Domande.
1. Raccontare gli esperimenti illustrati nelle Figure 70-73. Quale conclusione ne consegue?
Nel primo esperimento (Fig. 70), un righello di metallo serrato in una morsa emette un suono quando vibra.
Nel secondo esperimento (Fig. 71) si possono osservare le vibrazioni della corda, che produce anche il suono.
Nel terzo esperimento (Fig. 72), si osserva il suono di un diapason.
Nel quarto esperimento (Fig. 73), le vibrazioni del diapason vengono “registrate” su una piastra affumicata. Tutti questi esperimenti dimostrano la natura oscillatoria dell'apparenza del suono. Il suono si verifica a causa delle vibrazioni. Anche nel quarto esperimento lo si può osservare chiaramente. La punta dell'ago lascia una traccia sotto forma di sinusoide. In questo caso il suono non appare dal nulla, ma è generato da fonti sonore: un righello, una corda, un diapason.
2. Come proprietà comune hanno tutte le fonti sonore?
Qualsiasi sorgente sonora vibra necessariamente.
3. Vibrazioni meccaniche di quali frequenze sono chiamate vibrazioni sonore e perché?
Le vibrazioni sonore sono vibrazioni meccaniche con frequenze da 16 Hz a 20.000 Hz, perché in questa gamma di frequenze vengono percepiti dagli esseri umani.
4. Quali vibrazioni sono chiamate ultrasoniche? infrasonico?
Le vibrazioni con frequenze superiori a 20.000 Hz sono chiamate ultrasoniche e con frequenze inferiori a 16 Hz - infrasoniche.
5. Raccontaci come misurare la profondità del mare utilizzando l'ecolocalizzazione.
Esercizi.
1. Udiamo il suono del battito delle ali di una zanzara volante. ma nessun uccello in volo. Perché?
La frequenza di vibrazione delle ali di una zanzara è di 600 Hz (600 battiti al secondo), quella di un passero è di 13 Hz e l'orecchio umano percepisce i suoni a 16 Hz.
Prima di capire quali sono le fonti sonore, pensa a cos'è il suono? Sappiamo che la luce è radiazione. Riflettendo dagli oggetti, questa radiazione raggiunge i nostri occhi e possiamo vederla. Il gusto e l'olfatto sono piccole particelle del corpo che vengono percepite dai nostri rispettivi recettori. Che razza di animale è questo suono?
I suoni vengono trasmessi attraverso l'aria
Probabilmente hai visto come si suona la chitarra. Forse puoi farlo da solo. Un'altra cosa importante è il suono che producono le corde di una chitarra quando le pizzichi. Giusto. Ma se potessi mettere una chitarra nel vuoto e pizzicare le corde, rimarresti molto sorpreso dal fatto che la chitarra non emettesse alcun suono.
Tali esperimenti venivano condotti con un'ampia varietà di corpi e il risultato era sempre lo stesso: nello spazio senz'aria non si sentiva alcun suono. La conclusione logica segue che il suono viene trasmesso attraverso l'aria. Pertanto, il suono è qualcosa che accade alle particelle d'aria e ai corpi che producono il suono.
Sorgenti sonore: corpi oscillanti
Ulteriore. Come risultato di un'ampia varietà di numerosi esperimenti, è stato possibile stabilire che il suono deriva dalla vibrazione dei corpi. Le fonti del suono sono corpi che vibrano. Queste vibrazioni vengono trasmesse dalle molecole dell'aria e il nostro orecchio, percependo queste vibrazioni, le interpreta in sensazioni sonore che comprendiamo.
Non è difficile da controllare. Prendi un calice di vetro o cristallo e posizionalo sul tavolo. Toccatelo leggermente con un cucchiaio di metallo. Sentirai un suono lungo e sottile. Ora tocca il vetro con la mano e bussa di nuovo. Il suono cambierà e diventerà molto più breve.
Ora lasciamo che più persone avvolgano le mani attorno al bicchiere il più completamente possibile, insieme allo stelo, cercando di non lasciare una sola zona libera, tranne un punto molto piccolo dove colpire con un cucchiaio. Colpisci di nuovo il vetro. Difficilmente sentirai alcun suono, e quello che si sentirà sarà debole e molto breve. Cosa significa questo?
Nel primo caso, dopo l'impatto, il vetro oscillava liberamente, le sue vibrazioni si trasmettevano nell'aria e raggiungevano le nostre orecchie. Nel secondo caso la maggior parte le vibrazioni venivano assorbite dalla nostra mano, ed il suono diventava molto più breve man mano che diminuivano le vibrazioni del corpo. Nel terzo caso, quasi tutte le vibrazioni del corpo venivano assorbite istantaneamente dalle mani di tutti i partecipanti e il corpo quasi non vibrava e quindi non produceva quasi alcun suono.
Lo stesso vale per tutti gli altri esperimenti a cui puoi pensare e condurre. Le vibrazioni dei corpi, trasmesse alle molecole dell'aria, verranno percepite dalle nostre orecchie e interpretate dal cervello.
Vibrazioni sonore di diverse frequenze
Quindi il suono è vibrazione. Le sorgenti sonore ci trasmettono vibrazioni sonore attraverso l'aria. Perché allora non sentiamo tutte le vibrazioni di tutti gli oggetti? Perché le vibrazioni hanno frequenze diverse.
Il suono percepito dall'orecchio umano è costituito da vibrazioni sonore con una frequenza compresa tra circa 16 Hz e 20 kHz. I bambini sentono suoni con frequenze più elevate rispetto agli adulti e le gamme di percezione delle diverse creature viventi generalmente variano notevolmente.
Lo scopo della lezione: Formarsi un'idea del suono.
Obiettivi della lezione:
Educativo:
- creare le condizioni per attivare la conoscenza del suono da parte degli studenti ottenuta durante lo studio delle scienze naturali,
- contribuire all'espansione e alla sistematizzazione della conoscenza degli studenti sul suono.
Educativo:
- continuare a sviluppare la capacità di applicare la conoscenza e l'esperienza personale in varie situazioni,
- promuovere lo sviluppo del pensiero, l'analisi delle conoscenze acquisite, evidenziando la cosa principale, la generalizzazione e la sistematizzazione.
