Prieš suprasdami, kas yra garso šaltiniai, pagalvokite, kas yra garsas? Mes žinome, kad šviesa yra spinduliuotė. Atsispindėdamas nuo objektų, ši spinduliuotė patenka į mūsų akis, ir mes galime ją pamatyti. Skonis ir kvapas yra mažos kūno dalelės, kurias suvokia atitinkami mūsų receptoriai. O koks žvėris tai garsas?
Garsai sklinda oru
Tikriausiai matėte, kaip grojama gitara. Galbūt jūs pats žinote, kaip tai padaryti. Svarbu, kad stygos gitaroje skleistų kitokį garsą, jei jos traukiamos. Viskas teisinga. Bet jei galėtum įdėti gitarą į vakuumą ir užtraukti stygas, tuomet labai nustebtum, kad gitara neskleis jokio garso.
Tokie eksperimentai buvo atliekami su įvairiausiais kūnais, o rezultatas visada buvo vienas – beorėje erdvėje nebuvo girdėti jokio garso. Iš to seka logiška išvada, kad garsas perduodamas oru. Todėl garsas yra kažkas, kas atsitinka oro medžiagų dalelėms ir garsą skleidžiančioms kūnams.
Garso šaltiniai – svyruojantys kūnai
Toliau. Įvairių daugybės eksperimentų dėka buvo galima nustatyti, kad garsas kyla iš kūnų vibracijos. Garso šaltiniai yra kūnai, kurie vibruoja. Šiuos virpesius perduoda oro molekulės, o mūsų ausis, suvokdama šiuos virpesius, interpretuoja jas mums suprantamais garso pojūčiais.
Tai nėra sunku patikrinti. Paimkite stiklinę ar krištolinę taurę ir padėkite ant stalo. Lengvai patapšnokite metaliniu šaukštu. Išgirsite ilgą, ploną garsą. Dabar palieskite ranka prie stiklo ir bakstelėkite dar kartą. Garsas pasikeis ir taps daug trumpesnis.
O dabar tegul keli žmonės kuo pilniau suspaudžia stiklinę rankomis, kartu su koja, stengdamiesi nepalikti nei vieno laisvo plotelio, išskyrus labai mažą vietą smūgiui šaukštu. Dar kartą trenk į stiklą. Vargu ar girdėsite garso, o tas, kuris bus, pasirodys silpnas ir labai trumpas. Ką tai reiškia?
Pirmuoju atveju po smūgio stiklas vibravo laisvai, jo virpesiai buvo perduodami oru ir pasiekė mūsų ausis. Antruoju atveju didžiąją dalį virpesių sugėrė mūsų ranka, o garsas tapo daug trumpesnis, nes sumažėjo kūno vibracijos. Trečiuoju atveju beveik visas kūno vibracijas akimirksniu sugėrė visų dalyvių rankos ir kūnas beveik nevibravo, todėl beveik neskleidė garso.
Tas pats pasakytina apie visus kitus eksperimentus, kuriuos galite galvoti ir atlikti. Kūnų virpesiai, perduodami oro molekulėms, bus suvokiami mūsų ausimis ir interpretuojami smegenyse.
Įvairių dažnių garso vibracijos
Taigi garsas yra vibracija. Garso šaltiniai per orą mums perduoda garso virpesius. Kodėl tada negirdime visų objektų visų vibracijų? Ir todėl, kad vibracijos yra skirtingų dažnių.
Žmogaus ausies suvokiamas garsas yra garso virpesiai, kurių dažnis nuo 16 Hz iki 20 kHz. Vaikai girdi aukštesnio dažnio garsus nei suaugusieji, o įvairių gyvų būtybių suvokimo diapazonai paprastai labai skiriasi.
Garso šaltiniai.
Garso vibracijos
Pamokos santrauka.
1.Organizacinis momentas
Sveiki bičiuliai! Mūsų pamoka plačiai pritaikoma kasdienėje praktikoje. Todėl jūsų atsakymai priklausys nuo stebėjimo gyvenime ir nuo gebėjimo analizuoti savo pastebėjimus.
2. Pagrindinių žinių kartojimas.
1, 2, 3, 4, 5 skaidrės rodomos projektoriaus ekrane (1 priedas).
