Táto lekcia zvýrazňuje tému zvukové vlny". V tejto lekcii budeme pokračovať v štúdiu akustiky. Najprv si zopakujeme definíciu zvukových vĺn, potom zvážime ich frekvenčné rozsahy a zoznámime sa s pojmom ultrazvukové a infrazvukové vlny. Rozoberieme si aj vlastnosti zvukových vĺn v rôznych médiách a zistíme, aké vlastnosti majú. .
Zvukové vlny - ide o mechanické vibrácie, ktoré sa šíria a sú v interakcii s orgánom sluchu, ktoré človek vníma (obr. 1).
Ryža. 1. Zvuková vlna
Časť, ktorá sa vo fyzike zaoberá týmito vlnami, sa nazýva akustika. Profesiou ľudí, ktorí sa bežne nazývajú „počujúci“, je akustika. Zvuková vlna je vlna šíriaca sa v elastickom prostredí, je to pozdĺžna vlna a pri jej šírení v elastickom prostredí sa strieda stláčanie a riedenie. Prenáša sa v priebehu času na vzdialenosť (obr. 2).
Ryža. 2. Šírenie zvukovej vlny
Zvukové vlny zahŕňajú také vibrácie, ktoré sa vykonávajú s frekvenciou 20 až 20 000 Hz. Tieto frekvencie zodpovedajú vlnovým dĺžkam 17 m (pre 20 Hz) a 17 mm (pre 20 000 Hz). Tento rozsah sa bude nazývať počuteľný zvuk. Tieto vlnové dĺžky sú dané pre vzduch, rýchlosť šírenia zvuku sa rovná.
Existujú aj také rozsahy, ktorým sa venujú akustici - infrazvuk a ultrazvuk. Infrazvukové sú tie, ktoré majú frekvenciu menšiu ako 20 Hz. A ultrazvukové sú tie, ktoré majú frekvenciu vyššiu ako 20 000 Hz (obr. 3).
Ryža. 3. Rozsahy zvukových vĺn
každý vzdelaný človek musí sa pohybovať vo frekvenčnom rozsahu zvukových vĺn a vedieť, že ak ide na ultrazvukové vyšetrenie, obraz na obrazovke počítača sa vytvorí s frekvenciou vyššou ako 20 000 Hz.
ultrazvuk - Ide o mechanické vlny podobné zvukovým vlnám, ale s frekvenciou 20 kHz až miliarda hertzov.
Volajú sa vlny s frekvenciou viac ako miliarda hertzov hypersonický.
Ultrazvuk sa používa na detekciu defektov odliatkov. Prúd krátkych ultrazvukových signálov je nasmerovaný na testovanú časť. Na tých miestach, kde nie sú žiadne závady, signály prechádzajú cez diel bez toho, aby ich prijímač zaregistroval.
Ak je v časti prasklina, vzduchová dutina alebo iná nehomogenita, ultrazvukový signál sa od nej odráža a vracia sa do prijímača. Takáto metóda sa nazýva ultrazvuková detekcia defektov.
Ďalšími príkladmi využitia ultrazvuku sú prístroje ultrazvuk, ultrazvukové prístroje, ultrazvuková terapia.
Infrazvuk - mechanické vlny podobné zvukovým vlnám, ale s frekvenciou menšou ako 20 Hz. Nie sú vnímané ľudským uchom.
Prirodzenými zdrojmi infrazvukových vĺn sú búrky, cunami, zemetrasenia, hurikány, sopečné erupcie, búrky.
Infrazvuk sú tiež dôležité vlny, ktoré sa používajú na rozvibrovanie povrchu (napríklad na ničenie niektorých veľkých predmetov). Spustíme infrazvuk do pôdy – a pôda sa rozdrví. Kde sa to používa? Napríklad v diamantových baniach, kde berú rudu, ktorá obsahuje diamantové zložky a rozdrvia ju na malé častice, aby našli tieto diamantové inklúzie (obr. 4).
Ryža. 4. Aplikácia infrazvuku
Rýchlosť zvuku závisí od podmienok prostredia a teploty (obr. 5).
