Lydbølger og deres egenskaper. Lydbølger rundt oss

Lydkilder. Lydvibrasjoner

Mennesket lever i lydens verden. Lyd for en person er en kilde til informasjon. Han advarer folk om fare. Lyd i form av musikk, fuglesang gir oss glede. Vi liker å lytte til en person med en behagelig stemme. Lyder er viktige ikke bare for mennesker, men også for dyr, som god lydopptak bidrar til å overleve.

Lyd – Dette er mekaniske elastiske bølger som forplanter seg i gasser, væsker, faste stoffer.

Årsak til lyden - vibrasjoner (oscillasjoner) av kropper, selv om disse vibrasjonene ofte er usynlige for øynene våre.

Lydkilder - fysiske kropper, som svinger, dvs. skjelve eller vibrere med en frekvens
fra 16 til 20 000 ganger per sekund. Den vibrerende kroppen kan være solid, for eksempel en streng
eller jordskorpen, gassformig, for eksempel en luftstråle i blåsemusikkinstrumenter
eller væske, for eksempel bølger på vann.

Volum

Lydstyrken avhenger av amplituden til vibrasjonene i lydbølgen. Enheten for lydvolum er 1 Bel (til ære for Alexander Graham Bell, oppfinneren av telefonen). I praksis måles lydstyrken i desibel (dB). 1 dB = 0,1 B.

10 dB - hviske;

20-30 dB – norm for støy i boliger;
50 dB– middels volum samtale;
80 d B - støyen fra en kjørende lastebilmotor;
130 dB- smerteterskel

Lyd over 180 dB kan til og med forårsake brudd på trommehinnen.

høye lyder representert av høyfrekvente bølger - for eksempel fuglesang.

lave lyder er lavfrekvente bølger, for eksempel lyden av en stor lastebilmotor.

lydbølger

lydbølger Dette er elastiske bølger som forårsaker følelsen av lyd hos en person.

Lydbølgen kan vandre gjennom ulike avstander. Kanonild høres på 10-15 km, gnur fra hester og bjeffing av hunder - på 2-3 km, og hvisken er bare noen få meter unna. Disse lydene overføres gjennom luften. Men ikke bare luft kan være en leder av lyd.

Når du legger øret til skinnene, kan du høre støyen fra et tog som nærmer seg mye tidligere og på større avstand. Dette betyr at metall leder lyd raskere og bedre enn luft. Vann leder også lyd godt. Etter å ha dykket ned i vannet kan du tydelig høre hvordan steinene banker mot hverandre, hvordan småsteinene rasler under brenningen.

Egenskapen til vann - å lede lyd godt - er mye brukt til rekognosering på havet under krigen, samt for å måle havdypet.

Nødvendig tilstand forplantning av lydbølger - tilstedeværelsen av et materiell miljø. I vakuum forplanter ikke lydbølger seg, siden det ikke er partikler som overfører interaksjon fra vibrasjonskilden.

Derfor, på månen, på grunn av fraværet av en atmosfære, hersker fullstendig stillhet. Selv fallet av en meteoritt på overflaten er ikke hørbar for observatøren.

Lyd beveger seg med forskjellige hastigheter i hvert medium.

lydhastighet i luft- ca. 340 m/s.

Lydhastighet i vann- 1500 m/s.

Lydens hastighet i metaller, i stål- 5000 m/s.

I varm luft er lydhastigheten større enn i kald luft, noe som fører til en endring i lydens utbredelsesretning.

GAFFEL

- dette U-formet metallplate , hvis ender kan svinge etter å ha truffet den.

Publisert stemmegaffel Lyden er veldig svak og kan bare høres på kort avstand.
Resonator - Tre boks, som en stemmegaffel kan festes på, tjener til å forsterke lyden.
I dette tilfellet skjer lydutslipp ikke bare fra stemmegaffelen, men også fra overflaten av resonatoren.
Imidlertid vil varigheten av lyden til stemmegaffelen på resonatoren være mindre enn uten den.

E X O

En høy lyd, reflektert fra hindringer, går tilbake til lydkilden etter noen få øyeblikk, og vi hører ekko.

Ved å multiplisere lydhastigheten med tiden som har gått fra den oppstår til den kommer tilbake, kan du bestemme to ganger avstanden fra lydkilden til barrieren.
Denne metoden for å bestemme avstanden til objekter brukes i ekkolokalisering.

Noen dyr, som flaggermus,
bruke også fenomenet lydrefleksjon, ved å bruke metoden for ekkolokalisering

Ekkolokalisering er basert på egenskapen til lydrefleksjon.

Lyd - løpende mekanisk okse på og overfører energi.
Men kraften i den samtidige samtalen av alle mennesker på Kloden neppe mer enn kraften til en Moskvich-bil!

Ultralyd.

· Vibrasjoner med frekvenser over 20 000 Hz kalles ultralyd. Ultralyd er mye brukt innen vitenskap og teknologi.

Væske koker når den passerer gjennom en ultralydbølge (kavitasjon). Dette skaper et hydraulisk sjokk. Ultralyd kan rive av biter fra metalloverflaten og knuse faste stoffer. Ikke-blandbare væsker kan blandes med ultralyd. Slik tilberedes oljeemulsjoner. Under virkningen av ultralyd oppstår forsåpning av fett. Basert på dette prinsippet vaskeutstyr.

· Bredt brukt ultralyd innen hydroakustikk. Ultralyd med høy frekvens absorberes svært svakt av vann og kan forplante seg i titalls kilometer. Hvis de møter på vei bunnen, isfjellet eller annet fast, de reflekteres og gir et ekko høy effekt. Et ultralyd-ekkolodd er basert på dette prinsippet.

i metall ultralyd sprer seg nesten uten absorpsjon. Ved hjelp av metoden for ultralydplassering er det mulig å oppdage de minste defektene inne i en del av en stor tykkelse.

Den knusende effekten av ultralyd brukes til fremstilling av ultralyd loddebolter.

ultralydbølger, sendt fra skipet, reflekteres fra det sunkne objektet. Datamaskinen oppdager tidspunktet for utseendet til ekkoet og bestemmer plasseringen av objektet.