Vaikinai, prieš jus – kryžiažodis, kurį spręsdami išmoksite pagrindinį pamokos žodį.
1 fragmentas:įvardykite fizikinį reiškinį
2-as fragmentas:įvardykite fizinį procesą
3 fragmentas:įvardykite fizinį kiekį
4 fragmentas: pavadinkite fizinį įrenginį
R | Z | H | ||||||||
V | ||||||||||
Turi | ||||||||||
KAM |
Atkreipkite dėmesį į paryškintą žodį. Tai žodis „GARSAS“, tai yra pagrindinis pamokos žodis. Mūsų pamoka yra apie garsą ir garso vibracijas. Taigi, pamokos tema „Garso šaltiniai. Garso vibracijos“. Pamokoje sužinosite, kas yra garso šaltinis, kas yra garso vibracijos, jų atsiradimas ir kai kurie praktiniai pritaikymai jūsų gyvenime.
3. Naujos medžiagos paaiškinimas.
Atlikime eksperimentą. Eksperimento tikslas: išsiaiškinti garso atsiradimo priežastis.
Patirtis su metaline liniuote(2 priedas).
Ką jūs pastebėjote? Kokią išvadą galima padaryti?
Išvestis: vibruojantis kūnas sukuria garsą.
Atlikime tokį eksperimentą. Eksperimento tikslas: išsiaiškinti, ar garsą visada sukuria svyruojantis kūnas.
Prietaisas, kurį matote priešais, vadinamas šakutė.
Patirtis su kamertonu ir teniso kamuoliuku, kabančiu ant virvelės(3 priedas) .
Girdi kamertono skleidžiamą garsą, bet kamertonas nevibruoja. Norėdami įsitikinti, kad kamertonas vibruoja, atsargiai perkeliame jį į šešėlinius rutulius, pakabintus ant sriegio ir matome, kad kamertono virpesiai persidavė į rutulį, kuris periodiškai pajudėjo.
Išvestis: garsą sukuria bet koks vibruojantis kūnas.
Mes gyvename garsų vandenyne. Garsą sukuria garso šaltiniai. Yra ir dirbtinių, ir natūralių garso šaltinių. Natūralūs garso šaltiniai apima balso stygos (1 priedas – skaidrės numeris 6) Oras, kuriuo kvėpuojame, išeina iš plaučių Kvėpavimo takaiį gerklas. Gerklose yra balso stygos. Esant iškvepiamo oro slėgiui, jie pradeda svyruoti. Rezonatoriaus vaidmenį atlieka burna ir nosis, taip pat krūtinė. Artikuluotai kalbai, be balso stygų, reikalingas ir liežuvis, lūpos, skruostai, minkštasis gomurys ir antgerklis.
Kiti natūralūs garso šaltiniai yra uodo, musės, bitės zvimbimas ( sparnai plazda).
Klausimas:dėl kurių sukuriamas garsas.
(Oras rutulyje suspaudžiamas veikiant slėgiui. Tada jis smarkiai išsiplečia ir sukuria garso bangą.)
Taigi garsą kuria ne tik svyruojantis, bet ir smarkiai besiplečiantis kūnas. Akivaizdu, kad visais garso atsiradimo atvejais oro sluoksniai juda, tai yra, kyla garso banga.
Garso banga nematoma, ją tik girdi, o taip pat fiksuoja fiziniai įrenginiai. Garso bangos savybėms registruoti ir tirti naudosime kompiuterį, kurį šiuo metu fizikai plačiai naudoja tyrimams. Kompiuteryje įdiegta speciali tyrimo programa, prijungtas mikrofonas, kuris fiksuoja garso virpesius (4 priedas). Pažiūrėk į ekraną. Ekrane matote grafinį garso vibracijos vaizdą. Kas yra šis grafikas? ( sinusoidinė)
Eksperimentuokime su kamertonu su plunksna. Guminiu plaktuku trenkiame kamertoną. Mokiniai mato kamertono virpesius, bet garso negirdi.
Klausimas:Kodėl yra vibracijos, bet negirdite garso?
Pasirodo, vaikinai, žmogaus ausis suvokia garso diapazonus nuo 16 Hz iki Hz, tai yra girdimas garsas.
