Surse de sunet. Vibrații sonore

Sunt multe în jurul nostru surse de sunet: instrumente muzicale și tehnice, corzi vocale umane, valurile mării, vânt și altele. sunet sau altfel unde sonore- acestea sunt vibrații mecanice ale mediului cu frecvențe de 16 Hz - 20 kHz(vezi § 11-a).

Luați în considerare experiența. Prin plasarea unui ceas cu alarmă pe o pernă sub clopot Pompa de aer, vom observa: ticăitul va deveni mai silențios, dar va fi în continuare audibil. După ce am scos aerul de sub clopot, nu vom mai auzi sunetul. Această experiență confirmă că sunetul se propagă prin aer și nu se propagă în vid.

Viteza sunetului în aer este relativ mare: se află în intervalul de la 300 m/s la –50°С până la 360 m/s la +50°С. Aceasta este de 1,5 ori mai mare decât viteza aeronavelor de pasageri. Sunetul circulă mult mai repede în lichide și chiar mai repede în solide. Într-o șină de oțel, de exemplu, viteza sunetului este de » 5000 m/s.

Priviți graficele fluctuațiilor presiunii aerului la gura unei persoane care cântă sunetele „A” și „O”. După cum puteți vedea, oscilațiile sunt complexe, constând din mai multe oscilații care se suprapun. În același timp, clar vizibil fluctuații de bază, a cărui frecvență este aproape independentă de sunetul rostit. Pentru o voce masculină, aceasta este de aproximativ 200 Hz, pentru o voce feminină - 300 Hz.

l max = 360 m/s: 200 Hz » 2 m, l min = 300 m/s: 300 Hz » 1 m.

Deci, lungimea undei sonore a vocii depinde de temperatura aerului și de frecvența fundamentală a vocii. Amintindu-ne de cunoștințele noastre despre difracție, vom înțelege de ce vocile oamenilor se aud în pădure, chiar dacă sunt obstrucționate de copaci: sunete cu lungimi de undă de 1–2 m se îndoaie ușor în jurul trunchiurilor de copaci care au diametrul mai mic de un metru.

Să facem un experiment care să confirme că sursele de sunet sunt într-adevăr corpuri oscilante.

Să luăm dispozitivul furculiţă- o praștie metalică montată pe o cutie fără perete frontal pentru o radiație mai bună unde sonore. Dacă loviți capetele diapazonului cu un ciocan, acesta va scoate un sunet „curat”, numit tonul muzical(de exemplu, nota „la” a primei octave cu o frecvență de 440 Hz). Să mutam un diapazon care sună la o minge ușoară pe un fir și va sări imediat în lateral. Acest lucru se întâmplă tocmai din cauza fluctuațiilor frecvente ale capetelor praștii diapazonului.

Motivele de care depinde frecvența vibrațiilor unui corp sunt elasticitatea și dimensiunea acestuia. Cu cât este mai mare dimensiunea corpului, cu atât frecvența este mai mică. Prin urmare, de exemplu, elefanții cu corzi vocale mari emit sunete de joasă frecvență (bas), iar șoarecii, ale căror corzi vocale sunt mult mai mici, emit sunete de înaltă frecvență (scârțâit).

Nu numai modul în care va suna corpul, ci și modul în care va capta sunetele și va răspunde la acestea depinde de elasticitate și dimensiune. Fenomenul de creștere bruscă a amplitudinii oscilațiilor atunci când frecvența unei influențe externe coincide cu frecvența naturală a corpului se numește rezonanţă (lat. „în mod rezonabil” - răspund). Să facem un experiment pentru a observa rezonanța.

Să punem două diapazonuri identice unul lângă altul, întorcându-le unul spre celălalt pe acele laturi ale cutiilor unde nu există pereți. Loviți diapazonul din stânga cu un ciocan. Într-o secundă, îl vom înăbuși cu mâna. Vom auzi că sună al doilea diapazon, pe care nu l-am lovit. Se spune că diapazonul potrivit rezonează adică captează energia undelor sonore din diapazonul stâng, drept urmare crește amplitudinea propriilor oscilații.

Scopul lecției: Fă-ți o idee despre sunet.

Obiectivele lecției:

Educational:

crearea condițiilor pentru îmbunătățirea cunoștințelor elevilor despre sunet, obținute în studiul științelor naturii,
contribuie la extinderea și sistematizarea cunoștințelor elevilor despre sunet.

În curs de dezvoltare:

continuă să-și dezvolte capacitatea de a aplica cunoștințele și propria experiență în diverse situații,
promovează dezvoltarea gândirii, analiza cunoștințelor dobândite, evidențierea principalului, generalizarea și sistematizarea.

Educational:

promovează respectul pentru sine și pentru ceilalți,
promovează formarea umanității, bunăvoința, responsabilitatea.

Tip de lecție: dezvăluirea conținutului.

Echipament: un diapazon, o minge pe fir, un sonerie de aer, un frecvență cu lamelă, un set de discuri cu un număr diferit de dinți, o carte poștală, o riglă metalică, echipament multimedia, un disc de prezentare dezvoltat de profesor pentru această lecție .