· Ultralyd brukes i medisin og biologi for ekkolokalisering, for påvisning og behandling av svulster og enkelte defekter i kroppsvev, i kirurgi og traumatologi for disseksjon av bløt- og benvev under ulike operasjoner, for sveising av brukne bein, for celleødeleggelse (høyeffekt ultralyd).

Infralyd og dens effekt på mennesker.

Oscillasjoner med frekvenser under 16 Hz kalles infralyd.

I naturen oppstår infralyd på grunn av virvelbevegelsen av luft i atmosfæren eller som et resultat av langsomme vibrasjoner av forskjellige kropper. Infralyd er preget av svak absorpsjon. Derfor sprer den seg over lange avstander. Menneskekroppen reagerer smertefullt på infrarødt lydvibrasjoner. Med ytre påvirkninger forårsaket av mekanisk vibrasjon eller en lydbølge ved frekvenser på 4-8 Hz, føler en person bevegelse Indre organer, med en frekvens på 12 Hz - et angrep sjøsyke.

Den største intensiteten infrasoniske vibrasjoner lage maskiner og mekanismer som har overflater store størrelser, utføre lavfrekvente mekaniske oscillasjoner (infralyd av mekanisk opprinnelse) eller turbulente strømmer av gasser og væsker (infralyd av aerodynamisk eller hydrodynamisk opprinnelse).

Spørsmål.

1. Fortell oss om eksperimentene som er avbildet i figur 70-73. Hvilken konklusjon følger av dem?

I det første forsøket (fig. 70) lager en metalllinjal fastklemt i en skrustikke en lyd når den vibrerer.
I det andre forsøket (fig. 71) kan man observere vibrasjonene i strengen, som også lager en lyd.
I det tredje forsøket (fig. 72) observeres lyden av en stemmegaffel.
I det fjerde forsøket (fig. 73) "registreres" vibrasjonene til stemmegaffelen på en sotet plate. Alle disse eksperimentene viser den oscillerende naturen til lydens opprinnelse. Lyd kommer fra vibrasjoner. I det fjerde forsøket kan dette også observeres visuelt. Spissen av nålen etterlater et spor i form nær en sinusoid. I dette tilfellet vises ikke lyden fra ingensteds, men genereres av lydkilder: en linjal, en streng, en stemmegaffel.

2. Hvordan felleseie har alle lydkilder?

Enhver lydkilde er bundet til å svinge.

3. Mekaniske vibrasjoner av hvilke frekvenser kalles lyd og hvorfor?

Lydvibrasjoner kalles mekaniske vibrasjoner med frekvenser fra 16 Hz til 20 000 Hz, pga. i dette frekvensområdet blir de oppfattet av en person.

4. Hvilke vibrasjoner kalles ultralyd? infralyd?

Oscillasjoner med frekvenser over 20 000 Hz kalles ultralyd, og de med frekvenser under 16 Hz kalles infralyd.

5. Fortell oss om måling av havdybden ved hjelp av ekkolokalisering.

Øvelser.

1. Vi hører lyden av de flaksende vingene til en flygende mygg. men det gjør ikke en flygende fugl. Hvorfor?

Oscillasjonsfrekvensen til vingene til en mygg er 600 Hz (600 slag per sekund), en spurv er 13 Hz, og det menneskelige øret oppfatter lyder fra 16 Hz.

Denne leksjonen dekker temaet "Lydbølger". I denne leksjonen vil vi fortsette å studere akustikk. La oss først gjenta definisjonen av lydbølger, deretter vurdere deres frekvensområder og bli kjent med konseptet med ultralyd og infralydbølger. Vi skal også diskutere egenskapene til lydbølger i ulike medier og finne ut hvilke egenskaper de har. .

Lydbølger - dette er mekaniske vibrasjoner som, forplanter seg og samvirker med hørselsorganet, oppfattes av en person (fig. 1).

Ris. 1. Lydbølge

Avsnittet som omhandler disse bølgene i fysikk kalles akustikk. Yrket til folk som ofte kalles "hørere" er akustikk. En lydbølge er en bølge som forplanter seg i et elastisk medium langsgående bølge, og når den forplanter seg i et elastisk medium, veksler kompresjon og sjeldne. Det overføres over tid over en avstand (fig. 2).

Ris. 2. Forplantning av en lydbølge

Lydbølger inkluderer slike vibrasjoner som utføres med en frekvens på 20 til 20 000 Hz. Disse frekvensene tilsvarer bølgelengder på 17 m (for 20 Hz) og 17 mm (for 20 000 Hz). Dette området vil bli kalt hørbar lyd. Disse bølgelengdene er gitt for luft, lydens forplantningshastighet er lik.

Det er også slike områder som akustikk er engasjert i - infralyd og ultralyd. Infralyd er de som har en frekvens på mindre enn 20 Hz. Og ultralyd er de som har en frekvens på mer enn 20 000 Hz (fig. 3).

Ris. 3. Områder av lydbølger

Hver utdannet person bør veiledes i frekvensområdet til lydbølger og vite at hvis han går til en ultralydskanning, vil bildet på dataskjermen bygges med en frekvens på mer enn 20 000 Hz.

Ultralyd - dette mekaniske bølger, lik lyd, men med en frekvens på 20 kHz til en milliard hertz.

Bølger med en frekvens på mer enn en milliard hertz kalles hypersonisk.

Ultralyd brukes til å oppdage defekter i støpte deler. En strøm av korte ultralydsignaler blir rettet til delen som testes. På de stedene hvor det ikke er feil, går signalene gjennom delen uten å bli registrert av mottakeren.

Hvis det er en sprekk, lufthule eller annen inhomogenitet i delen, reflekteres ultralydsignalet fra det og kommer tilbake, går inn i mottakeren. En slik metode kalles feildeteksjon med ultralyd.

Andre eksempler på bruk av ultralyd er ultralydmaskiner, ultralydmaskiner, ultralydbehandling.

Infralyd - mekaniske bølger som ligner på lydbølger, men med en frekvens på mindre enn 20 Hz. De blir ikke oppfattet av det menneskelige øret.

Naturlige kilder til infrasoniske bølger er stormer, tsunamier, jordskjelv, orkaner, vulkanutbrudd, tordenvær.