Educativo:
- contribuire alla formazione atteggiamento attento a te stesso e a chi ti circonda,
- promuovere la formazione di umanità, gentilezza, responsabilità.
Tipo di lezione: contenuto rivelatore.
Attrezzatura: diapason, palla su corda, campana ad aria, frequenzimetro ad ancia, set di dischi con diversi numeri di denti, cartolina, righello di metallo, attrezzatura multimediale, disco con una presentazione sviluppata dall'insegnante per questa lezione.
Durante le lezioni
Tra i vari movimenti oscillatori e ondulatori presenti nella natura e nella tecnologia, le vibrazioni e le onde sonore, e semplicemente i suoni, sono particolarmente importanti nella vita umana. IN Vita di ogni giorno- Molto spesso si tratta di onde che si propagano nell'aria. È noto che il suono si propaga anche in altri mezzi elastici: nel terreno, nei metalli. Dopo esserti tuffato a capofitto in acqua, puoi sentire chiaramente da lontano il rumore del motore di una barca in avvicinamento. Durante un assedio, all’interno delle mura della fortezza venivano posti degli “ascoltatori” per monitorare i lavori di scavo del nemico. A volte si trattava di ciechi il cui udito era particolarmente acuto. Sulla base dei suoni trasmessi dalla Terra, ad esempio, fu subito scoperto un tunnel nemico fino alle mura del monastero di Zagorsk. A causa della presenza di un organo uditivo in una persona, riceve da ambiente con l'aiuto di suoni, informazioni ampie e varie. Anche il linguaggio umano viene prodotto attraverso i suoni.
Sul tavolo di fronte a te ci sono dei fogli di lavoro con i versi di The Hearth Cricket di Charles Dickens. Ognuno di voi deve sottolineare quelle parole che esprimono il suono.
1 opzione
- Il tosaerba spaventato riprese i sensi solo quando l'orologio smise di tremare sotto di lui, e lo stridore e il clangore delle catene e dei pesi finalmente cessarono. Non c'è da stupirsi che fosse così eccitato: dopo tutto, questo orologio ossuto e tintinnante non è un orologio, ma un semplice scheletro! - sono capaci di spaventare chiunque quando cominciano a schioccare le ossa...
- ….Fu allora, sia chiaro, che la teiera decise di trascorrere una piacevole serata. Qualcosa cominciò a ribollirgli in gola in modo incontrollabile, e cominciò a emettere uno sbuffo acuto e squillante, che interruppe immediatamente, come se non avesse ancora deciso definitivamente se ora dovesse mostrarsi un tipo socievole. Poi, dopo due o tre vani tentativi di soffocare il desiderio di socialità, gettò via tutta la sua tristezza, tutta la sua moderazione ed esplose in una canzone così accogliente, così allegra che nessun usignolo piagnucoloso sarebbe riuscito a stargli dietro...
- ….La teiera cantava la sua canzone così allegramente e allegramente che tutto il suo corpo di ferro ronzava e rimbalzava sul fuoco; e anche il coperchio stesso cominciò a ballare qualcosa come una maschera e a bussare alla teiera (macinare, clangore, tintinnio, ticchettio, sbuffo sonoro, canto, canto, canto, mormorio, bussare).
Opzione 2:
- È qui che, se volete, il grillo ha cominciato davvero a echeggiare la teiera! Ha ripreso il ritornello così forte nel suo modo cinguettante: clack, clatter, clack! - la sua voce era così sorprendentemente sproporzionata rispetto alla sua altezza rispetto alla teiera che se fosse esplosa subito, come una pistola con troppa carica, vi sembrerebbe una fine naturale e inevitabile, verso la quale lui stesso tendeva con tutte le sue forze .
- ….La teiera non doveva più cantare da sola. Continuò a recitare la sua parte con immutato zelo, ma il grillo prese il ruolo di primo violino e lo mantenne. Mio Dio, come cinguettava! La sua voce sottile, acuta e penetrante risuonava per tutta la casa e, probabilmente, brillava anche come una stella nell'oscurità, dietro i muri. A volte, ai suoni più forti, emetteva improvvisamente un trillo così indescrivibile che involontariamente sembrava come se lui stesso saltasse in alto in un impeto di ispirazione, e poi cadesse in piedi. Tuttavia cantavano in perfetto accordo, sia il grillo che la teiera... Il tema della canzone rimaneva lo stesso e mentre gareggiavano cantavano sempre più forte, sempre più forte. (modalità forte, coro, cinguettio - strek, strek, strek, burst, solo, cinguettio, acuto, voce stridula, squillò, suoni forti, trillo, cantò, canzoni, cantò, più forte)
Viviamo in un mondo di suoni. La branca della fisica che studia i fenomeni sonori si chiama acustica (diapositiva 1).
Le fonti del suono sono corpi vibranti (diapositiva 2).
“Tutto ciò che suona necessariamente vibra, ma non tutto ciò che vibra suona.”
Diamo esempi di corpi che vibrano ma non suonano. Ance del frequenzimetro, righello lungo. Quali esempi puoi fornire? (un ramo nel vento, un galleggiante sull'acqua, ecc.)
Accorciamo il righello e ascoltiamo il suono. Anche la campana emette suoni. Dimostriamo che un corpo che suona vibra. Per fare questo, prendiamo un diapason. Il diapason è un'asta a forma di arco montata su un supporto; colpiscila con un martello di gomma. Avvicinando un diapason sonoro ad una pallina appesa ad un filo, vedremo che la pallina viene deviata.
Se passiamo un diapason che suona su un vetro coperto di fuliggine, vedremo un grafico delle vibrazioni del diapason. Come si chiama questo grafico? ( fa il diapason vibrazioni armoniche )
Le sorgenti sonore possono essere corpi liquidi e persino gas. L'aria ronza nel camino e l'acqua canta nei tubi.
Quali esempi di sorgenti sonore puoi fornire? ( orologio meccanico, bollitore bollente, suono prodotto da un motore)
Quando un corpo suona, vibra, le sue vibrazioni vengono trasmesse alle particelle d'aria vicine, che iniziano a vibrare e trasmettono le vibrazioni alle particelle vicine, che, a loro volta, trasmettono ulteriormente le vibrazioni. Di conseguenza, si formano e si diffondono nell'aria onde sonore.