În timpul orelor

Dintre diferitele mișcări oscilatorii și ondulatorii care se găsesc în natură și tehnologie, vibrațiile și undele sonore, precum și doar sunetele, sunt de o importanță deosebită în viața umană. ÎN Viata de zi cu zi- Acestea sunt cel mai adesea unde care se propagă în aer. Se știe că sunetul se propagă și în alte medii elastice: în pământ, în metale. După ce ați plonjat cu capul înainte în apă, puteți auzi clar sunetul motorului unei bărci care se apropie de la distanță. În timpul asediului, în zidurile cetății au fost plasați „ascultători”, care au urmat terasamente dusman. Uneori erau orbi, al căror auz era deosebit de acut. Conform sunetelor transmise pe Pământ, de exemplu, subminarea inamicului la zidurile mănăstirii Zagorsk a fost descoperită în timp util. Datorită prezenței organului de auz al unei persoane, acesta primește de la mediu inconjurator cu ajutorul unor sunete grozave și informații variate. Vorbirea umană se realizează și prin sunete.

În fața ta, pe masă, sunt foi de lucru cu replici din The Cricket Behind the Hearth de Charles Dickens. Fiecare dintre voi trebuie să sublinieze acele cuvinte care exprimă sunetul.

1 opțiune

Coșitorul înspăimântat și-a venit în fire abia când ceasul a încetat să tremure sub el și zdrăngănitul și zgomotul lanțurilor și greutăților lor s-au oprit în cele din urmă. Nu e de mirare că era atât de încântat: la urma urmei, acest ceas zdrăngănitor și osos nu este un ceas, ci un simplu schelet! - capabil să insufle frică în oricine atunci când începe să spargă oase...
.... Atunci, minte, ceainicul a decis să aibă o seară plăcută. Ceva i se gâlgâia incontrolabil în gât și începuse deja să emită un pufâit sacadat, sonor, pe care îl întrerupse imediat, de parcă nu s-ar fi hotărât încă în sfârșit dacă ar trebui să se arate acum a fi un tip sociabil. Atunci, după două sau trei încercări zadarnice de a îneca dorința de sociabilitate în sine, și-a aruncat toată întunericul, toată reținerea și a izbucnit într-un cântec atât de confortabil, atât de vesel, cu care nicio privighetoare plângătoare nu l-ar putea ține pasul. el....
.... Ceainicul își cânta cântecul atât de vesel și vesel, încât întregul său corp de fier bâzâia și sărea peste foc; și chiar și capacul însuși a început să danseze ceva ca un jig și să bată în ceainic (măcinat, zgomot, zdrăngănit, tăcâiat, pufnit sonor, cântând, izbucnind, cântând, bâzâit, ciocănit).

Opțiunea 2:

Iată, dacă vrei, greierul chiar a început să răsună cu ceainic! A ridicat refrenul atât de tare, în felul său ciripit – strigă, strigă, strigă! Vocea lui era atât de surprinzător de disproporționat față de înălțimea lui în comparație cu ceainic, încât dacă ar exploda imediat, ca un pistol încărcat cu prea multă încărcătură, ți se părea un sfârșit firesc și inevitabil, la care el însuși s-a străduit cu tot. ar putea..
.... Ceainicul nu mai trebuia să cânte solo. El a continuat să-și joace rolul cu zel neîncetat, dar greierul a preluat rolul primei viori și l-a păstrat. Doamne, cât a ciripit! Vocea lui subțire, ascuțită și pătrunzătoare răsuna prin toată casa și probabil chiar pâlpâia ca o stea în întunericul din spatele pereților. Uneori, la cele mai puternice sunete, scotea brusc un tril atât de de nedescris, încât părea involuntar că el însuși sărea sus într-un acces de inspirație și apoi cădea înapoi în picioare. Cu toate acestea, au cântat într-o armonie perfectă, iar greierul și ibricul... Tema cântecului a rămas aceeași și, pe măsură ce se întreceau, au cântat din ce în ce mai tare și mai tare. (tare, refren, mod ciripit - strek, strek, strek, broke, solo, ciripit, ascuțit, voce pătrunzătoare, sună, sunete puternice, tril, cânta, cântece, cânta, mai tare)

Trăim într-o lume a sunetelor. Ramura fizicii care studiază fenomenele sonore se numește acustică. (diapozitivul 1).

Corpurile vibratoare sunt surse de sunet. (diapozitivul 2).

„Tot ceea ce sună neapărat oscilează, dar nu tot ceea ce oscilează sună.”

Să dăm exemple de corpuri oscilante, dar nu sonore. Tresturi de frecvență, riglă lungă. Ce exemple poți da? (cremură în vânt, plutește în apă etc.)

Scurtați rigla și auziți sunetul. Clopotul de aer scoate și sunete. Să demonstrăm că corpul care sună oscilează. Pentru a face acest lucru, luați un diapazon. Un diapazon este o tijă arcuită fixată pe un suport, o lovim cu un ciocan de cauciuc. Aducând un diapazon care sună la o minge mică atârnată de un fir, vom vedea că mingea este deviată.

