Презентация на тему "Звук" 10 класс

Содержание

• 
  Слайд 1

  Звук

• 
  Слайд 2
  

  • Определение
  • Шкала звуковых частот
  • Виды звуков
  • Диапазон частот
  • Источники
  • Приемники
  • Скорость звука в разных средах
  • Сравнение звуковых и электромагнитных волн
  • Характеристики звука
  • Свойства звука
• 
  Слайд 3

  Звук - это воспринимаемые органами слуха колебания частиц среды

  • Колеблющаяся поверхность источника звука вызывает изменения давления (плотности) окружающего воздуха, распространяющиеся во все стороны в виде чередующихся областей повышенного и пониженного давления, называемых звуковыми волнами.
  • Достигнув уха, звуковые волны вызывают механические колебания барабанной перепонки, которые затем преобразуются в электрические сигналы нервной системы и передаются в головной мозг, интерпретирующий их как звуки.
• 
  Слайд 4

  Для возникновения звукового ощущения необходимы

  • Источник звука
  • Среда для распространения звука
  • Приёмник звука
• 
  Слайд 5

  Звуковая шкала

  • Инфразвук
  • Звук
  • Ультразвук
  • Гиперзвук
• 
  Слайд 6

  Виды звуковых волн

  • Продольная волна (в твердых, жидких и газообразных средах)
  • Поперечная волна (только в твердых средах)
• 
  Слайд 7

  Виды звуков

  • Чистый звук, тон (гармоническое колебание с одной частотой)
  • Сложный звук, звучание (колебание, разлагаемое на основной тон и обертоны)
  • Воющий тон – звук, частота которого периодически изменяется около среднего значения
  • Шум (набор частот, непрерывно заполняющих некоторый интервал )
• 
  Слайд 8

  Диапазон воспринимаемых частот (Гц )

• 
  Слайд 9

  Диапазоны частот слышимых звуков для людей разного возраста

• 
  Слайд 10

  Частота, соответствующая разным нотам первой октавы

• 
  Слайд 11

  Источники звука

  Источники звука – тела или системы тел, движения которых относительно окружающей среды периодически или импульсивно (резко) нарушают её равновесное состояние.

• 
  Слайд 12

  Классификации источников звука

  • По способу возбуждения звуковой волны:
  • Колебательные системы ( струны, пластины)
  • Автоколебательные системы (музыкальные инструменты, голосовой аппарат человека, электрический звонок, сигналы на транспорте)
  • Источники звукового вращения (винты самолета, корабля, вертолета)
  • Источники вихревого звука (свист растяжки, звук провода, обдуваемого ветром, свист хлыста)
  • Электроакустический.
• 
  Слайд 13
  

  • По происхождению (естественные и искусственные)
  • По закону колебаний (периодические, импульсивные, гармонические, негармонические)
• 
  Слайд 14

  Приемники звуковых волн

  • Искусственные: микрофон
  • Естественные: ухо.
• 
  Слайд 15

  Строение человеческого уха

• 
  Слайд 16

  Скорость звука в твёрдых телах

• 
  Слайд 17

  Скорость звука в жидкостях

• 
  Слайд 18

  Скорость звука в газах (при 0°С)

• 
  Слайд 19

  ​ Сравнение звуковых и электромагнитных волн​

• 
  Слайд 20

  Физические характеристики звука

  Объективные

  • Звуковое давление
  • Интенсивность ( сила звука)
  • Амплитуда
  • Частота
  • Длина волны
  • Период
  • Скорость

  Субъективные

  • Громкость
  • Высота
  • Тембр
  • Длительность
• 
  Слайд 21
  

  Звуковое давление – это давление, оказываемое звуковой волной на стоящее перед ней препятствие

  • Звуковое давление – это избыточное давление, связанное с волной, оно намного меньше статического давления газа.
  • В противном случае возникает другое явление — ударная волна.
• 
  Слайд 22

  Человеческое ухо

  • Человеческое ухо способно воспринимать волны, в которых звуковое давление изменяется в 10 млн. раз!
  • Порог слышимости соответствует значению p0 порядка 10–10pатм., то есть 10–5 Па. При таком слабом звуке молекулы воздуха колеблются в звуковой волне с амплитудой всего лишь 10–7 см!
  • «Если бы порог слышимости был порядка 10-6 Па, мы слышали бы броуновское движение. Природа защитила нас от непрерывных звуковых перегрузок, вызываемых «толкотней» молекул воздуха с пылинками. Вот когда бы мы всем миром боролись за чистоту воздуха».Т.В. Романова
  • Болевой порог соответствует значению p0 порядка 10–3pатм.или 100 Па.
• 
  Слайд 23