Ryža. 5. Rýchlosť šírenia zvukových vĺn v rôznych prostrediach
Poznámka: vo vzduchu sa rýchlosť zvuku rovná , zatiaľ čo rýchlosť sa zvyšuje o . Ak ste výskumník, takéto znalosti vám môžu byť užitočné. Môžete dokonca prísť s nejakým teplotným senzorom, ktorý bude detekovať teplotné rozdiely zmenou rýchlosti zvuku v médiu. Už vieme, že čím je médium hustejšie, tým závažnejšia je interakcia medzi časticami média, tým rýchlejšie sa vlna šíri. Diskutovali sme o tom v poslednom odseku na príklade sucha a vzduchu vlhký vzduch. Pre vodu rýchlosť šírenia zvuku. Ak vytvoríte zvukovú vlnu (klopanie na ladičku), rýchlosť jej šírenia vo vode bude 4-krát väčšia ako vo vzduchu. Po vode sa informácie dostanú 4-krát rýchlejšie ako vzduchom. A ešte rýchlejšie v oceli: 
(obr. 6).
Ryža. 6. Rýchlosť šírenia zvukovej vlny
Viete z eposov, ktoré Iľja Muromec používal (a všetci hrdinovia a obyčajní ruskí ľudia a chlapci z Gajdarovej revolučnej vojenskej rady), veľmi zaujímavým spôsobom detekcia objektu, ktorý sa blíži, ale je ešte ďaleko. Zvuk, ktorý vydáva pri pohybe, ešte nie je počuť. Ilya Muromets s uchom pri zemi ju počuje. prečo? Pretože zvuk sa prenáša po pevnej zemi vyššou rýchlosťou, čo znamená, že sa rýchlejšie dostane do ucha Ilju Murometsa a ten sa bude môcť pripraviť na stretnutie s nepriateľom.
Najzaujímavejšie zvukové vlny sú hudobné zvuky a zvuky. Aké predmety môžu vytvárať zvukové vlny? Ak vezmeme zdroj vĺn a elastické médium, ak zdroj zvuku prinútime harmonicky vibrovať, potom budeme mať nádhernú zvukovú vlnu, ktorá sa bude nazývať hudobný zvuk. Týmito zdrojmi zvukových vĺn môžu byť napríklad struny gitary alebo klavíra. Môže to byť zvuková vlna, ktorá sa vytvára v medzere vzduchovej píšťaly (orgánu alebo píšťaly). Z hudobnej výchovy poznáte noty: do, re, mi, fa, salt, la, si. V akustike sa nazývajú tóny (obr. 7).
Ryža. 7. Hudobné tóny
Všetky položky, ktoré môžu vydávať tóny, budú mať funkcie. Ako sa líšia? Líšia sa vlnovou dĺžkou a frekvenciou. Ak tieto zvukové vlny nie sú vytvorené harmonicky znejúcimi telesami alebo nie sú spojené do spoločnej orchestrálnej skladby, potom sa takýto počet zvukov nazýva šum.
Hluk- náhodné výkyvy rôzneho fyzikálneho charakteru, vyznačujúce sa zložitosťou časovej a spektrálnej štruktúry. Pojem hluk je každodenný a je fyzikálny, sú si veľmi podobné, a preto ho uvádzame ako samostatný dôležitý predmet úvahy.
Prejdime k kvantitatívne odhady zvukové vlny. Aké sú vlastnosti hudobných zvukových vĺn? Tieto charakteristiky platia výlučne pre harmonické zvukové vibrácie. takze hlasitosť zvuku. Čo určuje hlasitosť zvuku? Uvažujme o šírení zvukovej vlny v čase alebo kmitoch zdroja zvukových vĺn (obr. 8).
Ryža. 8. Hlasitosť zvuku
Zároveň, ak sme do systému nepridali veľa zvuku (napríklad jemne udreli na klávesu klavíra), bude to tichý zvuk. Ak nahlas, zdvihneme ruku vysoko, zavoláme tento zvuk stlačením klávesu, dostaneme hlasný zvuk. Od čoho to závisí? Tiché zvuky majú menšie vibrácie ako hlasný zvuk.
