Как передается звук в воде. Школьная энциклопедия

Как передается звук?

Одним из чувств, используемых человеком, является слух. Весь окружающий нас мир заполнен различного рода звуками, часть из которых мы способны воспринимать. Откуда же берутся звуки?

Звук представляет собой серию сжатия и растяжения волн, которые могут перемещаться на большие расстояния. Он производится путем вибрации частиц, присутствующих в материале, через который звук «путешествует». Наличие какой-либо среды является обязательным для движения звуковых волн, т.е. в вакууме звук распространяться не может.

Существуют различные типы сред, через которые звуковые волны могут перемещаться: твердые тела, жидкости, газы, плазмы и т.д.

Скорость и физические характеристики звука в значительной степени зависят от условий окружающей среды. Частота звука – не что иное, как общее число произведенных волновых колебаний. Длина звуковых волн меняется в зависимости от частоты. Наши уши способны слышать только те звуковые волны, которые лежат в диапазоне от 20 до 20000 колебаний в секунду.

В принципе, есть три вещи, которые необходимы для передачи звука:

– источник, который может создать звук;
– среда, через которую звук может пройти (вода, воздух и т.д.);
– приемник или детектор, который принимает звук.

Когда физический объект перемещается в воздухе, он вызывает вибрацию, которая приводит к образованию серии волн сжатия в воздухе. Эти волны распространяются в виде звука. Например, музыканты при игре на гитаре придают струнам колебательные движения. Движения струн, в свою очередь, создают волны сжатия звука в окружающем воздухе. Также примером могут служить наши голосовые связки, которые, вибрируя, создают звук. Примером передачи звука через твердые тела может служить движение поезда по рельсам, через которые передаются звуковые колебания.

При комнатной температуре, звук распространяется по воздуху со скоростью 343 м/с, через воду в 1482 м/с, и через сталь в 5960 м/с. Звуковые волны в газовой среде имеют относительно медленную скорость, потому что ее молекулы слабо связаны и должны покрыть большое расстояние, чтобы столкнуться с другой молекулой. В твердой среде, атомы так плотно упакованы, что вибрация легко передается между соседними атомами, и звук распространяется довольно быстро.

Звуковые волны, достигая приемника, вызывают в нем некоторую вибрацию. Таким образом, когда звуковые волны достигают наших ушей, барабанная перепонка, расположенная внутри него, вибрирует. Эта вибрация достигает внутреннего уха и слуховых нервов. После того, как слуховой нерв берет эти вибрации, электрические сигналы передаются в мозг, где колебания признаются как звук. В результате, мы можем услышать звуки. Устройство, как микрофон может обнаружить звук. Звуковые волны создают вибрации в мембране, которая способствует изменению электрических сигналов, которые могут быть усилены, записаны и т.д.

Трудно представить современный мир без всего многообразия музыки, фильмов, общения по телефону и т.п. Все это не было бы возможно без изучения природы создания, передачи и приема звуков.

Звуковые волны. Источники звука. Характеристики звука (Иванова М.Г.)

Этот видеоурок доступен по абонементу

У вас уже есть абонемент? Войти

Данный урок освещает тему «Звуковые волны». На этом уроке мы продолжим изучать акустику. Вначале повторим определение звуковых волн, затем рассмотрим их частотные диапазоны и познакомимся с понятием ультразвуковых и инфразвуковых волн. Мы также обсудим свойства, присущие звуковым волнам в различных средах, и узнаем, какие им присущи характеристики.

Звуковая волна

Звуковые волны – это механические колебания, которые, распространяясь и взаимодействуя с органом слуха, воспринимаются человеком (рис. 1).

Рис. 1. Звуковая волна

Раздел, который занимается в физике этими волнами, называется акустика. Профессия людей, которых в простонародье называют «слухачами», – акустики. Звуковая волна – это волна, распространяющаяся в упругой среде, это продольная волна, и, когда она распространяется в упругой среде, чередуются сжатие и разряжение. Передается она с течением времени на расстояние (рис. 2).

Рис. 2. Распространение звуковой волны

К звуковым волнам относятся такие колебания, которые осуществляются с частотой от 20 до 20 000 Гц. Для этих частот соответствуют длины волн 17 м (для 20 Гц) и 17 мм (для 20 000 Гц). Этот диапазон будет называться слышимым звуком. Эти длины волн приведены для воздуха, скорость распространения звука в котором равна .

Существуют еще такие диапазоны, которыми занимаются акустики, – инфразвуковые и ультразвуковые. Инфразвуковые – это те, которые имеют частоту меньше 20 Гц. А ультразвуковые – это те, которые имеют частоту больше 20 000 Гц (рис. 3).

