Учитель физики: Красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый: Гамма звуков и спектр цветов:Семь тонов в гамме и семь цветов в спектре! Почему семь? Почему одно и то же число?
Гамма старше спектра. Ещё Пифагору (582-500 гг до нашей эры) легенда приписывает открытие числовых отношений, соответствующих разным музыкальным звукам. Проходя мимо кузницы, где несколько рабочих ковали железо, Пифагор заметил, что звуки находятся в отношении квинты, кварты и октавы. Войдя в кузницу, он убедился, что молот, дававший квинту, имел массу, равную2\3, а кварту - 3\4 массы тяжелого молота. По возвращении домой Пифагор повесил струны с грузами, массы которых пропорциональны числам 1\2; 2\3; 3\4, на концах и нашёл, будто бы, что струны при ударе давали те же музыкальные интервалы. Конечно, физически легенда не выдерживает никакой критики - законы колебаний струны не подтверждают легенду. Но, во всяком случае, легенда говорит о давности учения о гармонии. Заслуги пифагорейцев в области музыки несомненны. Им был известен прибор "монохорд" - ящик из кедровых досок с одной натянутой струной на крышке. Если ударить по струне, она издает один определенный тон. Если разделить струну на 2 участка, подперев её трехгранной колкой посередине, то она будет издавать более высокий тон. Отношение двух тонов в музыке - интервал. При отношении длин струн, равном 0,5\1, интервал называется октавой. Известные Пифагору интервалы квинта и кварта получаются, если колку монохорда сдвинуть так, чтобы она составляла соответственно 2\3 или 3\4 струны.
Для исследования влияния длины натяжения струны на частоту колебаний в настоящее время физики используют прибор - сонометр.
Что касается числа семь, то оно связано с каким-либо более древним таинственным представлением людей полурелигиозного, полумистического характера. Наиболее вероятно, что это связано с астрономическим делением лунного месяца на 4 семидневные недели. Это число фигурирует в течение тысячелетий в различных преданиях.
Семь тонов насчитывает современная европейская гамма, но не у всех народов была гамма из семи тонов. Так, например, в древнем Китае применялась гамма из пяти нот.
(Демонстрация клавиатуры рояля, синтезатора или слайда с рисунком клавиатуры)
На рисунке изображена часть клавиатуры рояля. Каждый тон обозначен соответствующей буквой, и каждому отвечает определенная частота колебаний. Если известен какой-то тон этого ряда, то все остальные могут быть получены из него.
В целях единства настройки высота этого контрольного тона должна быть строго декларирована международным соглашением. В качестве такого основного тона с 1938 года принят тон, соответствующий частоте 440 Гц. Отправным тоном является тон, соответствующий ноте "ля".
Давайте все-таки сначала вспомним, что же такое звук, какие источники создают звуки и чем характеризуются различные звуки?
(Включается магнитная запись со звуками птиц, леса, шума прибоя и т.д.)
Ученик. Звуки, воспринимаемые человеческим ухом, являются одним из важнейших источников информации об окружающем мире. Шум моря и ветра, пение птиц, голоса людей и крики животных, раскаты грома, звуки движущихся машин, воспринимаемые человеческим ухом, позволяют легче адаптироваться в изменяющихся внешних условиях.
Звуковые волны - упругие волны в среде, вызывающие у человека слуховые ощущения.
(Демонстрация слайда с изображением строения уха)
Учитель биологии. Звуковые волны от источника улавливаются ушными раковинами и направляются ими в наружный слуховой проход, конец которого закрыт упругой барабанной перепонкой. Достигнув барабанной перепонки, звуковые волны вызывают её колебания, передающиеся трем слуховым косточкам среднего уха - молоточку, наковальне и стремечку. Слуховые косточки колеблются, и стремечко толкает и тянет мембрану овального окна (отверстия в преддверии внутреннего уха). Колебания мембраны овального окна передаются жидкости в улитке, входящей в состав внутреннего уха. В улитке размещаются рецепторы звука. Возбужденные этими колебаниями, они посылают по слуховому нерву нервные импульсы в головной мозг, который анализирует их. В результате человек слышит звуки.
