Fale dźwiękowe i ich charakterystyka. Fale dźwiękowe wokół nas

Źródła dźwięku. Wibracje dźwiękowe

Człowiek żyje w świecie dźwięków. Dźwięk dla człowieka jest źródłem informacji. Ostrzega ludzi przed niebezpieczeństwem. Dźwięk w formie muzyki, śpiew ptaków sprawia nam przyjemność. Lubimy słuchać osoby o miłym głosie. Dźwięki są ważne nie tylko dla ludzi, ale także dla zwierząt, którym dobre wychwytywanie dźwięku pomaga przetrwać.

Dźwięk - Są to mechanicznie sprężyste fale rozchodzące się w gazach, cieczach, ciałach stałych.

Przyczyna dźwięku - drgania (oscylacje) ciał, chociaż często są to drgania niewidoczne dla naszych oczu.

Źródła dźwięku - ciała fizyczne, które są zmienne, tj. drgać lub wibrować z częstotliwością
od 16 do 20 000 razy na sekundę. Wibrujący korpus może być solidny, taki jak struna
lub skorupa Ziemska, w postaci gazowej, na przykład strumień powietrza w dętych instrumentach muzycznych
lub płyn, taki jak fale na wodzie.

Tom

Głośność zależy od amplitudy drgań fali dźwiękowej. Jednostką głośności jest 1 Bel (na cześć wynalazcy telefonu Alexandra Grahama Bella). W praktyce głośność mierzy się w decybelach (dB). 1dB = 0,1B.

10 dB - szept;

20-30 dB – norma hałasu w pomieszczeniach mieszkalnych;
50 dB– rozmowa o średniej głośności;
80 dni b - hałas pracującego silnika ciężarówki;
130 dB- próg bólu

Dźwięk powyżej 180 dB może nawet spowodować pęknięcie błony bębenkowej.

wysokie dźwięki reprezentowane przez fale o wysokiej częstotliwości - na przykład śpiew ptaków.

niskie dźwięki to fale o niskiej częstotliwości, takie jak dźwięk silnika dużej ciężarówki.

fale dźwiękowe

fale dźwiękowe Są to fale sprężyste, które powodują wrażenie dźwięku u osoby.

Fala dźwiękowa może się przemieszczać różne odległości. Strzały armat słychać na 10-15 km, rżenie koni i szczekanie psów - na 2-3 km, a szept jest tylko kilka metrów dalej. Dźwięki te są przenoszone przez powietrze. Ale nie tylko powietrze może być przewodnikiem dźwięku.

Przykładając ucho do szyn, odgłos nadjeżdżającego pociągu można usłyszeć znacznie wcześniej iz większej odległości. Oznacza to, że metal przewodzi dźwięk szybciej i lepiej niż powietrze. Woda również dobrze przewodzi dźwięk. Po zanurzeniu się w wodzie wyraźnie słychać, jak kamienie uderzają o siebie, jak szeleszczą kamyki podczas falowania.

Właściwość wody - do dobrego prowadzenia dźwięku - jest szeroko wykorzystywana do rozpoznania na morzu podczas wojny, a także do pomiaru głębokości morza.

Warunek konieczny propagacja fal dźwiękowych - obecność środowiska materialnego. W próżni fale dźwiękowe nie rozchodzą się, ponieważ nie ma cząstek przenoszących oddziaływanie ze źródła drgań.

Dlatego na Księżycu, ze względu na brak atmosfery, panuje całkowita cisza. Nawet upadek meteorytu na jego powierzchnię nie jest słyszalny dla obserwatora.

Dźwięk rozchodzi się z różną prędkością w każdym medium.

prędkość dźwięku w powietrzu- około 340 m/s.

Prędkość dźwięku w wodzie- 1500 m/s.

Prędkość dźwięku w metalach, w stali- 5000 m/s.

W ciepłym powietrzu prędkość dźwięku jest większa niż w zimnym, co prowadzi do zmiany kierunku rozchodzenia się dźwięku.

WIDELEC

- ten w kształcie litery U metalowy talerz , którego końce mogą oscylować po uderzeniu.

Opublikowany kamerton Dźwięk jest bardzo słaby i słychać go tylko z niewielkiej odległości.
Rezonator - drewniane pudło, na którym można zamocować kamerton służy do wzmocnienia dźwięku.
W takim przypadku do emisji dźwięku dochodzi nie tylko z kamertonu, ale również z powierzchni rezonatora.
Jednak czas trwania dźwięku kamertonu na rezonatorze będzie krótszy niż bez niego.

EXO

Głośny dźwięk, odbity od przeszkód, po kilku chwilach wraca do źródła dźwięku, a my słyszymy Echo.

Mnożąc prędkość dźwięku przez czas, jaki upłynął od jego wystąpienia do jego powrotu, można wyznaczyć dwukrotną odległość od źródła dźwięku do bariery.
Ta metoda określania odległości od obiektów jest stosowana w echolokacja.

Niektóre zwierzęta, takie jak nietoperze,
wykorzystać również zjawisko odbicia dźwięku, stosując metodę echolokacji

Echolokacja opiera się na właściwości odbicia dźwięku.

Dźwięk - działający wół mechaniczny na i przekazuje energię.
Jednak siła jednoczesnej rozmowy wszystkich ludzi na Globus niewiele więcej niż moc jednego moskwicza!

Ultradźwięk.

· Wibracje o częstotliwościach przekraczających 20 000 Hz nazywane są ultradźwiękami. Ultradźwięki są szeroko stosowane w nauce i technologii.

Ciecz wrze podczas przechodzenia przez falę ultradźwiękową (kawitacja). Powoduje to wstrząs hydrauliczny. Ultradźwięki mogą odrywać kawałki od metalowej powierzchni i kruszyć ciała stałe. Ciecze niemieszalne można mieszać za pomocą ultradźwięków. Tak powstają emulsje olejowe. Pod działaniem ultradźwięków dochodzi do zmydlania tłuszczów. Opierając się na tej zasadzie urządzenia myjące.

· Popularne ultradźwięk w hydroakustyce. Ultradźwięki o wysokiej częstotliwości są bardzo słabo absorbowane przez wodę i mogą się rozchodzić na dziesiątki kilometrów. Jeśli spotkają na swojej drodze dno, górę lodową lub inne solidny, odbijają się i odbijają się echem duża moc. Na tej zasadzie działa ultradźwiękowa echosonda.

w metalu ultradźwięk rozprowadza się prawie bez wchłaniania. Wykorzystując metodę lokalizacji ultradźwiękowej możliwe jest wykrycie najmniejszych defektów wewnątrz części o dużej grubości.

Miażdżący efekt ultradźwięków jest wykorzystywany do produkcji lutownic ultradźwiękowych.

fale ultradźwiękowe, wysyłane ze statku, odbijają się od zatopionego obiektu. Komputer wykrywa czas pojawienia się echa i określa położenie obiektu.

