Звуковые явления что это такое

Звуковые волны

Звуковые волны или звук – это колебания частиц, распространяемые волнообразно в какой-либо среде – газообразной, жидкой или твёрдой, – которые воспринимаются органами слуха животных.

Когда мы изучаем свет, то убеждаемся не только в том, что он существует вне нас, но сверх того еще и в том, что нам необходимо иметь глаза для восприятия света, иначе мы и не подозревали бы о нем. Всё вокруг нас погружается в темноту, когда мы закрываем глаза. Точно так же для нас не существовало бы мира звуков, если бы у нас не было органа слуха, который воспринимает их.

Итак, мы называем звуком то, что мы чувствуем нашим слуховым аппаратом. Но явления внешнего мира для нас имеют характер звуковых только с того момента, когда они дошли до наших ушей. Закрыв уши пальцами, мы не услышим разговора, хотя он и продолжается около нас.

Из этого следует, что как бы ни были грандиозны звуковые явления, происходящие на Солнце и Луне, они не могут произвести такого шума, который мог бы быть услышан у нас на Земле, потому что за пределами нашей атмосферы, между Землей и небесными телами, нет обычной материи.

Источники звуковых волн

Мы говорим, что звук есть волнообразные движения или колебания. Каждый, кто видел или чувствовал то, что происходит, когда рождается звук, тотчас согласится с этим. Так, например, если крепко натянуть нить и потом быстро ударить по ней, то можно видеть, как она заколеблется. И услышать при этом небольшой музыкальный звук. То же самое будет наблюдаться в звучащей фортепианной струне или в колоколе. И мы можем ощущать эти колебания, если дотронемся до них.

Мы также знаем, что при ударе по стеклу оно издает звук, который прекращается, если прикосновением пальца прекратить его колебания. Все эти явления служат доказательством того, что известные колебания производят звук. Каждый раз, когда колеблется колокольчик, стакан или струна, воздух получает от них легкие удары. В нем образуется ряд волн, доходящих до нашего уха, вот почему мы и слышим звук.

Нетрудно доказать, что воздух проводит звуковые волны. Для этой цели производят следующий опыт: под стеклянный колпак воздушного насоса помещают электрический звонок, заставляют его непрерывно звенеть. Затем начинают насосом выкачивать воздух.

Когда уменьшается количество воздуха под колпаком, мы видим звонок так же хорошо, как и раньше, потому что свет распространяется, когда воздуха нет. Но звук делается все тише и наконец совершению прекращается. Колебания звонка продолжают совершаться, но так как вокруг него больше нет воздуха, то он не может производить те волны. которые мы называем звуковыми. Если же воздух начинает снова входить под колпак, то звук восстанавливается. Этот простой опыт показывает нам не только то, что воздух служит проводником звука, но и то, что сила звука в значительной степени зависит от состояния воздуха.

Когда у нас появляется возможность сравнить скорость света со скоростью звука, то мы находим между ними огромное различие. Но видим огонь и дым при стрельбе из отдаленной пушки на несколько секунд раньше звука от ее выстрела. Свет распространяется так быстро, что даже значительное расстояние, на котором находится от нас действующее орудие, он проходит в какую-нибудь тысячную долю секунды; тогда как звук распространяется гораздо медленнее, и скорость его распространения при таком опыте очень легко вычислить.

Распространение звуковых волн

Возьмем несколько бильярдных шаров и положим их прямой линией на бильярдном столе так, чтобы они касались друг друга. Затем возьмем еще шар и покатим его так, чтобы он ударил в шар, лежащий на конце ряда. Тогда каждый из шаров в ряду будет попеременно сжиматься и производить давление на следующий за ним, в результате чего шар, находящийся на другом конце ряда, отскочит от него.

Каждый шар ряда здесь попеременно сжимается и расширяется. То же самое случается и в воздухе, когда звук проходит через него. Мы можем представить себе, что волну принуждают двигаться частицы воздуха, ударяющие одна о другую при своих движениях взад и вперед, точно так, как эти бильярдные шары.

Скорость звука

Скорость света одинакова при всех условиях, насколько это можно было изучить. А скорость звука изменяется в значительной степени с изменением условий, при которых он распространяется в воздухе. Большое счастье для музыкального искусства заключается в том, что скорость звука изменяется только в незначительной степени с изменением высоты его или силы.

Было бы очень затруднительно слушать издали музыку, если бы звуки различных инструментов оркестра доходили до нашего слуха в разное время, в то время как композитор имел в виду, что они будут слышаться одновременно. Или, если бы мотив, разыгрываемый одной частью оркестра, доходил до нашего слуха раньше того, что играет другая часть оркестра, или позже.

