Конспект по теме «Распространение волн в упругих средах. Звуковые волны»
Звуки занимают в жизни человека важную роль. С помощью звуков мы получаем информацию об окружающем мире, что позволяет нам уверенно ориентироваться в пространстве; а самое главное - благодаря звуку, мы общаемся с вами.
Мы живем в звучащем мире.
Звуки всюду нам слышны.
Часто слышим мы в эфире
Сотни звуков тишины.
Вся природа – мир звучащий:
Шелест листьев на ветру,
Дятла стук в глубокой чаще,
Дождь, шумящий поутру.
Есть особенные звуки –
Это музыки полет.
В час веселья и разлуки
Нас прекрасный мир влечет.
Звуки леса, поля, моря...
Каждый день и каждый час.
Звуки радости и боли
В сердце каждого из нас. (ЛавроваТатьяна)
Изучениеновогоучебногоматериала.
Мы живем в мире звуков. Нас окружает ежедневный рабочий шум, шелест листвы, голоса людей, звуки дороги. Одни звуки успокаивают, другие поднимают настроение, третьи вызывают грусть, четвертые зовут к действию, движению. Человек, который не слышит от рождения, не может овладеть речью, мир для него лишен многообразия.
Раздел физики, занимающийся изучением звуковых явлений, называется акустикой.
О том, как рождаются звуки и что они собой представляют, люди начали догадываться очень давно. Заметили, к примеру, что звук создают вибрирующие в воздухе тела. Еще древнегреческий ученый Аристотель, исходя из наблюдений, верно объяснил природу звука, полагая, что звучащее тело создает попеременное сжатие и разрежение воздуха. Так, колеблющаяся струна то уплотняет, то разряжает воздух, благодаря упругости которого эти чередующиеся воздействия передаются в пространство от слоя к слою, вызывают упругие звуковые волны.
Проблемы акустики интересовали Леонардо да Винчи, Г.Галилея, И.Ньютона, Д.Бернулли, Г.Ома, П.Н.Лебедева и других крупнейших ученых. В этой области наук было сделано столько
много, что к концу XIX века многие ученые считали дальнейшее развитие акустических исследований бесперспективными. Однако не прошло и нескольких десятилетий, как эта наука вновь заняла умы многих ученых. И сейчас в мире существуют множество направлений современной акустики (геометрическая акустика, архитектурная, строительная, психоакустика, биоакустика, гидроакустика, медицинская и др.)
Проблема: Как возникает звук?
Опыт с линейкой, струной.
Вывод: Колеблющееся тело создает звук. Кроме того, тела, движущиеся в газах и жидкостях с большой скоростью, тоже являются источниками звуковых волн (свистят в полете пуля и стрела, завывает ветер…)
Опыт с камертоном. Камертон состоит из двух металлических ветвей с держателем посередине. При ударе резиновым молоточком по камертону мы слышим звук, но колебания ветвей мы не видим.
Вопрос: Как можно обнаружить колебание ветвей? (к звучащему камертону поднести бусинку на нити или прикоснуться рукой).
Вопрос: Зачем устанавливают камертон на деревянном ящике, открытом на одной стороне? (ящик является усилителем колебаний или резонатором, поэтому звук усиливается)
Звуковые волны - упругие волны, способные вызывать у человека слуховые ощущения.
Демонстрация звукового резонанса с двумя камертонами.
Источники звука бывают естественные (голос, шелест листьев, шум прибоя) и искусственные (камертон, струна, сирена).
Физкультминутка: Закройте глаза, снимите напряжение; откройте глаза. Вытяните руки перед собой и начните колебательное движение рук. Прислушайтесь!
Проблема: Колебания есть, а звука нет. Почему? (этот звук мы не слышим).
Человеческое ухо способно воспринимать упругие волны с частотой от 17 Гц до 20000Гц. Колебания этих частот называются звуковыми. Поэтому колебания руками 17 и более раз в секунду никто не может сделать. Для разных людей порог слышимости неодинаков, с возрастом он изменяется.
Инфразвук - это акустическая волна с частотой меньше чем 17 Гц.
Ультразвук - это акустическая волна с частотой больше чем 20000 Гц.
Слышит ли человек инфра и ультразвуки? А другие живые существа?
Что же ещё нужно для распространения звука, кроме колеблющегося тела? Для возникновения звуковой волны необходима упругая среда.
Среда называется упругой, если между ее частицами существуют силы упругости, препятствующие какой-либо деформации этой среды.
Назовите эти среды (твёрдые, жидкие, газообразные). Чем отличаются эти среды? (расстоянием между молекулами). А какая среда не является упругой? (вакуум)
Вопрос: в какой среде звук будет распространяться быстрее? Почему?
Скорость звука в воздухе ≈ 340м/с, в жидкости ≈ 1440м/с, в твёрдых телах ≈ 5000м/с.
Мысль измерить скорость звука впервые пришла английскому философу Фрэнсису Бэкону. По его совету этим занялся французский ученый Марен Марсенн. В 1630 г. он провел наблюдение над выстрелом из мушкета. Расстояние между наблюдателем и мушкетом было поделено на время, прошедшее между вспышкой от выстрела и долетевшим до наблюдателя звуком. Марсенн нашел, что скорость звука равна 230 туазам в секунду, что соответствует 448 м/с.
Жан-Даниэль Колладон и его друг, швейцарский физик Шарль-Франсуа Штурм, в 1826 году на Женевском озере провели опыт по измерению скорости распространения звука в воде. Два физика сели в лодки и разъехались километра на три один от другого. С борта одной лодки свешивался под воду колокол, в который можно было ударить молотком с длинной ручкой. Ручка эта была соединена с приспособлением для зажигания пороха в маленькой мортире, укрепленной на носу лодки: одновременно с ударом в колокол вспыхивал порох, и яркая вспышка видна была далеко кругом. По запозданию звука в сравнении с вспышкой определялось, сколько секунд бежал звук по воде от одной лодки до другой. Такими опытами найдено было, что звук в воде пробегает 1440 м в секунду. Демонстрация опыта усиления звука при опускании колеблющихся ветвей камертона в стакан с водой.
Свойства звуковых волн.
Демонстрация. Положив звенящий телефон в коробку, мы слышим звук. Стоит только поверх телефона положить шерстяной шарф, как звук становится неслышным. Почему так происходит?
Мягкие, пористые тела – плохие проводники звука. Звуковые волны в них затухают, поглощаются. Это свойство звуковых волн называется поглощение.
Вторым свойством звуковой волны является отражение. Приведите пример.
Эхо – это звуковая волна, отраженная какой-либо преградой и возвратившаяся в то же место, откуда она начала распространяться. Не каждый отраженный звук воспринимается как эхо. Эхо возникает только в том случае, когда отраженный звук воспринимается раздельно от первоначально произведенного звука. Два звука воспринимаются раздельно только в том случае, если промежуток между ними составляет не менее 0,1 с. В замкнутом пространстве возникает явление реверберации звука.