  Порог слышимости, болевой порог и частота звука

• 
  Слайд 24

  Интенсивность звука, воспринимаемая человеком

  • Минимальная 10-12 Вт/м2
  • Максимальная (вызывает болевые ощущения) ≈100 Вт/м2
  • Отличие на 14 порядков!
• 
  Слайд 25

  Интенсивность и уровень интенсивности звука

  • какая энергия, переносится звуковой волной через единицу площади поверхности за единицу времени
  • если интенсивность I изменяется на порядок (в 10 раз), то уровень интенсивности при этом изменяется на единицу.
  • На практике неудобно пользоваться, так как большой разброс значений (1014)
  • На практике удобно, так как шкала значений сужается
• 
  Слайд 26

  Сравнение шкал

• 
  Слайд 27

  Уровни интенсивности звука

  • 10 дБ шелест листвы на дереве;
  • 20 дБ шорох падающей листвы;
  • 30 дБ предельно допустимый уровень шума в квартире ночью ( холодильник );
  • 50 дБ негромкий разговор;
  • 70 дБ пишущая машинка на расстоянии 1м;
  • 80 дБ шум работающего двигателя;
  • 90 дБ тяжёлый грузовик на расстоянии 5м;
  • 100 дБ отбойный молоток;
  • 110 дБ дискотека;
  • 120 дБ работающий трактор на расстоянии 1 м
  • 140 дБ болевой порог.
• 
  Слайд 28

  Частота звука

  • Частота – это физическая величина численно равная отношению числа полных колебаний ко времени, за которое эти колебания были совершены
  • Частота показывает сколько колебаний совершается за единицу времени
• 
  Слайд 29

  Период звуковых колебаний

  • Период колебаний – это физическая величина численно равная отношению времени полных колебаний к их числу.
  • Период показывает за какое время совершается одно колебание.
• 
  Слайд 30

  Скорость звука – скорость распространения звуковых волн в среде.

  • υ –скорость звука
  • λ – длина волны
  • v – частота звука
  • Т – период звуковых колебаний
• 
  Слайд 31

  Длина волны

  Длина волны – это расстояние между точками волны, колеблющимися одинаково (с разностью фаз в 2π).

• 
  Слайд 32

  Диапазон длин звуковых волнв различных средах

• 
  Слайд 33

  Громкость

  • Громкость – это субъективное ощущение силы звука, возникающее у слушателя под воздействием звуковых колебаний.
  • Громкость в основном зависит от амплитуды колебательных движений источника звука: чем больше амплитуда, тем громче звук, и наоборот.
• 
  Слайд 34

  Громкость звука

  • Громкость – это именно субъективная характеристика, так как она зависит не только от звукового давления (амплитуды колебаний), но и от
    • частотного состава звука
    • формы звуковых колебаний
    • условий, в которых находится слушатель
    • времени, в течение которого он слушает звук.
• 
  Слайд 35

  Громкость звука и уровень громкости звука

• 
  Слайд 36

  Высота тона

  Высота в основном зависит от частоты колебаний: чем больше частота, тем выше звук.

• 
  Слайд 37

  Высота звука

  • Высота звука – это именно субъективная характеристика, так как она зависит не только от частоты основного тона, но и от
    • интенсивности звука
    • общей формы звуковой волны
    • ее сложности (форма периода)
  • Высота звука может определяться слуховой системой для сложных сигналов, но только в том случае, если основной тон сигнала является периодическим (в звуке хлопка или выстрела тон не является периодическим, и слух не способен оценить его высоту)
  • Высота звука измеряется в мелах.
  • Один мел равен ощущаемой высоте звука частотой 1000 Гц при уровне 40 дБ (иногда для оценки высоты тона используется другая единица, барк = 100 мел).
• 
  Слайд 38

  Тембр

  Тембр звука зависит от наличия в нем "частичных" тонов (обертонов, гармоник), а также от их соотношения по громкости и присутствию или отсутствию в спектре звучания основного тона. Самая низкочастотная синусоидальная составляющая сложного звука,(обычно наиболее громкая) называется основной составляющей (основным тоном).