Dacă trecem un diapazon care sună peste un pahar acoperit cu funingine, vom vedea un grafic al vibrațiilor diapazonului. Cum se numește o astfel de diagramă? ( diapasonul produce vibratii armonice)

Sursele de sunet pot fi corpuri lichide și chiar gaze. Aerul zumzăie în coș și apa cântă în țevi.

Care sunt câteva exemple de surse de sunet? ( ceas mecanic, ibric, sunet motor)

Când un corp sună, el vibrează, vibrațiile sale sunt transmise particulelor de aer din apropiere, care încep să vibreze și să transmită vibrații particulelor învecinate și, la rândul lor, transmit vibrațiile mai departe. Ca rezultat, unde sonore sunt generate și se propagă în aer.

O undă sonoră este o zonă de compresie și rarefacție a unui mediu elastic (aerul), o undă sonoră este o undă longitudinală (diapozitivul 3).

Percepem sunetul prin organul nostru auditiv - urechea.

(Unul dintre elevi spune cum se întâmplă) (diapozitivul 4).

(Un alt elev vorbește despre pericolele căștilor.)

„Studiind comportamentul tinerilor în metroul metropolitan timp de două luni, experții au ajuns la concluzia că fiecare 8 din 10 utilizatori activi ai dispozitivelor electronice portabile din metroul Moscovei ascultă muzică. Spre comparație: la o intensitate a sunetului de 160 de decibeli, timpanele sunt deformate. Puterea sonoră reprodusă de jucători prin căști este egală cu 110-120 decibeli. Astfel, urechile unei persoane sunt afectate de un efect egal cu cel care se exercită asupra unei persoane care stă la 10 metri de vuiet. motor turboreactor. Dacă se aplică zilnic o astfel de presiune asupra timpanelor, persoana riscă să devină surdă. „În ultimii cinci ani, băieții și fetele tinere au început să vină mai des la recepție”, a spus medicul otolaringolog Kristina Anankina. „Toți vor să fie la modă, să asculte în mod constant muzică. Cu toate acestea, expunerea prelungită la muzică tare pur și simplu ucide auzul. .” Dacă după un concert rock corpul are nevoie de câteva zile pentru a se recupera, atunci cu un atac zilnic la urechi, nu mai rămâne timp să pună ordine în auz. Sistemul auditiv încetează să mai perceapă frecvențele înalte. „Orice zgomot cu o intensitate de peste 80 de decibeli afectează negativ urechea internă”, spune Vasily Korvyakov, candidat la științe medicale, audiolog, audiolog. - Muzica tare afectează celulele responsabile de percepția sunetului, mai ales dacă atacul vine direct de la căști. Situația este agravată și de vibrațiile din metrou, care afectează negativ și structura urechii. În combinație, acești doi factori provoacă pierderea acută a auzului. Principalul său pericol este că apare literalmente peste noapte, dar este foarte problematic să o vindeci.” Din cauza expunerii la zgomot, celulele părului din urechea noastră mor, care sunt responsabile de transmiterea unui semnal sonor către creier. Iar medicina nu a găsit încă o modalitate de a restabili aceste celule”.

Urechea umană percepe vibrații cu o frecvență de 16–20000 Hz. Tot ce este sub 16 Hz este infrasunete, totul după 20000 Hz este ultrasunete (diapozitivul 6).

Acum vom asculta intervalul de la 20 la 20000 Hz și fiecare dintre voi vă va determina pragul de auz (diapozitivul 5).(Generatorul vezi Anexa 2)

Multe animale aud infrasunete și ultrasunete. performantele elevilor (diapozitivul 6).

Undele sonore se propagă în corpuri solide, lichide și gazoase, dar nu se pot propaga în vid.

Măsurătorile arată că viteza sunetului în aer la 0°C și presiunea atmosferică normală este de 332 m/s. Pe măsură ce temperatura crește, viteza crește. Pentru sarcini, luăm 340 m/s.

(Unul dintre elevi rezolvă problema.)

Sarcină. Viteza sunetului în fontă a fost determinată pentru prima dată de omul de știință francez Biot, după cum urmează. La un capăt teava de fonta clopoțelul a fost bătut, la celălalt capăt observatorul a auzit două sunete: primul, unul, care venea prin fontă și, după un timp, al doilea, care venea prin aer. Lungimea conductei este de 930 de metri, intervalul de timp dintre propagarea sunetelor s-a dovedit a fi de 2,5 s. Găsiți viteza sunetului în fontă din aceste date. Viteza sunetului în aer este de 340 m/s ( Răspuns: 3950 m/s).

Viteza sunetului în diferite medii (diapozitivul 7).

Corpurile moi și poroase sunt conductoare slabe de sunet. Pentru a proteja orice cameră de pătrundere sunete străine, pereții, podeaua și tavanul sunt așezate cu straturi de materiale fonoabsorbante. Astfel de materiale sunt: pâslă, plută presată, pietre poroase, plumb. Undele sonore din astfel de straturi intermediare se degradează rapid.