· Ultradźwięki są wykorzystywane w medycynie i biologii do echolokacji, do wykrywania i leczenia guzów oraz niektórych ubytków tkanek ciała, w chirurgii i traumatologii do preparowania tkanek miękkich i kostnych podczas różnych operacji, do spawania złamanych kości, do niszczenia komórek (ultradźwięki o dużej mocy).

Infradźwięki i ich wpływ na człowieka.

Oscylacje o częstotliwościach poniżej 16 Hz nazywane są infradźwiękami.

W naturze infradźwięki powstają w wyniku ruchu wirowego powietrza w atmosferze lub w wyniku powolnych wibracji różnych ciał. Infradźwięki charakteryzują się słabą absorpcją. Dlatego rozprzestrzenia się na duże odległości. Ciało ludzkie boleśnie reaguje na podczerwień wibracje dźwiękowe. Przy wpływach zewnętrznych spowodowanych wibracjami mechanicznymi lub falą dźwiękową o częstotliwościach 4-8 Hz osoba odczuwa ruch narządy wewnętrzne, o częstotliwości 12 Hz - atak choroba morska.

Najwyższa intensywność wibracje infradźwiękowe tworzyć maszyny i mechanizmy posiadające powierzchnie duże rozmiary, wykonując oscylacje mechaniczne o niskiej częstotliwości (infradźwięki pochodzenia mechanicznego) lub turbulentne przepływy gazów i cieczy (infradźwięki pochodzenia aerodynamicznego lub hydrodynamicznego).

Pytania.

1. Opowiedz nam o eksperymentach przedstawionych na rysunkach 70-73. Jaki wniosek z nich wynika?

W pierwszym eksperymencie (ryc. 70) metalowa linijka zaciśnięta w imadle wydaje dźwięk, gdy wibruje.
W drugim eksperymencie (ryc. 71) można zaobserwować drgania struny, która również wydaje dźwięk.
W trzecim eksperymencie (rys. 72) obserwowany jest dźwięk kamertonu.
W czwartym eksperymencie (rys. 73) drgania kamertonu są „rejestrowane” na okopconej płycie. Wszystkie te eksperymenty pokazują oscylacyjny charakter pochodzenia dźwięku. Dźwięk pochodzi z wibracji. W czwartym eksperymencie można to również zaobserwować wizualnie. Końcówka igły pozostawia ślad w postaci zbliżonej do sinusoidy. W tym przypadku dźwięk nie pojawia się znikąd, lecz jest generowany przez źródła dźwięku: linijkę, strunę, kamerton.

2. Jak? własność wspólna posiadać wszystkie źródła dźwięku?

Każde źródło dźwięku musi oscylować.

3. Drgania mechaniczne o jakich częstotliwościach nazywamy dźwiękiem i dlaczego?

Wibracje dźwiękowe nazywane są wibracjami mechanicznymi o częstotliwościach od 16 Hz do 20 000 Hz, ponieważ. w tym zakresie częstotliwości są postrzegane przez człowieka.

4. Jakie wibracje nazywamy ultradźwiękami? infradźwiękowy?

Oscylacje o częstotliwościach powyżej 20 000 Hz nazywane są ultradźwiękami, a o częstotliwości poniżej 16 Hz nazywane są infradźwiękami.

5. Opowiedz nam o pomiarach głębokości morza za pomocą echolokacji.

Ćwiczenia.

1. Słyszymy dźwięk trzepoczących skrzydeł latającego komara. ale latający ptak nie. Czemu?

Częstotliwość drgań skrzydeł komara wynosi 600 Hz (600 uderzeń na sekundę), wróbla 13 Hz, a ludzkie ucho odbiera dźwięki od 16 Hz.

Ta lekcja obejmuje temat „Fale dźwiękowe”. W tej lekcji będziemy kontynuować naukę akustyki. Najpierw powtarzamy definicję fal dźwiękowych, następnie rozważamy ich zakresy częstotliwości i zapoznajemy się z pojęciem fal ultradźwiękowych i infradźwiękowych. Omówimy również właściwości fal dźwiękowych w różnych mediach i dowiemy się, jakie mają cechy. .

Fale dźwiękowe - są to drgania mechaniczne, które rozchodzą się i oddziałują na narząd słuchu i są odbierane przez człowieka (ryc. 1).

Ryż. 1. Fala dźwiękowa

Sekcja, która zajmuje się tymi falami w fizyce, nazywa się akustyką. Zawód ludzi potocznie nazywanych „słuchaczami” to akustyka. Fala dźwiękowa to fala rozchodząca się w ośrodku sprężystym fala podłużna, a gdy propaguje się w ośrodku elastycznym, naprzemiennie występuje kompresja i rozrzedzenie. Jest transmitowany w czasie na odległość (ryc. 2).

Ryż. 2. Propagacja fali dźwiękowej

Fale dźwiękowe obejmują takie wibracje, które są przeprowadzane z częstotliwością od 20 do 20 000 Hz. Częstotliwości te odpowiadają długościom fal 17 m (dla 20 Hz) i 17 mm (dla 20 000 Hz). Ten zakres będzie nazywany dźwiękiem słyszalnym. Te długości fal są podane dla powietrza, którego prędkość rozchodzenia się dźwięku jest równa.

Istnieją również takie zakresy, którymi zajmują się akustycy - infradźwięki i ultradźwięki. Infradźwięki to te, które mają częstotliwość mniejszą niż 20 Hz. A ultradźwiękowe to te, które mają częstotliwość większą niż 20 000 Hz (ryc. 3).

Ryż. 3. Zakresy fal dźwiękowych

Każda wykształcona osoba powinna kierować się zakresem częstotliwości fal dźwiękowych i wiedzieć, że jeśli pójdzie na USG, to obraz na ekranie komputera będzie budowany z częstotliwością większą niż 20 000 Hz.

USG - ten fale mechaniczne, podobny do dźwięku, ale o częstotliwości od 20 kHz do miliarda herców.

Nazywa się fale o częstotliwości ponad miliarda herców naddźwiękowy.

Ultradźwięki służą do wykrywania wad części odlewanych. Na badaną część kierowany jest strumień krótkich sygnałów ultradźwiękowych. W miejscach, w których nie ma defektów, sygnały przechodzą przez część bez rejestracji przez odbiornik.

Jeśli w części występuje pęknięcie, wnęka powietrzna lub inna niejednorodność, wówczas sygnał ultradźwiękowy jest od niej odbijany i powracając do odbiornika. Taka metoda nazywa się defektoskopia ultradźwiękowa.

Innymi przykładami zastosowania ultradźwięków są ultrasonografy, ultrasonografy, terapia ultradźwiękowa.

Infradźwięki - fale mechaniczne podobne do fal dźwiękowych, ale o częstotliwości mniejszej niż 20 Hz. Nie są postrzegane przez ludzkie ucho.

