เสียงสั่นสะเทือนและคลื่น คลื่นเสียงและลักษณะเฉพาะของมัน คลื่นเสียงรอบตัวเรา

บทเรียนนี้ครอบคลุมหัวข้อ " คลื่นเสียง- ในบทนี้เราจะศึกษาเกี่ยวกับอะคูสติกต่อไป ขั้นแรก เรามาทำซ้ำคำจำกัดความของคลื่นเสียง จากนั้นพิจารณาช่วงความถี่ของคลื่นเหล่านั้นและทำความคุ้นเคยกับแนวคิดของคลื่นอัลตราโซนิกและคลื่นอินฟราโซนิก นอกจากนี้เรายังจะหารือเกี่ยวกับคุณสมบัติของคลื่นเสียงในสื่อต่างๆ และเรียนรู้ว่าคุณลักษณะของคลื่นเสียงคืออะไร .

คลื่นเสียง –สิ่งเหล่านี้คือการสั่นสะเทือนทางกลที่บุคคลรับรู้การแพร่กระจายและการโต้ตอบกับอวัยวะของการได้ยิน (รูปที่ 1)

ข้าว. 1. คลื่นเสียง

สาขาวิชาฟิสิกส์ที่เกี่ยวข้องกับคลื่นเหล่านี้เรียกว่าอะคูสติก อาชีพของผู้ที่นิยมเรียกว่า “ผู้ฟัง” คือนักอะคูสติก คลื่นเสียงคือคลื่นที่แพร่กระจายในตัวกลางยืดหยุ่น มันเป็นคลื่นตามยาว และเมื่อมันแพร่กระจายในตัวกลางยืดหยุ่น การบีบอัดและการคายประจุจะสลับกัน มันจะถูกส่งผ่านช่วงเวลาในระยะทาง (รูปที่ 2)

ข้าว. 2. การแพร่กระจายคลื่นเสียง

คลื่นเสียง ได้แก่ การสั่นสะเทือนที่เกิดขึ้นที่ความถี่ตั้งแต่ 20 ถึง 20,000 เฮิรตซ์ สำหรับความถี่เหล่านี้ ความยาวคลื่นที่สอดคล้องกันคือ 17 ม. (สำหรับ 20 Hz) และ 17 มม. (สำหรับ 20,000 Hz) ช่วงนี้จะเรียกว่าเสียงที่ได้ยิน ความยาวคลื่นเหล่านี้กำหนดให้กับอากาศ ซึ่งมีความเร็วของเสียงเท่ากับ

นอกจากนี้ยังมีช่วงที่นักอะคูสติกจัดการด้วย - อินฟราโซนิกและอัลตราโซนิก อินฟราโซนิคคือคลื่นที่มีความถี่น้อยกว่า 20 เฮิรตซ์ และอัลตราโซนิกคืออันที่มีความถี่มากกว่า 20,000 เฮิรตซ์ (รูปที่ 3)

ข้าว. 3. ช่วงคลื่นเสียง

ทั้งหมด ผู้มีการศึกษาต้องนำทางช่วงความถี่ของคลื่นเสียงและรู้ว่าถ้าไปอัลตราซาวนด์ภาพบนหน้าจอคอมพิวเตอร์จะถูกสร้างขึ้นด้วยความถี่มากกว่า 20,000 เฮิรตซ์

อัลตราซาวนด์ –คลื่นเหล่านี้เป็นคลื่นกลคล้ายกับคลื่นเสียง แต่มีความถี่ตั้งแต่ 20 kHz ถึงหนึ่งพันล้านเฮิรตซ์

คลื่นที่มีความถี่มากกว่าพันล้านเฮิรตซ์เรียกว่า ไฮเปอร์ซาวด์.

อัลตราซาวนด์ใช้ในการตรวจจับข้อบกพร่องในชิ้นส่วนหล่อ สัญญาณอัลตราโซนิกสั้นๆ จะถูกส่งไปยังชิ้นส่วนที่กำลังตรวจสอบ ในสถานที่ที่ไม่มีข้อบกพร่อง สัญญาณจะผ่านชิ้นส่วนโดยไม่ได้รับการลงทะเบียนจากเครื่องรับ

หากมีรอยแตกช่องอากาศหรือความไม่เป็นเนื้อเดียวกันอื่น ๆ ในส่วนนั้นสัญญาณอัลตราโซนิกจะสะท้อนจากนั้นและกลับมาเข้าสู่เครื่องรับ วิธีการนี้เรียกว่า การตรวจจับข้อบกพร่องล้ำเสียง.