Infralyd er også viktige bølger som brukes til å vibrere overflaten (for eksempel for å ødelegge noen store gjenstander). Vi lanserer infralyd i jorda - og jorda blir knust. Hvor brukes dette? For eksempel i diamantgruver, hvor de tar malm som inneholder diamantkomponenter og knuser den til små partikler for å finne disse diamantinneslutningene (fig. 4).

Ris. 4. Anvendelse av infralyd

Lydens hastighet avhenger av miljøforholdene og temperaturen (fig. 5).

Ris. 5. Hastighet for lydbølgeutbredelse i ulike medier

Vennligst merk: i luft er lydhastigheten lik , mens hastigheten øker med . Hvis du er en forsker, kan slik kunnskap være nyttig for deg. Du kan til og med komme opp med en slags temperatursensor som vil oppdage temperaturavvik ved å endre lydhastigheten i mediet. Vi vet allerede at jo tettere mediet er, jo mer alvorlig er interaksjonen mellom partiklene i mediet, desto raskere forplanter bølgen seg. Vi diskuterte dette i siste avsnitt ved å bruke eksempelet med tørr luft og fuktig luft. For vann, hastigheten på lydutbredelsen. Hvis du lager en lydbølge (banke på en stemmegaffel), vil hastigheten på dens forplantning i vann være 4 ganger større enn i luft. Med vann vil informasjon nå 4 ganger raskere enn med luft. Og enda raskere i stål: (Fig. 6).

Ris. 6. Forplantningshastigheten til en lydbølge

Du vet fra epos som Ilya Muromets brukte (og alle heltene og vanlige russiske folk og gutter fra Gaidars Revolutionary Military Council), brukte veldig interessant måte oppdagelse av et objekt som nærmer seg, men som fortsatt er langt unna. Lyden den lager når den beveger seg er ennå ikke hørbar. Ilya Muromets, med øret mot bakken, kan høre henne. Hvorfor? Fordi lyd overføres over fast grunn med høyere hastighet, noe som betyr at den vil nå øret til Ilya Muromets raskere, og han vil være i stand til å forberede seg på å møte fienden.

De mest interessante lydbølgene er musikalske lyder og støy. Hvilke gjenstander kan skape lydbølger? Hvis vi tar en bølgekilde og et elastisk medium, hvis vi får lydkilden til å vibrere harmonisk, vil vi få en fantastisk lydbølge, som vil bli kalt musikalsk lyd. Disse kildene til lydbølger kan for eksempel være strengene til en gitar eller et piano. Det kan være en lydbølge som skapes i gapet luftrør(orgel eller pipe). Fra musikktimer kjenner du tonene: do, re, mi, fa, salt, la, si. I akustikk kalles de toner (fig. 7).

Ris. 7. Musikalske toner

Alle elementer som kan avgi toner vil ha funksjoner. Hvordan skiller de seg? De er forskjellige i bølgelengde og frekvens. Hvis disse lydbølgene ikke er skapt av harmonisk klingende kropper eller ikke er koblet til et felles orkesterstykke, vil et slikt antall lyder kalles støy.

Bråk- tilfeldige svingninger av ulike fysisk natur, som er forskjellige i kompleksiteten til den tidsmessige og spektrale strukturen. Konseptet med støy er innenlands og fysisk, de er veldig like, og derfor introduserer vi det som et separat viktig objekt betraktning.

La oss gå videre til kvantitative estimater av lydbølger. Hva kjennetegner musikalske lydbølger? Disse egenskapene gjelder utelukkende for harmoniske lydvibrasjoner. Så, lydvolum. Hva bestemmer volumet til en lyd? Tenk på forplantningen av en lydbølge i tid eller svingninger til en lydbølgekilde (fig. 8).

Ris. 8. Lydvolum

På samme tid, hvis vi ikke la til mye lyd til systemet (trykk for eksempel lavt på pianotasten), vil det være en stille lyd. Hvis vi høyt, løfter hånden høyt, kaller denne lyden ved å trykke på tasten, får vi en høy lyd. Hva er det avhengig av? På stille lyd amplituden til oscillasjonen er mindre enn for en høy lyd.

Neste viktig egenskap musikalsk lyd og andre - høyde. Hva bestemmer tonehøyden til en lyd? Tonehøyden avhenger av frekvensen. Vi kan få kilden til å svinge ofte, eller vi kan få den til å svinge ikke veldig fort (det vil si gjøre færre svingninger per tidsenhet). Tenk på tidssveipet for høy og lav lyd med samme amplitude (fig. 9).

Ris. 9. Pitch

En interessant konklusjon kan trekkes. Hvis en person synger i bass, svinger lydkilden hans (dette er stemmebåndene) flere ganger langsommere enn for en person som synger sopran. I det andre tilfellet vibrerer stemmebåndene oftere, derfor forårsaker de oftere foci av kompresjon og sjeldenhet i forplantningen av bølgen.

Det er en til interessant karakteristikk lydbølger, som fysikere ikke studerer. Dette klang. Du kjenner og skiller enkelt det samme musikkstykket som spilles på balalaikaen eller på celloen. Hva er forskjellen mellom disse lydene eller denne ytelsen? I begynnelsen av eksperimentet spurte vi folk som produserer lyder om å gjøre dem tilnærmet samme amplitude slik at volumet på lyden blir det samme. Det er som i tilfellet med et orkester: hvis det ikke er behov for å trekke frem et instrument, spiller alle omtrent på samme måte, med samme styrke. Så klangen til balalaikaen og celloen er annerledes. Hvis vi tegnet lyden som er hentet fra ett instrument, fra et annet, ved hjelp av diagrammer, ville de vært de samme. Men du kan enkelt skille disse instrumentene ved deres lyd.

Et annet eksempel på viktigheten av klang. Se for deg to sangere som går ut fra samme musikkskole med de samme lærerne. De studerte like godt med femmere. Av en eller annen grunn blir den ene en fremragende utøver, mens den andre er misfornøyd med karrieren hele livet. Faktisk bestemmes dette utelukkende av instrumentet deres, som forårsaker bare stemmevibrasjoner i miljøet, det vil si at stemmene deres er forskjellige i klang.