Ďalšou dôležitou charakteristikou hudobného zvuku a akéhokoľvek iného je výška. Čo určuje výšku zvuku? Výška závisí od frekvencie. Môžeme prinútiť zdroj, aby osciloval často, alebo ho môžeme prinútiť oscilovať nie príliš rýchlo (to znamená urobiť menej kmitov za jednotku času). Zvážte časový priebeh vysokého a nízkeho zvuku rovnakej amplitúdy (obr. 9).
Ryža. 9. Smola
Dá sa vyvodiť zaujímavý záver. Ak človek spieva v base, tak jeho zdroj zvuku (to sú hlasivky) kolíše niekoľkonásobne pomalšie ako u človeka, ktorý spieva soprán. V druhom prípade hlasivky vibrujú častejšie, a preto častejšie spôsobujú ohniská kompresie a zriedenia pri šírení vlny.
Je tu ešte jeden zaujímavá vlastnosť zvukové vlny, ktoré fyzici neštudujú. Toto timbre. Poznáte a ľahko rozlíšite rovnakú hudobnú skladbu hranú na balalajke alebo na violončele. Aký je rozdiel medzi týmito zvukmi alebo týmto výkonom? Na začiatku experimentu sme požiadali ľudí, ktorí produkujú zvuky, aby mali približne rovnakú amplitúdu, aby bola hlasitosť zvuku rovnaká. Je to ako v prípade orchestra: ak nie je potrebné vyčleniť nástroj, všetci hrajú približne rovnako, rovnakou silou. Takže zafarbenie balalajky a violončela je odlišné. Ak by sme nakreslili zvuk, ktorý je extrahovaný z jedného nástroja, z iného, pomocou diagramov, potom by boli rovnaké. Ale tieto nástroje ľahko rozoznáte podľa zvuku.
Ďalší príklad dôležitosti zafarbenia. Predstavte si dvoch spevákov, ktorí vyštudujú rovnakú hudobnú školu s rovnakými učiteľmi. Učili sa rovnako dobre s piatakmi. Z nejakého dôvodu sa jeden stane vynikajúcim umelcom, zatiaľ čo druhý je celý život nespokojný so svojou kariérou. V skutočnosti je to určené výlučne ich nástrojom, ktorý spôsobuje v prostredí len vibrácie hlasu, to znamená, že ich hlasy sa líšia farbou.
Bibliografia
- Sokolovič Yu.A., Bogdanova G.S. Fyzika: referenčná kniha s príkladmi riešenia problémov. - Redistribúcia 2. vydania. - X .: Vesta: vydavateľstvo "Ranok", 2005. - 464 s.
- Peryshkin A.V., Gutnik E.M., Fyzika. 9. ročník: učebnica pre všeobecné vzdelávanie. inštitúcie / A.V. Peryshkin, E.M. Gutnik. - 14. vyd., stereotyp. - M.: Drop, 2009. - 300 s.
- Internetový portál "eduspb.com" ()
- Internetový portál "msk.edu.ua" ()
- Internetový portál "class-fizika.narod.ru" ()
Domáca úloha
- Ako sa šíri zvuk? Čo môže byť zdrojom zvuku?
- Môže zvuk cestovať vesmírom?
- Je ním vnímaná každá vlna, ktorá dosiahne ľudské ucho?
Okolo nás je toho veľa zdroje zvuku: hudobné a technické nástroje, ľudské hlasivky, morské vlny, vietor a iné. zvuk alebo inak zvukové vlny- sú to mechanické vibrácie média s frekvenciami 16 Hz - 20 kHz(pozri § 11-a).
Zvážte skúsenosti. Položením budíka na vankúš pod zvonček vzduchovej pumpy si všimneme, že tikanie bude tichšie, no stále bude počuteľné. Po odčerpaní vzduchu spod zvona prestaneme zvuk vôbec počuť. Táto skúsenosť potvrdzuje, že zvuk sa šíri vzduchom a nešíri sa vo vákuu.