ตัวอย่างอื่นของการใช้งานอัลตราซาวนด์คือเครื่องจักร การตรวจอัลตราซาวนด์, เครื่องอัลตราซาวนด์ , เครื่องอัลตราซาวนด์บำบัด

อินฟาเรด –คลื่นกลคล้ายกับคลื่นเสียง แต่มีความถี่น้อยกว่า 20 เฮิรตซ์ หูของมนุษย์ไม่รับรู้พวกมัน

แหล่งกำเนิดคลื่นอินฟาเรดตามธรรมชาติ ได้แก่ พายุ สึนามิ แผ่นดินไหว พายุเฮอริเคน ภูเขาไฟระเบิด และพายุฝนฟ้าคะนอง

อินฟราซาวด์ยังเป็นคลื่นสำคัญที่ใช้ในการสั่นสะเทือนพื้นผิว (เช่น เพื่อทำลายวัตถุขนาดใหญ่บางส่วน) เราปล่อยอินฟราซาวด์ลงสู่ดิน - และดินก็แตกสลาย อันนี้ใช้ที่ไหนคะ? ตัวอย่างเช่น ในเหมืองเพชร ซึ่งพวกเขานำแร่ที่มีส่วนประกอบของเพชรมาบดให้เป็นอนุภาคเล็กๆ เพื่อค้นหาเพชรที่เจืออยู่ (รูปที่ 4)

ข้าว. 4. การประยุกต์ใช้อินฟราซาวนด์

ความเร็วของเสียงขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมและอุณหภูมิ (รูปที่ 5)

ข้าว. 5. ความเร็วของการแพร่กระจายคลื่นเสียงในสื่อต่างๆ

โปรดทราบ: ในอากาศ ความเร็วของเสียงที่ เท่ากับ และ ที่ ความเร็วจะเพิ่มขึ้นทีละ หากคุณเป็นนักวิจัย ความรู้นี้อาจเป็นประโยชน์สำหรับคุณ คุณอาจมีเซ็นเซอร์อุณหภูมิบางประเภทที่จะบันทึกความแตกต่างของอุณหภูมิโดยการเปลี่ยนความเร็วของเสียงในตัวกลาง เรารู้อยู่แล้วว่ายิ่งตัวกลางมีความหนาแน่นมากเท่าใด ปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคของตัวกลางก็จะยิ่งรุนแรงมากขึ้น คลื่นก็จะแพร่กระจายเร็วขึ้นเท่านั้น ในย่อหน้าสุดท้าย เราได้พูดถึงเรื่องนี้โดยใช้ตัวอย่างเรื่องแห้งและอากาศ อากาศชื้น- สำหรับน้ำ ความเร็วของการแพร่กระจายเสียงคือ หากคุณสร้างคลื่นเสียง (เคาะส้อมเสียง) ความเร็วของการแพร่กระจายในน้ำจะมากกว่าในอากาศถึง 4 เท่า ด้วยน้ำข้อมูลจะเข้าถึงได้เร็วกว่าทางอากาศถึง 4 เท่า และในประเภทเหล็ก มันเร็วยิ่งกว่า: (รูปที่ 6)

ข้าว. 6. ความเร็วการแพร่กระจายคลื่นเสียง

คุณรู้จากมหากาพย์ที่ Ilya Muromets ใช้ (และฮีโร่และชาวรัสเซียทั่วไปและเด็กชายจาก RVS ของ Gaidar) พวกเขาใช้มาก ในลักษณะที่น่าสนใจตรวจจับวัตถุที่กำลังเข้ามาใกล้แต่ยังห่างไกล เสียงที่เกิดขึ้นเมื่อเคลื่อนไหวยังไม่ได้ยิน Ilya Muromets หูของเขาแนบพื้นสามารถได้ยินเธอได้ ทำไม เนื่องจากเสียงถูกส่งผ่านพื้นดินแข็งด้วยความเร็วสูงกว่า ซึ่งหมายความว่ามันจะไปถึงหูของ Ilya Muromets เร็วขึ้น และเขาจะสามารถเตรียมพร้อมที่จะพบกับศัตรูได้

