Звуковые волны. Распространение звука
Колеблющееся тело создает сгущения и разрежения среды, которые распространяются в среде в виде продольных волн, называемых звуковыми волнами .
Звук распространяется в любой упругой среде – твёрдой, жидкой и газообразной, но не может распространяться в вакууме.
Скорость распространения звуковых волн в среде называется скоростью звука в данной среде.
Частота звука от данного источника во всех средах одна и та же: частицы среды совершают вынужденные колебания с частотой источника звука.
При переходе из одной среды в другую изменяется длина звуковой волны.
Скорость звука при 20 °С, м/с
Конспект урока по физике на тему: «Звук и его характеристики»
Звук — это упругие волны в среде (часто в воздухе), которые невидимы, но воспринимаемые человеческим ухом .
Звуковая волна является продольной волной сжатия и разрежения.
Звук может также распространятся в жидкой и твердой среде. Под водой хорошо слышны удары камней. Положим часы на один конец деревянной доски. Приложив ухо к другому концу, можно ясно услышать тиканье часов.
Источник звука — это обязательно колеблющиеся тела. Например, струна на гитаре в обычном состоянии не звучит, но стоит нам заставить ее совершать колебательные движения , как возникает звуковая волна.
Однако опыт показывает, что не всякое колеблющееся тело является источником звука. Например, не издает звук грузик, подвешенный на нити. Дело в том, что человеческое ухо воспринимает не все волны, а только те, которые создают тела, колеблющиеся с частотой от 16Гц до 20000Гц. Такие волны называются звуковыми. Колебания с частотой меньше 16Гц называется инфразвуком. Колебания с частотой больше 20000Гц называются ультразвуком.
Скорость звука
Звуковые волны распространяются не мгновенно, а с некоторой конечной скоростью (аналогично скорости равномерного движения ).
Именно поэтому во время грозы мы сначала видим молнию, то есть свет (скорость света гораздо больше скорости звука), а затем доносится звук.
Высота, тембр и громкость звука
Звуки бывают разными. Для характеристики звука вводят специальные величины: громкость, высота и тембр звука.
Громкость звука зависит от амплитуды колебаний: чем больше амплитуда колебаний, тем громче звук. Кроме того, восприятие громкости звука нашим ухом зависит от частоты колебаний в звуковой волне. Более высокочастотные волны воспринимаются как более громкие.
Частота звуковой волны определяет высоту тона. Чем больше частота колебаний источника звука, тем выше издаваемый им звук. Человеческие голоса по высоте делят на несколько диапазонов.
Звуковые явления
Эхо . Эхо образуется в результате отражения звука от различных преград — гор, леса, стен, больших зданий и т.п. Эхо возникает только в том случае, когда отраженный звук воспринимается раздельно от первоначально произнесенного звука. Если отражающих поверхностей много и они находятся на разных расстояниях от человека, то отраженные звуковые волны дойдут до него в разные моменты времени. В этом случае эхо будет многократным. Препятствие должно находится на расстоянии 11м от человека, чтобы можно было услышать эхо.
Эхолокация . Это способ определения местоположения тел по отраженным от них ультразвуковым сигналам. Широко применяется в мореплавании. На судах устанавливают гидролокаторы — приборы для распознавания подводных объектов и определения глубины и рельефа дна. На дне судна помещают излучатель и приемник звука. Излучатель дает короткие сигналы. Анализируя время задержки и направление возвращающихся сигналов, компьютер определяет положение и размер объекта отразившего звук.
Источники звука. Звуковые волны
В данном уроке вводится понятие звуковой волны. Рассматриваются как объективные ее характеристики ( амплитуда, период, фаза колебания и скорость распространения), так и субъективные (громкость, тембр и высота тона).
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет.
Получите невероятные возможности
1. Откройте доступ ко всем видеоурокам комплекта.
2. Раздавайте видеоуроки в личные кабинеты ученикам.
3. Смотрите статистику просмотра видеоуроков учениками.
Получить доступ
Конспект урока «Источники звука. Звуковые волны»
Тебе удивляться нимало не надо,
Что сквозь преграды, глазам ничего не дающие видеть,
Звуки доходят до нас и касаются нашего слуха.
