Откуда берется звук и как его увидеть?

Муниципальное общеобразовательное учреждение

«Гимназия №16 Тракторозаводского района Волгограда»

Исследовательская работа на тему:

«Откуда берётся звук и как его увидеть?»

Автор: Стороженко Валерия,

2г класс

Руководитель: Золотова-Кручанова Инна Леонидовна,

учитель начальных классов

Волгоград 2024

Введение

В современном мире нас окружает колоссальное количество звуков. Рёв машин за окном, смех детей на улице, голоса разговаривающих людей, шум стиральной машины, пение птиц, шелест листьев, звук далекой электрички, всплеск воды, доносящиеся откуда-то гудки... Все это звуки, и мы их слышим. Звуки очень разнообразны, они помогают нам понять, что происходит вокруг. И возникает множество вопросов: Откуда берется звук и что требуется для его распространения? Каким образом мы слышим звуки? А можно ли увидеть звук? Эти вопросы послужили для написания этой исследовательской работы.

Цель проекта: выяснить и понять, что такое звук и как можно его увидеть.

Задачи проекта:

- Изучить информацию о звуке. Выяснить, как появляется звук.

- Узнать, как мы слышим звуки. Куда девается звук, как его увидеть

- Исследовать звук опытным путем.

Гипотеза:

- Я думаю, что звук это движение, а источник звука - физические тела, которые движутся, т. е. дрожат или вибрируют при взаимодействии с другими. Предполагаю, что звук можно увидеть.

Теоретическая часть

Возникновение звука

С рождения человек слышит огромное количество звуков, которые служат для него источником информации об окружающем его мире. В детстве мы считали секунды, когда после удара молнии прогремит гром, нам хотелось понять, где он, откуда исходит звук, ведь мы не знаем, как он «выглядит». Так что же такое звук? Звук, который мы слышим, представляет собой упругие колебания окружающей воздушной среды. Но можно ли его увидеть?

Звуковые волны не видны человеческому глазу, но они заставляют вибрировать предметы, которые нас окружают. При определенных условиях эти колебания можно заметить. Так, если заставить колебать звук что-то видимое, например, луч света, то можно будет наблюдать малейшие перемещения акустических волн в воздухе. Такой метод называется акустической голографией и был придуман еще в середине ХХ века венгеро-британским ученым Денешем Габором.

Родоначальником же звуковой визуализации стал немецкий физиолог Ричард Эвальд. Он первым предположил, что при воздействии звука на слух в ушной улитке образуются так называемые стоячие волны. Их длина определяется частотой звукового колебания.

Ещё в далёкой древности, люди стали задумываться о том, как звуки рождаются, живут и «умирают». В процессе познания появилась наука о звуке, которая называется – акустика. Первые наблюдения по акустике были проведены в VI веке до нашей эры. Пифагор установил связь между высотой тона и длиной струны или трубы издающей звук. В IV в. до н.э. древнегреческий философ и ученый Аристотель верно представил, как распространяется звук в воздухе. Необыкновенно искусны были мастера, изготавливавшие музыкальные инструменты, и музыканты, игравшие на них.

И в наше время мир звуков окружает людей со всех сторон. В течение дня мы сталкиваемся с невероятным количеством звуков, доносящихся отовсюду.

В книге «Я познаю мир. Физика» автор – составитель А. А. Леонович очень подробно рассказал о звуке.

Как же создать звук? Да очень просто – крикнуть, вот и все дела! Можно еще чем-нибудь постучать, например, молотком по гвоздю или ногой в дверь. Или разводным ключом по батарее отопления – все вокруг услышат. Ногами пошлепать, мячик в стену кинуть. Проколоть воздушный шарик. Посвистеть, в трубу подудеть, на гитаре побренчать. Или линейкой подребезжать.

На примере линейки можно увидеть глазами, как появляется звук. Какое движение совершает линейка, когда мы закрепим один её конец, оттянем другой и отпустим его? Мы заметим, что он как будто затрепетал, заколебался. И мы приходим к выводу, что звук создается коротким или долгим колебанием каких – то предметов.

Постучали в дверь – она дернулась и послала в воздух глуховатый звук, стукнули железным прутком по батарее, завибрировали трубы. Взяв воздушный шар и ударив его, обо что-то острое, он лопнет и пошлёт по воздуху резкий скачок давления. Который мы воспримем как хлопок. Стукнув рукой по мячу, он деформируется и расправляется от ударов.