Un'onda sonora rappresenta zone di compressione e rarefazione di un mezzo elastico (aria), un'onda sonora è un'onda longitudinale (diapositiva 3).
Percepiamo il suono attraverso il nostro organo dell'udito: l'orecchio.
(Uno degli studenti racconta come ciò accade) (diapositiva 4).
(Un altro studente parla dei pericoli delle cuffie.)
“Dopo aver studiato per due mesi il comportamento dei giovani nella metropolitana della capitale, gli esperti sono giunti alla conclusione che nella metropolitana di Mosca ogni 8 utenti attivi di dispositivi elettronici portatili su 10 ascoltano musica. Per fare un confronto: con un'intensità del suono di 160 decibel i timpani sono deformati. La potenza sonora riprodotta dai lettori tramite le cuffie è equivalente a 110–120 decibel. Quindi alle tue orecchie l'uomo sta camminando un impatto pari a quello esercitato su una persona che si trova a 10 metri dal ruggito motore a reazione. Se tale pressione viene esercitata ogni giorno sui timpani, una persona corre il rischio di sordità. "Negli ultimi cinque anni, ragazzi e ragazze hanno iniziato a venire agli appuntamenti più spesso", ha detto a NI l'otorinolaringoiatra Kristina Anankina. "Tutti vogliono essere alla moda e ascoltare musica costantemente. Tuttavia, l'esposizione prolungata alla musica ad alto volume semplicemente uccide la loro salute". udito." Se dopo un concerto rock il corpo ha bisogno di diversi giorni per riprendersi, allora con un attacco quotidiano alle orecchie non c'è più tempo per mettere in ordine l'udito. Il sistema uditivo cessa di percepire le alte frequenze. "Qualsiasi rumore con un'intensità superiore a 80 decibel influisce negativamente sull'orecchio interno", afferma il candidato in scienze mediche, l'audiologo Vasily Korvyakov. "La musica ad alto volume influisce sulle cellule responsabili della percezione del suono, soprattutto se l'attacco proviene direttamente dalle cuffie. La situazione "peggiora anche le vibrazioni nella metropolitana, che influiscono negativamente anche sulla struttura dell'orecchio. Insieme, questi due fattori provocano una perdita uditiva acuta. Il suo pericolo principale è che si verifichi letteralmente dall'oggi al domani, ma curarlo è molto problematico." A causa dell’esposizione al rumore, le cellule ciliate delle nostre orecchie, responsabili della trasmissione del segnale sonoro al cervello, muoiono. Ma la medicina non ha ancora trovato un modo per ripristinare queste cellule”.
L'orecchio umano percepisce vibrazioni con una frequenza compresa tra 16 e 20.000 Hz. Tutto sotto i 16 Hz è infrasuono, tutto dopo 20.000 Hz è ultrasuono. (diapositiva 6).
Ora ascolteremo la gamma da 20 a 20000 Hz e ognuno di voi determinerà la propria soglia uditiva (diapositiva 5).(Vedi generatore nell'Appendice 2)
Molti animali sentono gli infrarossi e gli ultrasuoni. Discorso degli studenti (diapositiva 6).
Le onde sonore viaggiano nei solidi, nei liquidi e nei gas, ma non possono viaggiare nello spazio senz'aria.
Le misurazioni mostrano che la velocità del suono nell'aria a 00°C e alla normale pressione atmosferica è di 332 m/s. All’aumentare della temperatura aumenta la velocità. Per le attività prendiamo 340 m/s.
(Uno degli studenti risolve il problema.)
Compito. La velocità del suono nella ghisa fu determinata per la prima volta dallo scienziato francese Biot come segue. Ad un'estremità del tubo di ghisa veniva suonata una campana; all'altra estremità l'osservatore sentiva due suoni: il primo proveniente attraverso la ghisa e, dopo qualche tempo, il secondo proveniente dall'aria. La lunghezza del tubo è di 930 metri, l'intervallo di tempo tra la propagazione dei suoni è risultato di 2,5 secondi. Utilizzando questi dati, trova la velocità del suono nella ghisa. La velocità del suono nell'aria è 340 m/s ( Risposta: 3950 m/s).
Velocità del suono nei vari media (diapositiva 7).
I corpi molli e porosi sono cattivi conduttori del suono. Per proteggere qualsiasi stanza dalla penetrazione di suoni estranei, le pareti, il pavimento e il soffitto sono posati con strati di materiali fonoassorbenti. Tali materiali sono: feltro, sughero pressato, pietre porose, piombo. Le onde sonore in tali strati si attenuano rapidamente.
Vediamo quanto è diverso il suono, caratterizziamolo.
Il suono prodotto da un corpo che vibra armoniosamente è chiamato tono musicale. Ogni tono musicale (do, re, mi, fa, sol, la, si) corrisponde ad una certa lunghezza e frequenza dell'onda sonora (diapositiva 8).
Il nostro diapason ha il tono LA, frequenza 440 Hz.
Il rumore è una miscela caotica di suoni armonici.
I suoni musicali (toni) sono caratterizzati da volume, altezza e timbro.
Un colpo debole allo stelo del diapason causerà vibrazioni di piccola ampiezza e sentiremo un suono silenzioso.
Un forte colpo provocherà vibrazioni di maggiore ampiezza, sentiremo un suono forte.
L'intensità di un suono è determinata dall'ampiezza delle vibrazioni in un'onda sonora (diapositiva 9).
Ora ruoterò 4 dischi, che quantità diverse denti Toccherò questi denti con una cartolina. Un disco con denti più grandi ha una frequenza più alta e un suono più alto. Un disco con meno denti ha meno vibrazioni e un suono più basso.
L'altezza di un suono è determinata dalla frequenza delle vibrazioni sonore. Più alta è la frequenza, più alto è il suono. (diapositiva 10)
La nota più alta del soprano umano è intorno ai 1300 Hz
La nota più bassa del basso umano è di circa 80 Hz.
Chi ha un tono più alto: una zanzara o un calabrone? Chi pensi che sbatte le ali più spesso, una zanzara o un calabrone?