Klausykitės jų per kompiuterį ir gaukite diapazono dažnių kitimą (5 priedas). Atkreipkite dėmesį į tai, kaip keičiasi sinusoido forma, kai keičiasi garso virpesių dažnis (svyravimų periodas mažėja, todėl dažnis didėja).
Žmogaus ausiai girdimi negirdimi garsai. Tai infragarsas (svyravimų diapazonas mažesnis nei 16 Hz) ir ultragarsas (didesnis nei Hz diapazonas). Lentoje matote dažnių diapazonų schemą, nupiešite ją į sąsiuvinį (5 priedas). Tyrinėdami infra ir ultragarsus, mokslininkai atrado daug įdomių savybiųšios garso bangos. Apie šiuos Įdomūs faktai tavo klasės draugai pasakys (6 priedas).
4. Studijuotos medžiagos konsolidavimas.
Norėdami įtvirtinti išstuduotą medžiagą pamokoje, siūlau žaisti žaidimą TEISINGAI NETEISINGAI. Aš perskaičiau situaciją, o jūs pakeliate ženklą su užrašu TEISINGA arba NETINGA ir paaiškinate savo atsakymą.
Klausimai. 1. Ar tiesa, kad garso šaltinis yra bet koks vibruojantis kūnas? (dešinėje).
2. Ar tiesa, kad sausakimšoje salėje muzika skamba garsiau nei tuščioje? (klaidinga, nes tuščia salė veikia kaip virpesių rezonatorius).
3. Ar tiesa, kad uodas sparnais plaka greičiau nei kamanė? (tiesa, nes uodo skleidžiamas garsas didesnis, todėl sparnų virpesių dažnis irgi didesnis).
4. Ar tiesa, kad skambančios kamertono vibracijos greičiau glūdi, jei pastatai koją ant stalo? (tiesa, nes kamertono virpesiai perduodami į stalą).
5. Ar tiesa, kad šikšnosparniai mato su garsu? (tiesa, nes šikšnosparniai skleidžia ultragarsą ir tada klausosi atsispindėjusio signalo).
6. Ar tiesa, kad kai kurie gyvūnai „numato“ žemės drebėjimus naudodami infragarsą? (tiesa, pavyzdžiui, drambliai per kelias valandas pajunta žemės drebėjimą ir tuo pačiu būna nepaprastai susijaudinę).
7.Ar tiesa, kad infragarsas sukelia psichiniai sutrikimaižmonėse? (tiesa, Marselyje (Prancūzija) prie mokslo centro buvo pastatyta nedidelė gamykla. Netrukus po jos starto vienoje iš mokslinių laboratorijų buvo aptikti keisti reiškiniai. Porą valandų praleidęs jos kambaryje, mokslininkas tapo visiškai kvailas: jis vargu ar galėjo išspręsti net paprastą problemą) ...
Ir pabaigai siūlau pamokos raktinius žodžius gauti iš iškirptų raidžių, pertvarkant.
KVZU – GARSAS
RAMTNOKE – KAMERTONAS
TRAKZUVLU - ULTRAGARSAS
FRAKVZUNI – INFRAGARSAS
OKLABEINYA - VIBRACIJA
5. Pamokos ir namų darbų apibendrinimas.
Pamokos santrauka. Pamokoje sužinojome, kad:
Kad bet koks svyruojantis kūnas sukuria garsą;
Garsas sklinda ore garso bangų pavidalu;
Garsai yra girdimi ir negirdimi;
Ultragarsas – tai negirdimas garsas, kurio vibracijos dažnis didesnis nei 20 kHz;
Infragarsas yra negirdimas garsas, kurio vibracijos dažnis mažesnis nei 16 Hz;
Ultragarsas plačiai naudojamas moksle ir technikoje.
Namų darbai:
1.§34, pratimas. 29 (Peryshkin 9 klasė)
2. Tęskite samprotavimus:
Girdžiu garsą: a) skrenda; b) numestas daiktas; c) perkūnija, nes…
Garso negirdžiu: a) nuo laipiojančio balandžio; b) nuo erelio, skrendančio danguje, nes ...