Naturalnymi źródłami fal infradźwiękowych są burze, tsunami, trzęsienia ziemi, huragany, erupcje wulkanów, burze.

Infradźwięki są również ważnymi falami, które służą do wibrowania powierzchni (na przykład do niszczenia niektórych dużych obiektów). Wypuszczamy infradźwięki do gleby - a gleba jest kruszona. Gdzie to jest używane? Na przykład w kopalniach diamentów, gdzie biorą rudę zawierającą składniki diamentowe i kruszą ją na małe cząstki, aby znaleźć te wtrącenia diamentowe (ryc. 4).

Ryż. 4. Zastosowanie infradźwięków

Prędkość dźwięku zależy od warunków otoczenia i temperatury (rys. 5).

Ryż. 5. Prędkość propagacji fali dźwiękowej w różnych mediach

Uwaga: w powietrzu prędkość dźwięku jest równa , natomiast prędkość wzrasta o . Jeśli jesteś naukowcem, to taka wiedza może Ci się przydać. Możesz nawet wymyślić jakiś czujnik temperatury, który wykryje rozbieżności temperaturowe, zmieniając prędkość dźwięku w medium. Wiemy już, że im gęstszy ośrodek, tym poważniejsze oddziaływanie między cząsteczkami ośrodka, tym szybciej propaguje się fala. Omówiliśmy to w ostatnim akapicie na przykładzie powietrza suchego i wilgotnego. W przypadku wody prędkość propagacji dźwięku. Jeśli stworzysz falę dźwiękową (pukaj w kamerton), to prędkość jej propagacji w wodzie będzie 4 razy większa niż w powietrzu. Na wodzie informacje dotrą 4 razy szybciej niż drogą powietrzną. A jeszcze szybciej w stali: (rys. 6).

Ryż. 6. Prędkość propagacji fali dźwiękowej

Wiecie z eposów, których używał Ilya Muromets (oraz wszyscy bohaterowie i zwykli Rosjanie i chłopcy z Rewolucyjnej Rady Wojskowej Gajdara), używali bardzo ciekawy sposób wykrycie obiektu, który się zbliża, ale jest jeszcze daleko. Dźwięk, który wydaje podczas ruchu, nie jest jeszcze słyszalny. Ilya Muromets, z uchem przybitym do ziemi, słyszy ją. Czemu? Ponieważ dźwięk jest przesyłany po twardym gruncie z większą prędkością, co oznacza, że ​​szybciej dotrze do ucha Ilji Muromca, a on będzie mógł przygotować się na spotkanie z wrogiem.

Najciekawsze fale dźwiękowe to dźwięki muzyczne i odgłosy. Jakie przedmioty mogą tworzyć fale dźwiękowe? Jeśli weźmiemy źródło fali i elastyczny ośrodek, jeśli sprawimy, że źródło dźwięku wibruje harmonicznie, otrzymamy wspaniałą falę dźwiękową, którą nazwiemy dźwiękiem muzycznym. Tymi źródłami fal dźwiękowych mogą być na przykład struny gitary lub pianina. Może to być fala dźwiękowa, która powstaje w szczelinie rura powietrzna(organ lub piszczałka). Z lekcji muzyki znasz nuty: do, re, mi, fa, salt, la, si. W akustyce nazywane są tonami (ryc. 7).

Ryż. 7. Dźwięki muzyczne

Wszystkie przedmioty, które mogą emitować dźwięki, będą miały funkcje. Czym się różnią? Różnią się długością fali i częstotliwością. Jeśli te fale dźwiękowe nie są tworzone przez harmonijnie brzmiące ciała lub nie są połączone w wspólny utwór orkiestrowy, to taka liczba dźwięków będzie nazywana szumem.

Hałas- losowe wahania różnych fizyczna natura, które różnią się złożonością struktury czasowej i spektralnej. Pojęcie hałasu ma charakter domowy i fizyczny, są one bardzo podobne, dlatego przedstawiamy go jako osobny ważny obiekt namysł.

Przejdźmy do ilościowych szacunków fal dźwiękowych. Jakie są cechy muzycznych fal dźwiękowych? Te cechy dotyczą wyłącznie harmonicznych wibracji dźwięku. Więc, głośność dźwięku. Od czego zależy głośność dźwięku? Rozważ propagację fali dźwiękowej w czasie lub oscylacje źródła fali dźwiękowej (ryc. 8).

Ryż. 8. Głośność dźwięku

Jednocześnie, jeśli nie dodamy do systemu dużo dźwięku (na przykład delikatnie wciskamy klawisz fortepianu), będzie cichy dźwięk. Jeśli głośno, podnosząc wysoko rękę, wywołamy ten dźwięk naciskając klawisz, dostaniemy głośny dźwięk. Od czego to zależy? Na cichy dźwięk amplituda oscylacji jest mniejsza niż głośnego dźwięku.

Następny ważna cecha dźwięk muzyczny i wszelkie inne - Wysokość. Co decyduje o wysokości dźwięku? Wysokość dźwięku zależy od częstotliwości. Możemy sprawić, że źródło będzie oscylować często lub możemy sprawić, że oscyluje ono niezbyt szybko (to znaczy wykonać mniej oscylacji w jednostce czasu). Rozważmy przemiatanie w czasie wysokich i niskich dźwięków o tej samej amplitudzie (ryc. 9).

Ryż. 9. Smoła

Można wyciągnąć ciekawy wniosek. Jeśli ktoś śpiewa basem, to jego źródło dźwięku (są to struny głosowe) oscyluje kilkakrotnie wolniej niż osoba śpiewająca sopran. W drugim przypadku struny głosowe wibrują częściej, dlatego częściej powodują ogniska kompresji i rozrzedzenia w propagacji fali.

Jest jeszcze jeden ciekawa funkcja fale dźwiękowe, których fizycy nie badają. Ten tembr. Znasz i łatwo rozróżniasz ten sam utwór muzyczny grany na bałałajce lub wiolonczeli. Jaka jest różnica między tymi dźwiękami a tym występem? Na początku eksperymentu poprosiliśmy ludzi, którzy wytwarzają dźwięki, aby nadawali im mniej więcej taką samą amplitudę, aby głośność dźwięku była taka sama. To jak w przypadku orkiestry: jeśli nie ma potrzeby wyróżniania instrumentu, wszyscy grają mniej więcej tak samo, z taką samą siłą. Tak więc barwa bałałajki i wiolonczeli jest inna. Gdybyśmy za pomocą diagramów narysowali dźwięk wydobywany z jednego instrumentu, z drugiego, to byłyby takie same. Ale można łatwo odróżnić te instrumenty po brzmieniu.