Рис. 3. Диапазоны звуковых волн

Каждый образованный человек должен ориентироваться в диапазоне частот звуковых волн и знать, что если он пойдет на УЗИ, то картинка на экране компьютера будет строиться с частотой больше 20 000 Гц.

Ультра- и инфразвук

Ультразвук – это механические волны, аналогичные звуковым, но имеющие частоту от 20 кГц до миллиарда герц.

Волны, имеющие частоту более миллиарда герц, называют гиперзвуком.

Ультразвук применяется для обнаружения дефектов в литых деталях. На исследуемую деталь направляют поток коротких ультразвуковых сигналов. В тех местах, где дефектов нет, сигналы проходят сквозь деталь, не регистрируясь приемником.

Если же в детали есть трещина, воздушная полость или другая неоднородность, то ультразвуковой сигнал отражается от нее и, возвращаясь, попадает в приемник. Такой метод называют ультразвуковой дефектоскопией.

Другими примерами применения ультразвука являются аппараты ультразвукового исследования, аппараты УЗИ, ультразвуковая терапия.

Инфразвук – механические волны, аналогичные звуковым, но имеющие частоту менее 20 Гц. Они не воспринимаются человеческим ухом.

Естественными источниками инфразвуковых волн являются шторм, цунами, землетрясения, ураганы, извержения вулканов, гроза.

Инфразвук – тоже важные волны, которые используют для колебаний поверхности (например, чтобы разрушить какие-нибудь большие объекты). Мы запускаем инфразвук в почву – и почва дробится. Где такое используется? Например, на алмазных приисках, где берут руду, в которых есть алмазные компоненты, и дробят на мелкие частицы, чтобы найти эти алмазные вкрапления (рис. 4).

Рис. 4. Применение инфразвука

Скорость распространения звуковой волны

Скорость звука зависит от условий среды и температуры (рис. 5).

Рис. 5. Скорость распространения звуковой волны в различных средах

Обратите внимание: в воздухе скорость звука при равна , при скорость увеличивается на . Если вы исследователь, то вам могут пригодиться такие знания. Вы, может быть, даже придумаете какой-нибудь температурный датчик, который будет фиксировать расхождения температуры путем изменения скорости звука в среде. Мы уже знаем, что чем плотнее среда, чем более серьезное взаимодействие между частицами среды, тем быстрее распространяется волна. Мы в прошлом параграфе обсудили это на примере сухого и воздуха влажного воздуха. Для воды скорость распространения звука . Если создать звуковую волну (стучать по камертону), то скорость ее распространения в воде будет в 4 раза больше, чем в воздухе. По воде информация дойдет быстрее в 4 раза, чем по воздуху. А в стали и того быстрее: (рис. 6).

Рис. 6. Скорость распространения звуковой волны

Вы знаете из былин, что Илья Муромец пользовался (да и все богатыри и обычные русские люди и мальчики из РВС Гайдара), пользовались очень интересным способом обнаружения объекта, который приближается, но располагается еще далеко. Звук, который он издает при движении, еще не слышен. Илья Муромец, припав ухом к земле, может ее услышать. Почему? Потому что по твердой земле передается звук с большей скоростью, значит, быстрее дойдет до уха Ильи Муромца, и он сможет подготовиться к встрече неприятеля.

Музыкальные волны. Шум

Самые интересные звуковые волны – музыкальные звуки и шумы. Какие предметы могут создать звуковые волны? Если мы возьмем источник волны и упругую среду, если мы заставим источник звука колебаться гармонически, то у нас возникнет замечательная звуковая волна, которая будет называться музыкальным звуком. Этими источниками звуковых волн могут быть, например, струны гитары или рояля. Это может быть звуковая волна, которая создана в зазоре воздушном трубы (органа или трубы). Из уроков музыки вы знаете ноты: до, ре, ми, фа, соль, ля, си. В акустике они называются тонами (рис. 7).

Рис. 7. Музыкальные тоны

У всех предметов, которые могут издавать тоны, будут особенности. Чем они различаются? Они различаются длиной волны и частотой. Если эти звуковые волны создаются не гармонически звучащими телами или не связаны в общую какую-то оркестровую пьесу, то такое количество звуков будет называться шумом.

Шум – беспорядочные колебания различной физической природы, отличающиеся сложностью временной и спектральной структуры. Понятие шума есть бытовое и есть физическое, они очень схожи, и поэтому мы его вводим как отдельный важный объект рассмотрения.