คลื่นเสียงที่น่าสนใจที่สุดคือเสียงดนตรีและเสียงต่างๆ วัตถุใดสามารถสร้างคลื่นเสียงได้? ถ้าเราเอาแหล่งกำเนิดคลื่นและตัวกลางยืดหยุ่น ถ้าเราทำให้แหล่งกำเนิดเสียงสั่นสะเทือนอย่างกลมกลืน เราก็จะได้คลื่นเสียงที่ยอดเยี่ยม ซึ่งเรียกว่าเสียงดนตรี แหล่งที่มาของคลื่นเสียงเหล่านี้อาจเป็นได้ เช่น สายของกีตาร์หรือเปียโน นี่อาจเป็นคลื่นเสียงที่สร้างขึ้นในช่องว่างอากาศของท่อ (อวัยวะหรือท่อ) จากบทเรียนดนตรี คุณรู้โน้ต: do, re, mi, fa, sol, la, si ในทางอะคูสติกเรียกว่า โทนเสียง (รูปที่ 7)

ข้าว. 7. โทนเสียงดนตรี

วัตถุทั้งหมดที่สามารถสร้างโทนเสียงได้จะมีคุณสมบัติต่างๆ พวกเขาแตกต่างกันอย่างไร? ต่างกันที่ความยาวคลื่นและความถี่ ถ้าคลื่นเสียงเหล่านี้ไม่ได้ถูกสร้างขึ้นจากร่างกายที่มีเสียงที่ประสานกันหรือไม่ได้เชื่อมต่อกับวงดนตรีออเคสตราทั่วไปบางประเภท ปริมาณเสียงดังกล่าวจะเรียกว่าเสียงรบกวน

เสียงรบกวน– การแกว่งแบบสุ่มของลักษณะทางกายภาพต่างๆ โดดเด่นด้วยความซับซ้อนของโครงสร้างทางโลกและทางสเปกตรัม แนวคิดเรื่องเสียงรบกวนมีทั้งในบ้านและทางกายภาพ ซึ่งคล้ายกันมาก ดังนั้นเราจึงแนะนำให้เป็นประเด็นสำคัญในการพิจารณาแยกต่างหาก

เรามาต่อกันที่ การประมาณการเชิงปริมาณคลื่นเสียง คลื่นเสียงดนตรีมีลักษณะอย่างไร? คุณลักษณะเหล่านี้ใช้กับการสั่นสะเทือนของเสียงฮาร์มอนิกโดยเฉพาะ ดังนั้น, ระดับเสียง- ระดับเสียงถูกกำหนดอย่างไร? ให้เราพิจารณาการแพร่กระจายของคลื่นเสียงในเวลาหรือการสั่นของแหล่งกำเนิดคลื่นเสียง (รูปที่ 8)

ข้าว. 8. ระดับเสียง

ในขณะเดียวกัน หากเราไม่ได้เพิ่มเสียงให้กับระบบมากนัก (เช่น เรากดคีย์เปียโนเบาๆ) ก็จะมีเสียงเงียบ ถ้าเรายกมือขึ้นเสียงดังเราจะทำให้เกิดเสียงนี้โดยการกดปุ่มเราจะได้เสียงดัง สิ่งนี้ขึ้นอยู่กับอะไร? เสียงที่เงียบมีแอมพลิจูดการสั่นสะเทือนน้อยกว่า เสียงดัง.