1. Скорость звука в воздухе

Обычная скорость звука в воздухе считается около 331 метра (То есть около трети километра) в секунду. Когда температура воздуха поднимается, он становится более упругим и тогда прохождение звука через него совершается быстрее.

Скорость звука увеличивается с повышением температуры воздуха, если плотность его остается той же самой.

Если мы примем во внимание зависимость скорости звука от упругости проводящей его среды, то нам будет понятно, почему звук проходит значительно быстрее в жидкостях, чем в газах, и еще быстрее в твердых телах.

2. Скорость звуковых волн в твёрдых телах

Звуковые волны распространяются в твёрдых телах быстрее, чем в воздухе. Железо, когда оно в твердом состоянии, обладает большею упругостью, чем воздух, и звук проходит в нем почти в семнадцать раз быстрее, чем в воздухе

Нельзя смешивать скорость распространения звука в воздухе или в какой-либо другой среде с высотой тона. Она у музыкального звука зависит от числа колебаний в секунду, и чем их больше, тем выше тон.

Звук, как мы сказали, проходя через железо, достигает нашего уха в семнадцать раз быстрее, чем когда он проходит через воздух; высота же его тона остается той же самой в обоих случаях, потому что число колебаний в секунду остается одно и то же, хотя звук через железо проходит значительно быстрее.

3. Скорость звука в разных средах

Сила звука

Когда мы начнем исследовать силу звука на разных расстояниях, то найдем, что первый закон, относительно его, тот же, что и для света. И насколько нам известно, этот закон верен не только относительно волнообразных движений, но и такого явления, как тяготение.

На точном научном языке закон о силе звука излагается так:

Сила звука изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния от его источника

Таким образом можно коротко и ясно выразить, например, ту мысль, что если мы удаляемся от источника звука на расстояние, которое в три раза больше прежнего, то сила звука уменьшится при этом не в три, а в девять раз: девять есть квадрат трех. Квадратом числа называется число, полученное от перемножения его на самого себя.

Когда этот закон применяется к силе света или тяготения, то нам не приходится считаться с какими-либо условиями, которые могут повлиять на них. Но если речь идёт о звуке, то дело обстоит несколько иначе. На звук влияет плотность той среды, в которой он проходит; в морозную ночь воздух очень плотен, почему нам и дышится тогда легче, звук же будет в это время слышен сильнее. С другой стороны, звук ружейного выстрела высоко в горах ослабляется, потому что воздух там редок. Это явление напоминает нам опыт со звонком под колпаком воздушного насоса.

Отражение звука

Когда мы наблюдаем, как волны моря или озера ударяют в крутой берег, мы видим, что они отражаются от него и отскакивают назад. Если поверхность берега ровная и вертикальная, то мы видим, что волны отражаются от нее точно так же, как мяч от стены. Если звук есть действительно волнообразное движение, то мы всегда можем ожидать, что и он будет так же отражаться, как водяные волны, и нам часто приходится убеждаться в этом.

Всякие движущиеся волны могут отражаться от преград на их пути; это совершается как при свете, так и при морских волнах. Есть законы отражения, которые одинаково приложимы к этим различным явлениям.

Природа грома

Мы все хорошо знаем, что на открытом воздухе звук кажется нам не таким, как в закрытом помещении. И наш голос в разных местах звучит различно. Все эти явления зависят от особенностей отражения звука в разных местах.

Самым лучшим способом для доказательства отражения звука может служить эхо. Мы можем довольно простым способом определить скорость звука, стоит только нам произвести звук на некотором расстоянии от отражающей его поверхности и заметить, как быстро мы услышим эхо.

Лучшим примером отражения звука, производящего эхо, являются раскаты грома, случающиеся во время грозы:

Волны Рэлея

Если мы наполним резиновый шар или выпуклый диск углекислым газом, то заметим, что он действует на звук точно так, как зажигательное стекло на световые лучи. Звуковые волны отклоняются газом, находящимся в шаре, так что они все собираются в одном пункте, находящемся по другую сторону шара точно так, как лучи солнца могут быть собраны на кусок бумаги в одну точку зажигательным стеклом.

Это видно из хорошо известного опыта, произведенного замечательным английским ученым, лордом Рэлеем. Опыт этот заключается в том, что нас ставят против часов на таком расстоянии, чтобы не слышать их тиканья. Если после этого гуттаперчевый шар, наполненный углекислым газом, будет помещен между нами и часами, то, находясь на том же самом расстоянии, мы услышим часы. Это происходит вследствие того, что углекислый газ преломляет звуковые волны и фокусирует их в одной точке.

Источник

В общем случае звуковые волны физика рассматривает как распространение возмущений давления в упругих средах. Человеческое ухо улавливает аномалию, воспринимая звук.