Итак, мы можем сказать, что колеблющиеся тела создают вокруг себя зоны разрежения и сжатия. Уплотнение воздуха разойдется от источника во все стороны. В воде принцип такой же, только вода гораздо плотнее воздуха и ее частички скорее передадут сжатие и разрежение своим соседям. То есть звук побежит в воде быстрее. Самую большую скорость звук будет иметь в твёрдых телах, где все частички стоят еще теснее. В воздухе скорость звука чуть больше 300 метров в секунду, в морской воде - 1500, а в некоторых металлах она достигает нескольких тысяч метров в секунду.

Источниками звука могут быть не только вибрирующие, но и движущиеся, летящие предметы, Свист пуль или снарядов в полёте, завывание ветра, рев реактивного двигателя рождаются от разрывов в потоке воздуха, при которых возникают его разрежения и сжатия.

Звук – это упругие волны, распространяющиеся в среде и создающие в ней механические колебания. Среда может быть твердой, жидкой, газообразной. Можно сказать, что звук - это вибрация. Причина звука – вибрация тел, хотя эти колебания не заметны для нашего глаза. Вибрация может распространяться в воздухе, в воде, в металле или дереве. Там, где нет воздуха, например, в космосе, в вакууме, звук не распространяется, там нечему передавать вибрацию.

Да и вообще, а можно ли увидеть звук? Вряд ли, но зато можно увидеть движение акустических волн. Одним из способов получения изображения с помощью акустических волн – акустическая голография.

Под голографией понимается метод получения трехмерного изображения, в основе которого — физическое явление интерференции, возникающее при столкновении двух волн, распространяющихся в одной среде. Сложение колебаний, при котором волны взаимно усиливают или ослабляют друг друга, называют интерференцией.

Источники, классификация и характеристики звука

Источники звука классифицируются по разным параметрам, включая тип сигнала, местоположение источника, природу звука и способ его генерации.

По типу сигнала:

Аналоговые источники - кассетные магнитофоны, радиоприемники, виниловые проигрыватели и т. д.

Цифровые источники - USB-накопители, CD-плееры, потоковые сервисы и т. п.

По местоположению:

Ближние источники - это звуки, которые находятся рядом со слушателем. Например, разговоры, шум кондиционера и музыка из наушников.

Дальние источники находятся на некотором расстоянии от слушателя. Например, громкая музыка, звуки окружающей среды или звуки транспорта.

По природе звука:

Таблица 1. Источники звука: естественные и искусственные.

По способу генерации:

Активные источники, такие как динамики, производят звук с помощью электронных компонентов (усилителей, фильтров и т.п.).

Пассивные источники, такие как струны гитары или тарелки ударной установки, создают звук за счет физического воздействия (вибрации, трения и т.д.).

Таблица 2. Классификация звуков

Источниками звука могут быть простые предметы, например музыкальные инструменты, так и сложные электронные устройства, такие как звуковые рабочие станции или микшерные пульты.

Частота и интенсивность колебаний - основные характеристики звука, которые влияют на слух людей. Частота колебаний – это число полных колебаний за одну секунду, которая измеряется в герцах (Гц). В Децибелах измеряется громкость звука.

К характеристикам звука относят:

Первое – это высота звука. Высота звука – характеристика, которая определяется частотой колебаний. Чем больше частота у тела, которое производит колебания, тем звук будет выше. Рассмотрим на простом примере, линейке, зажатой в тиски. Мы видели колебания, но не слышали звука. Если вылет линейки сделать меньше, то будем слышать звук, но увидеть колебания будет гораздо сложнее.

Второе – тембр звука. Это окраска звука. Тембр – это то, чем отличаются два одинаковых звука, выполненные различными музыкальными инструментами. Как мы знаем, что в музыке всего семь нот. Если услышим одну и ту же ноту ля, взятую на фортепиано и на скрипке, то с легкостью отличим их. Мы сразу сможем сказать, какой инструмент этот звук издал. Именно свойство – окраску звука и характеризует тембр.