Bibliografi

Sokolovich Yu.A., Bogdanova G.S. Fysikk: en oppslagsbok med eksempler på problemløsning. - 2. utgave omdistribusjon. - X .: Vesta: forlag "Ranok", 2005. - 464 s.
Peryshkin A.V., Gutnik E.M., Fysikk. 9. klasse: lærebok for allmenndannelse. institusjoner / A.V. Peryshkin, E.M. Gutnik. - 14. utgave, stereotypi. - M.: Bustard, 2009. - 300 s.

Internett-portalen "eduspb.com" ()
Internett-portal "msk.edu.ua" ()
Internettportal "class-fizika.narod.ru" ()

Hjemmelekser

Hvordan forplantes lyd? Hva kan være lydkilden?
Kan lyd reise i verdensrommet?
Blir hver bølge som når det menneskelige øret oppfattet av ham?

Før du forstår hva lydkilder er, tenk på hva lyd er? Vi vet at lys er stråling. Reflektert fra gjenstander kommer denne strålingen inn i øynene våre, og vi kan se den. Smak og lukt er små partikler i kroppen som oppfattes av våre respektive reseptorer. Hva slags lyd er dette dyret?

Lyder overføres gjennom luften

Du må ha sett hvordan gitaren spilles. Kanskje du selv vet hvordan du gjør det. Det er viktig at strengene lager en annen lyd i gitaren når de trekkes. Greit. Men hvis du kunne sette gitaren i et vakuum og trekke i strengene, så ville du blitt veldig overrasket over at gitaren ikke ville lage noen lyd.

Slike eksperimenter ble utført med en rekke kropper, og resultatet var alltid det samme - ingen lyd ble hørt i luftløst rom. Fra dette følger en logisk konklusjon lyd blir overført gjennom luften. Derfor er lyd noe som skjer med partikler av luftstoffer og lydproduserende legemer.

Lydkilder - vibrerende kropper

Lengre. Som et resultat av et bredt utvalg av mange eksperimenter, var det mulig å fastslå at lyd oppstår på grunn av vibrasjon av kropper. Lydkilder er kropper som vibrerer. Disse vibrasjonene overføres av luftmolekyler og øret vårt, som oppfatter disse vibrasjonene, tolker dem til lydopplevelser som er forståelige for oss.

Det er ikke vanskelig å sjekke dette. Ta et glass eller krystallbeger og legg det på bordet. Bank den lett med en metallskje. Du vil høre en lang, tynn lyd. Berør nå glasset med hånden og trykk igjen. Lyden vil endre seg og bli mye kortere.

Og la nå flere mennesker vikle armene rundt glasset så fullstendig som mulig, sammen med benet, og prøver å ikke forlate et eneste ledig område, bortsett fra lite stedå slå med skje. Slå på glasset igjen. Du vil knapt høre noen lyd, og den som blir vil vise seg å være svak og veldig kort. Hva står det?

I det første tilfellet, etter støtet, svingte glasset fritt, dets vibrasjoner ble overført gjennom luften og nådde ørene våre. I det andre tilfellet ble de fleste vibrasjonene absorbert av hånden vår, og lyden ble mye kortere ettersom kroppens vibrasjoner avtok. I det tredje tilfellet ble nesten alle kroppens vibrasjoner umiddelbart absorbert av hendene til alle deltakerne, og kroppen svingte nesten ikke, og følgelig ble nesten ingen lyd sendt ut.

Det samme gjelder for alle andre eksperimenter du kan tenke deg og kjøre. Vibrasjoner av kropper, overført til luftmolekyler, vil bli oppfattet av ørene våre og tolket av hjernen.

Lydvibrasjoner av forskjellige frekvenser

Så lyd er vibrasjon. Lydkilder overfører lydvibrasjoner gjennom luften til oss. Hvorfor hører vi ikke alle vibrasjonene til alle objekter? Fordi vibrasjoner kommer i forskjellige frekvenser.

Lyden som oppfattes av det menneskelige øret er lydvibrasjoner med en frekvens på omtrent 16 Hz til 20 kHz. Barn hører lyder med høyere frekvenser enn voksne, og rekkevidden av oppfatningen av ulike levende vesener er generelt svært forskjellige.

Ørene er et veldig tynt og delikat instrument, gitt til oss av naturen, så du bør ta vare på det, som erstatninger og analoger i Menneskekroppen eksisterer ikke.

Verden er fylt med et bredt utvalg av lyder: tikk av klokker og rumling av motorer, raslingen av løv og vindens hyling, fuglesang og stemmene til mennesker. Om hvordan lyder blir født, og hva de representerer, begynte folk å gjette for veldig lenge siden. Ennå gammel gresk filosof og den encyklopediske forskeren Aristoteles, basert på observasjoner, forklarte lydens natur korrekt, og trodde at den klingende kroppen skaper vekselvis komprimering og sjeldne luft. I fjor jobbet forfatteren med problemet med lydens natur og fullførte forskningsarbeid: "In the world of sounds", der lydfrekvensene til musikalskalaen ble beregnet ved hjelp av et glass vann.

Lyd er preget av mengder: frekvens, bølgelengde og hastighet. Og det er også preget av amplitude og lydstyrke. Derfor lever vi i en mangfoldig verden av lyder og dens variasjon av nyanser.

På slutten av forrige studie hadde jeg et grunnleggende spørsmål: er det måter å bestemme lydhastigheten hjemme? Derfor kan vi formulere et problem: vi må finne måter eller en måte å bestemme lydhastigheten på.

Teoretisk grunnlag for læren om lyd

verden av lyder

Gjør-re-mi-fa-sol-la-si

Gamma av lyder. Finnes de uavhengig av øret? Er dette bare subjektive fornemmelser, og da er verden selv stille, eller er det en refleksjon av virkeligheten i våre sinn? Hvis det siste, så vil verden også uten oss ringe med en symfoni av lyder.