Vedem cât de divers este sunetul, să-l caracterizăm.

Sunetul produs de un corp care vibrează armonic se numește ton muzical. Fiecare ton muzical (do, re, mi, fa, salt, la, si) corespunde unei anumite lungimi și frecvență a undei sonore (diapozitivul 8).

Diapazonul nostru are un ton la, o frecvență de 440 Hz.

Zgomotul este un amestec haotic de sunete armonice.

Sunetele muzicale (tonurile) sunt caracterizate de zgomot și înălțime, timbru.

O lovitură slabă la tija diapazonului va provoca oscilații de amplitudine mică, vom auzi un sunet liniștit.

O lovitură puternică va provoca oscilații cu o amplitudine mai mare, vom auzi un sunet puternic.

Intensitatea unui sunet este determinată de amplitudinea oscilațiilor dintr-o undă sonoră (diapozitivul 9).

Acum voi roti 4 discuri, care au un numar diferit de dinti. Voi atinge cartea poștală de acești dinți. Într-un disc cu dinți mari, cartea poștală vibrează mai des și sunetul este mai ridicat. Pentru un disc cu mai puțini dinți, cartea poștală oscilează mai puțin și sunetul este mai scăzut.

Înălțimea sunetului este determinată de frecvența vibrațiilor sonore. Cu cât frecvența este mai mare, cu atât sunetul este mai mare. (diapozitivul 10)

Cea mai înaltă notă de soprană umană în jur de 1300 Hz

Cea mai joasă notă umană este basul la aproximativ 80 Hz.

Cine are un ton mai mare la un țânțar sau un bondar? Și ce credeți, cine bate din aripi mai des un țânțar sau un bondar.

Timbrul sunetului este un fel de colorare a sunetului prin care distingem vocile oamenilor. diverse instrumente (diapozitivul 11).

Fiecare sunet muzical complex constă dintr-o serie de sunete armonice simple. Cel mai jos dintre ele este principalul. Restul sunt mai mari decât acesta de un număr întreg de ori, de exemplu, de 2 sau 3-4 ori. Ele se numesc tonuri. Cu cât sunt mai multe tonuri amestecate în tonul fundamental, cu atât sunetul va fi mai bogat. Tonurile înalte conferă timbrului „strălucire” și „luminozitate” și „metalicitate”. Cele joase dau „putere” și „suculenta”. A.G. Stoletov a scris: „Tonurile simple pe care le avem de la diapazonele noastre nu sunt folosite în muzică, sunt la fel de insipide și fără gust ca apa distilată”.

Ancorare

Cum se numește studiul sunetului?
A avut loc o explozie masivă pe Lună. De exemplu, o erupție vulcanică. O vom auzi pe Pământ?
Corzile vocale vibrează mai rar la un cântăreț de bas sau tenor?
Majoritatea insectelor scot sunet atunci când zboară. De ce este cauzat?
Cum ar putea oamenii să comunice pe Lună?
De ce sunt bătuți când se verifică roțile vagoanelor în timpul unei opriri de tren?

Teme pentru acasă:§34-38. Exercițiul 30 (Nr. 2, 3).

Literatură

Curs de fizică, partea a II-a, pentru școala secundară / Peryshkin A.V. – M.: Iluminismul, 1968. – 240p.
Oscilații și unde în cursul de fizică pentru liceu. Manual pentru profesori / Orekhov V.P. – M.: Iluminismul, 1977. – 176p.
Greier în spatele vatrăi / Dickens Ch. - M .: Eksmo, 2003. - 640s.

Surse de sunet. Vibrații sonore

Omul trăiește în lumea sunetelor. Sunetul pentru o persoană este o sursă de informații. El avertizează oamenii de pericol. Sunetul sub formă de muzică, cântecul păsărilor ne face plăcere. Ne face plăcere să ascultăm o persoană cu o voce plăcută. Sunetele sunt importante nu numai pentru oameni, ci și pentru animale, pentru care o bună captare a sunetului ajută la supraviețuire.

Sunet sunt unde elastice mecanice care se propagă în gaze, lichide, solide.

Cauza sunetului - vibrația (oscilațiile) corpurilor, deși aceste vibrații sunt adesea invizibile pentru ochii noștri.

Surse de sunet - corpuri fizice, care fluctuează, adică tremură sau vibrează cu o frecvență
de la 16 la 20.000 de ori pe secundă. Corpul care vibra poate fi solid, cum ar fi o sfoară
sau Scoarta terestra, gazos, de exemplu, un jet de aer în instrumentele muzicale de suflat
sau lichid, cum ar fi valurile pe apă.

Volum

Intensitatea depinde de amplitudinea vibrațiilor în unda sonoră. Unitatea de volum a sunetului este 1 Bel (în onoarea lui Alexander Graham Bell, inventatorul telefonului). În practică, zgomotul este măsurat în decibeli (dB). 1 dB = 0,1B.

