Цель урока.
- Звуковые волны – механические волны определенных частот.
- Диапазон звуковых волн.
- Применение звуковых волн разных частот.
Демонстрации. Колебания груза на пружине, натянутой струны, камертона в воздухе и в воде, стальной линейки.
Со всех сторон нас окружают разнообразные предметы, и мы не можем никуда двинуться, чтобы не затронуть и не поколебать какой – нибудь из них.
Звери, пробираясь по лесу задевают и раскачивают листья, ветки деревьев или траву. Кроме видимых предметов, нас окружает со всех сторон целое море воздуха, в котором мы живем. Мы движемся, заставляя колебаться какое – либо тело, а вместе с ним и воздух приходит в движение и передает самые разнообразные, идущие в разных направлениях колебания.
При всяком нашем движении возникают колебания, которые происходят в твердых, жидких или газообразных, а то и во всех одновременно телах. Мы живем в мире звуков и научились их различать: шелест листьев, голос мамы, гром, пение птиц благодаря замечательному устройству наших ушей. Умению разговаривать с нашими друзьями мы обязаны виртуозному использованию голосовых связок.
Так что же такое звуковая волна?
Ответ. Процесс распространения возмущения в упругой среде.
В случае звуковой или акустической волны средой является твердое тело, жидкость или газ. Возмушение в звуковой волне – локальное изменение давлеия, связанное со средним локальным смещением атомов или молекул. В абсолютно твердом теле звуковые волны невозможны.
Локальное – отнесенное к определенному месту.
За счет какой деформации возникают продольные волны?
Ответ. За счет деформации сжатия и растяжения. Наблюдали на пружине.
В чем разница между колебанием и волной?
Ответ. Колебание – отклонение колеблющегося тела от положения равновесия, механические волны возникают и перемещаются только в упругих средах, в которых соударения частиц напоминает упругое соударение шаров, поэтому частицы передают избыток энергии соседним частицам. Переносится энергия, а не вещество.
Существуют естественные и искусственные источники звука.
Приведите примеры естественных источников звука и искусственных.
Раскаты грома, шелест травы.
Музыкальные инструменты, камертон, шумы при работе различных машин и механизмов.
2. Выясним, любое ли колеблющееся тело создает звуковые волны в упругой среде, например, в воздухе. Всякие ли волны слышны?
Наблюдаем, колебания груза на пружине, линейки, зажатой в тиски (длину линейки изменяем).
Груз на пружине, длинная линейка не издает звук, короткая – издает. Почему?
Определим частоту колебаний груза на пружине. Для этого секундомером измерим время 20 колебаний, а затем определим число колебаний в секунду. Получаем частоту меньше 10 Гц. Затем определяем частоту колебаний короткой и длинной линейки. Делаем вывод относительно колебаний линейки. Чем больше длина, тем меньше частота колебаний. Для короткой - больше 16Гц, а для длинной - 1-2 Гц.
Следовательно, наше ухо не слышит низкие частоты. Предел 16 Гц.
1. Об инфразвуковых колебаниях рассказывает ученик. «Голос моря» миф о « Летучем голландце»: море может порождать инфразвуковые колебания, в том числе и опасные для жизни, - на частоте 7 Гц. Их назвали «голосом моря». Инфразвук стоячей волны с частотой 7 Гц способен рождаться на глубинах 50 м, 240 м, 450 м и так далее. Чтобы море заговорило на этих глубинах нужен определенный рельеф дна, сильные течения, растительность и т. д. Разговаривать на опасных частотах может не только море.
Любые два параллельно расположенные здания с расстоянием между ними много меньшим их размеров являются акустическим резонатором, с набором собственных частот колебаний воздуха. Люди в таких домах раздражительнее обычного.
2. Есть ли какие-либо особые органы у жужжащих насекомых? Жужжание обусловлено тем, что, летая, они несколько сот раз в секунду взмахивают крылышками. Крылышко насекомого - это колеблющаяся пластинка, которая производит звук, т. к. частота колебаний выше 16 Гц. Муха – 352,пчела – 440, а с медом – 330, комар – около 600 взмахов в секунду.
Послушаем звучание камертона. Какое насекомое издает такой звук?
На самом ли деле камертон колеблется? Проверим, опустив камертон в воду. Вода разбрызгивается.
Можно использовать генератор звуковых колебаний послушать до 20 000Гц и выше.
Ультразвук не слышен, но воздействует на барабанные перепонки и может причинить острую боль, имея большую частоту, обладает высокой проникающей способностью. Это качество используется в медицине и для подводной разведки, для исследования структуры Земли.
Об использовании в подводной разведке рассказывает ученик.
Для определения глубины океана используется прибор эхолот – источник звуковых сигналов, которые направляются прямо вниз под днище судна, отражаются от дна и принимаются гидрофоном. Время пробега звука дает пройденный звуком путь, т. е. двойную глубину океана.
Мало того, исследуя отражение звука от морского дна, можно обнаружить и слоистую структуру этого дна. Именно звук отражается от границ между слоями, образующими дно, и с помощью гидроакустики можно открыть, например, залежи нефти, или границу между земной корой.
Стаи рыб также рассеивают звук (рассеивает воздух в плавательном пузыре). Поэтому с помощью гидролокатора можно обнаруживать местонахождение стайных рыб, сельди, трески, китов.
Ответим на вопросы:
- Почему колеблющаяся струна издает звук?
- Почему камертон звучит громче, если закреплен на ящике? Объяснить, как колебания от камертона передаются столбу воздуха в ящике.
Добавить! В струне и в воздушном столбе ящика возникают волны, которые называются стоячие. С их помощью можно определить длину волны.
Длина струны =1/2 λ (половина длины волны)
Длина ящика = 1/4 λ (четверть длины волны)
Решить задачи стр. 80-81 (дидактический материал).
Вариант I (7) 1. Колебания от звучащего камертона передаются деревянному ящику, а от него воздушному столбу, который усиливает колебания.
2. h = v · t/2 h = 1500· 0,4с /2 =300м
Вариант II (4) 1. Рукой мы увеличиваем поверхность воздуха принимающего звуковую волну, увеличивается действие на ухо.
2. h = v · t/2 h = 1450м/с · 4с/2 =2900 м
Домашняя работа § 34,41.
Литература
- Уильям Брэгг Мир света – Мир звука, перевод с английского под редакцией академика И.В. Обреимова – «Наука», 1967г.
- Ковтун В.П.Занимательный мир физики – Санкт – П. «Дельта»,1997г.
- А.Е.Марон, Е.А. Марон Физика, Дидактические материалы – М.: Дрофа 2008г.
- Я.И. Перельман Занимательная физика – Москва, 1924г.
- А.В. Перышкин, Е.М.Гутник ФИЗИКА – М.:Дрофа, 2005г.