Обычно звук попадает в одно ухо на долю секунды раньше, чем в другое. По этой ничтожной разнице во времени мозг судит о том, откуда исходит звук.
Учитель физики: Человек воспринимает звуки в широком диапазоне - от низкого тона (гудение) до высокого (писк). Высота звука определяется частотой, которую измеряют в Герцах, т.е. числом колебаний за 1 секунду. Чем больше частота, тем выше звук.
(Слушаем зависимость высоты тона от частоты колебаний из части "Лаборатория" диска "Интерактивный курс физики для 7-11 классов" ООО "Физикон", 2004)
Молодые люди обычно воспринимают звуки частотой от 20 до 20 000 Гц. С возрастом слух ухудшается, и пожилые люди высоких звуков не слышат - диапазон воспринимаемых ими звуковых частот не превышает 12 000 Гц. Восприятие звуков различных живых существ отличается. Так, например, сверчки слышат звуки с частотой 100 000Гц; некоторые лягушки различают звуки с частотой до 50 000 Гц.
Дельфины и киты пользуются звуками высокой частоты, чтобы общаться и находить корм. Эти звуки в воде распространяются гораздо дальше, чем в воздухе.
Колебания свыше 20 000 Гц называются ультразвуком. Ультразвук проходит сквозь твердые и жидкие тела с меньшими потерями энергии, чем слышимый звук. Ультразвук используется для локации, а так же в медицине для исследования внутренних органов человека.
(Демонстрация снимка УЗИ плода в утробе матери)
Звуковые волны переносят энергию, которая, как и другие виды энергии, может использоваться человеком. Но главное - это огромный диапазон выразительных средств, которыми обладают речь и музыка. Звуки наши - неизменные спутники. Они по разному влияют на человека: радуют или раздражают, умиротворяют или придают силы, пугают своей неожиданностью или ласкают слух.
(Музыкальная пауза - концертный номер)
Учитель физики: Какие же характеристики имеет звук?
Объективной характеристикой является интенсивность. Интенсивность - это энергия, которую переносит звуковая волна за единицу времени через площадь поверхности, перпендикулярной направлению распространения волны. Выражается она в системе СИ в единицах Вт/кв.м.
Громкость звука зависит от амплитуды и частоты колебаний в звуковой волне. Наиболее чувствительны наши органы слуха к частотам в диапазоне от 700 до 6000 Гц. В этом диапазоне ухо способно воспринимать звуки интенсивностью около 10 - 10 Вт/кв.м. Порогом слышимости называется наименьшая интенсивность звуковой волны, которая может быть воспринята органом слуха.
За единицу громкости звука принят бел (в честь изобретателя телефона Александра Грехема Бела). На практике громкость измеряют в децибелах.
10 дБ - шепот
20-30 дБ - норма шума в жилых помещениях
40 дБ - тихий разговор
50 дБ - разговор средней громкости
70 дБ - шум пишущей машинки
80 дБ - шум работающего двигателя
100 дБ - громкий автомобильный сигнал
120 дБ - шум работающего трактора
130 дБ - порог болевого ощущения
Звук громкостью выше 180 дБ может вызвать разрыв барабанной перепонки.
(Включается запись с шумом леса, птиц)
Учитель музыки. Летом лес на все голоса звучит. Вот высоким голосом какая-то птица проверещала. У другой голос ещё выше. А кто-то низким голосом ухнул.
Удивительно приятный беспорядок в этой лесной разноголосице. Ну, а в музыкальной разноголосице царит полный порядок. Музыкальные голоса четко различаются по высоте, и у каждого своё название.
У названий голосов своя история. Сначала было так. В далеком прошлом в церковном пении женщины участия не принимали. Мужские голоса, которые держали основную главную мелодию, стали зваться тенорами (в переводе с латинского - держать). Те, что пели выше, получили название альты. Альт - значит высокий. А те, что пели ниже - басы. Бас - значит низкий.