Характеристики звуковых волн

Переходим к количественным оценкам звуковых волн. Какие у музыкальных звуковых волн характеристики? Эти характеристики распространяются исключительно на гармонические звуковые колебания. Итак, громкость звука. Чем определяется громкость звука? Рассмотрим распространение звуковой волны во времени или колебания источника звуковой волны (рис. 8).

Рис. 8. Громкость звука

При этом, если мы добавили в систему не очень много звука (стукнули тихонечко по клавише фортепиано, например), то будет тихий звук. Если мы громко, высоко поднимая руку, вызовем этот звук, стукнув по клавише, получим громкий звук. От чего это зависит? У тихого звука амплитуда колебаний меньше, чем у громкого звука .

Следующая важная характеристика музыкального звука и любого другого – высота. От чего зависит высота звука? Высота зависит от частоты. Мы можем заставить источник колебаться часто, а можем заставить его колебаться не очень быстро (то есть совершать за единицу времени меньшее количество колебаний). Рассмотрим развертку по времени высокого и низкого звука одной амплитуды (рис. 9).

Рис. 9. Высота звука

Можно сделать интересный вывод. Если человек поет басом, то у него источник звука (это голосовые связки) колеблется в несколько раз медленнее, чем у человека, который поет сопрано. Во втором случае голосовые связки колеблются чаще, поэтому чаще вызывают очаги сжатия и разряжения в распространении волны.

Есть еще одна интересная характеристика звуковых волн, которую физики не изучают. Это тембр. Вы знаете и легко различаете одну и ту же музыкальную пьесу, которую исполняют на балалайке или на виолончели. Чем отличаются эти звучания или это исполнение? Мы попросили в начале эксперимента людей, которые извлекают звуки, делать их примерно одинаковой амплитуды, чтобы была одинакова громкость звука. Это как в случае оркестра: если не требуется выделения какого-то инструмента, все играют примерно одинаково, в одинаковую силу. Так вот тембр балалайки и виолончели отличается. Если бы мы нарисовали звук, который извлекают из одного инструмента, из другого, с помощью диаграмм, то они были бы одинаковыми. Но вы легко отличаете эти инструменты по звуку.

Еще один пример важности тембра. Представьте себе двух певцов, которые заканчивают один и тот же музыкальный вуз у одинаковых педагогов. Они учились одинаково хорошо на пятерки. Почему-то один становится выдающимся исполнителем, а другой всю жизнь недоволен своей карьерой. На самом деле это определяется исключительно их инструментом, который вызывает как раз голосовые колебания в среде, т. е. у них отличаются голоса по тембру.

1. Соколович Ю.А., Богданова Г.С. Физика: справочник с примерами решения задач. – 2-е издание передел. – X.: Веста: издательство «Ранок», 2005. – 464 с.
2. Перышкин А.В., Гутник Е.М., Физика. 9 кл.: учебник для общеобразоват. учреждений/А.В. Перышкин, Е.М. Гутник. – 14-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2009. – 300 с.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Интернет-портал «eduspb.com» (Источник)
2. Интернет-портал «msk.edu.ua» (Источник)
3. Интернет-портал «class-fizika.narod.ru» (Источник)

1. Как распространяется звук? Что может служить источником звука?
2. Может ли звук распространяться в космосе?
3. Всякая ли волна, достигшая органа слуха человека, воспринимается им?

Если вы нашли ошибку или неработающую ссылку, пожалуйста, сообщите нам – сделайте свой вклад в развитие проекта.

Звуковые волны

Звуком называются механические колебания воздуха, воспринимаемые органами слуха. Воздух вибрирует – быстро колеблется взад-вперед – при движении в нем любого объекта. Например, ударяя в бубен, мы заставляем вибрировать туго натянутую кожу, колебания которой передаются молекулам воздуха. В воздухе возникают звуковые волны, слышимые нами. Величина звуковых волн поддается измерению – чем больше они по размаху, тем громче звук. По мере удаления от объекта звучания волны теряют свою силу, поэтому мы плохо слышим звуки на большом расстоянии.

Высокие и низкие

Мы можем различать высоту звука – его тон, который зависит от длины звуковой волны. Частота волны – это число ее колебаний в 1 секунду. Ее измеряют по числу гребней волны, проходящих за это время. Высокочастотные волны короткие и воспринимаются как высокие звуки – пение птиц, плач ребенка, милицейская сирена, а низкочастотные звуковые волны длинные, они характерны для низких звуков – грома, барабана, оперного баса.