Третье – громкость. Громкость звука зависит от амплитуды колебаний. Для наглядного примера возьмем камертон и проделаем следующее: когда ударяешь по камертону слабо, то амплитуда колебаний будет небольшой и звук при этом достаточно тихий. А если по камертону ударяешь посильнее, то и звук становится гораздо громче. Это связано с тем, что амплитуда колебаний будет больше чем при слабом ударе.

Как мы слышим?

Узнать окружающий мир нам помогают органы чувств. Люди могут улавливать звуки с помощью ушей. Ухо – это приемник звуковой волны .

Звучат только дрожащие предметы. Почему не все дрожащие предметы звучат? Например, если потрясти рукой, то ничего не услышишь. Дело в том, что наше ухо слышит звук только в том случае, если частота колебаний предмета больше 20, но меньше 16 тыс. колебаний в секунду. Причем чем больше частота колебаний, тем выше звук, который мы слышим.

Инфразвуком называется звук с частотой ниже 16 Гц., а ультразвуком - с частотой выше 20000 Гц. Но мы не слышим ни тот, ни другой. Так как ультразвуки – слишком высоки для нас, а инфразвуки слишком низки.

Ультразвуки могут слышать летучие мыши и дельфины, а кошки и собаки способны распознать инфразвук. Инфразвук и ультразвук используют в разных областях науки.

Мы можем различать высоту звука – его тон. Чем звуковые волны больше по размаху, тем звук будет громче.

Все, что звучит громче спокойного разговора, для организма уже нагрузка. Человек, который постоянно подвергается воздействию шума, быстрее переутомляется и становится забывчивым, раздражительным, чаще страдает от головокружения слабости и. Непрерывный шум постепенно разрушает здоровье.

Куда исчезает звук?

Почему в одних помещениях наш голос звучит громко, а в других кажется, что он уходит от нас не возвращаясь? Все дело в том как отражают его окружающие нас предметы.

Всем нам знакомо слово «звукоизоляция». В тех домах, в которых она отсутствует, слышимость такая, что можно разобрать разговоры соседей. А в звукозаписывающих студиях не слышно за дверью не единого шороха.

Как и свет, звук нам необходим, но он должен быть различным. Порой, мы не слышим звук телевизора из-за разговора наших родственников. И наоборот, мы удивительно точно распознаем голос певца на фоне аккомпанирующего ему оркестра. Наше ухо воспринимает различный тембр, высоту и громкость звука, но и этому есть предел.

На концерте, например, где собрался полный зал, звук со сцены неплохо слышен и в дальнем уголке зала. Одежда зрителей его хорошо поглощает, не дает доноситься до вас со всех сторон. И наоборот, голос артиста станет казаться гулким, когда вы останетесь в зале совсем один. Его слова, многократно отражающиеся от пола, от кресел, как – будто накладываются друг на друга.

Поглощение и отражение звука различными материалами, это одна из важнейших составляющих, при постройке жилых домов, при сооружении театров и концертных залов. Этими вопросами занимается архитектурная акустика, имеющая тысячелетний опыт.

Теоретически звуковая волна бесконечна, она не может "заканчиваться", она размазывается по пространству. Но она, распространяясь, постепенно затухает.

На затухание волны, влияет её длина. Длинные волны (низкие звуки) распространяются гораздо дальше. Например, из далека, из мелодии слышен один барабан, задающий ритм.

Также на затухание влияет и среда, по которой распространяется звук.

Вывод: отражение и поглощение звука – это два взаимосвязанных процесса, которые влияют на распространение звуковых волн в пространстве

Практическая часть

2.1 Эксперимент № 1: «Как появляется звук?»

Цель: понять причину возникновения звука.

Материал: Длинная линейка, наше горло.

Положим линейку на стол, правильно придерживая ее, чтобы не стучало при колебании и отпустим: чем длиннее конец линейки тем колебания медленнее, а звучание глуше, тише; короче – задрожало быстро, загудело громче, звонче (она дрожит, вибрирует). Если коснутся линейки рукой - дрожание останавливается (звук прекращается).

Прикладываем руку к горлу и произносим звуки «М» или «Р». При прохождении звука через голосовые связки ощущается вибрация. Звуковые волны по воздуху распространяются до барабанных перепонок. Они также начинают вибрировать и люди слышат звуки.

Вывод: звук - это колебания, распространяющиеся в пространстве.

2.2. Эксперимент № 2: « Как распространяется звук?»

Цель: выяснить, как распространяется звук по предметам.