Il timbro del suono è una sorta di colore del suono in base al quale distinguiamo le voci delle persone da diversi strumenti. (diapositiva 11).
Ogni suono musicale complesso è costituito da una serie di suoni armonici semplici. Quello più basso è quello principale. Il resto è superiore di un numero intero di volte, ad esempio 2 o 3-4 volte. Si chiamano sovratoni. Più armonici vengono mescolati nel tono principale, più ricco sarà il suono. Gli armonici alti aggiungono “lucentezza”, “luminosità” e “metallicità” al timbro. I bassi danno “potenza” e “succosità”. A.G. Stoletov ha scritto: "I toni semplici che otteniamo dai nostri diapason non sono usati nella musica, sono freschi e insapori come l'acqua distillata".
Consolidamento
- Come si chiama lo studio del suono?
- C'è stata una forte esplosione sulla luna. Ad esempio, un'eruzione vulcanica. Lo sentiremo sulla Terra?
- Le corde vocali vibrano a una frequenza più bassa in una persona che canta il basso o il tenore?
- La maggior parte degli insetti emettono un suono quando volano. Cosa lo ha causato?
- Come potrebbero le persone comunicare sulla Luna?
- Perché vengono intercettati durante il controllo delle ruote dei vagoni durante la fermata del treno?
Compiti a casa:§34-38. Esercizio 30 (n. 2, 3).
Letteratura
- Corso di fisica, parte II, per Scuola superiore/Perishkin A.V. – M.: Educazione, 1968. – 240 p.
- Oscillazioni e onde in un corso di fisica per le scuole superiori. Manuale per insegnanti/Orekhov V.P. – M.: Educazione, 1977. – 176 p.
- Grillo dietro il focolare/Dickens Ch. – M.: Eksmo, 2003. – 640 p.
Questa lezione tratta l'argomento "Onde sonore". In questa lezione continueremo a studiare l'acustica. Innanzitutto, ripetiamo la definizione di onde sonore, quindi consideriamo le loro gamme di frequenza e familiarizziamo con il concetto di onde ultrasoniche e infrasoniche. Discuteremo anche le proprietà delle onde sonore nei diversi media e impareremo quali sono le loro caratteristiche. .
Onde sonore - si tratta di vibrazioni meccaniche che, diffondendosi e interagendo con l'organo dell'udito, vengono percepite da una persona (Fig. 1).
Riso. 1. Onda sonora
La branca della fisica che si occupa di queste onde si chiama acustica. La professione delle persone che vengono comunemente chiamate "ascoltatori" è l'acustica. Un'onda sonora è un'onda che si propaga in un mezzo elastico, è un'onda longitudinale e quando si propaga in un mezzo elastico si alternano compressione e scarica. Viene trasmesso nel tempo a distanza (Fig. 2).
Riso. 2. Propagazione delle onde sonore
Le onde sonore comprendono vibrazioni che si verificano con una frequenza compresa tra 20 e 20.000 Hz. Per queste frequenze le lunghezze d'onda corrispondenti sono 17 m (per 20 Hz) e 17 mm (per 20.000 Hz). Questa gamma sarà chiamata suono udibile. Queste lunghezze d'onda sono date per l'aria, la cui velocità del suono è pari a .
Ci sono anche gamme di cui si occupano gli acustici: infrasonici e ultrasonici. Gli infrasonici sono quelli che hanno una frequenza inferiore a 20 Hz. E quelli ultrasonici sono quelli che hanno una frequenza superiore a 20.000 Hz (Fig. 3).
Riso. 3. Gamme delle onde sonore
Ogni persona istruita deve navigare nella gamma di frequenze delle onde sonore e sapere che se fa un'ecografia, l'immagine sullo schermo del computer sarà costruita con una frequenza superiore a 20.000 Hz.
Ultrasuoni – Si tratta di onde meccaniche simili alle onde sonore, ma con una frequenza da 20 kHz a un miliardo di hertz.
Vengono chiamate onde con una frequenza superiore a un miliardo di hertz ipersuono.
Gli ultrasuoni vengono utilizzati per rilevare difetti nelle parti fuse. Un flusso di brevi segnali ultrasonici viene diretto alla parte esaminata. Nei punti in cui non sono presenti difetti, i segnali attraversano il componente senza essere registrati dal ricevitore.
Se nella parte è presente una crepa, una cavità d'aria o altre disomogeneità, il segnale ultrasonico viene riflesso da essa e, ritornando, entra nel ricevitore. Questo metodo si chiama rilevamento difetti ad ultrasuoni.
Altri esempi di applicazioni degli ultrasuoni sono le macchine ad ultrasuoni, le macchine ad ultrasuoni, l'ultrasuonoterapia.
Infrasuoni – onde meccaniche simili alle onde sonore, ma con frequenza inferiore a 20 Hz. Non vengono percepiti dall'orecchio umano.
Le fonti naturali di onde infrasoniche sono tempeste, tsunami, terremoti, uragani, eruzioni vulcaniche e temporali.
Anche gli infrasuoni sono un'onda importante che viene utilizzata per far vibrare la superficie (ad esempio, per distruggere alcuni oggetti di grandi dimensioni). Lanciamo infrasuoni nel terreno e il terreno si frantuma. Dove viene utilizzato? Ad esempio, nelle miniere di diamanti, dove prendono il minerale che contiene componenti del diamante e lo frantumano in piccole particelle per trovare queste inclusioni di diamante (Fig. 4).
Riso. 4. Applicazione degli infrasuoni
La velocità del suono dipende dalle condizioni ambientali e dalla temperatura (Fig. 5).
Riso. 5. Velocità di propagazione delle onde sonore in vari media
Nota: nell'aria la velocità del suono a è uguale a , mentre a , la velocità aumenta di . Se sei un ricercatore, questa conoscenza potrebbe esserti utile. Potresti anche inventare una sorta di sensore di temperatura che registrerà le differenze di temperatura modificando la velocità del suono nel mezzo. Sappiamo già che più denso è il mezzo, più grave è l'interazione tra le particelle del mezzo, più velocemente si propaga l'onda. Nell'ultimo paragrafo ne abbiamo parlato utilizzando l'esempio dell'aria secca e dell'aria umida. Per l'acqua la velocità di propagazione del suono è . Se crei un'onda sonora (bussa su un diapason), la velocità della sua propagazione nell'acqua sarà 4 volte maggiore che nell'aria. Via acqua, le informazioni arriveranno 4 volte più velocemente che via aerea. E nell’acciaio è ancora più veloce: 
(Fig. 6).