Rýchlosť zvuku vo vzduchu je pomerne vysoká: pohybuje sa v rozmedzí od 300 m/s pri –50°С do 360 m/s pri +50°С. To je 1,5-krát viac ako rýchlosť osobných lietadiel. Zvuk sa šíri oveľa rýchlejšie v kvapalinách a vnútri pevné látky- ešte rýchlejšie. Napríklad v oceľovej koľajnici je rýchlosť zvuku » 5000 m/s.
Pozrite sa na grafy kolísania tlaku vzduchu v ústach človeka, ktorý spieva zvuky „A“ a „O“. Ako vidíte, kmity sú zložité, pozostávajú z niekoľkých kmitov, ktoré sa navzájom prekrývajú. Zároveň dobre viditeľné základné výkyvy, ktorého frekvencia je takmer nezávislá od hovoreného zvuku. Pre mužský hlas je to približne 200 Hz, pre ženský - 300 Hz.
l max = 360 m/s: 200 Hz » 2 m, l min = 300 m/s: 300 Hz » 1 m.
Dĺžka zvukovej vlny hlasu teda závisí od teploty vzduchu a základnej frekvencie hlasu. Keď si spomenieme na naše poznatky o difrakcii, pochopíme, prečo je v lese počuť hlasy ľudí, aj keď im prekážajú stromy: zvuky s vlnovou dĺžkou 1–2 m sa ľahko ohýbajú okolo kmeňov stromov s priemerom menším ako meter.
Urobme experiment, ktorý potvrdí, že zdrojom zvuku sú skutočne oscilujúce telesá.
Vezmime si zariadenie vidlička- kovový prak namontovaný na krabici bez prednej steny pre lepšie vyžarovanie zvukových vĺn. Ak udriete kladivom na konce ladičky, vydá „čistý“ zvuk, tzv hudobný tón(napríklad nota „la“ prvej oktávy s frekvenciou 440 Hz). Presuňme znejúcu ladičku na svetelnú guľu na niti a tá sa okamžite odrazí nabok. Stáva sa to práve z dôvodu častého kolísania koncov praku ladičky.
Dôvody, od ktorých závisí frekvencia vibrácií telesa, sú jeho elasticita a veľkosť. Ako väčšia veľkosť telo, tým nižšia je frekvencia. Preto napríklad slony s veľkými hlasivkami vydávajú nízkofrekvenčné zvuky (basy) a myši, ktorých hlasivky sú oveľa menšie, vydávajú vysokofrekvenčné zvuky (škrípanie).
Nielen to, ako bude telo znieť, ale aj to, ako bude zvuky zachytávať a reagovať na ne, závisí od elasticity a veľkosti. Fenomén prudkého nárastu amplitúdy kmitov, keď sa frekvencia vonkajšieho vplyvu zhoduje s prirodzenou frekvenciou tela, sa nazýva rezonancia (lat. „primerane“ – odpovedám). Urobme experiment na pozorovanie rezonancie.
Položme dve rovnaké ladičky vedľa seba a otočme ich k sebe na tie strany škatúľ, kde nie sú žiadne steny. Udierajte kladivom do ľavej ladičky. Za sekundu to rukou utlmíme. Budeme počuť, že sa ozve druhá ladička, na ktorú sme neudreli. Hovorí sa, že správna ladička rezonuje to znamená, že zachytáva energiu zvukových vĺn z ľavej ladičky, v dôsledku čoho zvyšuje amplitúdu vlastných kmitov.
Zdroje zvuku.
Zvukové vibrácie
Náčrt lekcie.
1. Organizačný moment
Ahojte chalani! Naša lekcia má široké praktické uplatnenie v každodennej praxi. Preto vaše odpovede budú závisieť od pozorovania v živote a od schopnosti analyzovať svoje pozorovania.
2. Zopakovanie základných vedomostí.
Snímky č. 1, 2, 3, 4, 5 sa zobrazia na obrazovke projektora (Príloha 1).