Потом, когда в хоре стали петь женщины, название альт перешло к низким женским голосам. Понадобилось обозначать голос выше альта, то есть выше высокого. Сопрано - значит над, сверху. Детские высокие голоса в хоре называются дисканты. Это очень старое наименование. Оно появилось на самой заре многоголосия, когда хор разделился на голоса. Дискант - означает раздвоенное, расчлененное пение.
Сольное, иначе говоря, одиночное пение более детально различается по высоте голосов.
Здесь такие основные названия: высокий женский голос - сопрано, ниже - меццо сопрано, ещё ниже - альт, высокий мужской голос - тенор, ниже - баритон, ещё ниже - бас.
(Музыкальная пауза - песня в исполнении ученицы и учителя музыки, после которой зрители определяют названия голосов исполнителей)
Учитель физики. Мы знаем, что амплитуда установившихся вынужденных механических колебаний достигает наибольшего значения в том случае, если частота вынуждающей силы совпадает с собственной частотой колебательной системы. Это явление называется резонансом. Резонанс может быть вызван и действием звуковых волн. Тело, отзывающееся (резонирующее) на звук называется резонатором. Всякое тело, способное звучать, может быть резонатором.
(Демонстрация опыта со стеклянным бокалом: если намочить палец и быстро делать круговые движения по краю бокала, то он начинает звучать.)
В музыкальных инструментах роль резонаторов выполняют части их корпусов.
(Демонстрация учителем музыки некоторых струнных музыкальных инструментов.)
Учитель физики. Сегодня у нас в гостях учащиеся нашей школы, занимающиеся в музыкальной школе, в классе духовых инструментов. Давайте их послушаем.
1 ученик. Главной деталью духовых инструментов является длинная полая труба, в которой находится воздух. Музыкант дует в нее с одного конца, возбуждая колебания воздуха, а звук рождается с другого конца.
2 ученик. Медные инструменты, например труба или тромбон, начинают звучать, когда губы исполнителя вибрируют внутри мундштука. В мундштуках кларнета и гобоя, саксофона и фагота имеются тонкие пластинки - трости, которые вибрируют, когда музыкант дует. Остальные духовые инструменты, такие как флейты и свирели, издают звук, когда музыкант создает поток воздуха у края входного отверстия.
3 ученик. В мундштуке рождаются колебания в определенном диапазоне частот. Одна из них резонирует со столбом воздуха в канале духового инструмента и зависит от длины столба. Музыкант извлекает нужную ноту, меняя длину воздушного столба.
4 ученик. У тромбона, например, есть выдвижная часть, с помощью которой меняют длину канала, у трубы система клапанов, которые направляют воздушный поток по петлям разной длины. У многих духовых инструментов вдоль канала проделаны отверстия, которые перекрывают пальцами или специальными подушечками. Если одно или несколько отверстий открыть, то длина столба сокращается, резонансная частота повышается.
1 ученик. При игре на духовом инструменте молекулы воздуха в нем совершают колебательные движения с разной амплитудой в разных местах воздушного столба. В середине столба есть точка, в которой воздух неподвижен, - он называется узлом. Сильнее всего воздух колеблется по краям столба. Эти участки называются пучностями.
Увеличивая или ослабляя напряжение губ можно увеличивать или уменьшать число узлов, а значит получать высокие или низкие тона.
2 ученик. А сейчас мы дадим вам возможность послушать звучание духовых инструментов.
(Музыкальная пауза)
Учитель физики. Итак, дорогие ребята, я думаю, что мы вам смогли показать значение звука в нашей жизни и многообразие мира звуков. Но хочется ко всему добавить, что среди всего многообразия звуков все-таки самым ласкающим, приятным является голос мамы, голоса, звучащие на своем родном языке.
(Звучит песня о родном языке)
Учитель физики. Наша встреча подошла к концу. Спасибо всем за внимание и участие на нашем вечере. Изучайте физику. Физика - это интересно!
Используемая литература:
- И.Я.Ланина "Внеклассные мероприятия"; Москва "Просвещение 1977 г.
- А.В.Перышкин, Е.М.Гутник Учебник "Физика 9 класс"; Москва "Дрофа" 2001 г.
- Большая энциклопедия Эрудита; Москва "Махаон".