Garsas – tai garso bangos, vibruojančios mažiausias oro daleles, kitas dujas, skysčius ir kietas medžiagas. Garsas gali kilti tik ten, kur yra substancija, nesvarbu, kokioje agregato būsenoje ji yra. Vakuume, kur nėra terpės, garsas nesklinda, nes nėra dalelių, kurios veiktų kaip garso bangų skleidėjai. Pavyzdžiui, erdvėje. Garsas gali būti modifikuotas, mutavęs, virsdamas kitomis energijos formomis. Taigi garsas, paverstas radijo bangomis arba elektros energija, gali būti perduodamas per atstumą ir įrašomas į informacijos laikmenas.
Garso banga
Daiktų ir kūnų judėjimas beveik visada sukelia aplinkos svyravimus. Nesvarbu, ar tai vanduo, ar oras. Tam vykstant, pradeda vibruoti ir terpės dalelės, kurioms perduodamos kūno vibracijos. Sukuriamos garso bangos. Be to, judesiai atliekami pirmyn ir atgal, palaipsniui keičiant vienas kitą. Todėl garso banga yra išilginė. Joje niekada nėra šoninio judėjimo aukštyn ir žemyn.
Garso bangos charakteristikos
Kaip ir bet kuris fizinis reiškinys, jie turi savo vertybes, kuriomis galite apibūdinti savybes. Pagrindinės garso bangos charakteristikos yra jos dažnis ir amplitudė. Pirmoji reikšmė rodo, kiek bangų sukuriama per sekundę. Antrasis nustato bangos stiprumą. Žemo dažnio garsai turi žemo dažnio rodmenis ir atvirkščiai. Garso dažnis matuojamas hercais, o jei jis viršija 20 000 Hz, tada generuojamas ultragarsas. Žemo ir aukšto dažnio garsų pavyzdžių gamtoje ir žmogų supančiame pasaulyje yra pakankamai. Lakštingalos čiulbėjimas, griaustinio riedėjimas, kalnų upės ošimas ir kiti – visa tai skirtingi garso dažniai. Bangos amplitudės vertė tiesiogiai priklauso nuo garso stiprumo. Garsas savo ruožtu mažėja didėjant atstumui nuo garso šaltinio. Atitinkamai, kuo mažesnė amplitudė, tuo toliau nuo epicentro yra banga. Kitaip tariant, garso bangos amplitudė mažėja tolstant nuo garso šaltinio.
Garso greitis
Šis garso bangos indikatorius yra tiesiogiai proporcingas aplinkos, kurioje ji sklinda, pobūdžiui. Didelį vaidmenį čia vaidina ir drėgmė, ir oro temperatūra. Esant vidutinėms oro sąlygoms, garso greitis yra maždaug 340 metrų per sekundę. Fizikoje yra toks dalykas kaip viršgarsinis greitis, kuris visada yra didesnis už garso greitį. Tokiu greičiu, orlaiviui judant, sklinda garso bangos. Lėktuvas skrenda viršgarsiniu greičiu ir netgi lenkia jo generuojamas garso bangas. Dėl palaipsniui didėjančio slėgio už orlaivio susidaro smūgio banga. Tokio greičio matavimo vienetas yra įdomus ir labai mažai žmonių žino. Jis vadinamas Mach. 1 Mach yra lygus garso greičiui. Jei banga juda 2 Mach greičiu, tada ji sklinda dvigubai greičiau nei garso greitis.
Triukšmai
V Kasdienybė yra nuolatiniai garsai. Triukšmo lygis matuojamas decibelais. Automobilių judėjimas, vėjas, lapijos ošimas, besipinantys žmonių balsai ir kiti garsai – mūsų palydovai kiekvieną dieną. Tačiau žmogaus klausos analizatorius turi galimybę priprasti prie tokių garsų. Tačiau yra ir tokių reiškinių, su kuriais negali susidoroti net žmogaus ausies prisitaikymo gebėjimai. Pavyzdžiui, triukšmas, viršijantis 120 dB, gali sukelti skausmą. Garsiausias gyvūnas yra mėlynasis banginis. Kai jis skleidžia garsus, jis girdimas daugiau nei 800 kilometrų atstumu.