Лукреции Кар. О природе вещей
В прошлой теме говорилось о волне и её основных характеристиках — период, амплитуда, частота. Также говорилось о длине волны и скорости её распространения.
Все знают, как разнообразен мир окружающих нас звуков — это голоса людей, пение птиц, жужжание пчел, гром во время грозы, шум леса на ветру, звук проезжающих автомобилей, самолетов и т.д.
Общим для всех звуков является то, что порождающие их тела, т.е. источники звука, колеблются. В этом можно убедиться на простых опытах. Рассмотрим их.
На рисунке изображена укрепленная в тисках упругая металлическая линейка. Известно, что линейка будет издавать звук, если ее свободную часть привести в колебательное движение. В данном случае колебания источника звука очевидны.
Обратимся к следующему рисунку. На нем представлено изображение звучащей струны, концы которой закреплены. Размытие очертаний этой струны и кажущееся утолщение в середине свидетельствуют о том, что струна колеблется.
1. Изогнутый металлический стержень на ножке; 2. Резонаторный ящик
Рассмотрим следующий прибор — камертон. Он представляет собой изогнутый металлический стержень на ножке, укрепленный на резонаторном ящике. Если по камертону ударить мягким молоточком, то камертон зазвучит. Если к звучащему камертону поднести стеклянную бусинку, подвешенную на нитке, то она начнет отскакивать от камертона, свидетельствуя о колебаниях его ветвей.
Различные опыты свидетельствуют о том, что любой источник звука обязательно колеблется (хотя чаще всего эти колебания незаметны для глаза). Например, звуки голосов людей и многих животных возникают в результате колебаний их голосовых связок, звучание духовых музыкальных инструментов, звук сирены, свист ветра, шелест листьев, раскаты грома обусловлены колебаниями масс воздуха.
Но далеко не всякое колеблющееся тело является источником звука. Например, не издает звука колеблющийся грузик, подвешенный на нити или пружине.
Т.о., звуковые волны (звук) — это упругие продольные волны, которые, воздействуя на слуховой аппарат человека, вызывают определенные (слуховые) ощущения.
Исследования показали, что человеческое ухо способно воспринимать как звук механические колебания в пределах от 20 Гц до 20 000Гц (передающиеся обычно через воздух). Поэтому колебания этого диапазона частот называются звуковыми или акустическими.
Механические колебания, частота которых превышает 20 000 Гц, называются ультразвуковыми, а колебания с частотами менее 20 Гц — инфразвуковыми.
Следует отметить, что указанные границы звукового диапазона условны, так как зависят от возраста людей и индивидуальных особенностей их слухового аппарата. Обычно с возрастом верхняя частотная граница воспринимаемых звуков значительно понижается — некоторые пожилые люди могут слышать звуки с частотами, не превышающими 6000 Гц. Дети же, наоборот, могут воспринимать звуки, частота которых несколько больше 20 000 Гц.
Колебания, частоты которых больше 20 000 Гц или меньше 20 Гц, слышат некоторые животные.
В вакууме звуковые волны распространяться не могут. Для доказательства этого электрический звонок нужно поместить под колокол воздушного насоса. По мере того как давление воздуха под колоколом уменьшается, звук ослабевает, пока не прекращается совсем, хотя колебания звонка происходят.
Плохо проводят звук такие материалы, как войлок, пористые панели, прессованная пробка и т.д. Эти материалы используют для звукоизоляции, т.е. для защиты помещений от проникновения в них посторонних звуков.
Звуковые волны распространяются с конечной скоростью, которая зависит от особенностей среды: плотности, упругости, температуры.
Звуковые волны, как и другие волны, характеризуются такими объективными величинами, как частота, амплитуда, фаза колебаний, скорость распространения, длина волны и др. Но, кроме этого, они описываются тремя субъективными характеристиками. Это — громкость звука, высота тона и тембр.
Чувствительность человеческого уха различна для разных частот. Для того, чтобы вызвать звуковое ощущение, волна должна обладать некоторой минимальной интенсивностью, но если эта интенсивность превышает определенный предел, то звук не слышен и вызывает только болевые ощущения. Таким образом, для каждой частоты колебаний существует наименьшая — порог слышимости, и наибольшая — порог болевого ощущения, интенсивность звука, которая способна вызвать звуковое ощущение. Область между болевым порогом и порогом слышимости называется областью слышимости.