10 dB - șoaptă;

20-30 dB – norma de zgomot în spațiile de locuit;
50 dB– conversație de volum mediu;
80 d B - zgomotul motorului unui camion în funcțiune;
130 dB- pragul durerii

Sunetul peste 180 dB poate provoca chiar o ruptură a timpanului.

sunete înalte reprezentat de unde de înaltă frecvență - de exemplu, cântecul păsărilor.

sunete joase sunt unde de joasă frecvență, cum ar fi sunetul unui motor mare de camion.

unde sonore

unde sonore Acestea sunt unde elastice care provoacă senzația de sunet la o persoană.

Unda sonoră poate traversa diverse distante. Trage de tun se aude la 10-15 km, nechezat de cai și lătrat de câini - la 2-3 km, iar șoapta este la doar câțiva metri. Aceste sunete sunt transmise prin aer. Dar nu numai aerul poate fi conductor de sunet.

Punându-ți urechea pe șine, poți auzi zgomotul unui tren care se apropie mult mai devreme și la o distanță mai mare. Aceasta înseamnă că metalul conduce sunetul mai repede și mai bine decât aerul. Apa conduce, de asemenea, bine sunetul. După ce te-ai scufundat în apă, poți auzi clar cum pietrele se ciocnesc unele de altele, cum pietricelele foșnesc în timpul surfului.

Proprietatea apei - de a conduce bine sunetul - este utilizată pe scară largă pentru recunoașterea pe mare în timpul războiului, precum și pentru măsurarea adâncimii mării.

O condiție necesară pentru propagarea undelor sonore este prezența unui mediu material.În vid, undele sonore nu se propagă, deoarece nu există particule care să transmită interacțiunea de la sursa de vibrații.

Prin urmare, pe Lună, din cauza absenței unei atmosfere, domnește liniștea deplină. Nici măcar căderea unui meteorit pe suprafața sa nu este audibilă de observator.

Sunetul se deplasează la viteze diferite în fiecare mediu.

viteza sunetului în aer- aproximativ 340 m/s.

Viteza sunetului în apă- 1500 m/s.

Viteza sunetului în metale, în oțel- 5000 m/s.

În aerul cald, viteza sunetului este mai mare decât în aerul rece, ceea ce duce la o schimbare a direcției de propagare a sunetului.

FURCULIŢĂ

- Acest în formă de U placa metalica , ale căror capete pot oscila după lovirea lui.

Publicat diapazon Sunetul este foarte slab și poate fi auzit doar la mică distanță.
Rezonator - cutie de lemn, pe care poate fi atașat un diapazon, servește la amplificarea sunetului.
În acest caz, emisia de sunet are loc nu numai de la diapazon, ci și de la suprafața rezonatorului.
Cu toate acestea, durata sunetului diapazonului de pe rezonator va fi mai mică decât fără acesta.

E X O

Un sunet puternic, reflectat de obstacole, revine la sursa sonoră după câteva momente și auzim ecou.

Înmulțind viteza sunetului cu timpul scurs de la apariția lui până la revenirea lui, puteți determina de două ori distanța de la sursa de sunet la barieră.
Această metodă de determinare a distanței până la obiecte este utilizată în ecolocatie.

Unele animale, de exemplu liliecii,
folosiți și fenomenul de reflexie a sunetului, aplicând metoda ecolocației

Ecolocația se bazează pe proprietatea reflectării sunetului.

Sun - alergare bou mecanic peși transferă energie.
Cu toate acestea, puterea conversației simultane a tuturor oamenilor globul cu puțin mai mult decât puterea unei mașini „Moskvich”!

Ecografie.

· Vibrațiile cu frecvențe care depășesc 20.000 Hz se numesc ultrasunete. Ultrasunetele sunt utilizate pe scară largă în știință și tehnologie.

Lichidul fierbe atunci când trece printr-o undă ultrasonică (cavitație). Acest lucru creează un șoc hidraulic. Ultrasunetele pot rupe bucăți de pe suprafața metalică și zdrobi solidele. Lichidele nemiscibile pot fi amestecate cu ultrasunete. Așa se prepară emulsiile de ulei. Sub acțiunea ultrasunetelor are loc saponificarea grăsimilor. Mașinile de spălat se bazează pe acest principiu.

· Utilizate pe scară largă ecografie în hidroacustică. Ultrasunetele de înaltă frecvență sunt absorbite de apă foarte slab și se pot propaga pe zeci de kilometri. Dacă întâlnesc fundul, aisbergul sau alt corp solid pe drum, se reflectă și dau un ecou. de mare putere. Un ecosonda cu ultrasunete se bazează pe acest principiu.

în metal ecografie se răspândește aproape fără absorbție. Folosind metoda de localizare cu ultrasunete, este posibilă detectarea celor mai mici defecte în interiorul unei părți cu o grosime mare.

Efectul de zdrobire al ultrasunetelor este utilizat pentru fabricarea fiarelor de lipit cu ultrasunete.

unde ultrasonice, trimise de pe navă, sunt reflectate de obiectul scufundat. Calculatorul detectează ora apariției ecoului și determină locația obiectului.