Aidas
Kaip atsiranda aidas? Čia viskas labai paprasta. Garso banga turi galimybę atsispindėti nuo įvairių paviršių: nuo vandens, nuo uolos, nuo sienų tuščioje patalpoje. Ši banga grįžta pas mus, todėl girdime antrinį garsą. Jis nėra toks aiškus kaip pradinis, nes dalis garso bangos energijos išsisklaido judant prie kliūties.
Echolokacija
Garso atspindys naudojamas įvairiems praktiniams tikslams. Pavyzdžiui, echolokacija. Jis pagrįstas tuo, kad ultragarso bangomis galima nustatyti atstumą iki objekto, nuo kurio šios bangos atsispindi. Skaičiavimai atliekami matuojant laiką, per kurį ultragarsas pasiekia vietą ir grįžta atgal. Daugelis gyvūnų turi galimybę echolokuoti. Pavyzdžiui, šikšnosparniai ir delfinai jį naudoja ieškodami maisto. Echolokacija rado kitą pritaikymą medicinoje. Tiriant ultragarsu susidaro vaizdas Vidaus organai asmuo. Šis metodas pagrįstas tuo, kad ultragarsas, patekęs į kitokią nei oro terpę, grįžta atgal, taip suformuodamas vaizdą.
Garso bangos muzikoje
Kodėl muzikos instrumentai skleidžia tam tikrus garsus? Gitaros kirtikliai, fortepijono skambėjimas, žemi būgnų ir trimitų tonai, žavus plonas fleitos balsas. Visi šie ir daugelis kitų garsų atsiranda dėl virpesių ore arba, kitaip tariant, dėl garso bangų atsiradimo. Tačiau kodėl muzikos instrumentų skambesys toks įvairus? Pasirodo, tai priklauso nuo kelių veiksnių. Pirmasis yra įrankio forma, antrasis - medžiaga, iš kurios jis pagamintas.
Pažvelkime į styginių instrumentų pavyzdį. Palietus stygas, jos tampa garso šaltiniu. Dėl to jie pradeda gaminti vibracijas ir siunčia į aplinką skirtingi garsai. Žemą bet kurio styginio instrumento garsą lemia didesnis stygos storis ir ilgis, taip pat jos įtempimo silpnumas. Ir atvirkščiai, kuo styga įtempta, kuo ji plonesnė ir trumpesnė, tuo didesnis garsas išgaunamas grojant.
Mikrofono veiksmas
Jis pagrįstas garso bangos energijos pavertimu elektros energija. Šiuo atveju srovės stiprumas ir garso pobūdis yra tiesiogiai priklausomi. Bet kurio mikrofono viduje yra plona metalinė plokštė. Veikiamas garso, jis pradeda svyruoti. Spiralė, prie kurios prijungta plokštė, taip pat vibruoja, todėl elektros... Kodėl tai pasirodo? Taip yra todėl, kad magnetai taip pat yra įmontuoti į mikrofoną. Spiralei svyruojant tarp jos polių susidaro elektros srovė, kuri spirale eina į garso kolonėlę (garsiakalbį) arba į įrangą, skirtą įrašymui į informacinę laikmeną (kasetėje, diske, kompiuteryje). Beje, panašios struktūros yra ir telefone esantis mikrofonas. Bet kaip veikia mikrofonai ant stacionarios ir Mobilusis telefonas? Pradinė fazė jiems tokia pati – žmogaus balso garsas perduoda savo virpesius į mikrofono plokštelę, vėliau viskas vyksta pagal aukščiau aprašytą scenarijų: spiralė, kuri judant uždaro du polius, sukuria srovę. Kas toliau? Su fiksuotu telefonu viskas daugmaž aišku – kaip ir su mikrofonu, laidais eina į elektros srovę paverstas garsas. Bet ką daryti su Mobilusis telefonas ar, pavyzdžiui, su racija? Tokiais atvejais garsas paverčiamas radijo bangų energija ir patenka į palydovą. Tai viskas.