Riso. 6. Velocità di propagazione delle onde sonore
Sai dai poemi epici usati da Ilya Muromets (e da tutti gli eroi, dalla gente comune russa e dai ragazzi dell'RVS di Gaidar) hanno usato un metodo molto interessante per rilevare un oggetto che si sta avvicinando, ma è ancora lontano. Il suono che fa quando si muove non è ancora udibile. Ilya Muromets, con l'orecchio a terra, può sentirla. Perché? Perché il suono viene trasmesso attraverso un terreno solido velocità più elevata, il che significa che raggiungerà l'orecchio di Ilya Muromets più velocemente e lui sarà in grado di prepararsi ad incontrare il nemico.
Le onde sonore più interessanti sono i suoni e i rumori musicali. Quali oggetti possono creare onde sonore? Se prendiamo una sorgente d'onda e un mezzo elastico, se facciamo vibrare armoniosamente la sorgente sonora, allora avremo una meravigliosa onda sonora, che verrà chiamata suono musicale. Queste sorgenti di onde sonore possono essere, ad esempio, le corde di una chitarra o di un pianoforte. Potrebbe trattarsi di un'onda sonora creata nell'intercapedine d'aria di una canna (organo o canna). Dalle lezioni di musica conosci le note: do, re, mi, fa, sol, la, si. In acustica si chiamano toni (Fig. 7).
Riso. 7. Toni musicali
Tutti gli oggetti che possono produrre toni avranno delle caratteristiche. Come sono differenti? Differiscono in lunghezza d'onda e frequenza. Se queste onde sonore non sono create da corpi che suonano armoniosamente o non sono collegate in una sorta di pezzo orchestrale comune, allora una tale quantità di suoni verrà chiamata rumore.
Rumore– oscillazioni casuali di varia natura fisica, caratterizzate dalla complessità della loro struttura temporale e spettrale. Il concetto di rumore è sia domestico che fisico, sono molto simili e quindi lo introduciamo come separato oggetto importante considerazione.
Passiamo alle stime quantitative delle onde sonore. Quali sono le caratteristiche delle onde sonore musicali? Queste caratteristiche si applicano esclusivamente alle vibrazioni sonore armoniche. COSÌ, volume del suono. Come viene determinato il volume del suono? Consideriamo la propagazione di un'onda sonora nel tempo o le oscillazioni della sorgente dell'onda sonora (Fig. 8).
Riso. 8. Volume del suono
Allo stesso tempo, se non aggiungiamo molto suono al sistema (ad esempio, premiamo leggermente un tasto del pianoforte), il suono sarà silenzioso. Se alziamo ad alta voce la mano in alto, produciamo questo suono premendo il tasto, otteniamo un suono forte. Da cosa dipende questo? Un suono basso ha un'ampiezza di vibrazione inferiore rispetto a un suono forte.
Prossimo caratteristica importante suono musicale e qualsiasi altro - altezza. Da cosa dipende l'altezza del suono? L'altezza dipende dalla frequenza. Possiamo far oscillare la sorgente frequentemente, oppure possiamo farla oscillare non molto velocemente (eseguire cioè meno oscillazioni nell'unità di tempo). Consideriamo lo spostamento temporale di un suono alto e basso della stessa ampiezza (Fig. 9).
Riso. 9. Intonazione
Si può trarre una conclusione interessante. Se una persona canta con una voce di basso, la sua fonte sonora (le corde vocali) vibra molte volte più lentamente di quella di una persona che canta da soprano. Nel secondo caso le corde vocali vibrano più spesso, e quindi provocano più spesso sacche di compressione e di scarica nella propagazione dell'onda.
Ce n'è un altro caratteristica interessante onde sonore, che i fisici non studiano. Questo timbro. Conosci e distingui facilmente lo stesso brano musicale eseguito su una balalaika o un violoncello. In cosa differiscono questi suoni o questa performance? All'inizio dell'esperimento, abbiamo chiesto alle persone che producono suoni di realizzarli approssimativamente della stessa ampiezza, in modo che il volume del suono fosse lo stesso. È come nel caso di un'orchestra: se non c'è bisogno di evidenziare nessuno strumento, tutti suonano più o meno allo stesso modo, con la stessa forza. Quindi il timbro della balalaika e del violoncello è diverso. Se dovessimo ricavare il suono prodotto da uno strumento da un altro utilizzando dei diagrammi, sarebbero gli stessi. Ma puoi facilmente distinguere questi strumenti dal loro suono.
Un altro esempio dell'importanza del timbro. Immagina due cantanti che finiscono allo stesso modo università della musica con gli stessi insegnanti. Hanno studiato altrettanto bene, con il massimo dei voti. Per qualche ragione, uno diventa un artista eccezionale, mentre l'altro è insoddisfatto della sua carriera per tutta la vita. Questo, infatti, è determinato esclusivamente dal loro strumento, che provoca vibrazioni vocali nell'ambiente, cioè le loro voci differiscono nel timbro.
Bibliografia
- Sokolovich Yu.A., Bogdanova G.S. Fisica: un libro di consultazione con esempi di risoluzione dei problemi. - Ripartizione della 2a edizione. - X.: Vesta: casa editrice "Ranok", 2005. - 464 p.
- Peryshkin A.V., Gutnik E.M., Fisica. 9a elementare: libro di testo per l'istruzione generale. istituzioni/A.V. Peryshkin, E.M. Gutnik. - 14a ed., stereotipo. - M.: Otarda, 2009. - 300 p.
- Portale Internet “eduspb.com” ()
- Portale Internet “msk.edu.ua” ()
- Portale Internet “class-fizika.narod.ru” ()
Compiti a casa
- Come viaggia il suono? Quale potrebbe essere la fonte del suono?
- Il suono può viaggiare nello spazio?
