более того некоторые слухачи могли определить тип приближающихся самолётов.
Источники звука. Звуковые волны
Урок 30. Физика 9 класс
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Источники звука. Звуковые волны»
Тебе удивляться нимало не надо,
Что сквозь преграды, глазам ничего не дающие видеть,
Звуки доходят до нас и касаются нашего слуха.
Лукреции Кар. О природе вещей
В прошлой теме говорилось о волне и её основных характеристиках — период, амплитуда, частота. Также говорилось о длине волны и скорости её распространения.
Все знают, как разнообразен мир окружающих нас звуков — это голоса людей, пение птиц, жужжание пчел, гром во время грозы, шум леса на ветру, звук проезжающих автомобилей, самолетов и т.д.
Общим для всех звуков является то, что порождающие их тела, т.е. источники звука, колеблются. В этом можно убедиться на простых опытах. Рассмотрим их.
На рисунке изображена укрепленная в тисках упругая металлическая линейка. Известно, что линейка будет издавать звук, если ее свободную часть привести в колебательное движение. В данном случае колебания источника звука очевидны.
Обратимся к следующему рисунку. На нем представлено изображение звучащей струны, концы которой закреплены. Размытие очертаний этой струны и кажущееся утолщение в середине свидетельствуют о том, что струна колеблется.
1. Изогнутый металлический стержень на ножке; 2. Резонаторный ящик
Рассмотрим следующий прибор — камертон. Он представляет собой изогнутый металлический стержень на ножке, укрепленный на резонаторном ящике. Если по камертону ударить мягким молоточком, то камертон зазвучит. Если к звучащему камертону поднести стеклянную бусинку, подвешенную на нитке, то она начнет отскакивать от камертона, свидетельствуя о колебаниях его ветвей.
Различные опыты свидетельствуют о том, что любой источник звука обязательно колеблется (хотя чаще всего эти колебания незаметны для глаза). Например, звуки голосов людей и многих животных возникают в результате колебаний их голосовых связок, звучание духовых музыкальных инструментов, звук сирены, свист ветра, шелест листьев, раскаты грома обусловлены колебаниями масс воздуха.
Но далеко не всякое колеблющееся тело является источником звука. Например, не издает звука колеблющийся грузик, подвешенный на нити или пружине.
Т.о., звуковые волны (звук) — это упругие продольные волны, которые, воздействуя на слуховой аппарат человека, вызывают определенные (слуховые) ощущения.
Исследования показали, что человеческое ухо способно воспринимать как звук механические колебания в пределах от 20 Гц до 20 000Гц (передающиеся обычно через воздух). Поэтому колебания этого диапазона частот называются звуковыми или акустическими.
Механические колебания, частота которых превышает 20 000 Гц, называются ультразвуковыми, а колебания с частотами менее 20 Гц — инфразвуковыми.
Следует отметить, что указанные границы звукового диапазона условны, так как зависят от возраста людей и индивидуальных особенностей их слухового аппарата. Обычно с возрастом верхняя частотная граница воспринимаемых звуков значительно понижается — некоторые пожилые люди могут слышать звуки с частотами, не превышающими 6000 Гц. Дети же, наоборот, могут воспринимать звуки, частота которых несколько больше 20 000 Гц.
Колебания, частоты которых больше 20 000 Гц или меньше 20 Гц, слышат некоторые животные.
В вакууме звуковые волны распространяться не могут. Для доказательства этого электрический звонок нужно поместить под колокол воздушного насоса. По мере того как давление воздуха под колоколом уменьшается, звук ослабевает, пока не прекращается совсем, хотя колебания звонка происходят.
Плохо проводят звук такие материалы, как войлок, пористые панели, прессованная пробка и т.д. Эти материалы используют для звукоизоляции, т.е. для защиты помещений от проникновения в них посторонних звуков.
Звуковые волны распространяются с конечной скоростью, которая зависит от особенностей среды: плотности, упругости, температуры.
Звуковые волны, как и другие волны, характеризуются такими объективными величинами, как частота, амплитуда, фаза колебаний, скорость распространения, длина волны и др. Но, кроме этого, они описываются тремя субъективными характеристиками. Это — громкость звука, высота тона и тембр.
Чувствительность человеческого уха различна для разных частот. Для того, чтобы вызвать звуковое ощущение, волна должна обладать некоторой минимальной интенсивностью, но если эта интенсивность превышает определенный предел, то звук не слышен и вызывает только болевые ощущения. Таким образом, для каждой частоты колебаний существует наименьшая — порог слышимости, и наибольшая — порог болевого ощущения, интенсивность звука, которая способна вызвать звуковое ощущение. Область между болевым порогом и порогом слышимости называется областью слышимости.
Если интенсивность звука — это величина, объективно характеризующая волновой процесс, то субъективной характеристикой звука является громкость. Громкость зависит от интенсивности звука, т.е. определяется квадратом амплитуды колебаний в звуковой волне и чувствительностью уха. Т.о. чем больше амплитуда колебаний, тем громче звук.
Вторая субъективная характеристика — это высота тона. Высота тона — это качество звука, определяемое человеком субъективно на слух и зависящее от частоты звука. Чем больше частота, тем выше тон звука.
Если звуковые колебания происходят по гармоническому закону, то они воспринимаются человеком как определенный музыкальный тон. Различают высокий тон — это колебания высокой частоты. И низкий тон — это звуки низкой частоты.
Музыкальные звуки с одним и тем же основным тоном различаются тембром, т.е. характером нарастания амплитуд в начале звучания и их спадом в конце.
Кроме того, восприятие звука органами слуха зависит от того, какие частоты входят в состав звуковой волны. Если в звуковой волне присутствуют колебания всевозможных частот, то люди его воспринимают в виде шума.
– Звуковые волны— это упругие продольные волны, которые, воздействуя на слуховой аппарат человека, вызывают определенные (слуховые) ощущения.
– Звуковые волны распространяются с конечной скоростью, которая зависит от особенностей среды: плотности, упругости, температуры.
– Звуковые волны, как и другие волны, характеризуются такими объективными величинами, как частота, амплитуда, фаза колебаний, скорость распространения, длина волны и др. Но, кроме этого, они описываются тремя субъективными характеристиками. Это — громкость звука, высота тона и тембр.
– Громкость зависит от интенсивности звука, т.е. определяется квадратом амплитуды колебаний в звуковой волне и чувствительностью уха. Т.е. чем больше амплитуда колебаний, тем громче звук.
– Высота тона — это качество звука, определяемое человеком субъективно на слух и зависящее от частоты звука. Чем больше частота, тем выше тон звука.
– Музыкальные звуки с одним и тем же основным тоном различаются тембром, т.е. характером нарастания амплитуд в начале звучания и их спадом в конце.