Изучающая свойства явления наука называется акустикой. От греческого ἀκούω (слышать). Имеются в виду небольшие изменения параметров в отличие от физики ударных волн.

Звуковые волны

Процесс распространения связан с колебательным механическим движением частиц. Достаточно каким-либо образом создать скачок давления, и частицы «толкнут» соседние.

Уравнение звуковой волны в газе (гармоничные колебания) будет выглядеть так:

p₀ – начальное давление (Па);

ω – круговая частота (Гц);

Формулы связи длины звуковой волны, скорости, иные характеристики:

v – скорость волны (м/с);

Источник звука

Под источником звука понимают вещь, спровоцировавшую волну. Например, динамик или музыкальный инструмент.

В громкоговорителе для извлечения шума используется подвижная мембрана. В духовых инструментах – движение воздуха по внутренним ходам различной геометрии.

Из струнных звук извлекают при помощи трения смычка или при помощи щипков, ударов. Человек выдает речь, вокал, при помощи голосовых связок.

Скорость звуковой волны

Скорость распространения акустической волны является важной физической характеристикой среды или материала, поскольку со скоростью звука передаются любые возмущения.

Величина зависит от упругих свойств среды. Например, от давления, температуры. Для атмосферного воздуха важна влажность.

В общем случае определяется отношением модуля всестороннего сжатия и номинальной плотностью.

Для практических целей замеряется опытным путем. В жидкостях звук распространяется быстрее, чем в газах.

Громкость

Зависит от перемещаемой волной энергии. Замеряют в Вт/м 2 . Но интенсивность принято измерять в децибелах.

Существует масса приложений для компьютеров, смартфонов. Специалисты вооружаются специализированными устройствами.

Бел – десятичный логарифм отношения текущего уровня интенсивности в фоновому, пороговому. Осталось умножить на 10 (поскольку децибел).

Вот примеры уровня шума для разных источников.

Высота и тембр звука

Считается, что человеческое ухо воспринимает с разным успехом частоты диапазона 20…20 000 Гц. Оптимальными для слуха является интервал 1 000…5 000 Гц.

Высота определяется частотой. В связанной с музыкальными инструментами акустике измеряется также в мелах.

В музыкальных колонках в зависимости от частот звук может разделяться на полосы (НЧ, СЧ, ВЧ). На каждый громкоговоритель поступает соответственно отфильтрованный звук.

Рассуждения корректны, если имеем гармоничные колебания (синусоида), определенный тон. Примером такого звучания может служить камертон. Реальные инструменты дают дополнительные гармоники (обертона), образующие тембр.

Так выглядит звук от разных источников на одной ноте.

Звуковые явления

Звук обладает ярко выраженными волновыми свойствами:

1. Интерференция или сложение. В зависимости от условий волны могут взаимно усиливаться или ослабляться.

При проведении крупных концертных мероприятий учитывается возможные «деформации» звука в некоторых участках помещения. Эффект связан с обильным отражением (рефракцией) волн от стен, потолка, пола. Особенно коварно поведение линейных массивов.

Рота бойцов разрушит мост, идя по нему «в ногу». Конструкции не выдерживает наступающего резонанса.

2. Дифракция. Огибание препятствия, если длина волны существенно больше.

3. Замеренная частота источника увеличивается в процессе сближения с последним (эффект Доплера).

Применение звуковых волн

Помимо ценности общения друг с другом, звук дает возможность наслаждаться музыкой и обогащать свое представление об окружающем мире. Кроме слышимого спектра существуют инфра- и ультразвук. Ниже и выше границ слышимости соответственно.

УЗИ (ультразвуковое исследование) позволяет «увидеть» внутренности пациента без скальпеля и небезопасного рентгеновского аппарата. Эхолокатор поставляет морякам информацию о глубинах и рельефе дна. Офицер-гидроакустик обнаружит спрятавшуюся подводную лодку. Характер отражения ультразвука поможет обнаружить скрытый дефект в ответственной детали.

Источник

ЗВУКОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ

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

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

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

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

Источником звука являются колеблющиеся тела.

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

Тело, отзывающееся на звук, называется резонатором.

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

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

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

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

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

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

Вопросы

Источник

Урок «Звуковые явления»

Цель урока:Сформировать у школьников целостное представление о звуке, познакомить со сложным миром звуков и их влиянием на здоровье.

Задачи:

Оборудование:камертон, секундомер, аудиозаписи различных звуков. Таблицы: «Сравнение уровней шума, создаваемого различными источниками», таблица «Строение слухового анализатора».