- Ogni onda che raggiunge l’organo uditivo di una persona viene da lui percepita?
Lezione integrata di fisica, musica e informatica.
Lo scopo della lezione:
Introdurre gli studenti al concetto di “suono”, alle caratteristiche del suono; ti insegnerà a distinguere i suoni in base al volume, al timbro e mostrerà come queste caratteristiche sono correlate alla frequenza e all'ampiezza delle vibrazioni; mostrare la connessione tra fisica e musica.
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9° grado. Lezione 36
Sorgenti sonore. Vibrazioni sonore. Risoluzione dei problemi.
Lo scopo della lezione: Introdurre gli studenti al concetto di “suono”, alle caratteristiche del suono; insegnare a distinguere i suoni per volume, tono, timbro; mostrare come queste caratteristiche siano correlate alla frequenza e all'ampiezza delle vibrazioni; mostrare la connessione tra fisica e musica.
Durante le lezioni.
- Organizzare il tempo.
- Aggiornamento della conoscenza.
Diapositiva 1
- Rilievo frontale
1. Cosa sono le onde meccaniche?
2. Quali sono i due tipi di onde meccaniche?
3. Cos'è il periodo, la frequenza, la lunghezza d'onda e la velocità dell'onda? Che connessione esiste tra loro?
- Lavoro indipendente.
3. Studio di nuovo materiale.
Insegnante. Nelle lezioni precedenti, abbiamo iniziato a studiare le onde meccaniche per conoscerle ulteriormente onde elettromagnetiche. Anche se lo hanno fatto nomi diversi, vari natura fisica, ma sono descritti dagli stessi parametri ed equazioni. Oggi faremo conoscenza con un altro tipo di onde meccaniche. Scriverai il loro nome dopo aver deciso problema logico(il metodo per risolvere tali problemi si chiama “brainstorming”).
Gli inglesi raccontano una favola: “Il diavolo catturò tre viaggiatori e accettò di lasciarli andare se gli avessero affidato un compito impossibile. Uno chiese di trasformare in oro un albero che cresceva, l'altro chiese di far scorrere il fiume all'indietro. Il diavolo stava scherzando, se ne occupò e prese per sé le anime di entrambi i viaggiatori. È rimasto un terzo viaggiatore..." Ragazzi, mettetevi nei panni di questo viaggiatore e offrite al diavolo un compito impossibile. (Vengono offerte diverse versioni.) "...E il terzo fischiò e disse: "Cuci un bottone su questo!" – e il diavolo fu svergognato”.
Cos'è il fischio?
Studenti. Suono.
Diapositiva 2 (argomento della lezione)
Diapositiva 3
Il mondo dei suoni è così vario,
Ricco, bello, vario,
Ma siamo tutti tormentati dalla domanda
Da dove vengono i suoni?
Perché le nostre orecchie si dilettano ovunque?
E' tempo di pensare seriamente.
1. La natura del suono. Condizioni necessarie per l'esistenza del suono
Insegnante. Viviamo in un mondo di suoni che ci permettono di ricevere informazioni su ciò che accade intorno a noi.
Provano a sussurrare frammenti di manifesti,
I tetti di ferro cercano di urlare,
E l'acqua nei tubi prova a cantare,
E così i fili ronzano impotenti...
K.Ya.Vanshenkin.
Cos'è il suono? Come posso averlo? La fisica risponde a tutte queste domande.
Diapositiva 4
Cos'è l'acustica?
L'acustica è una branca della fisica che si occupa dello studio del suono, delle sue proprietà e dei fenomeni sonori.
Le onde sonore trasportano energia che, come altri tipi di energia, può essere utilizzata dagli esseri umani. Ma la cosa principale è la vasta gamma mezzi espressivi che la parola e la musica hanno. Sin dai tempi antichi, i suoni sono serviti alle persone come mezzo di comunicazione e comunicazione tra loro, un mezzo per comprendere il mondo e padroneggiare i segreti della natura. I suoni sono i nostri compagni costanti. Hanno effetti diversi sulle persone: deliziano e irritano, pacificano e danno forza, accarezzano l'orecchio e spaventano con la loro imprevistezza. (La registrazione di "Rostov Bells" è attivata.)
Suonarono le famose campane del campanile a quattro arcate, costruito nel 1682–1687. nella città di Rostov il Grande, la città della gloria del passato. Le campane di Rostov vengono suonate da cinque campanari e la lingua della campana più grande, "Sysoya", viene scossa da due persone. Tredici campane sono disposte in fila. I campanari si posizionano in modo da potersi vedere e accordarsi sul ritmo.
CON tempi antichi suono del campanello accompagnavano la vita delle persone. Sono famosi da tempo per le loro campane Velikij Novgorod, Pskov, Mosca, ma non esisteva un'“orchestra” come a Rostov. Cosa causa il suono?
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Causa del suono? - vibrazione (oscillazioni) dei corpi, sebbene queste vibrazioni siano spesso invisibili ai nostri occhi.
Sorgenti sonore - corpi oscillanti.
Tuttavia non tutti i corpi oscillanti sono sorgenti sonore. Assicuriamoci di questo.
Esperienza 1. "Giorno della disobbedienza"
“Non puoi farlo! Non fare clic sul righello! Ora, se rompi il righello, come misurerai i segmenti in matematica?” Quante volte lo abbiamo sentito a scuola! Ma ora avremo un giorno di disobbedienza. In questo esperimento non puoi solo cliccare sul righello sul bordo del tavolo. Dopotutto, anche questa è fisica!
Materiali: righello, tavolo.
Sequenziamento.
Posiziona il righello sul tavolo in modo che metà penda oltre il bordo del tavolo. Premi saldamente con la mano l'estremità che si trova sul tavolo, bloccandola in posizione. Con l'altra mano, solleva l'estremità libera del righello (ma non troppo per non romperla) e lasciala andare. Ascolta il ronzio che ne risulta.
Ora sposta leggermente il righello in modo da ridurre la lunghezza della parte sospesa. Piegare e rilasciare nuovamente il righello. Com'era il suono? È lo stesso dell'ultima volta?
Spiegazione scientifica.