· Ultrasunetele sunt folosite în medicină și biologie pentru ecolocație, pentru depistarea și tratarea tumorilor și a unor defecte ale țesuturilor corpului, în chirurgie și traumatologie pentru disecția țesuturilor moi și osoase în timpul diverselor operații, pentru sudarea oaselor rupte, pentru distrugerea celulelor (ultrasunete de mare putere).

Infrasunetele și efectul său asupra oamenilor.

Oscilațiile cu frecvențe sub 16 Hz se numesc infrasunete.

În natură, infrasunetele apar datorită mișcării vortexului aerului din atmosferă sau ca urmare a vibrațiilor lente ale diferitelor corpuri. Infrasunetele se caracterizează printr-o absorbție slabă. Prin urmare, se răspândește pe distanțe lungi. Corpul uman reacționează dureros la vibrațiile infrasonice. Cu influențe externe cauzate de vibrații mecanice sau de o undă sonoră la frecvențe de 4-8 Hz, o persoană simte mișcare organe interne, la o frecvență de 12 Hz - un atac de rău de mare.

Cea mai mare intensitate vibratii infrasonice creați mașini și mecanisme care au suprafețe dimensiuni mari, realizând vibrații mecanice de joasă frecvență (infrasunete de origine mecanică) sau fluxuri turbulente de gaze și lichide (infrasunete de origine aerodinamică sau hidrodinamică).

Cunoștințele dobândite despre oscilații și unde ne permit să trecem la luarea în considerare a fenomenelor sonore.

Lumea sunetelor care ne înconjoară este diversă - vocile oamenilor și ale muzicii, cântatul păsărilor și bâzâitul albinelor, tunetul în timpul unei furtuni și zgomotul pădurii în vânt, zgomotul mașinilor care trec, avioanelor etc. Sursele de sunet sunt corpuri oscilante. Acest lucru poate fi verificat prin experimente simple. Să le luăm în considerare.

Orez. 74. Exemplu de sursă de sunet

Figura 74 prezintă o riglă metalică elastică fixată într-o menghină. Dacă partea sa liberă, a cărei lungime este aleasă într-un anumit mod, este adusă în mișcare oscilativă (pozițiile extreme ale riglei oscilante sunt afișate prin linii întrerupte), atunci rigla va emite un sunet. În acest caz, oscilațiile sursei de sunet sunt evidente.

Acum să ne întoarcem la figura 75. Arată un șir care sună, ale cărui capete sunt fixe. Contururile neclare ale acestui șir și îngroșarea aparentă din mijloc indică faptul că șirul vibrează. Dacă aduceți capătul benzii de hârtie mai aproape de șirul care sună, atunci banda va sări de la șocurile șirului. Atâta timp cât coarda vibrează, se aude un sunet; opriți șirul și sunetul se oprește.

Orez. 75. O coardă care sună, ale cărei capete sunt fixe, oscilează

Dispozitivul prezentat în figura 76 se numește diapazon. Este o curbă tija metalica pe picior. În acest caz, diapasonul este montat pe o cutie de rezonanță (scopul căruia îl veți afla din § 40).

Orez. 76. Detectarea vibrațiilor ramurilor unui diapazon care sună

Dacă loviți diapazonul cu un ciocan moale sau trageți un arc peste el, atunci diapașul va suna. Să aducem o minge ușoară (o mărgele de sticlă) suspendată pe un fir la un diapazon care sună - mingea va sări de diapazon, indicând vibrațiile ramurilor sale.

Figura 77 arată cum este posibilă „înregistrarea” vibrațiilor unui diapazon cu o frecvență naturală scăzută (aproximativ 16 Hz) și o amplitudine mare de oscilație. O bandă metalică subțire și îngustă care se termină într-un vârf este înșurubat la capătul unei ramuri a diapazonului. Vârful este îndoit și atinge ușor o farfurie de sticlă afumată care se află pe masă. Când placa se mișcă rapid sub ramurile oscilante, vârful lasă un semn pe ea sub forma unei linii ondulate.

Orez. 77. Înregistrarea vibrațiilor unei ramuri a unui diapazon

Linia ondulată trasată pe placă cu un vârf este foarte aproape de o sinusoidă. Astfel, putem presupune că fiecare ramură a diapazonului care sună efectuează oscilații armonice.

Diverse experimente indică faptul că orice sursă de sunet oscilează în mod necesar (deși cel mai adesea aceste oscilații sunt invizibile pentru ochi). De exemplu, sunetele vocilor oamenilor și ale multor animale apar ca urmare a vibrațiilor corzilor lor vocale, a sunetului instrumentelor muzicale de suflat, a sunetului unei sirene, a fluierului vântului, a foșnetului frunzelor, a bubuiturile tunetelor se datorează fluctuaţiilor maselor de aer.