Kolejny przykład znaczenia barwy. Wyobraź sobie dwóch śpiewaków, którzy kończą tę samą szkołę muzyczną z tymi samymi nauczycielami. Równie dobrze uczyli się z piątkami. Z jakiegoś powodu jeden staje się wybitnym wykonawcą, a drugi przez całe życie jest niezadowolony ze swojej kariery. W rzeczywistości jest to determinowane wyłącznie przez ich instrument, który powoduje właśnie drgania głosu w otoczeniu, czyli ich głosy różnią się barwą.

Bibliografia

1. Sokolovich Yu.A., Bogdanova G.S. Fizyka: podręcznik z przykładami rozwiązywania problemów. - Redystrybucja II edycji. - X .: Vesta: wydawnictwo "Ranok", 2005. - 464 s.
2. Peryshkin A.V., Gutnik E.M., Fizyka. Klasa 9: podręcznik do kształcenia ogólnego. instytucje / AV Peryszkin, E.M. Gutnika. - 14 wyd., stereotyp. - M.: Drop, 2009. - 300 pkt.

1. Portal internetowy „eduspb.com” ()
2. Portal internetowy „msk.edu.ua” ()
3. Portal internetowy „class-fizika.narod.ru” ()

Praca domowa

1. Jak rozchodzi się dźwięk? Jakie może być źródło dźwięku?
2. Czy dźwięk może podróżować w kosmosie?
3. Czy każda fala, która dociera do ludzkiego ucha, jest przez niego postrzegana?

Zanim zrozumiesz, czym są źródła dźwięku, zastanów się, czym jest dźwięk? Wiemy, że światło to promieniowanie. Odbite od przedmiotów promieniowanie dociera do naszych oczu i możemy je zobaczyć. Smak i zapach to małe cząsteczki ciała, które są odbierane przez nasze odpowiednie receptory. Jakim dźwiękiem jest to zwierzę?

Dźwięki są przenoszone przez powietrze

Musiałeś widzieć, jak gra się na gitarze. Być może sam wiesz, jak to zrobić. Ważne jest, aby struny wydawały inny dźwięk w gitarze, kiedy je pociągasz. W porządku. Ale gdybyś mógł włożyć gitarę do próżni i pociągnąć za struny, zdziwiłbyś się, że gitara nie wydaje żadnego dźwięku.

Takie eksperymenty przeprowadzano z różnymi ciałami, a wynik był zawsze ten sam – w przestrzeni pozbawionej powietrza nie było słychać żadnego dźwięku. Z tego wynika logiczny wniosek dźwięk transmitowany przez powietrze. Dlatego dźwięk jest czymś, co dzieje się z cząsteczkami substancji zawartych w powietrzu i ciałami wytwarzającymi dźwięk.

Źródła dźwięku - wibrujące ciała

Dalej. W wyniku wielu różnorodnych eksperymentów udało się ustalić, że dźwięk powstaje w wyniku wibracji ciał. Źródła dźwięku to ciała, które wibrują. Wibracje te są przenoszone przez cząsteczki powietrza, a nasze ucho, wyczuwając te wibracje, interpretuje je na zrozumiałe dla nas wrażenia dźwiękowe.

Nie jest trudno to sprawdzić. Weź szklankę lub kryształowy kielich i połóż na stole. Uderz lekko metalową łyżką. Usłyszysz długi, cienki dźwięk. Teraz dotknij szkła dłonią i dotknij ponownie. Dźwięk zmieni się i stanie się znacznie krótszy.

A teraz niech kilka osób owinie ręce wokół szyby tak dokładnie, jak to możliwe, razem z nogą, starając się nie zostawiać ani jednego wolnego obszaru, z wyjątkiem samego małe miejsce uderzyć łyżką. Uderz ponownie w szkło. Prawie nie usłyszysz żadnego dźwięku, a ten, który będzie, okaże się słaby i bardzo krótki. Co to mówi?

W pierwszym przypadku po uderzeniu szkło swobodnie drgało, jego drgania przenoszone były przez powietrze i docierały do ​​naszych uszu. W drugim przypadku większość drgań została pochłonięta przez naszą rękę, a dźwięk stał się znacznie krótszy, ponieważ drgania ciała malały. W trzecim przypadku prawie wszystkie wibracje ciała były natychmiast pochłaniane przez ręce wszystkich uczestników i ciało prawie nie drgało, a co za tym idzie, prawie nie był emitowany dźwięk.

To samo dotyczy wszystkich innych eksperymentów, które możesz wymyślić i przeprowadzić. Wibracje ciał przekazywane cząsteczkom powietrza będą odbierane przez nasze uszy i interpretowane przez mózg.

Wibracje dźwiękowe o różnych częstotliwościach

Więc dźwięk jest wibracją. Źródła dźwięku przekazują nam drgania dźwiękowe przez powietrze. Dlaczego więc nie słyszymy wszystkich wibracji wszystkich przedmiotów? Ponieważ wibracje mają różne częstotliwości.

Dźwięk odbierany przez ludzkie ucho to drgania dźwiękowe o częstotliwości od około 16 Hz do 20 kHz. Dzieci słyszą dźwięki o wyższych częstotliwościach niż dorośli, a zakresy percepcji różnych żywych istot generalnie bardzo się różnią.

Uszy to bardzo cienki i delikatny instrument, dany nam przez naturę, dlatego warto o nie dbać, jako zamienniki i analogi w Ludzkie ciało nie istnieje.

Świat wypełniony jest różnorodnymi dźwiękami: tykaniem zegarów i dudnieniem silników, szelestem liści i wycie wiatru, śpiewem ptaków i głosami ludzi. O tym, jak rodzą się dźwięki i co reprezentują, ludzie zaczęli się domyślać bardzo dawno temu. Już starożytny filozof grecki a encyklopedyczny naukowiec Arystoteles, na podstawie obserwacji, prawidłowo wyjaśnił naturę dźwięku, wierząc, że brzmiące ciało powoduje naprzemienną kompresję i rozrzedzenie powietrza. W ubiegłym roku autor pracował nad problemem natury dźwięku i zakończył Praca badawcza: „W świecie dźwięków”, w którym częstotliwości dźwiękowe skali muzycznej zostały obliczone przy użyciu szklanki wody.

Dźwięk charakteryzuje się wielkościami: częstotliwością, długością fali i prędkością. A także charakteryzuje się amplitudą i głośnością. Dlatego żyjemy w zróżnicowanym świecie dźwięków i jego różnorodności odcieni.

Pod koniec poprzedniego badania miałem fundamentalne pytanie: czy są sposoby na określenie prędkości dźwięku w domu? Dlatego możemy sformułować problem: musimy znaleźć sposoby lub sposób na określenie prędkości dźwięku.

Teoretyczne podstawy doktryny dźwięku

świat dźwięków

Do-re-mi-fa-sol-la-si

Gamma dźwięków. Czy istnieją niezależnie od ucha? Czy to tylko subiektywne doznania, a sam świat milczy, czy jest to odbicie rzeczywistości w naszej świadomości? Jeśli to drugie, to nawet bez nas świat zabrzmi symfonią dźwięków.