Come probabilmente avrai già intuito, il ronzio è prodotto dalla vibrazione della parte del righello che pende dal bordo del tavolo. La parte premuta sul tavolo non può vibrare e quindi non emette alcun suono. Più corta è l'estremità vibrante del righello, più alto sarà il suono prodotto,più lungo, più basso sarà il suono.
Diapositiva 6
Suono è onde elastiche meccaniche, diffondendosi in gas, liquidi, solidi.
Onde che provocano la sensazione del suono, confrequenza da 16 Hz a 20.000 Hz
chiamate onde sonore (prevalentemente longitudinali).
Diapositiva 7
La propagazione del suono può essere paragonata alla propagazione di un'onda nell'acqua. Solo il ruolo di una pietra lanciata nell'acqua è svolto da un corpo oscillante e, invece della superficie dell'acqua, le onde sonore si propagano nell'aria. Ogni vibrazione del ramo del diapason crea una condensazione ed una rarefazione nell'aria. L'alternanza di tali condensazioni e rarefazioni è un'onda sonora.
Diapositiva 8
Per ascoltare il suono necessario:
1. sorgente sonora;
2. mezzo elastico tra esso e l'orecchio;
3. una certa gamma di frequenze di vibrazione della sorgente sonora - tra 16 Hz e 20 kHz,
4. potenza sufficiente delle onde sonore affinché l'orecchio possa percepirle.
Diapositiva 9
Esistono due tipi di fonti sonore: artificiali e naturali, trovale negli enigmi:
Diapositive 10 – 12
1. Volare oltre l'orecchio,
Mi ronza: “Non sono una mosca”.
Il naso è lungo
Chi lo ucciderà?
Verserà il suo sangue.
(Zanzara).
3. Piccolo uccellino canoro nella foresta
vite,
Pulisce le piume
(Uccello).
4. Cammina avanti e indietro
Non si stanca mai.
A tutti quelli che vengono,
Offre la sua mano.
(Porta).
5. Due fratelli
Bussano allo stesso fondo.
Ma non si limitano a battere -
Cantano una canzone insieme.
(Tamburo).
6. Mucca al pascolo sul prato
La padrona di casa se n'è andata
Appendere un campanello.
Cos'è questo? Indovina!
(Campana).
6. Su un triangolo di legno
Tre corde tirate
Lo presero e cominciarono a giocare...
Le gambe iniziarono a ballare da sole.
(Balalaika).
8. Il dispositivo è piccolo,
Ma così sorprendente.
Se il mio amico è lontano,
È facile per me parlare con lui.
(Telefono).
I suoni musicali sono prodotti da vari strumenti musicali. Le sorgenti sonore in esse contenute sono diverse, quindi gli strumenti musicali sono divisi in diversi gruppi:
Diapositive 13–16
- Percussioni – tamburelli, tamburi, xilofoni, ecc. (In questo caso, il materiale in tensione, le piastre metalliche, ecc. vibrano quando vengono colpiti da un bastone o da una mano);
- Strumenti a fiato - flauti, trombe e fanfare, clarinetti, corni, trombe (vibrazioni della colonna d'aria all'interno dello strumento
- Archi – violino, chitarra, ecc..
- Tastiere - pianoforti, clavicembali (le vibrazioni delle corde sono causate dal colpo con i martelli));
Pertanto, a seconda dell'effetto che hanno su di noi, tutti i suoni si dividono in due gruppi: suoni musicali e rumori. In cosa differiscono l'uno dall'altro?
La distinzione tra musica e rumore è piuttosto difficile, poiché ciò che può sembrare musica per uno può essere solo rumore per un altro. Alcuni considerano l'opera del tutto non musicale, mentre altri, al contrario, vedono il limite della perfezione nella musica. Il nitrito dei cavalli o lo scricchiolio di un carro carico di legname può essere rumore per la maggior parte delle persone, ma musica per il commerciante di legname. Ai genitori amorevoli Il pianto di un neonato può sembrare musica; per altri tali suoni sono solo rumore.
Tuttavia, la maggior parte delle persone sarebbe d'accordo sul fatto che i suoni provengono da corde vibranti, ance, diapason e vibrazioni corde vocali cantante, musicale Ma se è così. Cosa è essenziale per eccitare un suono o un tono musicale?
La nostra esperienza dimostra che per il suono musicale è essenziale che le vibrazioni avvengano ad intervalli regolari. Vibrazioni di un diapason, di corde, ecc. avere un tale carattere; vibrazioni di treni, vagoni di legname, ecc. si verificano a intervalli irregolari e diseguali e i suoni che producono sono solo rumore. Il rumore differisce da un tono musicale in quanto non corrisponde ad alcuna frequenza specifica di vibrazione e, pertanto, certa altezza suono. Il rumore contiene vibrazioni di varie frequenze. Con lo sviluppo dell’industria e dei moderni trasporti ad alta velocità, nuovo problema- lotta al rumore. È emerso anche un nuovo concetto di “inquinamento acustico” dell'ambiente.
Diapositiva17 R. Rozhdestvensky ha fornito un'immagine molto accurata e concisa della realtà attuale:
Aerodromi,
Moli e piattaforme,
Foreste senza uccelli e terre senza acqua...
Sempre meno della natura circostante,
Sempre di più: l'ambiente.
Il rumore, soprattutto ad alta intensità, non è solo fastidioso e stancante, ma può anche mettere a repentaglio la salute.
La cosa più pericolosa è l’esposizione a lungo termine a rumori intensi per l’udito di una persona, che può portare alla perdita dell’udito parziale o completa. Le statistiche mediche mostrano che la perdita dell'udito in l'anno scorso va a posto di primo piano nella struttura delle malattie professionali e non tende a diminuire.
Pertanto, è importante conoscere le caratteristiche della percezione umana del suono, i livelli di rumore accettabili dal punto di vista della salute, dell'elevata produttività e del comfort, nonché i mezzi e i metodi per gestire il rumore.
Effetti negativi del rumore sull'uomo e protezione da esso.
Effetti dannosi del rumore sul corpo umano.
Diapositiva 18
Le manifestazioni degli effetti dannosi del rumore sul corpo umano sono molto diverse.