Chlapci, pred vami je krížovka, ktorej vylúštením sa naučíte kľúčové slovo hodiny.
1. fragment: pomenovať fyzikálny jav
2. úryvok: pomenovať fyzikálny proces
3. fragment: pomenovať fyzikálnu veličinu
4. fragment: pomenujte fyzické zariadenie
R | Z | H | ||||||||
IN | ||||||||||
o | ||||||||||
TO |
Venujte pozornosť zvýraznenému slovu. Toto slovo je „ZVUK“, je to kľúčové slovo hodiny. Naša lekcia je venovaná zvuku a zvukovým vibráciám. Témou hodiny je teda „Zdroje zvuku. Zvukové vibrácie". Na lekcii sa dozviete, čo je zdrojom zvuku, aké sú zvukové vibrácie, ich výskyt a iné praktické aplikácie v tvojom živote.
3. Vysvetlenie nového materiálu.
Urobme experiment. Účel experimentu: zistiť príčiny zvuku.
Skúsenosti s kovovým pravítkom(Príloha 2).
čo si pozoroval? Aký môže byť záver?
Výkon: vibrujúce teleso vytvára zvuk.
Urobme nasledujúci experiment. Účel experimentu: zistiť, či zvuk vždy vytvára vibrujúce teleso.
Zariadenie, ktoré vidíte pred sebou, sa nazýva vidlička.
Experimentujte s ladičkou a tenisovou loptičkou zavesenou na nite(príloha 3) .
Počujete zvuk, ktorý vydáva ladička, ale vibrácie ladičky nie sú badateľné. Aby sme sa uistili, že ladička osciluje, opatrne ju presunieme na tienistú guľu zavesenú na niti a uvidíme, že vibrácie ladičky sa prenášajú na guľôčku, ktorá sa dostala do periodického pohybu.
Výkon: zvuk vytvára akékoľvek vibrujúce teleso.
Žijeme v oceáne zvukov. Zvuk vytvárajú zdroje zvuku. Existujú umelé aj prirodzené zdroje zvuku. TO prírodné zdroje zvuk odkazovať hlasivky (Príloha 1 - snímka č. 6.) Vzduch, ktorý dýchame, opúšťa pľúca Dýchacie cesty do hrtana. Hrtan obsahuje hlasivky. Pod tlakom vydýchnutého vzduchu začnú kmitať. Úlohu rezonátora zohrávajú ústa a nos, ako aj hrudník. Pre artikulovanú reč je okrem hlasiviek potrebný aj jazyk, pery, líca, mäkké podnebie a epiglottis.
K prirodzeným zdrojom zvuku patrí aj bzučanie komára, muchy, včely ( trepotanie krídel).
otázka:čo vytvára zvuk.
(Vzduch v balóne je pri stlačení pod tlakom. Potom sa dramaticky roztiahne a vytvorí zvukovú vlnu.)
Takže zvuk vytvára nielen oscilujúce, ale aj prudko sa rozširujúce telo. Je zrejmé, že vo všetkých prípadoch výskytu zvuku sa vrstvy vzduchu pohybujú, t.j. vzniká zvuková vlna.
Zvuková vlna je neviditeľná, možno ju len počuť a aj registrovať fyzickými zariadeniami. Na registráciu a štúdium vlastností zvukovej vlny nám slúži počítač, ktorý v súčasnosti vo veľkom využívajú fyzici na výskum. V počítači je nainštalovaný špeciálny výskumný program a pripojený mikrofón, ktorý zachytáva zvukové vibrácie (príloha 4). Pozrite sa na obrazovku. Na obrazovke vidíte grafické znázornenie zvukové vibrácie. Čo je tento graf? (sínusoida)
Poďme experimentovať s ladičkou s pierkom. Udrite do ladičky gumenou paličkou. Žiaci vidia vibrácie ladičky, ale nepočujú zvuk.
otázka:Prečo dochádza k vibráciám, ale nepočujete zvuk?
Ukázalo sa, že ľudia, ľudské ucho vníma rozsah zvuku od 16 Hz do Hz, je to počuteľný zvuk.