ลักษณะสำคัญต่อไป เสียงดนตรีและอื่นๆ - ความสูง- ระดับเสียงขึ้นอยู่กับอะไร? ความสูงขึ้นอยู่กับความถี่ เราสามารถทำให้แหล่งกำเนิดสั่นบ่อย ๆ หรือทำให้แหล่งกำเนิดสั่นไม่เร็วมาก (นั่นคือ ทำให้การแกว่งน้อยลงต่อหน่วยเวลา) ลองพิจารณาการกวาดเวลาของเสียงสูงและต่ำที่มีแอมพลิจูดเท่ากัน (รูปที่ 9)

ข้าว. 9. สนาม

สามารถสรุปข้อสรุปที่น่าสนใจได้ หากบุคคลร้องเพลงด้วยเสียงเบส แหล่งกำเนิดเสียงของเขา (ซึ่งเป็นเส้นเสียง) จะสั่นช้ากว่าแหล่งกำเนิดเสียงโซปราโนหลายเท่า ในกรณีที่สอง เส้นเสียงจะสั่นบ่อยขึ้น และบ่อยครั้งทำให้เกิดการบีบอัดและการคายประจุในการแพร่กระจายของคลื่นบ่อยขึ้น

มีอีกอันหนึ่ง ลักษณะที่น่าสนใจคลื่นเสียงซึ่งนักฟิสิกส์ไม่ได้ศึกษา นี้ เสียงต่ำ- คุณรู้จักและแยกแยะเพลงชิ้นเดียวกันที่ใช้กับบาลาไลกาหรือเชลโลได้อย่างง่ายดาย เสียงเหล่านี้หรือประสิทธิภาพนี้แตกต่างกันอย่างไร? ในช่วงเริ่มต้นของการทดลอง เราขอให้คนที่สร้างเสียงทำให้เสียงมีแอมพลิจูดเท่ากันโดยประมาณ เพื่อให้ระดับเสียงเท่ากัน มันเหมือนกับในกรณีของวงออเคสตรา: ถ้าไม่จำเป็นต้องเน้นเครื่องดนตรีใดๆ ทุกคนก็เล่นเท่าๆ กัน ด้วยความแรงเท่ากัน ดังนั้นเสียงร้องของบาลาไลกาและเชลโลจึงแตกต่างกัน หากเราดึงเสียงที่ผลิตจากเครื่องดนตรีชิ้นหนึ่งจากอีกชิ้นหนึ่งโดยใช้ไดอะแกรม เสียงเหล่านั้นก็จะเหมือนกัน แต่คุณสามารถแยกแยะเครื่องดนตรีเหล่านี้ได้อย่างง่ายดายด้วยเสียงของมัน

อีกตัวอย่างหนึ่งของความสำคัญของเสียงต่ำ ลองนึกภาพนักร้องสองคนที่สำเร็จการศึกษาจากมหาวิทยาลัยดนตรีแห่งเดียวกันโดยมีครูคนเดียวกัน พวกเขาเรียนได้ดีพอๆ กัน โดยมี A ตรง ด้วยเหตุผลบางอย่าง คนหนึ่งกลายเป็นนักแสดงที่โดดเด่น ในขณะที่อีกคนไม่พอใจกับอาชีพการงานของเขามาตลอดชีวิต ในความเป็นจริงสิ่งนี้ถูกกำหนดโดยเครื่องดนตรีของพวกเขาเท่านั้นซึ่งทำให้เกิดการสั่นสะเทือนของเสียงในสภาพแวดล้อมนั่นคือเสียงของพวกเขาต่างกันในเสียงต่ำ

อ้างอิง

1. Sokolovich Yu.A., Bogdanova G.S. ฟิสิกส์: หนังสืออ้างอิงพร้อมตัวอย่างการแก้ปัญหา - การแบ่งพาร์ติชันรุ่นที่ 2 - X.: Vesta: สำนักพิมพ์ Ranok, 2548. - 464 หน้า
2. Peryshkin A.V., Gutnik E.M., ฟิสิกส์ ชั้นประถมศึกษาปีที่ 9: หนังสือเรียนเพื่อการศึกษาทั่วไป สถาบัน/เอ.วี. Peryshkin, E.M. กุตนิค. - ฉบับที่ 14 แบบเหมารวม. - อ.: อีแร้ง, 2552. - 300 น.