Esposizione prolungata a rumore intenso(superiore a 80 dB) sull'udito di una persona porta alla sua perdita parziale o completa. A seconda della durata e dell'intensità dell'esposizione al rumore, si verifica una diminuzione maggiore o minore della sensibilità degli organi uditivi, espressa come uno spostamento temporaneo della soglia uditiva, che scompare al termine dell'esposizione al rumore, e con una lunga durata e (o) intensità del rumore, si verificano cambiamenti irreversibili.perdita dell'udito (problemi di udito), caratterizzato da un cambiamento costante della soglia uditiva.
Esistono i seguenti gradi di perdita dell'udito:
Diapositiva 19
- I grado (ipoacusia lieve) – la perdita dell'udito nell'area delle frequenze del parlato è di 10 - 20 dB, ad una frequenza di 4000 Hz - 20 - 60 dB;
- II grado (ipoacusia moderata) – la perdita dell'udito nell'area delle frequenze del parlato è di 21 - 30 dB, ad una frequenza di 4000 Hz - 20 - 65 dB;
- III grado (perdita dell'udito significativa) - la perdita dell'udito nell'area delle frequenze del parlato è di 31 dB o più, a una frequenza di 4000 Hz - 20 - 78 dB.
L'effetto del rumore sul corpo umano non si limita all'effetto sull'organo dell'udito. Attraverso le fibre dei nervi uditivi, l'irritazione del rumore viene trasmessa al sistema nervoso centrale e autonomo e attraverso di essi colpisce organi interni, che porta a cambiamenti significativi nello stato funzionale del corpo, colpisce condizione mentale persona, provocando una sensazione di ansia e irritazione. Una persona esposta a un rumore intenso (più di 80 dB) spende in media il 10-20% in più di sforzi fisici e neuropsichici per mantenere l'emissione sonora raggiunta ad un livello sonoro inferiore a 70 dB. È stato stabilito un aumento del 10-15% nell’incidenza complessiva dei lavoratori nelle industrie rumorose. L'effetto sul sistema nervoso autonomo è evidente anche a bassi livelli sonori (40 – 70 dB). Tra le reazioni autonomiche, la più pronunciata è il disturbo della circolazione periferica dovuto al restringimento dei capillari della pelle e delle mucose, nonché ad un aumento della pressione sanguigna (a livelli sonori superiori a 85 dB).
L'impatto del rumore sul sistema nervoso centrale provoca un aumento del periodo latente (nascosto) della reazione motoria visiva, porta all'interruzione della mobilità dei processi nervosi, cambiamenti nei parametri elettroencefalografici, interrompe l'attività bioelettrica del cervello con la manifestazione di cambiamenti funzionali generali nel corpo (anche con rumore di 50 - 60 dB), cambia significativamente i biopotenziali del cervello, la loro dinamica, provoca cambiamenti biochimici nelle strutture del cervello.
Per rumori impulsivi e irregolaril’esposizione al rumore aumenta.
Cambiamenti nello stato funzionale del sistema centrale e autonomo sistemi nervosi si verificano molto prima e a livelli di rumore inferiori rispetto a una diminuzione della sensibilità uditiva.
Diapositiva 20
Attualmente la “malattia del rumore” è caratterizzata da un complesso di sintomi:
- diminuzione della sensibilità uditiva;
- cambiamenti nella funzione digestiva, espressi in diminuzione dell'acidità;
- insufficienza cardiovascolare;
- disturbi neuroendocrini.
Coloro che lavorano in condizioni di esposizione prolungata al rumore sperimentano irritabilità, mal di testa, vertigini, perdita di memoria, aumento dell'affaticamento, diminuzione dell'appetito, dolore alle orecchie, ecc. L'esposizione al rumore può causare cambiamenti negativi stato emozionale persona, anche stressante. Tutto ciò riduce le prestazioni e la produttività di una persona, la qualità e la sicurezza del lavoro. È stato stabilito che nei lavori che richiedono maggiore attenzione, quando il livello sonoro aumenta da 70 a 90 dB, la produttività del lavoro diminuisce del 20%.
Diapositiva 21 (Droghe digitali cinematografiche)
Diapositiva 22
Ultrasuoni ( sopra i 20.000 Hz) causano anche danni all'udito, sebbene l'orecchio umano non risponda ad essi. I potenti ultrasuoni colpiscono le cellule nervose del cervello e del midollo spinale, provocando una sensazione di bruciore nel canale uditivo esterno e una sensazione di nausea.
Non meno pericolosi sono infrasonico esposizione a vibrazioni acustiche (meno di 20 Hz). Con un'intensità sufficiente, gli infrasuoni possono influenzare il sistema vestibolare, riducendo la sensibilità uditiva e aumentando l'affaticamento e l'irritabilità e portando alla perdita di coordinazione. Un ruolo speciale è giocato dalle oscillazioni ad infrafrequenza con una frequenza di 7 Hz. Come risultato della loro coincidenza con la frequenza naturale del ritmo alfa del cervello, non si osserva solo un deterioramento dell'udito, ma può verificarsi anche un'emorragia interna. Infrasuoni (6 8 Hz) può portare a problemi cardiaci e circolatori.
Diapositive 23 – 24
CONSERVAZIONE DELL'UDITO
Tappati le orecchie con i pollici indici posizionare delicatamente sulle palpebre occhi chiusi. Il medio stringe le narici. Anulare ed entrambi i mignoli giacciono sulle labbra, che sono piegate a tubo e protese in avanti. Inspira dolcemente attraverso la bocca in modo che le guance si gonfino. Dopo aver inspirato, inclina la testa e trattieni il respiro. Quindi alza lentamente la testa, apri gli occhi ed espira attraverso il naso.
2. Esercizio "Albero" per il silenzio - molto semplice.Si può parlare solo in caso di domanda diretta forma corretta. Domande: "Bene, come stai?", "Cosa stai facendo?", "Vado o cosa?" - non funzionano. Dopo un po ', l'interrogante inizia a sentirsi un vile provocatore e con la sua domanda : "Che ore sono?" - risolve lui stesso.. E subentra il silenzio. L'esercizio fisico aiuta a conservare l'energia, ad affinare l'udito e la concentrazione.