Počúvajte ich cez počítač a zachyťte zmeny vo frekvenciách rozsahu (príloha 5). Venujte pozornosť tomu, ako sa mení tvar sínusoidy so zmenou frekvencie zvukových vibrácií (perióda oscilácie sa znižuje, a preto sa frekvencia zvyšuje).
Existujú zvuky, ktoré sú pre ľudské ucho nepočuteľné. Ide o infrazvuk (rozsah oscilácií menší ako 16 Hz) a ultrazvuk (rozsah väčší ako Hz). Na tabuli vidíte schému frekvenčných rozsahov, nakreslite si ju do zošita (príloha 5). Skúmaním infra a ultrazvuku vedci objavili mnohé zaujímavé funkcie tieto zvukové vlny. O týchto zaujímavosti povedia nám spolužiaci (príloha 6).
4. Konsolidácia študovaného materiálu.
Na upevnenie naučeného učiva na hodine navrhujem zahrať si hru PRAVDA-NEPRAVDA. Prečítal som si situáciu a vy zdvihnete znamenie PRAVDA alebo NEPRAVDA a vysvetlíte svoju odpoveď.
Otázky. 1. Je pravda, že zdrojom zvuku je akékoľvek vibrujúce teleso? (správny).
2. Je pravda, že hudba znie hlasnejšie v sále plnej ľudí ako v prázdnej? (nesprávne, pretože prázdna hala funguje ako rezonátor vibrácií).
3. Je pravda, že komár máva krídlami rýchlejšie ako čmeliak? (pravda, pretože zvuk produkovaný komárom je vyšší, preto je vyššia aj frekvencia kmitov krídel).
4. Je pravda, že vibrácie znejúcej ladičky rýchlejšie upadnú, ak má nohu položenú na stole? (správne, pretože vibrácie ladičky sa prenášajú na stôl).
5. Je pravda, že? netopiere vidieť so zvukom? (správne, pretože netopiere vyžarujú ultrazvuk a potom počúvajú odrazený signál).
6. Je pravda, že niektoré zvieratá „predpovedajú“ zemetrasenie pomocou infrazvuku? (Je to tak, napríklad slony pocítia zemetrasenie za pár hodín a sú zároveň mimoriadne vzrušené).
7. Je pravda, že infrazvuk spôsobuje mentálne poruchy v ľuďoch? (to je pravda, v Marseille (Francúzsko) vedľa vedecké centrum bola postavená malá továreň. Krátko po uvedení na trh v jednom z vedeckých laboratóriách objavil zvláštne javy. Po niekoľkých hodinách v jej izbe sa výskumník stal úplne hlúpym: sotva dokázal vyriešiť čo i len jednoduchý problém).
A na záver navrhujem, aby ste kľúčové slová lekcie získali z vystrihnutých písmen tak, že ich preusporiadate.
KVZU - ZVUK
RAMTNOKE - ladička
TRAKZUVLU - ULTRAZVUK
FRAKVZUNI - INFRAZOUND
OKLABEINJA - VAŠKULÁCIE
5. Zhrnutie hodiny a domácich úloh.
Výsledky lekcie. V lekcii sme zistili, že:
Že akékoľvek vibrujúce teleso vytvára zvuk;
Zvuk sa šíri vzduchom ako zvukové vlny;
Zvuky sú počuteľné a nepočuteľné;
Ultrazvuk je nepočuteľný zvuk, ktorého frekvencia oscilácií je vyššia ako 20 kHz;
Infrazvuk je nepočuteľný zvuk s frekvenciou oscilácií pod 16 Hz;
Ultrazvuk je široko používaný vo vede a technike.
Domáca úloha:
1. §34, býv. 29 (Peryshkin 9 buniek)
2. Pokračujte v uvažovaní:
Počujem zvuk: a) letí; b) spadnutý predmet; c) búrky, pretože ....
Nepočujem zvuk: a) od leziacej holubice; b) z orla vznášajúceho sa na oblohe, pretože ...
Fyzikálny odbor, ktorý sa zaoberá zvukovými vibráciami, sa nazýva akustika.