Delfinii emit și folosesc ultrasunete pentru a comunica între ei, avertizează rudele despre pericol, detectează bancuri de pești

Pentru lilieci ultrasunetele este un mijloc de depistare a prăzii

Meduzele simt apropierea unei furtuni captând unda infrasonică pe care o creează

Dar nu orice corp oscilant este o sursă de sunet. De exemplu, o greutate vibrantă suspendată pe un fir sau un arc nu scoate niciun sunet. Rigla metalică prezentată în Figura 74 va înceta să mai sune dacă o deplasați în sus într-un menghin și, prin urmare, prelungiți capătul liber, astfel încât frecvența sa de oscilație să devină mai mică de 16 Hz.

Studiile au arătat că urechea umană este capabilă să perceapă ca sunet vibrații mecanice cu o frecvență cuprinsă între 16 și 20.000 Hz (transmise de obicei prin aer). Prin urmare, vibrațiile din acest interval de frecvență se numesc sunet.

Trebuie remarcat faptul că limitele indicate ale intervalului de sunet sunt arbitrare, deoarece depind de vârsta oamenilor și caracteristici individuale aparatul lor auditiv. De obicei, odată cu vârsta, limita superioară de frecvență a sunetelor percepute scade semnificativ - unele persoane în vârstă pot auzi sunete cu frecvențe care nu depășesc 6000 Hz. Copiii, dimpotrivă, pot percepe sunete a căror frecvență este puțin mai mare de 20.000 Hz.

Vibrațiile mecanice a căror frecvență depășește 20.000 Hz se numesc ultrasunete, iar vibrațiile cu frecvențe mai mici de 16 Hz se numesc infrasonice.

Ultrasunetele și infrasunetele sunt la fel de răspândite în natură ca undele sonore. Ele sunt emise și folosite pentru „negocierile” lor de delfini, lilieci și alte creaturi vii.

Orez. 78. Folosirea vibrațiilor ultrasonice pentru a măsura adâncimea mării

Ultrasunetele sunt utilizate pe scară largă în tehnologie. De exemplu, fascicule înguste direcționate de ultrasunete sunt utilizate pentru a măsura adâncimea mării (Fig. 78). În acest scop, pe fundul vasului sunt plasate un emițător și un receptor de ultrasunete. Emițătorul dă semnale scurte care ajung la fund și, reflectate din acesta, ajung la receptor. Sunt înregistrate momentele de emitere și recepție a semnalului. Astfel, în timpul t care trece din momentul transmiterii semnalului până în momentul în care este recepţionat, un semnal care se propagă cu viteza v parcurge o distanţă egală cu dublul adâncimii mării, adică 2h:

De aici este ușor de calculat adâncimea mării:

Metoda descrisă de determinare a distanței până la un obiect se numește ecolocație.

Întrebări

Povestește-ne despre cursul experimentelor prezentate în figurile 74-77. Ce concluzie rezultă din ele?
Ce sunt sursele de sunet?
Vibrațiile mecanice la ce frecvențe se numesc sunet și de ce?
Ce vibrații se numesc ultrasonice; infrasonic?
Spuneți-ne despre măsurarea adâncimii mării folosind ecolocație.

Exercițiul 28

Auzim sunetul din aripile batând ale unui țânțar zburător, dar nu al unei păsări zburătoare. De ce?

O undă sonoră (vibrații sonore) este o vibrație mecanică a moleculelor unei substanțe (de exemplu, aer) transmisă în spațiu.

Dar nu orice corp oscilant este o sursă de sunet. De exemplu, o greutate oscilantă suspendată pe un fir sau un arc nu scoate niciun sunet. De asemenea, o riglă metalică va înceta să sune dacă o mutați în sus într-o menghină și, prin urmare, prelungiți capătul liber, astfel încât frecvența sa de oscilație să devină mai mică de 20 Hz. Studiile au arătat că urechea umană este capabilă să perceapă ca sunet vibrațiile mecanice ale corpurilor care au loc la o frecvență de 20 Hz până la 20.000 Hz. Prin urmare, vibrațiile ale căror frecvențe sunt în acest interval se numesc sunet. Vibrațiile mecanice a căror frecvență depășește 20.000 Hz se numesc ultrasunete, iar vibrațiile cu frecvențe mai mici de 20 Hz se numesc infrasonice. Trebuie remarcat faptul că aceste limite ale intervalului de sunet sunt arbitrare, deoarece depind de vârsta oamenilor și de caracteristicile individuale ale aparatului lor auditiv. De obicei, odată cu vârsta, limita superioară de frecvență a sunetelor percepute scade semnificativ - unele persoane în vârstă pot auzi sunete cu frecvențe care nu depășesc 6000 Hz. Copiii, dimpotrivă, pot percepe sunete a căror frecvență este puțin mai mare de 20.000 Hz. Oscilațiile ale căror frecvențe sunt mai mari de 20.000 Hz sau mai mici de 20 Hz sunt auzite de unele animale. Lumea este plină de o mare varietate de sunete: ticăitul ceasurilor și zgomotul motoarelor, foșnetul frunzelor și urletul vântului, cântatul păsărilor și vocile oamenilor. Despre cum se nasc sunetele și ce reprezintă ele, oamenii au început să ghicească cu foarte mult timp în urmă. Ei au observat, de exemplu, că sunetul este creat de corpurile care vibrează în aer. Mai mult filosof grec antic iar omul de știință enciclopedic Aristotel, pe baza observațiilor, a explicat corect natura sunetului, crezând că corpul care sună creează compresie alternativă și rarefierea aerului. Astfel, o coardă oscilantă fie comprimă, fie rarefiază aerul, iar datorită elasticității aerului, aceste efecte alternante sunt transmise mai departe în spațiu - din strat în strat, apar unde elastice. Ajungând la urechea noastră, acţionează asupra timpanelor şi provoacă senzaţia de sunet. După ureche, o persoană percepe unde elastice având o frecvență cuprinsă între aproximativ 16 Hz și 20 kHz (1 Hz - 1 oscilație pe secundă). În conformitate cu aceasta, undele elastice din orice mediu ale căror frecvențe se află în limitele indicate se numesc unde sonore sau pur și simplu sunet. În aer la 0°C și presiune normală sunetul se propaga cu viteza de 330 m/s, in apa de mare - aproximativ 1500 m/s, la unele metale viteza sunetului ajunge la 7000 m/s. Undele elastice cu o frecvență mai mică de 16 Hz se numesc infrasunete, iar undele a căror frecvență depășește 20 kHz se numesc ultrasunete.