КАК МЫ СЛЫШИМ

Звуковая частота измеряется в герцах, сокращенно Гц. Один герц соответствует одному колебанию в секунду. Люди с острым слухом слышат звуки в диапазоне от 25 Гц до 20 000 Гц, а летучие мыши и собаки – более 50 000 Гц. Наша ушная раковина действует как воронка, концентрируя звуковые волны и направляя их к барабанной перепонке. Достигнув барабанной перепонки, звуковые волны заставляют ее вибрировать и через систему слуховых косточек передавать вибрацию во внутреннее ухо – «слуховую улитку», где механическая вибрация преобразуется в электрические импульсы слухового нерва. Импульсы от слухового нерва передаются в мозг, где они воспринимаются как звуки.

СКОРОСТЬ И ГРОМКОСТЬ

Во время грозы мы слышим удар грома через несколько секунд после вспышки молнии. Это говорит о том, что стены безэховой камеры поглощают все звуки, поэтому там эха нет. Разные животные издают и слышат звуки разных частот.

У людей весьма узкий частотный диапазон восприятия звука.

Скорость света в миллион раз больше, чем скорость звука. Звук распространяется не только в воздухе. Он проходит через стекло и воду. Скорость звука в воде почти в пять раз выше, чем в воздухе.

Громкость звука измеряется в децибелах, сокращенно дБ. Нижний порог слышимости – 10 дБ, обычная громкость -30-60 дБ, но звуки выше 85-90 дБ могут привести к глухоте, особенно если они продолжаются долго. Музыканты, а также люди, долгое время работающие на шумном производстве, рискуют со временем частично потерять слух.

▲ Амплитуда характеризует силу звука – громкость, а длина волны (частота) – тон, высокий или низкий.

▲ Звуковые волны распространяются от источника, как круги на воде от упавшей капли.

▲ Ультразвуковое обследование позволяет получать изображение плода в чреве матери.

▲ Сверхзвуковой реактивный самолет летит быстрее звука. Поэтому заранее, издалека, мы не слышим его приближения. Сначала он пролетает над нами, а уже потом раздается громоподобный звук – это наших: ушей достигла ударная волна, оставленная удаляющимся самолетом.

▲ Стены безэховой камеры поглощают все звуки, поэтому там эха нет.

▲ Разные животные издают и слышат звуки разных частот. У людей весьма узкий частотный диапазон восприятия звука.

Научно-исследовательская работа по теме “Звуки в нашей жизни”

Управление образования Углегорского муниципального района

Районная научно-практическая конференция школьников

по теме: Звуки в нашей жизни

Артёменко Максим Евгеньевич,

2 класс А, МБОУ СОШ № 1 г. Углегорска

Монарёва Наталья Вячеславовна

учитель начальных классов,

МБОУ СОШ № 1 г. Углегорска

1.1 Что такое звук и как он образуется

1.2 Распространение звука

1.3 Вредные и полезные звуки

1.4 Изучение звука

Глава 2. Опыты по исследованию звука и его влияния на окружающую среду

2.1 Эксперименты и результаты

2.2 Опросы и результаты

– Бабушка, какие у вас большие уши!

– Это чтобы лучше слышать тебя.

Конечно же, вы помните «милый» разговор Красной Шапочки и Волка, притворившегося бабушкой.

Если вам зададут вопрос, зачем вообще нужны уши, вы без сомнения ответите на него так: «Чтобы слышать!»

– А что слышать? – спросим мы.

– Самые разные звуки: голоса людей, пение птиц, музыку, тиканье часов…

Верно. А что такое звук? Как он рождается? Откуда появляется? Какие звуки бывают? Все ли звуки полезны для человека и окружающей среды? Бывают ли вредные звуки? Эти вопросы я задал своим сверстникам. Оказалось, что некоторые из них не могут на них ответить. И я понял, что ребят эти вопросы тоже заинтересовали. Значит, моё исследование будет актуальным. Я решил как можно больше узнать о звуке из разных источников и провести свои эксперименты.

Итак, исходя из темы, в начале моего исследования был выбран объект – звук. Сформулируем предмет исследования : явления и факты, подтверждающие значение звука в жизни людей. Целью исследования стало следующее: исследовать положительные и отрицательные свойства звука, выяснить роль звука в жизни человека и окружающего мира.

Для достижения данной цели были поставлены и решены следующие задачи :

– собрать и проанализировать литературу о происхождении звука;

– провести наблюдения за тем, как влияет звук на человека и окружающую среду;

– проанализировать полученные результаты и сделать выводы.