Nawet Pitagorasowi (582-500 pne) przypisuje się odkrycie zależności liczbowych odpowiadających różnym dźwiękom muzycznym. Przechodząc obok kuźni, w której kilku robotników wykuwało żelazo, Pitagoras zauważył, że dźwięki odnoszą się do kwint, kwartów i oktaw. Wchodząc do kuźni, upewnił się, że młotek, który dawał oktawę, w porównaniu z najcięższym młotem, miał wagę równą 1/2 tego ostatniego, młot, który dawał kwintę, miał wagę równą 2/3, a kwarta - 3/4 ciężkiego młota. Po powrocie do domu Pitagoras zawiesił struny o ciężarach proporcjonalnych do 1/2:2/3: 3/4 na końcach i podobno stwierdził, że po uderzeniu struny dawały te same interwały muzyczne. Fizycznie legenda nie wytrzymuje krytyki, kowadło uderzane różnymi młotkami wydaje swój własny, ten sam ton, a prawa drgań struny nie potwierdzają legendy. Ale w każdym razie legenda mówi o starożytności doktryny harmonii. Zasługi Pitagorejczyków w dziedzinie muzyki nie ulegają wątpliwości. Posiadają owocny pomysł mierzenia tonu brzmiącej struny poprzez pomiar jej długości. Znali urządzenie „monochord” – pudełko z desek cedrowych z jednym naciągniętym sznurkiem na wieczku. Jeśli uderzysz w strunę, wyemituje jeden konkretny ton. Jeśli podzielisz strunę na dwie sekcje, podtrzymując ją trójkątnym kołkiem pośrodku, wyemituje wyższy ton. Brzmi tak podobnie do głównego tonu, że gdy zabrzmią jednocześnie, niemal zlewają się w jeden ton. Stosunek dwóch tonów w muzyce to interwał. Gdy stosunek długości struny wynosi 1/2:1, interwał nazywa się oktawą. Znane Pitagorasowi piąty i kwarty interwał uzyskuje się, gdy kołek monochordowy jest przesunięty tak, aby oddzielał odpowiednio 2/3 lub 3/4 struny.

Jeśli chodzi o liczbę siedem, wiąże się ona z jeszcze bardziej starożytną i tajemniczą reprezentacją ludzi o charakterze na poły religijnym, na poły mistycznym. Najprawdopodobniej jednak wynika to z astronomicznego podziału miesiąca księżycowego na cztery siedmiodniowe tygodnie. Ta liczba pojawia się od tysięcy lat w różnych legendach. Tak więc znajdujemy go w starożytnym papirusie napisanym przez egipskiego Ahmesa 2000 lat przed naszą erą. Ten ciekawy dokument jest zatytułowany: „Instrukcja zdobywania wiedzy o wszystkich tajemnych rzeczach”. Odnajdujemy tam m.in. tajemnicze zadanie zwane „schodami”. Mówi o drabinie liczb reprezentujących potęgi liczby siedem: 7, 49, 343, 2401, 16 807. Pod każdą liczbą znajduje się hieroglif: kot, mysz, jęczmień, miara. Papirus nie zawiera żadnych wskazówek dotyczących tego problemu. Współcześni interpretatorzy papirusu Ahmesa rozszyfrowali stan problemu w następujący sposób: siedem osób ma siedem kotów, każdy kot zjada siedem myszy, każda mysz może zjeść siedem kłosów jęczmienia, każdy kłos może wyhodować siedem miarek zboża. Ile ziarna mogą zaoszczędzić koty? Dlaczego nie zadanie o treści przemysłowej, zaproponowane 40 wieków temu?

Nowoczesna europejska skala muzyczna ma siedem tonów, ale nie zawsze i nie wszystkie narody miały skalę siedmiotonową. Czyli na przykład w starożytne Chiny użył skali pięciu tonów. Aby uzyskać jedność strojenia, wysokość tego tonu kontrolnego musi być ściśle zadeklarowana w umowie międzynarodowej. Od 1938 r. za ton podstawowy przyjęto ton odpowiadający częstotliwości 440 Hz (440 drgań na sekundę). Kilka dźwięków brzmiących jednocześnie tworzy muzyczny akord. Osoby, które mają tzw. wysokość absolutną, mogą usłyszeć poszczególne tony w akordzie.

Oczywiście znasz zasadniczo budowę ludzkiego ucha. Przypomnijmy to krótko. Ucho składa się z trzech części: 1) ucha zewnętrznego, zakończonego błoną bębenkową; 2) ucho środkowe, które za pomocą trzech kosteczek słuchowych: młotka, kowadełka i strzemienia dostarcza wibracje błony bębenkowej do ucha wewnętrznego; 3) ucho wewnętrzne, czyli błędnik, składa się z kanałów półkolistych i ślimaka. Ślimak jest aparatem odbierającym dźwięk. Ucho wewnętrzne wypełnione jest płynem (limfą), wprawianym w ruch oscylacyjny przez uderzenia strzemienia o błonę, która zamyka owalne okienko w puszce kostnej błędnika. Na przegrodzie dzielącej ślimak na dwie części, na całej jego długości, najcieńszy włókna nerwowe stopniowo zwiększając długość.

Świat dźwięków jest prawdziwy! Ale oczywiście nie należy myśleć, że ten świat wywołuje u wszystkich dokładnie te same doznania. Pytanie, czy inni ludzie odbierają dźwięki dokładnie w taki sam sposób, jak ty, jest pytaniem nienaukowym.

1. 2. Źródła dźwięku. Wibracje dźwiękowe

Świat dźwięków wokół nas jest różnorodny – głosy ludzi i muzyki, śpiew ptaków i bzyczenie pszczół, grzmoty podczas burzy i szum lasu na wietrze, odgłos przejeżdżających samochodów, samolotów itp.

Wspólne dla wszystkich dźwięków jest to, że ciała, które je generują, czyli źródła dźwięku, drgają.

Elastyczna metalowa linijka osadzona w imadle wyda dźwięk, jeśli jej wolna część, której długość jest dobrana w określony sposób, zostanie wprawiona w ruch oscylacyjny. W tym przypadku oscylacje źródła dźwięku są oczywiste.

Ale nie każde oscylujące ciało jest źródłem dźwięku. Na przykład oscylujący ciężarek zawieszony na nitce lub sprężynie nie wydaje dźwięku. Metalowa linijka również przestanie brzmieć, jeśli przesuniesz ją w imadle i tym samym wydłużysz wolny koniec tak, że częstotliwość jej drgań spadnie poniżej 20 Hz.

Badania wykazały, że ucho ludzkie jest w stanie odbierać jako dźwięk mechaniczne drgania ciał występujące z częstotliwością od 20 Hz do 20 000 Hz. Dlatego wibracje, których częstotliwości mieszczą się w tym zakresie, nazywamy dźwiękiem.