Ľudské ucho je konštruované tak, že ako zvuk vníma vibrácie s frekvenciou 20 Hz až 20 kHz. Nízke frekvencie (zvuk basového bubna alebo organovej píšťaly) ucho vníma ako basové tóny. Pískanie alebo pískanie komára zodpovedá vysokým frekvenciám. Oscilácie s frekvenciou pod 20 Hz sa nazývajú infrazvuk a s frekvenciou nad 20 kHz - ultrazvuk.Človek takéto vibrácie nepočuje, no existujú zvieratá, ktoré infrazvuky počujú zemská kôra pred zemetrasením. Keď ich zvieratá počujú, opustia nebezpečnú oblasť.
V hudbe akustické frekvencie zodpovedajú ale tam. Nota „la“ hlavnej oktávy (klávesa C) zodpovedá frekvencii 440 Hz. Nota „la“ nasledujúcej oktávy zodpovedá frekvencii 880 Hz. A tak sa všetky ostatné oktávy líšia vo frekvencii presne dvakrát. V rámci každej oktávy sa rozlišuje 6 tónov alebo 12 poltónov. každý tón má frekvenciu yf2~ 1,12 sa líši od frekvencie predchádzajúceho tónu, každý poltón sa líši od predchádzajúcej o "2 $. Vidíme, že každá ďalšia frekvencia sa od predchádzajúcej líši nie o niekoľko Hz, ale o rovnaký počet krát. Takáto stupnica sa nazýva logaritmický, pretože rovnaká vzdialenosť medzi tónmi bude presne na logaritmickej stupnici, kde nie je vynesená samotná hodnota, ale jej logaritmus.
Ak zvuk zodpovedá jednej frekvencii v (alebo s = 2tcv), potom sa nazýva harmonický alebo monochromatický. Čisto harmonické zvuky sú zriedkavé. Zvuk takmer vždy obsahuje súbor frekvencií, t.j. jeho spektrum (pozri časť 8 tejto kapitoly) je zložité. Hudobné vibrácie vždy obsahujú základný tón cco \u003d 2n / T, kde T je bodka, a množinu alikvótov 2 (Oo, Zco 0, 4coo atď. Súbor alikvót označujúcich ich intenzity v hudbe sa nazýva tzv. timbre. Rôzne hudobné nástroje, rôzni speváci, ktorí berú rovnakú notu, majú rôzne zafarbenie. To im dáva rôzne farby.
Možné je aj primiešanie nie viacnásobných frekvencií. V klasickej európskej hudbe sa to považuje za disonantné. Používa sa však v modernej hudbe. Využíva sa dokonca aj pomalý pohyb ľubovoľných frekvencií v smere zvyšovania alebo znižovania (ukulele).
V nehudobných zvukoch je možná akákoľvek kombinácia frekvencií v spektre a ich zmena v čase. Spektrum takýchto zvukov môže byť súvislé (pozri časť 8). Ak sú intenzity pre všetky frekvencie približne rovnaké, potom sa takýto zvuk nazýva „biely šum“ (výraz je prevzatý z optiky, kde biela farba je súčet všetkých frekvencií).
Zvuky ľudskej reči sú veľmi zložité. Majú komplexné spektrum, ktoré sa v priebehu času rýchlo mení pri vyslovení jednej hlásky, slova a celej frázy. To dáva zvukom reči rôzne intonácie a prízvuky. Vďaka tomu je možné rozlíšiť jednu osobu od druhej podľa hlasu, aj keď vyslovujú rovnaké slová.
Prejdime k úvahám o zvukových javoch.
Svet zvukov, ktoré nás obklopujú, je rôznorodý – hlasy ľudí a hudba, spev vtákov a bzučanie včiel, hromy počas búrky a šum lesa vo vetre, zvuk prechádzajúcich áut, lietadiel a iných predmetov. .
Dávaj pozor!
Zdrojom zvuku sú vibrujúce telesá.