Til og med Pythagoras (582-500 f.Kr.) er kreditert for oppdagelsen av numeriske sammenhenger som tilsvarer forskjellige musikalske lyder. Ved å gå forbi en smie, hvor flere arbeidere smi jern, la Pythagoras merke til at lydene var i forhold til kvinter, kvarts og oktaver. Inn i smia sørget han for at hammeren som ga en oktav, sammenlignet med den tyngste hammeren, hadde en vekt lik 1/2 av sistnevnte, hammeren som ga en femtedel hadde en vekt lik 2/3, og en quart - 3/4 av en tung hammer. Da han kom hjem, hang Pythagoras strenger med vekt proporsjonal med 1/2: 2/3: 3/4 i endene og fant angivelig ut at strengene, når de ble slått, ga de samme musikalske intervallene. Fysisk tåler ikke legenden kritikk, ambolten, når den blir truffet av forskjellige hammere, avgir sin egen og samme tone, og strengvibrasjonslovene bekrefter ikke legenden. Men i alle fall taler legenden om antikken til harmonilæren. Pythagoras fortjeneste innen musikk er hevet over tvil. De eier den fruktbare ideen om å måle tonen til en klingende streng ved å måle lengden. De kjente enheten "monochord" - en boks med sedertreplater med en strukket streng på lokket. Hvis du slår på en streng, avgir den én bestemt tone. Hvis du deler strengen i to seksjoner, støtter den med en trekantet tapp i midten, vil den avgi en høyere tone. Det høres så likt ut på hovedtonen at når de høres samtidig, går de nesten sammen til én tone. Forholdet mellom to toner i musikk er et intervall. Når forholdet mellom strenglengder er 1/2:1, kalles intervallet en oktav. Femte og fjerde intervall kjent for Pythagoras oppnås hvis monochord-pinnen flyttes slik at den skiller henholdsvis 2/3 eller 3/4 strenger.

Når det gjelder tallet syv, er det assosiert med en enda mer gammel og mystisk representasjon av mennesker av semi-religiøs, semi-mystisk natur. Mest sannsynlig skyldes dette imidlertid den astronomiske inndelingen av månemåneden i fire syvdagers uker. Dette tallet vises i tusenvis av år i forskjellige legender. Så vi finner det i en gammel papyrus skrevet av egypteren Ahmes 2000 år før vår tidsregning. Dette kuriøse dokumentet har tittelen: "Instruksjon for tilegnelse av kunnskap om alle hemmelige ting." Der finner vi blant annet en mystisk oppgave kalt «trapper». Den snakker om en tallstige som representerer potensene til tallet syv: 7, 49, 343, 2401, 16 807. Under hvert tall er det et hieroglyf-bilde: katt, mus, bygg, mål. Papyrus gir ingen pekepinn på dette problemet. Moderne tolker av Ahmes-papyrusen dechiffrerer tilstanden til problemet som følger: Syv personer har syv katter, hver katt spiser syv mus, hver mus kan spise syv aks bygg, hvert øre kan vokse syv mål korn. Hvor mye korn kan katter spare? Hvorfor ikke en oppgave med industrielt innhold, foreslått for 40 århundrer siden?

Den moderne europeiske musikalske skalaen har syv toner, men ikke til enhver tid, og ikke alle folkeslag hadde en syvtoneskala. Så for eksempel i det gamle Kina brukte en skala på fem toner. For det formål å stemme enhet, må tonehøyden til denne kontrolltonen være strengt deklarert av internasjonal avtale. Siden 1938 har en tone tilsvarende en frekvens på 440 Hz (440 oscillasjoner per sekund) blitt tatt i bruk som en slik grunntone. Flere toner som høres samtidig danner en musikalsk akkord. Folk som har den såkalte absolutte tonehøyden kan høre individuelle toner i en akkord.

Du kjenner selvfølgelig strukturen til det menneskelige øret. La oss huske det kort. Øret består av tre deler: 1) det ytre øret, som ender i trommehinnen; 2) mellomøret, som ved hjelp av tre auditive ossikler: hammeren, ambolten og stigbøylen tilfører vibrasjonene fra trommehinnen til det indre øret; 3) det indre øret, eller labyrinten, består av de halvsirkelformede kanalene og sneglehuset. Cochlea er et lydmottakende apparat. Det indre øret er fylt med væske (lymfe), satt i oscillerende bevegelse av stigbøylens slag mot membranen, som lukker det ovale vinduet i benkassen til labyrinten. På skilleveggen deler sneglehuset i to deler, langs hele lengden, den tynneste nervefibre gradvis økende lengde.

Lydens verden er ekte! Men man skal selvfølgelig ikke tro at denne verden vekker akkurat de samme sensasjonene for alle. Å spørre om andre mennesker oppfatter lyder på nøyaktig samme måte som deg er et uvitenskapelig spørsmål.

1. 2. Lydkilder. Lydvibrasjoner

Lydens verden rundt oss er mangfoldig - stemmene til mennesker og musikk, fuglesang og bienes surring, torden under tordenvær og støy fra skogen i vinden, lyden av forbipasserende biler, fly, etc.

Felles for alle lyder er at kroppene som genererer dem, det vil si lydkildene, svinger.

En elastisk metalllinjal festet i en skrustikke vil lage en lyd hvis dens frie del, hvis lengde er valgt på en bestemt måte, bringes i oscillerende bevegelse. I dette tilfellet er svingningene til lydkilden åpenbare.

Men ikke alle oscillerende kropper er en kilde til lyd. For eksempel gir en oscillerende vekt opphengt i en tråd eller fjær ingen lyd. En metalllinjal vil også slutte å lyde hvis du flytter den opp i en skrustikke og dermed forlenger den frie enden slik at svingefrekvensen blir mindre enn 20 Hz.

Studier har vist at det menneskelige øret er i stand til å oppfatte som lyd de mekaniske vibrasjonene til kropper som forekommer ved en frekvens på 20 Hz til 20 000 Hz. Derfor kalles vibrasjoner hvis frekvenser er i dette området lyd.

Mekaniske vibrasjoner hvis frekvens overstiger 20 000 Hz kalles ultralyd, og vibrasjoner med frekvenser mindre enn 20 Hz kalles infralyd.