1. พอร์ทัลอินเทอร์เน็ต “eduspb.com” ()
2. พอร์ทัลอินเทอร์เน็ต "msk.edu.ua" ()
3. พอร์ทัลอินเทอร์เน็ต "class-fizika.narod.ru" ()

การบ้าน

1. เสียงเดินทางอย่างไร? แหล่งกำเนิดเสียงคืออะไร?
2. เสียงสามารถเดินทางผ่านอวกาศได้หรือไม่?
3. คลื่นทุกคลื่นที่ไปถึงอวัยวะการได้ยินของบุคคลนั้นเขารับรู้หรือไม่?

มีคนมากมายรอบตัวเรา แหล่งกำเนิดเสียง:เครื่องดนตรีและเทคนิค สายเสียงของมนุษย์ คลื่นทะเล ลม และอื่นๆ เสียงหรืออีกนัยหนึ่งคือ คลื่นเสียง- สิ่งเหล่านี้คือการสั่นสะเทือนทางกลของตัวกลางที่มีความถี่ 16 เฮิรตซ์ - 20 กิโลเฮิรตซ์(ดูมาตรา 11-ก)

ลองพิจารณาประสบการณ์ โดยการวางนาฬิกาปลุกไว้บนแผ่นรองใต้กระดิ่งของปั๊มลม เราจะสังเกตได้ว่าเสียงติ๊กจะเงียบลงแต่ยังคงได้ยินเสียงอยู่ เมื่อสูบลมออกจากใต้กริ่งแล้วเราก็จะไม่ได้ยินเสียงเลย การทดลองนี้ยืนยันว่าเสียงเดินทางผ่านอากาศและไม่เดินทางในสุญญากาศ

ความเร็วของเสียงในอากาศค่อนข้างสูง โดยมีช่วงตั้งแต่ 300 เมตร/วินาที ที่ –50°С ถึง 360 เมตร/วินาที ที่ +50°С ซึ่งเร็วกว่าความเร็วของเครื่องบินโดยสารถึง 1.5 เท่า ในของเหลว เสียงจะเดินทางเร็วขึ้นอย่างเห็นได้ชัดและเข้าไปข้างใน ของแข็ง- เร็วขึ้นอีก ตัวอย่างเช่น ในรางเหล็ก ความเร็วของเสียงคือ » 5,000 m/s

ดูกราฟความผันผวนของความดันอากาศที่ปากของผู้ร้องเพลงเสียง "A" และ "O" อย่างที่คุณเห็น การสั่นสะเทือนนั้นซับซ้อน ซึ่งประกอบด้วยการสั่นสะเทือนหลายครั้งซ้อนทับกัน ขณะเดียวกันก็มองเห็นได้ชัดเจน ความผันผวนหลักความถี่ที่เกือบจะเป็นอิสระจากเสียงพูด สำหรับเสียงผู้ชายจะอยู่ที่ประมาณ 200 Hz สำหรับเสียงผู้หญิง - 300 Hz

สูงสุด = 360 ม./วินาที: 200 Hz » 2 ม., ต่ำสุด = 300 ม./วินาที: 300 Hz » 1 ม.

ดังนั้นความยาวคลื่นเสียงของเสียงจึงขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของอากาศและความถี่พื้นฐานของเสียง เมื่อนึกถึงความรู้เรื่องการเลี้ยวเบนของเรา เราจะเข้าใจว่าทำไมจึงได้ยินเสียงผู้คนในป่า แม้ว่าพวกเขาจะถูกต้นไม้บังไว้ก็ตาม เสียงที่มีความยาวคลื่น 1-2 ม. โค้งงอไปรอบ ๆ ลำต้นของต้นไม้ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางน้อยกว่า 1 เมตรได้อย่างง่ายดาย

ขอให้เราทำการทดลองเพื่อยืนยันว่าแหล่งกำเนิดเสียงนั้นเป็นวัตถุที่สั่นจริงๆ

มาเอาอุปกรณ์กันเถอะ ส้อม– หนังสติ๊กโลหะติดตั้งบนกล่องที่ไม่มีผนังด้านหน้าเพื่อการแผ่คลื่นเสียงที่ดีขึ้น หากคุณตีปลายหนังสติ๊กของส้อมเสียงด้วยค้อน มันจะทำให้เกิดเสียง "สะอาด" ที่เรียกว่า โทนเสียงดนตรี(เช่น โน้ต “A” ของอ็อกเทฟแรกที่มีความถี่ 440 เฮิรตซ์) ให้เราขยับส้อมเสียงที่มีเสียงไปทางลูกบอลแสงบนสาย แล้วมันจะเด้งไปด้านข้างทันที สิ่งนี้เกิดขึ้นอย่างแม่นยำเนื่องจากการสั่นบ่อยครั้งของปลายของหนังสติ๊กส้อมเสียง