Учитывая объект, предмет и задачи исследования, выдвигаем следующую гипотезу : используя звук и его свойства, можно влиять на жизнь человека и окружающего мира.

изучение литературы и Интернет – источников;

анализ полученных результатов.

Новизна исследования состоит в доказательстве того, что звук может влиять на человека и окружающий мир как положительно, так и отрицательно.

Практическая значимость исследования заключается в том, что разработанные рекомендации могут применяться как взрослыми, так и детьми в повседневной жизни. Исследовательская работа проводилась по следующему плану:

На первом этапе (январь 2017г.) выбиралась, уточнялась тема исследования, подбиралась и анализировалась литература, определялись основные параметры исследования, составлялся план исследовательской работы. Проведён опрос сверстников и учителей МБОУ СОШ № 1 г.Углегорска с целью выявления их знаний о звуке и его влиянии на человека и окружающую среду. На этом же этапе начались проводиться эксперименты для подтверждения влияния звука на окружение.

На втором этапе (февраль 2017) обрабатывались и анализировались полученные результаты исследовательской работы, проводились сравнения, были подведены итоги, сформулированы выводы.

Структура исследовательской работы:

Исследовательская работа состоит из введения, двух глав, заключения, списка литературы и приложения.

Во введении обоснована актуальность темы исследования, определены объект, предмет, цель, задачи, сформулирована гипотеза, раскрыта практическая значимость работы, Дана краткая характеристика глав.

Что такое звук и как он возникает

Звук – это механические колебания воздуха, которые мы слышим. Если в воздухе двигается какой-нибудь объект, то воздушное пространство пульсирует. Если мы стучим в бубен, его кожа содрогается, и эта вибрация создаёт в воздухе звуковые волны. Их нам и удаётся слышать. Звуковую волну можно измерять и чем масштабнее она, тем громогласнее звук. Если отходить от объекта звучания, волна становится менее пронзительной, в связи с этим на значительной дистанции звуки доносятся слабо.

Звуки существуют низкие и высокие. Если предмет редко содрогается, то получается низкий звук, а при частых колебаниях звук получается высокий. Басовитое гудение шмеля – это низкий звук, а тонкий писк комара – высокий. Звуки, которые они издают появляются от колебаний крыльев насекомых. Шмель взмахивает крыльями 240 раз в секунду, а комар – почти 600 раз! Поэтому получаются очень разные звуки.

Некоторые звуки человек не слышит, потому что они или очень низкие, или очень высокие. Такие звуки люди улавливают через специальные приборы. А вот самые чувствительные животные воспринимают их и даже сами издают. К ним относятся дельфины, летучие мыши и некоторые виды грызунов.

Амплитуда звука зависит от того, какой длины звуковая волна, частота которой измеряется числом её вершин за 1 секунду. Коротенькие волны называют высокочастотными, и улавливаются как высокие звуки, а длинные звуковые волны называют низкочастотными и слышатся как низкие звуки. В окружающей нас среде высокие звуки – это шелест листьев, шум дождя, пение птиц, плач ребёнка, а низкие-это бой барабана, гром, бас оперного певца.

Частота звука измеряется в герцах, в расчётах пишут Гц. Герц – это одно колыхание в секунду. Человек воспринимает звуки от 25 Гц до 20 000 Гц, а животные намного больше. Например, собаки и летучие мыши свыше 50000Гц. Ушная раковина человека функционирует словно воронка, она воспринимает колыхание звука и отправляет к барабанной перепонке, которая колеблется, а затем через слуховые косточки передаёт вибрацию в «слуховую улитку», в ней вибрация преобразовывается в электрические импульсы слухового нерва. Они двигаются в мозг и расцениваются в качестве звуков. Ухо человека улавливает звуки только лишь в том случае, если на ушную раковину оказывают воздействие звуковые волны частотой не меньше 16 Гц, и, что очень важно, не больше 20000 Гц. Звуки с частотами от 0 до 16 Гц и более 20000 Гц не воспринимаются человеческим ухом.

Звук может проходить через воздух, воду и стекло. И скорость прохождения звука в воде почти в пять раз выше, чем в воздухе.

Измерить можно и громкость звука. Единицы измерения громкости названы в честь создателя телефона Белла децибелами. Самый тихий звук, который мы можем воспринять, составляет 10 дБ, нормальная, стандартная громкость – 30-60 дБ, а звуки превышающие громкость 85 дБ приводят к глухоте. Люди, профессии которых связаны с сильным шумом и грохотом, могут потерять слух. Это такие люди, как сталевары, шахтёры, музыканты, звонари.