Rezonanso fenomenas
Kartais tokios sąlygos susidaro, kai svyravimų amplitudė fizinis kūnas smarkiai padidėja. Taip yra dėl priverstinių virpesių dažnio ir natūralaus objekto (kūno) virpesių dažnio verčių konvergencijos. Rezonansas gali būti naudingas ir žalingas. Pavyzdžiui, norint išlaisvinti automobilį iš skylės, jis užvedamas ir stumdomas pirmyn ir atgal, kad sukeltų rezonansą ir suteiktų automobiliui inerciją. Tačiau buvo ir neigiamų rezonanso pasekmių atvejų. Pavyzdžiui, Sankt Peterburge maždaug prieš šimtą metų po sinchroniškai žygiuojančiais kariais griuvo tiltas.
Fizikos šaka, nagrinėjanti garso virpesius, vadinama akustika.
Žmogaus ausis sukurta taip, kad 20 Hz–20 kHz dažnio virpesius suvoktų kaip garsą. Žemi dažniai (garsas iš boso būgno ar vamzdžių vargonų) ausis suvokiami kaip bosinės natos. Uodo švilpimas ar girgždėjimas atitinka aukštus dažnius. Svyravimai, kurių dažnis mažesnis nei 20 Hz, vadinami infragarsas ir kurių dažnis didesnis nei 20 kHz - ultragarsu.Žmogus tokių virpesių negirdi, tačiau yra gyvūnų, kurie girdi iš sklindančius infragarsus pluta prieš žemės drebėjimą. Juos išgirdę gyvūnai palieka pavojingą zoną.
Muzikoje akustiniai dažniai atitinka bet ten. Pagrindinės oktavos „A“ nata (klavišas C) atitinka 440 Hz dažnį. Kitos oktavos „A“ nata atitinka 880 Hz dažnį. Taigi visos kitos oktavos dažniu skiriasi lygiai du kartus. Kiekvienoje oktavoje išskiriami 6 tonai arba 12 pustonių. Kiekvienas tonas turi dažnį yf2~ 1,12 skiriasi nuo ankstesnio tono dažnio, kiekvienas pustonis skiriasi nuo ankstesnio "$ 2. Matome, kad kiekvienas kitas dažnis nuo ankstesnio skiriasi ne kokiu Hz, o tiek pat kartų. Tokia skalė vadinama logaritminis, nes vienodas atstumas tarp tonų bus tiksliai logaritminėje skalėje, kur deponuojama ne pati reikšmė, o jos logaritmas.
Jei garsas atitinka vieną dažnį v (arba su = 2tcv), tada jis vadinamas harmoniniu arba vienspalviu. Grynai harmoningi garsai yra reti. Garsas beveik visada turi dažnių rinkinį, ty jo spektras (žr. šio skyriaus 8 skyrių) yra sudėtingas. Muzikos vibracijose visada yra pagrindinis tonas cco = 2π / T, kur T yra periodas, ir obertonų rinkinys 2 (Oo, Zco 0, 4coo ir kt. Obertonų rinkinys, nurodantis jų intensyvumą muzikoje, vadinamas tembras. Skirtingi muzikos instrumentai, skirtingi dainininkai, grojantys ta pačia nata, turi skirtingą tembrą. Tai suteikia jiems skirtingą spalvą.
Galimas ir ne kelių dažnių derinys. Klasikinėje Europos muzikoje tai laikoma disonansu. Tačiau jis naudojamas šiuolaikinėje muzikoje. Naudojamas net lėtas bet kokių dažnių judėjimas didėjimo ar mažėjimo kryptimi (ukulele).
Ne muzikiniuose garsuose galimas bet koks dažnių derinys spektre ir jų kaita laikui bėgant. Tokių garsų spektras gali būti ištisinis (žr. 8 skyrių). Jei visų dažnių intensyvumas yra maždaug vienodas, tada toks garsas vadinamas „baltuoju triukšmu“ (terminas paimtas iš optikos, kur balta spalva yra visų dažnių suma).
Žmogaus kalbos garsai yra labai sudėtingi. Jie turi sudėtingą spektrą, kuris laikui bėgant greitai keičiasi ištarus vieną garsą, žodį ir visą frazę. Tai suteikia kalbos garsams skirtingų intonacijų ir akcentų. Dėl to balsu galite atskirti vieną asmenį nuo kito, net jei jie sako tuos pačius žodžius.