Звуковые явления вокруг нас

Министерство  общего  профессионального образования  Свердловской области

 

МОУО г.Екатеринбурга

Образовательное учреждение МОУ-гимназия№40

 

 

Образовательная область: естествознание

                                                Предмет : физика

 

 

 

 

       Звуковые явления вокруг нас

   

 

 

 

                                                  Исполнитель:

Дышаева Анастасия Анатольевна

Ученица 9 «А» класса

                                                 Научный руководитель: Ковалёва Ирина Эдуардовна

Учитель физики 1 категории

 

 

 

 

 

 

 

 

Екатеринбург-2010г.

 

Содержание

 

1. Введение……………………………………………………………………..3-4

 

2. Интересные явления, связанные со звуковыми колебаниями :

            а) Снег скрипит. Акустика снега и льда……………….……...……………5

            б) Есть ли что-нибудь не поющее в мире? ………………………………...6-7

            в) Звуки пустынь………………….………………………………………8-9

            г) Таинственная галерея шепотов…………………………………………10

           д)  Целебные свойства колокольного звона………………………………...11

 

3. Природа звука и законы его распространения……………….……...12-14

 

4. Основные характеристики звуковых волн:

       а) объективные характеристики звука…………………………………….15-16

       б) субъективные характеристики звука……………………………………….17

 

5. Механизм восприятия звука………………………………………………18

 

6. Ультразвук…………………………………………………………………...19

 

7. Инфразвук……………………………………………………………………20

 

8. Гиперзвук…………………………………………………………………….22

 

9. Шум……………………………………………………………………...…23-26

 

10. Заключение………………………………………………………………….27

 

11.Используемая литература…………………………………………………28

 

*Приложение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Мы живем в мире информации, и главная ее часть  проходит через глаза и слух человека. Согласно исследованиям физиологов, визуальная информация занимает первое место, но и слуховая не менее важна.

 

Мир, окружающий нас, можно назвать миром звуков. Звучат вокруг нас голоса людей и музыка, шум ветра и щебет птиц, рокот моторов и шелест листвы. С помощью речи люди общаются, с помощью слуха получают информацию об окружающем мире. Не меньшее значение звук имеет для животных. Поэтому надо знать природу звука, уравнения и законы, которые описывают его распространения и поглощения в различных средах. Это необходимо знать людям различных профессий: музыкантам и строителям, звукорежиссерам и архитекторам, биологам и геологам, сейсмологам, военным. Все они имеют дело с различными сторонами практического распространения звука в разных средах. Распространение звука в помещениях, «звучание» помещений важно для строителей, музыкантов. За звуковыми сигналами сейчас исследуют пути миграций перелетных птиц биологи, находят косяки рыб в океане рыбаки. Геологи с помощью ультразвука исследуют земную кору в поисках новых месторождений полезных ископаемых. Сейсмологи, изучая распространение звуков в земле, учатся предсказывать землетрясения и цунами. Для военных большое значение имеет профиль корпусов военных кораблей и подводных лодок, ведь это влияет на скорость движения корабля и на издаваемый им шум, который для подводных лодок должен быть минимальным. Всем этим и обусловлена актуальность моей работы.

 

Развитие физики и  математики сделало возможным рассчитать все это. С точки зрения физики, звук - это механические колебания, которые распространяются в упругой среде: воздухе, воде, твёрдом теле и т.п. Способность человека воспринимать упругие колебания, слушать их отразились в названии учения о звуке - акустика (от греческого akustikos - слуховой, слышимый).

Вопросы, которыми занимается акустика, очень разнообразны. Некоторые  из них связаны со свойствами и  особенностями нашего слуха.

Предметом физиологической акустики и является сам орган слуха, его устройство и действие.

Архитектурная акустика изучает распространение звука  в помещениях, влияние на звук размеров и формы помещений, свойств материалов, покрывающих стены и потолки, и т.д. При этом опять имеется в виду слуховое восприятие звука.

Музыкальная акустика исследует  музыкальные инструменты и условия их наилучшего звучания.

Физическая акустика занимается изучением самих звуковых колебаний, а за последнее время  охватила и колебания, лежащие за пределами слышимости (ультраакустика). Она широко использует разнообразные методы для превращения механических колебаний в электрические и обратно (электроакустика).

Применительно к звуковым колебаниям в число задач физической акустики входит и выяснение физических явлений, обусловливающих те или иные качества звука, различаемые на слух.