สาเหตุที่ความถี่ของการสั่นสะเทือนของร่างกายขึ้นอยู่กับความยืดหยุ่นและขนาดยังไง ขนาดใหญ่ขึ้นร่างกายยิ่งความถี่ต่ำลง ตัวอย่างเช่น ช้างที่มีเส้นเสียงขนาดใหญ่จะปล่อยเสียงความถี่ต่ำ (เบส) และหนูที่มีเส้นเสียงมีขนาดเล็กกว่ามากจะปล่อยเสียงความถี่สูง (เอี๊ยด)

ไม่เพียงแต่เสียงของร่างกายจะดังแค่ไหน แต่ยังรวมถึงวิธีการจับเสียงและตอบสนองต่อเสียงนั้นด้วย ขึ้นอยู่กับความยืดหยุ่นและขนาด ปรากฏการณ์ของการเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วของแอมพลิจูดของการสั่นเมื่อความถี่ของอิทธิพลภายนอกเกิดขึ้นพร้อมกับความถี่ธรรมชาติของร่างกายเรียกว่า เสียงก้อง (ละติน “สมเหตุสมผล” - ฉันตอบกลับ) เรามาทำการทดลองเพื่อสังเกตการสั่นพ้องกัน

ลองวางส้อมเสียงที่เหมือนกันสองตัววางเคียงข้างกัน โดยหมุนส้อมเข้าหากันที่ด้านข้างของกล่องที่ไม่มีกำแพง ให้ใช้ค้อนตีส้อมเสียงด้านซ้าย อีกสักครู่เราจะกลบมันด้วยมือของเรา เราจะได้ยินเสียงส้อมเสียงอันที่สองที่เราไม่ได้ตี พวกเขาบอกว่าส้อมเสียงที่เหมาะสม สะท้อนนั่นคือมันจับพลังงานของคลื่นเสียงจากส้อมเสียงด้านซ้าย ซึ่งส่งผลให้แอมพลิจูดของการสั่นสะเทือนของมันเพิ่มขึ้น

แหล่งกำเนิดเสียง

การสั่นสะเทือนของเสียง

สรุปบทเรียน

1.ช่วงเวลาขององค์กร

สวัสดีทุกคน! บทเรียนของเรามีการประยุกต์ใช้ในทางปฏิบัติอย่างกว้างขวางในการฝึกฝนในชีวิตประจำวัน ดังนั้นคำตอบของคุณจะขึ้นอยู่กับทักษะการสังเกตในชีวิตและความสามารถในการวิเคราะห์การสังเกตของคุณ

2. การทำซ้ำความรู้พื้นฐาน

สไลด์หมายเลข 1, 2, 3, 4, 5 จะแสดงบนหน้าจอโปรเจ็กเตอร์ (ภาคผนวก 1)

พวกคุณนี่คือปริศนาอักษรไขว้หลังจากไขปริศนาแล้วคุณจะได้เรียนรู้คำสำคัญของบทเรียน

ส่วนที่ 1:ตั้งชื่อปรากฏการณ์ทางกายภาพ

ส่วนที่ 2:ตั้งชื่อกระบวนการทางกายภาพ

ส่วนที่ 3:ตั้งชื่อปริมาณทางกายภาพ

ส่วนที่ 4:ตั้งชื่ออุปกรณ์ทางกายภาพ

	ร		ซี		เอ็น
	ใน
						คุณ
						ถึง

ให้ความสนใจกับคำที่เน้น คำนี้คือ "เสียง" ซึ่งเป็นคำสำคัญของบทเรียน บทเรียนของเราเน้นเรื่องเสียงและการสั่นสะเทือนของเสียง ดังนั้นหัวข้อของบทเรียนคือ “แหล่งกำเนิดเสียง การสั่นสะเทือนของเสียง- ในระหว่างบทเรียน คุณจะได้เรียนรู้ว่าอะไรคือแหล่งกำเนิดของเสียง ความสั่นสะเทือนของเสียงคืออะไร สิ่งที่เกิดขึ้น และบางส่วน การใช้งานจริงในชีวิตของคุณ