• 
  Слайд 39

  Одна и та же высота, но различные тембры

  Относительные интенсивности гармоник в спектре звуковых волн, испускаемых камертоном (1), пианино (2) и низким женским голосом (альт) (3), звучащими на ноте «ля» контроктавы (v= 220 Гц). По оси ординат отложены относительные интенсивности.

• 
  Слайд 40
  
• 
  Слайд 41

  Тона и обертона

• 
  Слайд 42

  Тембр

  В самых общих чертах известно следующее:

  1. звук, лишенный обертонов, звучит неокрашено, глухо, пусто; это особенно заметно у звуков с небольшими частотами;
  2. звук, у которого сильно выражены несколько первых обертонов, характеризуется как сочный, полный;
  3. звук, у которого сильно выражены высокие обертоны, попадающие в область частот 3000-6000 Гц, характеризуется как пронзительный металлический, резкий, яркий; при недостатке этих составляющих он расценивается как тусклый.
• 
  Слайд 43

  Свойства звука

  • Отражение
  • Преломление
  • Поглощение
  • Дифракция
  • Интерференция
• 
  Слайд 44

  Взаимодействие звуковой волны с преградой

  • Отражение (размер преграды больше длины волны)
  • Огибание (дифракция) (размер преграды сравним или меньше длины волны)
  • Преломление
  • Поглощение
• 
  Слайд 45

  Опыт по отражению звука

  • Звук отражается от любой поверхности.
  • Вогнутая поверхность сосредотачивает звук.
  • Поставьте на стол глубокую тарелку на дно положите источник тихого звука (тикающие часы или таймер)
  • Другую тарелку держите около уха так, как показано на фотографии.
  • Если положение часов, уха и тарелок найдено верно, то вы услышите тиканье часов, словно оно исходит от той тарелки, которую вы держите около уха.
• 
  Слайд 46

  Отражение звука

  Если местность между источником звука и отражающим препятствием имеет углубление, то это способствует возникновению эха, если же наоборот - выпуклой, то эха не будет.

• 
  Слайд 47

  Пример отражения звуковых волн от твердых поверхностей - эхо.

  Наиболее отчетливое эхо возникает от резкого отрывистого звука, человеческий голос менее пригоден для этого, особенно мужской, высокие женские и детские голоса дают более отчетливое эхо.

  Известные эхо:

  • в замке Вудсток в Англии эхо отчетливо повторяет 17 слогов,
  • развалины замка Деренбург возле Гальберштадта давали 27-сложное эхо, до тех пор, пока одна из стен не была взорвана.

  Скалы, раскинутые кругом возле Адерсбаха в Чехословакии, повторяют в определенном месте троекратно 7 слогов, но в нескольких шагах от этой точки даже выстрел не производит никакого эха.

• 
  Слайд 48

  Реверберация

  • Реверберация – (от латинского reverberatus, «повторный удар») — это процесс продолжения звучания после окончания звукового импульса или колебания благодаря многократным отражениям звуковых волн от разных поверхностей
  • Наблюдается в закрытых помещениях, пещерах, узких ущельях, иногда на стадионах, городских площадях
  • Воспринимается слитно, если промежутки между отраженными сигналами менее 100 мс.
  • При увеличении интервала между приходящими звуками свыше 100 мс субъективное восприятие человека отмечает уже раздельное эхо.
  • Проявляется в более сочном гулком объемном звучании, обычно более приятном для восприятия, чем исходный «сухой» звук.
• 
  Слайд 49

  Дифракция звука

  Образование тени в случае световых волн — часто наблюдаемое и привычное явление. Иначе обстоит дело со звуковыми волнами. От них очень трудно заслониться. Мы слышим звук из-за угла дома или стоя за забором, за деревом и т. п. Почему эти препятствия не отбрасывают «звуковой тени»? Длина звуковой волны в воздухе при частоте 1000 Гц равна 33,7 см, а при частоте 100 Гц она составляет уже 3,37 м. Таким образом, размеры обычно окружающих нас предметов (за исключением больших домов) отнюдь не велики по сравнению с длиной звуковой волны.