Príklad:
Elastické kovové pravítko fixujeme vo zveráku. Ak sa jeho voľná časť, ktorej dĺžka je zvolená určitým spôsobom, uvedie do kmitavého pohybu, potom pravítko vydá zvuk (obr. 1).
Zdrojom zvuku je teda kmitajúce pravítko.
Zoberme si obraz znejúcej struny, ktorej konce sú pevné (obr. 2). Rozmazané obrysy tejto struny a zjavné zhrubnutie v strede naznačujú, že struna vibruje.
Ak koniec papierového prúžku priblížite k znejúcej strune, prúžok sa odrazí od otrasov struny. Kým struna vibruje, je počuť zvuk; zastavte strunu a zvuk sa zastaví.
Obrázok 3 zobrazuje ladičku - zakrivenú kovovú tyč na nohe, ktorá je namontovaná na skrinke rezonátora.
Ak udriete do ladičky mäkkým kladivom (alebo nad ňou natiahnete mašľu), ladička sa ozve (obr. 4).
Svetelnú guľôčku (sklenenú guľôčku) zavesenú na niti privedieme k znejúcej ladičke - guľôčka sa bude od ladičky odrážať, čo naznačuje vibrácie jej konárikov (obr. 5).
Na „zaznamenanie“ vibrácií ladičky s malou (rádovo \(16\) Hz) vlastnou frekvenciou a veľkou amplitúdou kmitov je možné priskrutkovať tenký a úzky kovový pásik s hrotom na konci. koniec jednej z jej vetiev. Hrot musí byť zohnutý a zľahka sa ho dotknúť tanierom z dymového skla ležiacim na stole. Pri rýchlom pohybe platničky pod kmitajúcimi vetvami ladičky zanecháva hrot na platničke stopu v podobe vlnovky (obr. 6).
Vlnovka nakreslená na doske špičkou je veľmi blízko sínusoidy. Môžeme teda predpokladať, že každá vetva znejúcej ladičky vykonáva harmonické kmity.
Rôzne experimenty ukazujú, že akýkoľvek zdroj zvuku nutne osciluje, aj keď sú tieto oscilácie okom nepostrehnuteľné. Napríklad zvuky hlasov ľudí a mnohých zvierat vznikajú v dôsledku vibrácií ich hlasiviek, zvuku dychových hudobných nástrojov, zvuku sirény, hvízdania vetra, šušťania lístia, burácanie hromu je spôsobené kolísaním vzdušných hmôt.
Dávaj pozor!
Nie každé vibrujúce teleso je zdrojom zvuku.
Napríklad vibrujúce závažie zavesené na nite alebo pružine nevydáva zvuk. Kovové pravítko tiež prestane znieť, ak sa jeho voľný koniec predĺži tak, že frekvencia jeho kmitov bude nižšia ako \ (16 \) Hz.
Ľudské ucho je schopné vnímať ako zvukové mechanické vibrácie s frekvenciou od \(16\) do \(20000\) Hz (zvyčajne prenášané vzduchom).
Mechanické vibrácie, ktorých frekvencia leží v rozsahu od \(16\) do \(20000\) Hz, sa nazývajú zvuk.
Špecifikované hranice zvukového rozsahu sú podmienené, pretože závisia od veku ľudí a individuálne vlastnosti ich načúvacie zariadenie. Zvyčajne sa s vekom horná hranica frekvencie vnímaných zvukov výrazne znižuje - niektorí starší ľudia môžu počuť zvuky s frekvenciou nepresahujúcou \(6000\) Hz. Deti naopak dokážu vnímať zvuky, ktorých frekvencia je o niečo vyššia ako \ (20 000 \) Hz.
Mechanické vibrácie, ktorých frekvencia presahuje \(20 000\) Hz, sa nazývajú ultrazvukové a vibrácie s frekvenciami nižšími ako \(16\) Hz sa nazývajú infrazvukové.
Ultrazvuk a infrazvuk sú v prírode rovnako rozšírené ako zvukové vlny. Delfíny, netopiere a niektoré ďalšie živé tvory ich vyžarujú a používajú na svoje „vyjednávanie“.