3. คำอธิบายเนื้อหาใหม่

เรามาทำการทดลองกัน วัตถุประสงค์ของการทดลอง: เพื่อค้นหาสาเหตุของเสียง

ทดลองกับไม้บรรทัดโลหะ(ภาคผนวก 2)

คุณสังเกตเห็นอะไร? สรุปได้อะไรบ้าง?

บทสรุป: ร่างกายที่สั่นสะเทือนทำให้เกิดเสียง

เรามาทำการทดลองต่อไปนี้กัน วัตถุประสงค์ของการทดลอง: เพื่อดูว่าเสียงถูกสร้างขึ้นโดยร่างกายที่สั่นอยู่เสมอหรือไม่

อุปกรณ์ที่คุณเห็นอยู่ตรงหน้าคุณเรียกว่า ส้อม.

ทดลองใช้ส้อมเสียงและลูกเทนนิสห้อยอยู่บนเชือก(ภาคผนวก 3) .

คุณได้ยินเสียงที่ส้อมเสียงทำ แต่การสั่นสะเทือนของส้อมเสียงนั้นไม่สังเกตเห็นได้ชัดเจน เพื่อให้แน่ใจว่าส้อมเสียงสั่น เราค่อยๆ เคลื่อนมันไปทางลูกบอลที่มีร่มเงาซึ่งแขวนอยู่บนเส้นด้าย และเราจะเห็นว่าการสั่นของส้อมเสียงถูกถ่ายโอนไปยังลูกบอล ซึ่งเริ่มเคลื่อนไหวเป็นระยะ

บทสรุป: เสียงถูกสร้างขึ้นจากร่างกายที่สั่นสะเทือน

เราอาศัยอยู่ในมหาสมุทรแห่งเสียง เสียงถูกสร้างขึ้นจากแหล่งกำเนิดเสียง มีแหล่งกำเนิดเสียงทั้งที่ประดิษฐ์และเป็นธรรมชาติ ถึง แหล่งธรรมชาติรวมเสียง สายเสียง (ภาคผนวก 1 - สไลด์หมายเลข 6) อากาศที่เราหายใจออกจากปอด ระบบทางเดินหายใจเข้าไปในกล่องเสียง กล่องเสียงประกอบด้วยสายเสียง ภายใต้ความกดดันของอากาศที่หายใจออกพวกมันจะเริ่มสั่น บทบาทของเครื่องสะท้อนเสียงนั้นเล่นได้ในช่องปากและจมูกรวมถึงหน้าอก สำหรับคำพูดที่ชัดเจน นอกเหนือจากสายเสียงแล้ว คุณยังต้องมีลิ้น ริมฝีปาก แก้ม เพดานอ่อน และฝาปิดกล่องเสียงด้วย

แหล่งกำเนิดเสียงตามธรรมชาติ ได้แก่ เสียงยุง แมลงวัน ผึ้ง ( ปีกกระพือ).

คำถาม:อะไรทำให้เกิดเสียง

(อากาศในลูกบอลอยู่ภายใต้ความกดดันในสภาวะอัด จากนั้นจะขยายตัวอย่างรวดเร็วและสร้างคลื่นเสียง)

ดังนั้น เสียงไม่เพียงสร้างการสั่นเท่านั้น แต่ยังสร้างลำตัวที่ขยายออกอย่างรวดเร็วอีกด้วย แน่นอนว่าในทุกกรณีของการเกิดเสียง ชั้นของอากาศจะเคลื่อนที่ กล่าวคือ คลื่นเสียงจะเกิดขึ้น