• 
  Слайд 50

  Интерференция гармонических волн разных частот – биения

  • Даже если частота биений очень мала, человеческое ухо способно уловить периодическое нарастание и убывание громкости звука. Поэтому биения являются весьма чувствительным методом настройки в звуковом диапазоне.
  • Если настройка не точна, то разность частот можно определить на слух, подсчитав число биений за одну секунду.
  • В музыке на слух воспринимаются и биения высших гармонических составляющих, что применяется при настройке фортепиано.
  • Когда две частоты мало различаются, возникают так называемые биения.
  • Биения — это изменения амплитуды звука, происходящие с частотой, равной разности исходных частот.
• 
  Слайд 51

  Интерференция звуковых волн – наложение двух или большего числа волн

  • Стоячие волны – результат наложения двух волн одинаковой амплитуды, фазы и частоты, распространяющихся в противоположных направлениях.
  • Амплитуда в пучностях стоячей волны равна удвоенной амплитуде каждой из волн.
  • Поскольку интенсивность волны пропорциональна квадрату ее амплитуды, это означает, что интенсивность в пучностях в 4 раза больше интенсивности каждой из волн или же в 2 раза больше суммарной интенсивности двух волн.
  • Здесь нет нарушения закона сохранения энергии, поскольку в узлах интенсивность равна нулю.
• 
  Слайд 52

  Происхождение слов

  • Ультразвук ( от лат. ультра – сверх )
  • Инфразвук ( от лат. инфра – под )
  • Гиперзвук ( от греч. гипер – над )
  • Акустика (от греческого akustikos – слуховой, слышимый)
• 
  Слайд 53

  Источники инфразвука

  Естественные источники:

  • Землетрясения
  • Бури
  • Ураганы
  • Цунами

  Техногенные источники:

  • Станки
  • Вентиляторы
  • Котельные
  • Транспорт
  • Подводные и подземные взрывы
  • Ветряные электростанции
• 
  Слайд 54

  Частоты колебаний, опасные для живых организмов

• 
  Слайд 55

  Инфразвук

  Действия инфразвука

  • Головные боли
  • Осязаемое движение барабанных перепонок
  • Вибрации внутренних органов
  • Появление чувства страха
  • Нарушение функции вестибулярного аппарата

  Борьба с инфразвуком:

  • Повышение быстроходности машин
  • Повышение жесткости конструкций
  • Устранение низкочастотных вибраций
  • Установка глушителей
• 
  Слайд 56
  

  • Инфразвук (от лат. infra — ниже, под) — упругие волны, аналогичные звуковым, но с частотами ниже области слышимых человеком частот.
  • За верхнюю границу инфразвуковой области принимают минимально воспринимаемую человеческим ухом частоту ,16 Гц.
  • Нижняя граница инфразвукового диапазона условно определена в 0.001 Гц.
• 
  Слайд 57

  Ультразвук

  • Ультразвук — звуковые колебания с частотами от 20 кГц до 1 ГГц, обладающие значительно более короткими длинами волн, которые легче фокусировать и, соответственно, получать более узкое направление изучения, т. е. сосредотачивать всю энергию в нужном направлении и концентрироваться в небольшом объеме.
  • Ультразвук распространяется на значительные расстояния в твёрдых телах и жидкостях.
  • Переносит энергию значительно большую, чем звуковая волна.
• 
  Слайд 58

  Область ультразвуковых частот

  • Низкие (1,5·104 – 105 Гц);
  • Средние (105 – 107Гц);
  • Высокие (107 – 109 Гц).
• 
  Слайд 59

  Защита от ультразвука

  • Изготовление оборудования, излучающего ультразвук, в звукоизолирующем исполнении
  • Устройство экранов ( сталь, дюралюминий, оргстекло)
  • Размещение ультразвуковых установок в специальных помещениях
  • Применение индивидуальных защитных средств.
• 
  Слайд 60

  Гиперзвук

  • Гиперзвук — упругие волны с частотами 109 — 1013 Гц. По физической природе гиперзвук не отличается от ультразвука (частота >> 2·104 — 109 Гц).
  • Гиперзвук характеризуется частотами, соответствующими частотам электромагнитных колебаний дециметрового, сантиметрового и миллиметрового диапазонов ( это сверхвысокие частоты СВЧ ) .
  • Частота гиперзвуковой волны : 109 – 1013 Гц.
  • Тепловые колебания атомов вещества — естественный гиперзвук, искусственно гиперзвук генерируют с помощью специальных излучателей.
  • В кристаллах гиперзвук распространяется до частот 1012 — 1013 Гц. В воздухе при нормальных условиях гиперзвук не распространяется вследствие сильного поглощения.
• 
  Слайд 61