Sursa de sunet în gaze și lichide poate fi nu numai corpurile care vibrează. De exemplu, un glonț și o săgeată fluieră în zbor, vântul urlă. Iar vuietul unei aeronave cu turboreacție constă nu numai din zgomotul unităților de operare - un ventilator, compresor, turbină, cameră de ardere etc., ci și zgomotul unui curent cu jet, vortex, fluxuri de aer turbulente care apar atunci când aeronava. curge în jur cu viteze mari. Un corp care se repezi rapid prin aer sau apă, așa cum ar fi, întrerupe fluxul din jurul lui, generează periodic zone de rarefacție și compresie în mediu. Rezultatul sunt undele sonore. Sunetul se poate propaga sub formă de unde longitudinale și transversale. Numai în medii gazoase și lichide unde longitudinale, când mișcarea oscilatorie a particulelor are loc numai în direcția în care se propagă unda. În solide, pe lângă cele longitudinale, există și unde transversale când particulele mediului oscilează în direcții perpendiculare pe direcția de propagare a undei. Acolo, lovind coarda perpendicular pe direcția ei, facem valul să alerge de-a lungul coardei. Urechea umană nu este la fel de receptivă la sunete de diferite frecvențe. Este cel mai sensibil la frecvențe de la 1000 la 4000 Hz. La intensitate foarte mare, undele nu mai sunt percepute ca sunet, provocând o senzație de apăsare a durerii în urechi. Intensitatea undelor sonore la care se întâmplă acest lucru se numește pragul durerii. Conceptele de ton și timbru ale sunetului sunt, de asemenea, importante în studiul sunetului. Orice sunet real, fie că este o voce umană sau un joc instrument muzical, nu este o simplă oscilație armonică, ci un fel de amestec de multe oscilații armonice cu un anumit set de frecvențe. Cel cu frecvența cea mai joasă se numește ton fundamental, celelalte sunt tonuri. cantitate diferită tonurile inerente unui anumit sunet, îi conferă o culoare specială - timbru. Diferența dintre un timbru și altul se datorează nu numai numărului, ci și intensității tonurilor care însoțesc sunetul tonului fundamental. După timbru, putem distinge cu ușurință sunetele viorii și pianului, chitarei și flautului, recunoaștem vocile oamenilor familiari.

Frecvența de oscilație numit numărul de oscilații complete pe secundă. Unitatea de frecvență este 1 hertz (Hz). 1 hertz corespunde unei oscilații complete (într-una și cealaltă direcție) care are loc într-o secundă.
Perioadă numit timpul(e) în care are loc o oscilație completă. Cu cât frecvența de oscilație este mai mare, cu atât perioada lor este mai scurtă, adică f=1/T. Astfel, frecvența oscilațiilor este mai mare, cu cât perioada lor este mai scurtă și invers. Vocea umană creează vibrații sonore cu o frecvență de 80 până la 12.000 Hz, iar auzul percepe vibrații sonore în intervalul 16-20.000 Hz.
Amplitudine oscilațiile se numesc cea mai mare abatere a unui corp oscilant de la poziția inițială (calmă). Cu cât amplitudinea vibrației este mai mare, cu atât sunetul este mai puternic. Sunetele vorbirii umane sunt vibrații sonore complexe, formate dintr-un număr sau altul de vibrații simple, diferite ca frecvență și amplitudine. Fiecare sunet al vorbirii are doar propria sa combinație de vibrații de frecvențe și amplitudini diferite. Prin urmare, forma oscilațiilor unui sunet al vorbirii diferă semnificativ de forma altuia, care arată graficele oscilațiilor în timpul pronunțării sunetelor a, o și y.

O persoană caracterizează orice sunet în conformitate cu percepția sa în ceea ce privește volumul și înălțimea.