 

Целью моей работы является рассмотрение:

· природы звука, источника звуковых колебаний;

· объективных и субъективных характеристик звука;

· основных законов и правил распространения звука в различных средах: законов его отражения и преломления, рассеяние звука;

· следующих свойств, характерных звуковым колебаниям: интерференция, дифракция и поглощение;

· ультразвука и инфразвука, их применение в науке и технике;

· влияния различных видов звука на организм человека.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

снег  скрипит

 

Снег скрипит только в мороз (ниже -5°C), и звук скрипа меняется в зависимости от температуры воздуха - чем крепче мороз, тем выше тон скрипа. При достаточном опыте можно оценивать температуру воздуха по звуку, который издает скрипящий снег. Скрип образуется из-за того, что при давлении разрушаются мельчайшие кристаллики снега. Причем каждый из них по отдельности очень мал, чтобы издавать звук, доступный уху человека, но вместе они ломаются довольно громко. Усиление морозов делает ледяные кристаллики более твердыми и хрупкими. При каждом шаге ледяные иглы ломаются. При температуре воздуха ниже -50°C скрип снега становится таким сильным, что его можно слышать через тройные стекла (этому способствует также большая плотность морозного воздуха)

 

 

 

акустика  снега и льда

 

Растрескивание ледяного покрова на крупных внутри - материковых водоемах и в северных морях сопровождается звуками, напоминающими сухие ружейные выстрелы. Чем толще лед, тем шире и глубже трещины и сильнее звуки растрескивания. В полярных странах они настолько часты, что привыкшие к ним животные не боятся и настоящих выстрелов. Интенсивность растрескивания льда зависит от глубины и скорости выхолаживания, от степени неоднородности структуры льда и покрывающего его снежного покрова. Особенно благоприятно для образования трещин отсутствие снежного покрова на льду. Чаще всего растрескивание наблюдается при первых больших морозах в начале зимы и при резких потеплениях в ее середине. Вот как описывает звуковые эффекты при растрескивании льда на Телецком озере на Алтае О.И. Алекин:

«В морозную ночь все озеро наполнено непрерывным  треском, напоминающим отдаленную ружейную стрельбу, временами в эти звуки  врываются более сильные удары, напоминающие удары колокола – это образуются более крупные трещины. Подхватываемые эхом соседних гор, звуки приобретают характер подземного гула...»

 

Разломы льда в океане под влиянием сил сжатия (ветер, течения) или сейсмических возмущений сопровождаются глухим гулом, похожим на отдаленные подводные взрывы.

 

есть  ли что-нибудь не поющее в мире?

 

Пытаются шептать клочки афиш,

Пытается кричать железо крыш,

И в трубах петь пытается вода

И так мычат бессильно  провода.

Е. Евтушенко

 

Имеется весьма обширный класс колебаний, источником которых может служить какой-либо постоянный фактор: поток жидкости или газа, гидростатическое давление, постоянная сила натяжения, гравитации, трение, электродвижущая сила и т. п. Такие колебательные движения носят название автоколебаний. В обыденной жизни мы, возможно, сами того не замечая, встречаемся с автоколебаниями чаще, чем с колебаниями, вызванными периодическими силами.

 

Начнем с автоколебаний  природного происхождения. Вой ветра  в ветвях деревьев, в горах - это примеры автоколебаний вихревого характера, но продуктом воздействия постоянного возмущающего фактора могут быть и автоколебания строго периодического характера, одно - или многотональные.

 

Знаменитый мореплаватель  Ф. Чичестер указывает, что "ревущие  сороковые" именуются так не за шум разбивающихся волн, а именно за рев и вой ветра в снастях судов. Чичестеру во время "одиночной кругосветки" пришлось изучать язык своего судна. "Каждый вздох, треск или грохот что-то означал; даже каждый оттенок завывания ветра в гротштаге имел свой смысл". Со временем Чичестер смог по звукам вполне точно определять скорость и направление ветра.

 

В великолепной монографии У. Брэгга «Мир света, мир звука» имеется глава "Звуки деревни". Здесь что ни звук, то автоколебания. Стрекотание кузнечиков и цикад, журчание ручья, мычание и блеяние животных, звуки, издаваемые домашними и дикими птицами.

А голос человека? Разве  это не важнейший (по крайней мере, для него самого) автоколебательный  процесс? В основе его находится  движение постоянного потока воздуха из легких, модулируемого колебаниями голосовых связок.