Det skal bemerkes at de angitte grensene for lydområdet er vilkårlige, siden de avhenger av alder på mennesker og individuelle funksjoner høreapparatet deres. Vanligvis, med alderen, reduseres den øvre frekvensgrensen for oppfattede lyder betydelig - noen eldre mennesker kan høre lyder med frekvenser som ikke overstiger 6000 Hz. Barn, tvert imot, kan oppfatte lyder hvis frekvens er litt over 20 000 Hz.

Oscillasjoner hvis frekvenser er større enn 20 000 Hz eller mindre enn 20 Hz, høres av noen dyr.

Verden er fylt med et bredt utvalg av lyder: tikk av klokker og rumling av motorer, raslingen av løv og vindens hyling, fuglesang og stemmene til mennesker. Om hvordan lyder blir født, og hva de representerer, begynte folk å gjette for veldig lenge siden. De la for eksempel merke til at lyd skapes av kropper som vibrerer i luften. Til og med den antikke greske filosofen og vitenskapsmannen-leksikon Aristoteles, basert på observasjoner, forklarte riktig lydens natur, og mente at den klingende kroppen skaper alternativ komprimering og sjeldne luft. En oscillerende streng enten komprimerer eller gjør luften sjeldnere, og på grunn av luftens elastisitet overføres disse vekslende effektene videre ut i rommet – fra lag til lag oppstår elastiske bølger. Når de når øret vårt, virker de på trommehinnene og forårsaker lydfølelsen.

Ved øret oppfatter en person elastiske bølger med en frekvens som varierer fra omtrent 16 Hz til 20 kHz (1 Hz - 1 svingning per sekund). I samsvar med dette kalles elastiske bølger i ethvert medium hvis frekvenser ligger innenfor de angitte grensene for lydbølger eller ganske enkelt lyd. I luft ved 0°C og normalt trykk lyd beveger seg med en hastighet på 330 m/s.

Kilden til lyd i gasser og væsker kan ikke bare være vibrerende kropper. For eksempel, en kule og en pil fløyter i flukt, vinden hyler. Og brølet fra et turbojetfly består ikke bare av støyen fra driftsenheter - en vifte, kompressor, turbin, forbrenningskammer, etc., men også av støyen fra en jetstrøm, virvel, turbulente luftstrømmer som oppstår når flyet flyter rundt i høy hastighet. En kropp som raskt suser gjennom luften eller vannet, bryter så å si strømmen rundt den, genererer periodisk områder med sjeldnere og kompresjon i mediet. Resultatet er lydbølger.

Begrepene tone og klang av lyd er også viktige i studiet av lyd. Enhver ekte lyd, enten det er en menneskelig stemme eller spilling av et musikkinstrument, er ikke en enkel harmonisk svingning, men en slags blanding av mange harmoniske svingninger med et visst sett med frekvenser. Den som har lavest frekvens kalles grunntonen, de andre er overtoner. forskjellig mengde overtoner som er iboende i en bestemt lyd, gir den en spesiell farge - klang. Forskjellen mellom en klang og en annen skyldes ikke bare tallet, men også intensiteten til overtonene som akkompagnerer lyden av grunntonen. Etter klang kan vi enkelt skille lydene til fiolin og piano, gitar og fløyte, vi kjenner igjen stemmene til kjente mennesker.

1. 4. Tonehøyde og klang av lyd

La oss få to forskjellige strenger til å høres ut på en gitar eller balalaika. Vi vil høre forskjellige lyder: den ene er lavere, den andre er høyere. Lydene til mannsstemmen er lavere enn lydene til kvinnestemmen, basslydene er lavere enn tenorlydene, sopranlydene er høyere enn alt.

Hva bestemmer tonehøyden til en lyd?

Det kan konkluderes med at tonehøyden til lyden avhenger av frekvensen av vibrasjoner: jo høyere frekvensen av vibrasjoner av lydkilden, desto høyere lyd den sender ut.

En ren tone er lyden av en kilde som svinger med én frekvens.

Lyder fra andre kilder (for eksempel lyder fra forskjellige musikkinstrumenter, stemmer fra mennesker, lyden av en sirene og mange andre) er en kombinasjon av vibrasjoner av forskjellige frekvenser, dvs. en samling rene toner.

Den laveste (dvs. minste) frekvensen til en slik kompleks lyd kalles grunnfrekvensen, og den tilsvarende lyden av en viss høyde kalles grunntonen (noen ganger kalt bare en tone). Tonehøyden til en kompleks lyd bestemmes nøyaktig av tonehøyden til dens grunntone.

Alle andre toner av en kompleks lyd kalles overtoner. Overtoner bestemmer klangen til en lyd, det vil si dens kvalitet, som lar oss skille lydene til noen kilder fra lydene til andre. For eksempel kan vi enkelt skille lyden av et piano fra lyden av en fiolin selv om disse lydene har samme høyde, dvs. den samme grunnfrekvensen. Forskjellen mellom disse lydene skyldes et annet sett med overtoner.

Således bestemmes tonehøyden til en lyd av frekvensen til dens fundamentale: Jo større frekvensen til grunntonen er, desto høyere er lyden.

Klangen til en lyd bestemmes av helheten av dens overtoner.

1. 5. Hvorfor er det forskjellige lyder?

Lyder skiller seg fra hverandre i volum, tonehøyde og klang. Lydstyrken av lyden avhenger dels av avstanden til lytterens øre fra det klingende objektet, og dels av amplituden til vibrasjonen til sistnevnte. Ordet amplitude betyr avstanden som et legeme reiser fra et ytterpunkt til et annet under svingningene. Jo større denne avstanden er, desto høyere er lyden.

Lydens tonehøyde avhenger av hastigheten eller frekvensen til kroppens vibrasjoner. Jo flere vibrasjoner et objekt lager i løpet av ett sekund, jo høyere lyd produserer det.

Imidlertid kan to lyder som er helt identiske i volum og tonehøyde avvike fra hverandre. Musikaliteten til en lyd avhenger av antallet og styrken til overtonene som finnes i den. Hvis strengen til en fiolin er laget for å oscillere langs hele lengden slik at det ikke oppstår ytterligere vibrasjoner, vil den laveste tonen den er i stand til å produsere, høres. Denne tonen kalles hovedtonen. Men hvis det oppstår ytterligere svingninger på den separate deler, vil flere høyere toner vises. I harmoni med hovedtonen vil de skape en spesiell fiolinlyd. Disse tonene, høyere enn roten, kalles overtoner. De bestemmer klangen til en bestemt lyd.