Drgania mechaniczne o częstotliwości powyżej 20 000 Hz nazywane są ultradźwiękami, a drgania o częstotliwości poniżej 20 Hz nazywane są infradźwiękami.

Należy zauważyć, że wskazane granice zasięgu dźwięku są arbitralne, ponieważ zależą od wieku osób i indywidualne cechy ich aparat słuchowy. Zwykle wraz z wiekiem górna granica częstotliwości odbieranych dźwięków znacznie spada – niektóre osoby starsze mogą słyszeć dźwięki o częstotliwościach nieprzekraczających 6000 Hz. Z drugiej strony dzieci mogą odbierać dźwięki o częstotliwości nieco ponad 20 000 Hz.

Niektóre zwierzęta słyszą drgania, których częstotliwości są większe niż 20 000 Hz lub mniejsze niż 20 Hz.

Świat wypełniony jest różnorodnymi dźwiękami: tykaniem zegarów i dudnieniem silników, szelestem liści i wycie wiatru, śpiewem ptaków i głosami ludzi. O tym, jak rodzą się dźwięki i co reprezentują, ludzie zaczęli się domyślać bardzo dawno temu. Zauważyli na przykład, że dźwięk tworzą ciała wibrujące w powietrzu. Nawet starożytny grecki filozof i naukowiec-encyklopedysta Arystoteles, na podstawie obserwacji, poprawnie wyjaśnił naturę dźwięku, wierząc, że ciało sondujące powoduje naprzemienną kompresję i rozrzedzenie powietrza. W ten sposób oscylująca struna ściska lub rozrzedza powietrze, a dzięki elastyczności powietrza te zmienne efekty są przenoszone dalej w przestrzeń - z warstwy na warstwę powstają fale sprężyste. Docierając do naszego ucha działają na bębenki uszne i wywołują wrażenie dźwięku.

Słuchając, osoba odbiera fale sprężyste o częstotliwości od około 16 Hz do 20 kHz (1 Hz - 1 oscylacja na sekundę). Zgodnie z tym fale sprężyste w dowolnym ośrodku, których częstotliwości mieszczą się we wskazanych granicach, nazywane są falami dźwiękowymi lub po prostu dźwiękiem. W powietrzu w temperaturze 0°C i normalne ciśnienie dźwięk rozchodzi się z prędkością 330 m/s.

Źródłem dźwięku w gazach i cieczach mogą być nie tylko wibrujące ciała. Na przykład kula i strzała gwiżdżą w locie, wiatr wyje. A na ryk samolotu turboodrzutowego składa się nie tylko odgłos jednostek roboczych – wentylatora, sprężarki, turbiny, komory spalania itp., ale także odgłosy strumienia odrzutowego, wiru, turbulentnych przepływów powietrza, które występują, gdy samolot opływa z dużą prędkością. Ciało gwałtownie pędzące w powietrzu lub jakby w wodzie przerywa przepływ wokół siebie, okresowo wytwarza w medium obszary rozrzedzenia i kompresji. Rezultatem są fale dźwiękowe.

W badaniu dźwięku ważne są również pojęcia tonu i barwy dźwięku. Każdy prawdziwy dźwięk, czy to głos ludzki, czy gra na instrumencie muzycznym, nie jest zwykłą drganiami harmonicznymi, ale rodzajem mieszanki wielu drgań harmonicznych o określonym zestawie częstotliwości. Ten, który ma najniższą częstotliwość nazywamy tonem podstawowym, pozostałe to alikwoty. inna ilość alikwoty tkwiące w konkretnym dźwięku, nadają mu szczególny kolor - barwę. Różnica między jedną barwą a drugą wynika nie tylko z liczby, ale także z intensywności alikwotów towarzyszących brzmieniu tonu podstawowego. Po barwie bez trudu rozróżniamy dźwięki skrzypiec i fortepianu, gitary i fletu, rozpoznajemy głosy znajomych osób.

1. 4. Wysokość i barwa dźwięku

Sprawmy, aby na gitarze lub bałałajce zabrzmiały dwie różne struny. Usłyszymy różne dźwięki: jeden niższy, drugi wyższy. Dźwięki głosu męskiego są niższe od dźwięków głosu kobiecego, dźwięki basowe są niższe od dźwięków tenorowych, dźwięki sopranowe są wyższe od dźwięków altowych.

Co decyduje o wysokości dźwięku?

Można stwierdzić, że wysokość dźwięku zależy od częstotliwości drgań: im wyższa częstotliwość drgań źródła dźwięku, tym wyższy dźwięk emituje.

Czysty ton to dźwięk źródła, który oscyluje z jedną częstotliwością.

Dźwięki z innych źródeł (na przykład dźwięki z różnych instrumenty muzyczne, głosy ludzi, dźwięk syreny i wiele innych) to połączenie wibracji o różnych częstotliwościach, czyli zbiór czystych tonów.

Najniższa (tj. najmniejsza) częstotliwość tak złożonego dźwięku nazywana jest częstotliwością podstawową, a odpowiadający jej dźwięk o określonej wysokości nazywany jest tonem podstawowym (czasami nazywa się to po prostu tonem). Wysokość dźwięku złożonego jest dokładnie określona przez wysokość jego podstawowego tonu.

Wszystkie inne tony złożonego dźwięku nazywane są alikwotami. Alikwoty określają barwę dźwięku, czyli jego jakość, która pozwala odróżnić dźwięki jednych źródeł od dźwięków innych. Na przykład możemy łatwo odróżnić dźwięk fortepianu od dźwięku skrzypiec, nawet jeśli te dźwięki mają ta sama wysokość, czyli ta sama częstotliwość podstawowa. Różnica między tymi dźwiękami wynika z innego zestawu alikwotów.

Tak więc wysokość dźwięku jest określana przez częstotliwość jego podstawowej: im większa częstotliwość podstawowej, tym wyższy dźwięk.

O barwie dźwięku decyduje całość jego alikwotów.

1. 5. Dlaczego są różne dźwięki?

Dźwięki różnią się między sobą głośnością, wysokością i barwą. Głośność dźwięku zależy częściowo od odległości ucha słuchacza od badanego obiektu, a częściowo od amplitudy wibracji tego ostatniego. Słowo amplituda oznacza odległość, jaką ciało pokonuje od jednego skrajnego punktu do drugiego podczas oscylacji. Im większa odległość, tym głośniejszy dźwięk.

Wysokość dźwięku zależy od prędkości lub częstotliwości drgań ciała. Im więcej drgań obiekt wytwarza w ciągu jednej sekundy, tym wyższy wydaje dźwięk.