План урока:

Ход урока

I. Звуки, их роль в жизни человека.

Прослушайте записи природных и искусственных шумов. Какие чувства вызывают у вас природные шумы? (Прослушивание аудиозаписей различных звуков, беседа с учащимися).

Действительно, звуки имеют эмоциональную окраску, способны влиять на самочувствие и настроение человека. Они пугают своей неожиданностью, могут вызывать уныние, тревогу. Звуки волнуют, радуют, успокаивают.

II. Изучение нового материала.

а) В природе и технике, кроме поступательного и вращательного движений, встречается еще один вид механического движения — колебания.

Амплитуда — модуль максимального смещения тела от положения равновесия.

Высота звука зависит от частоты колебаний: чем больше частота колебаний источника звука, тем выше издаваемый им звук.

2. Определение остроты слуха.

б) Практическая работа «Определение остроты слуха».

Первый учащийся закрывает глаза, руки свободно лежат на парте. Второй учащийся приближает часы средних размеров или секундомер к уху испытуемого. Как только последний услышит тиканье часов, он начинает средним пальцем правой или левой руки (как ему удобнее) отбивать ритм «тиканья» (контроль слышимого звука). Затем измеряет расстояние между часами и ухом, записывает данные в тетрадь.

Второй учащийся приставляет часы плотно к уху первого и отводит до тех пор, пока не исчезнет звук. Все это время первый отбивает ритм «тиканья» (контроль слышимого звука). Второй учащийся измеряет расстояние между часами и ухом первого, записывает данные. Можно провести несколько замеров, взяв среднее значение.

Проанализируйте результаты: обычно здоровые люди с нормальным слухом способны слышать тиканье часов на расстоянии 10-15 см. Сделайте вывод: у кого результаты выше нормы, у кого результаты ниже нормы. Следует задуматься над возможными причинами ухудшения слуха.

в) Работа с таблицей «Реакция организма человека на различное акустическое воздействие».

Реакция организма человека на различное акустическое воздействие

Реакция организма на длительное воздействие шума

Зимний лес в безветренную погоду

Шум листвы, прибоя, звуки сельской местности, где не работают механизмы

Шум в читальном зале, человеческая речь

Средней силы звуки в квартире, классе

Шум внутри здания, расположенного на магистрали;
телевизор;
шум в салоне едущего легкового автомобиля;
поезд в метро или на железной дороге; кричащий человек;
мотоцикл, работа отбойного молотка;
дизельный грузовик

Появляется чувство раздражения, утомляемость, головная боль

уровень шума до 80 дБ считается допустимым

Летящий реактивный самолет (300 м);
шум станков;
шум от игры поп – группы возле сцены

Постепенное ослабление слуха, развитие нервно – психического стресса (угнетенность, возбужденность, агрессивность). Язвенная болезнь, гипертония

Звук плеера;
Раскаты грома над головой во время грозы;
взлет реактивного самолета;
шум на дискотеке

Вызывает шумовое опьянение, похожее на алкогольное, нарушение сна
Межклеточный резонанс
Глухота
Нарушение психического здоровья

3. Действие шума на живые организмы.

а) Интересные факты:

в) Сообщения учащихся «Действие шума на организм человека».

г) Интересные факты:

Группа специалистов обследовала молодежь, увлекающуюся рок-музыкой и часто слушающую громкую современную музыку, плеер. У 20% обследованных юношей и девушек слух оказался притуплённым, как у 85-летних стариков. Одинаково ли воздействует шум на людей разного возраста? От шума быстрее устают люди старшего, особенно пожилого возраста, что связано с изменением слухового восприятия. Грохот музыки, громкие звуки включенной звуковоспроизводящей аппаратуры (радио, магнитофон, видеомагнитофон и пр.), которые так нравятся подросткам, вызывают раздражение и нарекания людей «в возрасте». Какой вывод? Вы хотите, чтобы в ваших семьях был мир и покой? Тогда следует с уважением и пониманием относиться к тому, что родители, бабушки и дедушки устают от длительных шумовых эффектов (громкие звуки музыки, транспорт и т.п.) как от тяжелой физической работы, хотя молодым людям кажется, что этого не может быть. Давайте побережем тех, кто нам дорог. Человек постоянно находится под шумовым воздействием. Поэтому важно 6-8 часов из 24 (т.е. время сна) находиться в тишине для восстановления сил.

Важно помнить, что во всем нужна мера.

4. Пути решения проблемы шумового загрязнения.

а)Назовите источники шумового загрязнения.

б)Как можно уменьшить шумовую нагрузку в городе?

III. Подведение итогов урока.

а) Вопросы на закрепление изученного материала:

б) Запись домашнего задания, выставление отметок.

Список использованной литературы:

Источник