1.6 Refleksjon og forplantning av forstyrrelser.

Forstyrrelsen av en del av et strukket gummirør eller fjær beveger seg langs lengden. Når forstyrrelsen når enden av røret, reflekteres den, uavhengig av om enden av røret er fast eller fri. Den holdte enden trekkes skarpt opp og bringes deretter til sin opprinnelige posisjon. Rammen dannet på røret beveger seg langs røret til veggen, hvor det reflekteres. I dette tilfellet har den reflekterte bølgen form av en fordypning, dvs. den er under den gjennomsnittlige posisjonen til røret, mens den opprinnelige antinoden var over. Hva er årsaken til denne forskjellen? Se for deg enden av et gummirør festet i en vegg. Siden den er fast, kan den ikke bevege seg. Den oppoverrettede kraften til den innkommende impulsen søker å få den til å bevege seg oppover. Men siden den ikke kan bevege seg, må det være en lik og motsatt nedadrettet kraft som kommer fra støtten og påføres enden av gummirøret, og derfor er den reflekterte pulsen antinode ned. Faseforskjellen til de reflekterte og originale pulsene er 180°.

1. 7. Stående bølger

Når hånden som holder gummirøret flyttes opp og ned og bevegelsesfrekvensen økes gradvis, nås et punkt hvor en enkelt antinode oppnås. En ytterligere økning i svingningsfrekvensen i hånden vil føre til dannelsen av en dobbel antinode. Hvis du måler frekvensen av håndbevegelser, vil du se at frekvensen deres er doblet. Siden det er vanskelig å bevege hånden raskere, er det bedre å bruke en mekanisk vibrator.

De genererte bølgene kalles stående eller stasjonære bølger. De dannes fordi den reflekterte bølgen legges over den innfallende bølgen.

I denne studien Det er to bølger: innfallende og reflektert. De har samme frekvens, amplitude og bølgelengde, men forplanter seg i motsatte retninger. Dette er vandrende bølger, men de forstyrrer hverandre og skaper dermed stående bølger. Dette har følgende konsekvenser: a) alle partikler i hver halvdel av bølgelengden svinger i fase, dvs. de beveger seg alle i samme retning samtidig; b) hver partikkel har en amplitude som er forskjellig fra amplituden til den neste partikkelen; c) faseforskjellen mellom oscillasjonene til partiklene i en halvbølge og oscillasjonene til partiklene i den neste halvbølgen er 180°. Dette betyr ganske enkelt at de enten avbøyes så mye som mulig i motsatte retninger samtidig, eller, hvis de er i midtposisjon, begynner de å bevege seg i motsatte retninger.

Noen partikler beveger seg ikke (de har null amplitude) fordi kreftene som virker på dem alltid er like og motsatte. Disse punktene kalles nodalpunkter eller noder, og avstanden mellom to påfølgende noder er halve bølgelengden, dvs. 1 \ 2 λ.

Den maksimale bevegelsen skjer ved punkter, og amplituden til disse punktene er to ganger amplituden til den innfallende bølgen. Disse punktene kalles antinoder, og avstanden mellom to påfølgende antinoder er halve bølgelengden. Avstanden mellom noden og neste antinode er en fjerdedel av bølgelengden, dvs. 1\4λ.

En stående bølge er forskjellig fra en reisebølge. I en vandrebølge: a) alle partikler har samme oscillasjonsamplitude; b) hver partikkel er ikke i fase med den neste.

1. 8. Resonansrør.

Resonansrøret er et smalt rør der en luftsøyle vibrerer. For å endre lengden på luftsøylen, bruk forskjellige måter, for eksempel endringer i vannstanden i et rør. Den lukkede enden av røret er en knute fordi luften i kontakt med den er stasjonær. Den åpne enden av røret er alltid en antinode, siden oscillasjonsamplituden er maksimal her. Det er en node og en antinode. Lengden på røret er omtrent en fjerdedel av den stående bølgelengden.

For å vise at lengden på luftsøylen er omvendt proporsjonal med frekvensen til bølgen, må en rekke stemmegafler brukes. Det er bedre å bruke en liten høyttaler koblet til en kalibrert lydfrekvensgenerator i stedet for stemmegafler med fast frekvens. Brukes i stedet for vannrør langt rør med et stempel, da dette letter valg av lengde på luftsøylene. Nær enden av røret er plassert permanent kilde lyd, og resonanslengdene til luftsøylen oppnås for frekvenser på 300 Hz, 350 Hz, 400 Hz, 450 Hz, 500 Hz, 550 Hz og 600 Hz.

Når vann helles i en flaske, produseres en viss tone når luften i flasken begynner å vibrere. Tonehøyden til denne tonen øker når luftvolumet i flasken avtar. Hver flaske har sin egen frekvens, og når du blåser over den åpne halsen på flasken, kan det også produseres en lyd.

I begynnelsen av krigen 1939-1945. lyskastere var fokusert på fly som brukte utstyr som opererer i lydområdet. For å hindre dem i å fokusere, kastet noen mannskaper tomme flasker ut av flyet da de traff rampelyset. De høye lydene av fallende flasker ble oppfattet av mottakeren, og lyskasterne mistet fokus

1. 9. Blåsemusikkinstrumenter.

Lydene som produseres av blåseinstrumenter er avhengig av de stående bølgene som oppstår i rørene. Tonen avhenger av lengden på røret og typen luftvibrasjoner i røret.

For eksempel en åpen orgelpipe. Luft blåses inn i røret gjennom hullet og treffer en skarp avsats. Dette får luften i røret til å svinge. Siden begge ender av røret er åpne, er det alltid en antinode i hver ende. Den enkleste typen vibrasjon er når det er en antinode i hver ende, og en node er i midten. Dette er fundamentale vibrasjoner, og lengden på røret er omtrent lik halve bølgelengden. Tonehøydefrekvens =c/2l, hvor c er lydens hastighet og l er lengden på røret.