Если интенсивность звука — это величина, объективно характеризующая волновой процесс, то субъективной характеристикой звука является громкость. Громкость зависит от интенсивности звука, т.е. определяется квадратом амплитуды колебаний в звуковой волне и чувствительностью уха. Т.о. чем больше амплитуда колебаний, тем громче звук.
Вторая субъективная характеристика — это высота тона. Высота тона — это качество звука, определяемое человеком субъективно на слух и зависящее от частоты звука. Чем больше частота, тем выше тон звука.
Если звуковые колебания происходят по гармоническому закону, то они воспринимаются человеком как определенный музыкальный тон. Различают высокий тон — это колебания высокой частоты. И низкий тон — это звуки низкой частоты.
Музыкальные звуки с одним и тем же основным тоном различаются тембром, т.е. характером нарастания амплитуд в начале звучания и их спадом в конце.
Кроме того, восприятие звука органами слуха зависит от того, какие частоты входят в состав звуковой волны. Если в звуковой волне присутствуют колебания всевозможных частот, то люди его воспринимают в виде шума.
Основные выводы:
– Звуковые волны— это упругие продольные волны, которые, воздействуя на слуховой аппарат человека, вызывают определенные (слуховые) ощущения.
– Звуковые волны распространяются с конечной скоростью, которая зависит от особенностей среды: плотности, упругости, температуры.
– Звуковые волны, как и другие волны, характеризуются такими объективными величинами, как частота, амплитуда, фаза колебаний, скорость распространения, длина волны и др. Но, кроме этого, они описываются тремя субъективными характеристиками. Это — громкость звука, высота тона и тембр.
– Громкость зависит от интенсивности звука, т.е. определяется квадратом амплитуды колебаний в звуковой волне и чувствительностью уха. Т.е. чем больше амплитуда колебаний, тем громче звук.
– Высота тона — это качество звука, определяемое человеком субъективно на слух и зависящее от частоты звука. Чем больше частота, тем выше тон звука.
– Музыкальные звуки с одним и тем же основным тоном различаются тембром, т.е. характером нарастания амплитуд в начале звучания и их спадом в конце.
Громкость звука. Высота и тембр звука
Громкость звука является одним из основных параметров звука, который определяет силу звукового сигнала, который достигает нашего уха. Этот параметр измеряется в децибелах (дБ) и зависит от амплитуды звуковой волны. Чем больше амплитуда, тем громче звук.
Высота звука – это параметр, который определяет частоту звуковой волны. Эта величина измеряется в герцах (Гц) и определяет, насколько низкий или высокий звук мы слышим. Чем выше частота, тем выше высота звука.
Тембр звука – это параметр, который определяет спектр частот звука. Он определяет, какие гармоники присутствуют в звуке и как они соотносятся друг с другом. Тембр является основным параметром, который позволяет различать разные инструменты или голоса.
Чтобы понять, как изменяются эти параметры, можно рассмотреть пример с гитарой. Когда струна гитары колеблется, она создает звуковую волну, которая распространяется через воздух. Высота звука будет зависеть от частоты колебаний струны, а громкость – от амплитуды колебаний.
Однако, чтобы определить тембр звука, нужно учитывать не только основную частоту колебаний струны, но и ее обертоны – гармоники, которые создаются в результате колебаний струны на различных длинах. Именно благодаря этим обертонам мы можем различать звуки разных инструментов.
Кроме того, изменение параметров звука может происходить при его отражении, преломлении или поглощении. Например, при отражении звука от жесткой поверхности, он может усилиться или ослабнуть. При преломлении звук может изменить свое направление или скорость распространения.
Знание физики звука имеет большое значение в различных областях науки и техники. Например, в акустике используются различные методы для улучшения качества звука в аудиосистемах и для создания новых акустических инструментов. В медицине звук используется для диагностики и лечения различных заболеваний.
Таким образом, понимание физики звука является важным фактором для создания новых технологий и улучшения качества жизни людей. Она помогает лучше понимать мир вокруг нас и расширять наши знания о природе звука.