Так же можно сказать  о природных автоколебаниях несколько экзотического свойства.

Существует ли «голос моря»? Именно этим именем были названы В. В. Шулейкиным инфразвуковые колебания, возникающие при движении ветра над гребнями морских волн. Академик Шулейкин не только открыл это явление, но и предложил использовать его для прогнозирования штормов с помощью специальных шаров-зондов, размещаемых на морских берегах.

 

 

Многочисленны и многообразны создания рук человеческих, в которых возникают и используются автоколебания. Прежде всего, это различные музыкальные инструменты. Уже в глубокой древности - рога и рожки, дудки, свистульки, примитивные флейты.

Используя автоколебательные  системы и принципы, удалось создать много нужных машин, приборов, устройств. В разработанных человеком устройствах особенно отчетливо выделяются три элемента необходимых для осуществления автоколебательного процесса.

Это :

- источник постоянной энергии,

- собственно автоколебательная система,

- тот или иной регулятор поступления энергии в систему.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

звуки пустынь

 

«Поющие пески» возникают, когда тонны перемещающегося  песка издают чарующие звуки: высокие, певучие, с сильным металлическим оттенком.

 

"Песня песков, песня  сирен, заманивающих путешественников  на верную гибель в безводной  пустыне, колокольный звон монастырей, погребенных в пучине песков..." - так описывает свои впечатления  английский исследователь Р. А.  Бэгноулд - автор первой книги о поющих песках, вышедшей в свет в 1954 году. Кочевники, которым приходилось слышать эти таинственные звуки, считали их голосами призраков и демонов, обитающих в песчаных дюнах. И хотя сегодня известно, что акустические колебания возникают в результате движения слоев песка, полностью объяснить это явление так до сих пор и не удалось.

 

Различают два вида звучащих песков - "гудящие" и "свистящие", которые отличаются частотой и длительностью  испускаемого звука, а также условиями, необходимыми для его возникновения.

 

Наиболее распространены "свистящие", или "пищащие", пески, названные так из-за способности  издавать короткие, длящиеся менее  четверти секунды, звуки высокой  частоты - от 500 до 2500 Гц. Прогуливаясь по такому песку, можно услышать под ногами легкое посвистывание. Звук отличается музыкальной чистотой и может содержать пять-шесть гармонических обертонов. Встречаются свистящие пески на морских побережьях, на берегах рек и озерпо всему миру.

 

Акустический спектр гудящих песков очень узок: они издают звук почти одной частоты, который длится, замирая и усиливаясь, несколько секунд

Звуки "свистящих" песков имеют несколько кратных частот  и длятся порядка четверти секунды.

Более редким и уникальным явлением считаются "гудящие" пески. Услышать их можно только глубоко в пустыне вблизи отдельных больших дюн. Осыпаясь лавинами, такие пески издают громкий звук низкой частоты (50-300 Гц), длящийся обычно несколько секунд, но иногда и до 15 минут. Звук может достигать такой силы, что разносится на 10 километров, и нередко сопровождается вибрациями почвы (сейсмическими толчками), во много раз более интенсивными, чем звуковые колебания. В отличие от свистов звучание гудящих дюн кроме основной частоты содержит множество близких частот.

В течение столетий этот "гул" вызывал суеверный ужас у жителей пустыни, порождая массу легенд и сказаний. Так, Марко Поло в 1295 году писал о злых духах пустыни, которые "временами наполняют воздух звуками всевозможных музыкальных инструментов, бьют в барабаны и хлопают в ладоши". Звучание гудящих песков порой напоминает барабанную дробь, иногда звуки трубы, арфы и даже колоколов. Сегодня его нередко сравнивают с жужжанием телеграфных проводов или пропеллеров низко летящего самолета. В настоящее время известно более 30 гудящих дюн в Северной и Южной Америке, Африке, Азии, на Арабском полуострове и на Гавайских островах.

То обстоятельство, что  свистящие пески встречаются  в основном на побережьях, а гудящие - только глубоко в пустынях, связано, по-видимому, с их различной реакцией на влажность.

 

Чтобы песок "загудел", необходимо как минимум несколько  недель засухи: песчинки должны быть абсолютно  сухими. Даже при небольшой атмосферной  влажности на их поверхности образуется тонкая пленка воды, препятствующая звучанию, а пятью каплями воды можно заставить "замолчать" целый литр гудящего песка.