En lukket orgelpipe har en stopper i enden, det vil si at enden av pipa er lukket. Dette betyr at det alltid er en node i denne enden. Det er ganske åpenbart at: a) den grunnleggende frekvensen lukket rør er halvparten av grunnfrekvensen til et åpent rør av samme lengde; b) med et lukket rør kan bare merkelige overtoner dannes. Dermed er rekkevidden av toner til et åpent rør større enn for et lukket.

Fysiske forhold endrer lyden til musikkinstrumenter. En økning i temperatur fører til en økning i lydhastigheten i luft og derfor en økning i grunnfrekvensen. Lengden på røret øker også noe, noe som gjør at frekvensen reduseres. Når de spiller orgel, for eksempel i en kirke, ber utøverne om å skru på varmen slik at orgelet låter ved normal temperatur. Strengeinstrumenter har strengspenningskontroller. En økning i temperaturen fører til en viss utvidelse av strengen og en reduksjon i spenningen.

Kapittel 2. Praktisk del

2. 1. En metode for å bestemme lydhastigheten ved hjelp av et resonansrør.

Enheten er vist på figuren. Resonansrøret er et langt smalt rør A koblet til tanken B gjennom et gummirør. Begge rørene inneholder vann. Når B heves, reduseres lengden på luftsøylen i A, og når B senkes, øker lengden på luftsøylen i A. Plasser en oscillerende stemmegaffel på toppen av A når lengden på luftsøylen i A er praktisk talt null. Du hører ingen lyd. Når luftsøylen ved A øker i lengde, vil du høre lyden øke i intensitet, nå et maksimum og deretter begynne å blekne. Gjenta denne prosedyren, juster B slik at lengden på luftsøylen i A produserer maksimal lyd. Mål deretter lengden l1 på luftsøylen.

Den høye lyden høres fordi den naturlige frekvensen til luftsøylen med lengde l1 er lik den naturlige frekvensen til stemmegaffelen, og derfor svinger luftsøylen unisont med den. Du har funnet den første resonansposisjonen. Faktisk er lengden på den oscillerende luften noe større enn luftsøylen i A.

Hvis du slipper. Ved enda lavere, slik at lengden på luftsøylen øker, finner du en annen posisjon der lyden når sin maksimale styrke. Bestem nøyaktig denne posisjonen og mål lengden l2 på luftsøylen. Dette er den andre resonansposisjonen. Som før er apex i den åpne enden av røret, og noden er på overflaten av vannet. Dette kan kun oppnås i tilfellet vist på figuren, hvor lengden på luftsøylen i røret er ca. 3/4 bølgelengde (3/4 λ).

Å trekke fra de to målingene gir:

3\4 λ - 1\4 λ = l2 - l1, derfor 1\2 λ = l2 - l1.

Så, c = ν λ = ν 2 (l2 - l1), hvor ν er stemmegaffelens frekvens. Dette er en rask og ganske nøyaktig måte å bestemme lydhastigheten i luft på.

2. 2. Eksperiment og beregninger.

Følgende verktøy og utstyr ble brukt for å bestemme hastigheten til en lydbølge:

Universal stativ;

Tykkvegget glassrør, forseglet i den ene enden, 1,2 meter lang;

En stemmegaffel, hvis frekvens er 440 Hz, noten "la";

Hammer;

Vannflaske;

Målestokk.

Forskningsfremgang:

1. Jeg satte sammen et stativ, som jeg festet ringene på ermet på.

2. Plasserte glassrøret i et stativ.

3. Ved å helle vann i røret, og spennende lydbølger på stemmegaffelen, skapte han stående bølger i røret.

4. Oppnådde empirisk en slik høyde på vannsøylen at lydbølger ble forsterket i glassrøret, slik at det ble observert resonans i røret.

5. Målt den første lengden på enden av røret fri for vann - l2 \u003d 58 cm \u003d 0,58 m

6. Tilsatt mer vann til røret. (Gjenta trinn 3, 4, 5) - l1 = 19 cm = 0,19 m

7. Utførte beregninger i henhold til formelen: c \u003d ν λ \u003d ν 2 (l2 - l1),

8. s \u003d 440 Hz * 2 (0,58 m - 0,19 m) \u003d 880 * 0,39 \u003d 343,2 m / s

Resultatet av studien er lydhastigheten = 343,2 m/s.

2. 3. Konklusjoner av den praktiske delen

Bruk utstyret du velger for å bestemme lydhastigheten i luften. Vi sammenlignet resultatet med tabellverdien - 330 m / s. Den resulterende verdien er omtrent lik tabellen. Avvikene skyldtes målefeil, den andre grunnen: tabellverdien er gitt ved en temperatur på 00C, og i leiligheten er lufttemperaturen = 240C.

Derfor kan den foreslåtte metoden for å bestemme lydhastigheten ved hjelp av et resonansrør brukes.

Konklusjon.

Evnen til å beregne og bestemme egenskapene til lyd er veldig nyttig. Som følger av studien, karakteristikkene til lyd: lydstyrke, amplitude, frekvens, bølgelengde - disse verdiene er iboende i visse lyder, de kan brukes til å bestemme hva slags lyd vi hører for øyeblikket. Vi står igjen overfor lydens matematiske regelmessighet. Men lydens hastighet, selv om det er mulig å beregne, men det avhenger av temperaturen i rommet og rommet der lyden oppstår.

Dermed ble formålet med studien oppfylt.

Studiens hypotese ble bekreftet, men i fremtiden er det nødvendig å ta hensyn til målefeil.

Basert på dette ble målene for studien oppfylt:

Studerte teoretisk grunnlag dette problemet;

Regelmessigheter er funnet ut;

De nødvendige målingene er tatt;

Det gjøres beregninger av lydens hastighet;

Resultatene av beregningene ble sammenlignet med de allerede tilgjengelige tabelldataene;

Det gis en vurdering av oppnådde resultater.

Som et resultat av arbeidet: o Lært å bestemme lydens hastighet ved hjelp av et resonansrør; o Oppstod et problem forskjellig hastighet lyd ved forskjellige temperaturer, så jeg vil prøve å undersøke dette problemet i nær fremtid.