Jednak dwa dźwięki, które są absolutnie identyczne pod względem głośności i wysokości, mogą się od siebie różnić. Muzyczność dźwięku zależy od ilości i siły występujących w nim alikwotów. Jeśli struna skrzypiec zostanie wprowadzona w drgania na całej swojej długości, tak że nie pojawią się żadne dodatkowe wibracje, usłyszymy najniższy ton, jaki jest w stanie wytworzyć. Ten ton nazywa się tonem głównym. Jeśli jednak wystąpią na nim dodatkowe wahania oddzielne części, pojawią się dodatkowe wyższe nuty. Harmonizując się z głównym tonem, stworzą szczególny, skrzypcowy dźwięk. Te nuty, wyższe od prymy, nazywane są alikwotami. To one decydują o barwie danego dźwięku.

1.6 Odbicie i propagacja perturbacji.

Zaburzenie części rozciągniętej gumowej rurki lub sprężyny porusza się wzdłuż jej długości. Kiedy zaburzenie dochodzi do końca rurki, jest odbijane, niezależnie od tego, czy koniec rurki jest nieruchomy, czy swobodny. Trzymany koniec jest mocno podciągany, a następnie ustawiany w pierwotnej pozycji. Utworzony na rurze grzbiet przesuwa się wzdłuż rury do ściany, gdzie jest odbijany. W tym przypadku fala odbita ma kształt zagłębienia, tj. znajduje się poniżej średniej pozycji tuby, podczas gdy początkowy antywęzeł znajdował się powyżej. Jaki jest powód tej różnicy? Wyobraź sobie koniec gumowej rurki przymocowanej do ściany. Ponieważ jest zamocowany, nie może się poruszać. Skierowana ku górze siła nadchodzącego impulsu stara się sprawić, by poruszał się w górę. Jednakże, ponieważ nie może się poruszać, musi istnieć równa i skierowana w dół siła emanująca ze wspornika i przyłożona do końca gumowej rurki, a więc odbity impuls jest skierowany przeciw węzłowi w dół. Różnica faz impulsów odbitych i pierwotnych wynosi 180°.

1. 7. Fale stojące

Gdy ręka trzymająca gumową rurkę porusza się w górę iw dół, a częstotliwość ruchu stopniowo wzrasta, osiąga się punkt, w którym uzyskuje się pojedynczy anty-węzeł. Dalszy wzrost częstotliwości drgań ręki doprowadzi do powstania podwójnego antywęzła. Jeśli zmierzysz częstotliwość ruchów rąk, zobaczysz, że ich częstotliwość się podwoiła. Ponieważ trudno jest szybciej poruszać ręką, lepiej użyć wibratora mechanicznego.

Generowane fale nazywane są falami stojącymi lub stacjonarnymi. Powstają, ponieważ fala odbita nakłada się na falę padającą.

W to badanie Istnieją dwie fale: wypadkowa i odbita. Mają tę samą częstotliwość, amplitudę i długość fali, ale rozchodzą się w przeciwnych kierunkach. Są to fale biegnące, ale zakłócają się nawzajem i w ten sposób tworzą fale stojące. Ma to następujące konsekwencje: a) wszystkie cząstki w każdej połowie długości fali oscylują w fazie, tj. wszystkie poruszają się jednocześnie w tym samym kierunku; b) każda cząstka ma amplitudę różną od amplitudy następnej cząstki; c) różnica faz między oscylacjami cząstek jednej półfali a oscylacjami cząstek następnej półfali wynosi 180°. Oznacza to po prostu, że w tym samym czasie albo są odchylone maksymalnie w przeciwnych kierunkach, albo, jeśli znajdują się w pozycji środkowej, zaczynają poruszać się w przeciwnych kierunkach.

Niektóre cząstki nie poruszają się (mają amplitudę zerową), ponieważ działające na nie siły są zawsze równe i przeciwne. Punkty te nazywane są punktami węzłowymi lub węzłami, a odległość między dwoma kolejnymi węzłami wynosi połowę długości fali, czyli 1 \ 2 λ.

Maksymalny ruch występuje w punktach, a amplituda tych punktów jest dwukrotnie większa od amplitudy fali padającej. Punkty te nazywane są antywęzłami, a odległość między dwoma kolejnymi antywęzłami wynosi połowę długości fali. Odległość między węzłem a następnym antywęzłem wynosi jedną czwartą długości fali, czyli 1\4λ.

Fala stojąca różni się od fali biegnącej. W fali biegnącej: a) wszystkie cząstki mają tę samą amplitudę drgań; b) każda cząstka nie jest w fazie z następną.

1. 8. Rura rezonansowa.

Rura rezonansowa to wąska rura, w której drga kolumna powietrza. Aby zmienić długość słupa powietrza, zastosuj różne sposoby, takie jak zmiany poziomu wody w rurze. Zamknięty koniec rury jest węzłem, ponieważ stykające się z nim powietrze jest nieruchome. Otwarty koniec rury jest zawsze antywęzłem, ponieważ amplituda oscylacji jest tutaj maksymalna. Jest jeden węzeł i jeden anty-węzeł. Długość rurki wynosi w przybliżeniu jedną czwartą długości fali stojącej.

Aby pokazać, że długość słupa powietrza jest odwrotnie proporcjonalna do częstotliwości fali, należy użyć szeregu kamertonów. Lepiej jest użyć małego głośnika podłączonego do skalibrowanego generatora częstotliwości audio zamiast kamertonów o stałej częstotliwości. Używany zamiast fajek wodnych długa rura z tłokiem, ponieważ ułatwia to dobór długości słupów powietrza. Blisko końca rury jest umieszczony stałe źródło dźwięku, a długości rezonansowe słupa powietrza uzyskuje się dla częstotliwości 300 Hz, 350 Hz, 400 Hz, 450 Hz, 500 Hz, 550 Hz i 600 Hz.

Kiedy woda wlewa się do butelki, powstaje pewien ton, gdy powietrze w butelce zaczyna wibrować. Wysokość tego tonu rośnie wraz ze zmniejszaniem się objętości powietrza w butelce. Każda butelka ma określoną częstotliwość, a kiedy dmuchasz nad otwartą szyjką butelki, może również powstać dźwięk.

Na początku wojny 1939-1945. reflektory koncentrowały się na samolotach wykorzystujących sprzęt działający w zakresie audio. Aby uniemożliwić im skupienie się, niektóre załogi wyrzucały puste butelki z samolotu, gdy trafiły w światło reflektorów. Odbiornik odbierał głośne dźwięki spadających butelek, a reflektory traciły ostrość

1. 9. Dęte instrumenty muzyczne.

Dźwięki wydawane przez instrumenty dęte zależą od fal stojących występujących w piszczałkach. Ton zależy od długości rury i rodzaju drgań powietrza w rurze.

Na przykład otwarta piszczałka organowa. Powietrze jest wdmuchiwane do rury przez otwór i uderza w ostrą półkę. Powoduje to drgania powietrza w rurze. Ponieważ oba końce rury są otwarte, na każdym końcu zawsze znajduje się antywęzeł. Najprostszym rodzajem oscylacji jest sytuacja, w której na każdym końcu znajduje się anty-węzeł, a jeden węzeł znajduje się pośrodku. Są to drgania podstawowe, a długość tuby jest w przybliżeniu równa połowie długości fali. Częstotliwość tonu =c/2l, gdzie c to prędkość dźwięku, a l to długość rury.