  Летучая мышь

  • Летучие мыши, использующие при ночном ориентировании эхолокацию, испускают при этом ртом или имеющим форму параболического зеркала носовым отверстием сигналы чрезвычайно высокой интенсивности.
  • На расстоянии 1 — 5 см от головы животного давление ультразвука достигает 60 мбар, то есть соответствует в слышимой нами частотной области давлению звука, создаваемого отбойным молотком.
  • Эхо своих сигналов летучие мыши способны воспринимать при давлении всего 0,001 мбар, то есть в 10000 раз меньше, чем у испускаемых сигналов.
  • При этом летучие мыши могут обходить при полете препятствия даже в том случае, когда на эхолокационные сигналы накладываются ультразвуковые помехи с давлением 20 мбар. Механизм этой высокой помехоустойчивости еще неизвестен
• 
  Слайд 62
  

  • При локации летучими мышами предметов, решающую роль играют сдвиг во времени и разница в интенсивности между испускаемым и отраженным сигналами.
  • Мыши могут ориентироваться и с помощью только одного уха (моноурально), что существенно облегчается крупными непрерывно движущимися ушными раковинами.
  • Они способны компенсировать даже частотный сдвиг между испускаемыми и отражёнными сигналами, обусловленный эффектом Доплера (при приближении к предмету эхо является более высокочастотным, чем посылаемый сигнал).
  • Понижая во время полёта эхолокационную частоту таким образом, чтобы частота отражённого ультразвука оставалась в области максимальной чувствительности их «слуховых» центров, они могут определить скорость собственного перемещения.
• 
  Слайд 63
  

  Если летучая мышь издаёт сигналы, то начинает каждый сигнал с частотой 90 кГц, и заканчивает с частотой 45 кГц (сигнал длится около 2 мс, изменение частоты – очень быстрое).

• 
  Слайд 64
  

  • Дельфины могут воспринимать как звук, так и инфразвук такой частоты, которые сами не в состоянии воспроизвести.
  • Наиболее распространённый звук – от 7 до 18 кГц;
  • «Лай» – от 100 до 10 кГц.
• 
  Слайд 65

  Ночная бабочка

  У ночных бабочек из семейства медведиц развился генератор ультразвуковых помех, «сбивающий со следа» летучих мышей, преследующих этих насекомых.

• 
  Слайд 66

  Шум

  Ущерб здоровью:

  • Глухота
  • Психические расстройства
  • Повышение артериального давления
  • Уменьшение способности сосредотачиваться
  • Раздражение
  • Усталость или истощение
  • Боли в желудке
  • Бессонница
  • Головокружение

  Методы борьбы:

  • Уменьшение шума в источнике его возникновения (точность изготовления узлов, замена стальных шестерен пластмассовыми и т.д.).
  • Звукопоглощение (применение материалов из минерального войлока, стекловаты, поролона и т.д.).
  • Звукоизоляция. Звукоизолирующие конструкции изготавливаются из плотного материала (металл, дерево, пластмасса).
  • Установка глушителей шума.
  • Рациональное размещение цехов и оборудования, имеющих интенсивные источники шума.
  • Зеленые насаждения (уменьшают шум на 10 – 15 дБ).
  • Индивидуальные средства защиты (вкладыши, наушники, шлемы).
• 
  Слайд 67

  Использованная литература

  • А. П. Рыженков. Физика, человек, окружающая среда. 9 класс. Москва, «Просвещение», 2001.
  • Т. И.Трофимова. Физика в таблицах и формулах. Москва, «Дрофа», 2004.
  • Физика. Справочник школьника и студента.Под редакцией Р. Гёбеля. Москва, «Дрофа», 2000.
  • Физическая энциклопедия Москва, «Большая Российская Энциклопедия», 1994.
  • Х. Кухлинг. Справочник по физике. Москва, «Мир», 1982.
  • А. Г. Чертов. Физические величины. Москва, «Высшая школа»,1990.
  • И. Г. Хорбенко. Звук, ультразвук, инфразвук. Москва, «Знание», 1985.
  • С. А. Чандаева. Физика и человек. Москва, «Аспект Пресс»,1994.