Материал: бумажный стаканчик, лента, скрепка.

Продеваем ленту через середину дна стаканчика. Закрепляем конец с помощью скрепки. Немного намочим ленту, а затем зажмем её пальцами и тянем короткими рывками вниз. Мы услышим забавный звук, напоминающий кудахтанье курицы.

Вывод: этот опыт наглядно показывает, что звук распространяется не только по воздуху, но и по предметам. Так, волны поднялись по ленте, а затем распространились на бумажный стаканчик, который и усилил звук.

2.3 Эксперимент №3 «Можно ли увидеть звук?»

Цель: выяснить, можно ли увидеть звук.

Материал: глубокая тарелка, пищевая пленка, соль или сахар.

На тарелку мы натянули пищевую пленку. По ее поверхности рассыпали сахар или соль. Наклонились к тарелке и произнесли звуки «Р» или «М». Под воздействием голосовых вибраций крупинки начинают подпрыгивать по поверхности пищевой пленки. Это действие мы можем увидеть.

Вывод: сам звук мы не видим, но видим эффект от звуковых волн.

2.4 Эксперимент № 4 - «Как спрятать звук?».

Цель: выяснить, как материалы влияют на звук.

Материалы: телефон, полотенце.

Мы взяли сотовый телефон и позвонили на него – звук от телефона исходил достаточно громкий. Затем телефон плотно обмотали полотенцем и снова позвонили – звук от телефона стал чуть тише. После чего, мы закрыли пальцем руки отверстия динамика на телефоне и звук стал гораздо тише.

Вывод: звук можно уменьшить или заглушить с помощью материалов, способных поглощать звуковые волны, т.е. заставить «молчать».

Заключение

В ходе данной работы мы познакомились с интересной литературой, в которой отражается теория звуковых волн. Выяснили, что звуковые волны – это механические колебания, которые распространяются в упругой среде с определенной скоростью, а звук, который мы слышим – это только узкий спектр звуковых волн.

Таким образом, при сборе информации и проведенных экспериментах мы выяснили, что звук – это вибрация. Источники звука – предметы, которые колеблются, т.е. дрожат или вибрируют.

При проведении экспериментов моя гипотеза подтвердилась. Хоть сам звук мы и не видим, но видим эффект от звуковых волн.

Использованная литература и интернет ресурсы

А так ли хорошо знаком вам звук? // Квант. — 1992. — № 8. — C. 40-41

«Большая иллюстрированная энциклопедия школьника», издание второе, обновленное и добавленное, Махаон, Москва, 2010

«Большая энциклопедия школьника», Махаон, Москва, 2013;

В. МЕРКУЛОВ. В МИРЕ ЗВУКОВ. КАК ДОБЫВАЕТСЯ ИСТИНА…

Где, что и когда? Энциклопедия для любознательных. М.: Махаон,2012.

Кикоин А. К. О музыкальных звуках и их источниках // Квант. — 1985. — № 9. — С. 26-28.

«Современная детская энциклопедия», Эксмо, Москва, 2012;

«Уникальная иллюстрированная энциклопедия почемучек и отчегочек для очень любознательных детей», Астрель, Москва 2012;

Физика: Большой справочник для школьников и поступающих в вузы/ Ю.И.Дик, В.А.Ильин, Д.А. Исаев и др. – 2 –е изд.-М.: Дрофа,1999.

Элементарный учебник физики. Под ред. Г. С. Ландсберга. Т. 3. – М., 1974.

Я познаю мир. Физика: Дет. энцикл. / Авт. – сост. Ал. А. Леонович. – М.: ООО «Издательство АСТ»,2003.

http://www.nkj.ru/archive/articles/10236/.

http://scibio.ru/fizika/mekhanika/kolebaniya/klassifikatsiya_zvukov.html

http://koi.tspu.ru/koi_books/sedokova/6.3.1.htm

http://class-fizika.narod.ru/9_26.htm классная физика

http://class-fizika.spb.ru/index.php/opit/708-op-svu4

.http://www.dudochnik.ru/anatomiya-muzyki/zvuk-istochnik-vospriyatie-osoznanie/chto-takoe-zvuk/

.https://im0-tub ru.yandex.net/i?id=a1058b034232185e2b5c2117049b451f&n=13

https://lektsii.org/16-67713.html