Zamknięta piszczałka organowa ma na końcu zatyczkę, tzn. koniec piszczałki jest zamknięty. Oznacza to, że na tym końcu zawsze znajduje się węzeł. Jest całkiem oczywiste, że: a) częstotliwość podstawowa zamknięta rura jest połową częstotliwości podstawowej otwartej rury o tej samej długości; b) przy zamkniętej rurze można tworzyć tylko nieparzyste podteksty. Tak więc zakres tonów otwartej rury jest większy niż zamkniętej.

Warunki fizyczne zmieniają brzmienie instrumentów muzycznych. Wzrost temperatury powoduje wzrost prędkości dźwięku w powietrzu, a tym samym wzrost częstotliwości podstawowej. Długość rury również nieco się zwiększa, powodując spadek częstotliwości. Grając na organach, na przykład w kościele, wykonawcy proszą o włączenie ogrzewania, aby organy brzmiały w normalnej temperaturze. Instrumenty strunowe mają kontrolę napięcia strun. Wzrost temperatury prowadzi do pewnego rozszerzenia struny i zmniejszenia napięcia.

Rozdział 2. Część praktyczna

2. 1. Metoda wyznaczania prędkości dźwięku za pomocą tuby rezonansowej.

Urządzenie pokazano na rysunku. Rura rezonansowa to długa wąska rura A połączona ze zbiornikiem B za pomocą gumowej rurki. Obie rury zawierają wodę. Gdy B jest podniesiony, długość słupka powietrza w A zmniejsza się, a gdy B jest opuszczana, długość słupka powietrza w A wzrasta. Umieść oscylacyjny kamerton na szczycie A, gdy długość słupka powietrza w A wynosi praktycznie zero. Nie usłyszysz żadnego dźwięku. Gdy kolumna powietrza w punkcie A zwiększa swoją długość, usłyszysz, że dźwięk zwiększa swoją intensywność, osiąga maksimum, a następnie zaczyna zanikać. Powtórz tę procedurę, dostosowując B tak, aby długość słupa powietrza w A wytwarzała maksymalny dźwięk. Następnie zmierz długość l1 słupa powietrza.

Głośny dźwięk jest słyszalny, ponieważ częstotliwość drgań własnych słupka powietrza o długości l1 jest równa częstotliwości drgań kamertonu i dlatego słupek powietrza oscyluje zgodnie z nim. Znalazłeś pierwszą pozycję rezonansową. W rzeczywistości długość oscylującego powietrza jest nieco większa niż słupa powietrza w A.

Jeśli upadniesz. Na jeszcze niższym, dzięki czemu zwiększa się długość słupa powietrza, znajdziesz inną pozycję, w której dźwięk osiąga maksymalną siłę. Wyznacz dokładnie to położenie i zmierz długość l2 słupa powietrza. To jest druga pozycja rezonansu. Tak jak poprzednio, wierzchołek znajduje się na otwartym końcu rury, a węzeł znajduje się na powierzchni wody. Można to osiągnąć tylko w przypadku pokazanym na rysunku, w którym długość słupa powietrza w rurze wynosi około 3/4 długości fali (3/4 λ).

Odjęcie dwóch pomiarów daje:

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

Tak więc c = ν λ = ν 2 (l2 - l1), gdzie ν jest częstotliwością kamertonu. Jest to szybki i dość dokładny sposób określenia prędkości dźwięku w powietrzu.

2. 2. Eksperyment i obliczenia.

Do określenia prędkości fali dźwiękowej wykorzystano następujące narzędzia i sprzęt:

Statyw uniwersalny;

Rurka szklana grubościenna, zamknięta z jednej strony, o długości 1,2 metra;

kamerton, którego częstotliwość wynosi 440 Hz, nuta „la”;

Młot;

Butelka wody;

Kryterium.

Postęp badań:

1. Zmontowałem statyw, na którym zamocowałem pierścienie na rękawie.

2. Umieścić szklaną rurkę na statywie.

3. Wlewając wodę do tuby i podniecając fale dźwiękowe na kamertonie, stworzył w tubie fale stojące.

4. Empirycznie osiągnięto taką wysokość słupa wody, że fale dźwiękowe zostały wzmocnione w szklanej rurce, tak że w rurze zaobserwowano rezonans.

5. Zmierzono pierwszą długość końca rury bez wody - l2 \u003d 58 cm \u003d 0,58 m

6. Dodano więcej wody do rury. (Powtórz kroki 3, 4, 5) - l1 = 19 cm = 0,19 m

7. Wykonane obliczenia zgodnie ze wzorem: 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

Wynikiem badań jest prędkość dźwięku = 343,2 m/s.

2. 3. Wnioski z części praktycznej

Korzystając z wybranego przez siebie sprzętu, określ prędkość dźwięku w powietrzu. Porównaliśmy wynik z wartością tabelaryczną - 330 m / s. Wynikowa wartość jest w przybliżeniu równa tabeli. Rozbieżności wynikały z błędów pomiarowych, drugi powód: wartość tabelaryczna podawana jest przy temperaturze 00C, aw mieszkaniu temperatura powietrza = 240C.

W związku z tym można zastosować proponowaną metodę wyznaczania prędkości dźwięku za pomocą tuby rezonansowej.

Wniosek.

Bardzo przydatna jest umiejętność obliczania i określania cech dźwięku. Jak wynika z badania, charakterystyka dźwięku: głośność, amplituda, częstotliwość, długość fali - te wartości są nieodłączne od niektórych dźwięków, można je wykorzystać do określenia, jaki dźwięk słyszymy w danej chwili. Ponownie mamy do czynienia z matematyczną prawidłowością dźwięku. Ale prędkość dźwięku, choć można obliczyć, ale zależy to od temperatury pomieszczenia i przestrzeni, w której dźwięk występuje.

Tym samym cel badania został zrealizowany.

Hipoteza badania została potwierdzona, ale w przyszłości konieczne jest uwzględnienie błędów pomiarowych.

Na tej podstawie zrealizowano cele badania:

Badane podstawy teoretyczne ten przypadek;

Wykryto prawidłowości;

Wykonano niezbędne pomiary;

Dokonuje się obliczeń prędkości dźwięku;

Wyniki obliczeń porównano z już dostępnymi danymi tabelarycznymi;

Podana jest ocena uzyskanych wyników.

W wyniku przeprowadzonych prac: o Nauczono się wyznaczać prędkość dźwięku za pomocą tuby rezonansowej; o Napotkałem problem inna prędkość dźwięk w różnych temperaturach, więc postaram się zbadać ten problem w najbliższej przyszłości.