คลื่นเสียงเป็นสิ่งที่มองไม่เห็น สามารถได้ยินและรับรู้ได้ด้วยเครื่องมือทางกายภาพเท่านั้น ในการลงทะเบียนและศึกษาคุณสมบัติของคลื่นเสียง เราใช้คอมพิวเตอร์ซึ่งปัจจุบันนักฟิสิกส์ใช้กันอย่างแพร่หลายในการวิจัย มีการติดตั้งโปรแกรมการวิจัยพิเศษบนคอมพิวเตอร์และมีการเชื่อมต่อไมโครโฟนที่รับการสั่นสะเทือนของเสียง (ภาคผนวก 4) ดูที่หน้าจอ บนหน้าจอที่คุณเห็น การแสดงกราฟิกการสั่นสะเทือนของเสียง คืออะไร กำหนดการนี้? (ไซนัสอยด์)

ลองทำการทดลองด้วยส้อมเสียงด้วยขนนก เราตีส้อมเสียงด้วยค้อนยาง นักเรียนเห็นการสั่นสะเทือนของส้อมเสียง แต่ไม่ได้ยินเสียงใดๆ

คำถาม:ทำไมถึงมีการสั่นสะเทือนแต่คุณไม่ได้ยินเสียง?

ปรากฎว่าหูของมนุษย์รับรู้ช่วงเสียงตั้งแต่ 16 Hz ถึง Hz ซึ่งเป็นเสียงที่ได้ยิน

ฟังผ่านคอมพิวเตอร์และสังเกตการเปลี่ยนแปลงของความถี่ของช่วง (ภาคผนวก 5) ให้ความสนใจว่ารูปร่างของคลื่นไซน์เปลี่ยนแปลงอย่างไรเมื่อความถี่ของการสั่นของเสียงเปลี่ยนแปลง (ระยะเวลาการสั่นลดลง ดังนั้นความถี่จึงเพิ่มขึ้น)

มีเสียงต่างๆ ที่ไม่สามารถได้ยินจากหูของมนุษย์ได้ เหล่านี้คืออินฟราซาวด์ (ช่วงการสั่นน้อยกว่า 16 Hz) และอัลตราซาวนด์ (ช่วงมากกว่า Hz) คุณเห็นไดอะแกรมของช่วงความถี่บนกระดาน ร่างลงในสมุดบันทึกของคุณ (ภาคผนวก 5) จากการศึกษาอินฟาเรดและอัลตราซาวนด์ทำให้นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบอะไรมากมาย คุณสมบัติที่น่าสนใจคลื่นเสียงเหล่านี้ เกี่ยวกับสิ่งเหล่านี้ ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจเพื่อนร่วมชั้นของคุณจะบอกเรา (ภาคผนวก 6)

4. การรวมเนื้อหาที่ศึกษา

เพื่อเสริมเนื้อหาที่เรียนในชั้นเรียน ฉันแนะนำให้เล่นเกม TRUE-FALSE ฉันอ่านสถานการณ์แล้วคุณชูป้ายที่ระบุว่า TRUE หรือ FALSE และอธิบายคำตอบของคุณ

คำถาม. 1. แหล่งกำเนิดเสียงมาจากวัตถุที่มีการสั่นจริงหรือไม่? (ขวา).

2. จริงหรือที่ในห้องโถงที่เต็มไปด้วยผู้คนเสียงดนตรีดังกว่าในห้องว่างเปล่า? (ผิดเพราะห้องโถงว่างทำหน้าที่เป็นตัวสะท้อนการสั่นสะเทือน)

3. จริงหรือไม่ที่ยุงกระพือปีกเร็วกว่าแมลงภู่? (ถูกต้องเพราะเสียงที่เกิดจากยุงสูงกว่า ความถี่ของการสั่นสะเทือนของปีกจึงสูงกว่า)

4. จริงหรือไม่ที่การสั่นสะเทือนของส้อมเสียงที่มีเสียงจะดับเร็วขึ้นหากวางขาไว้บนโต๊ะ? (ถูกต้องเนื่องจากการสั่นสะเทือนของส้อมเสียงถูกส่งไปยังโต๊ะ)

5. จริงหรือไม่ ค้างคาวเห็นด้วยเสียงเหรอ? (ถูกต้องเพราะค้างคาวปล่อยอัลตราซาวนด์แล้วฟังสัญญาณที่สะท้อน)

6. เป็นความจริงหรือไม่ที่สัตว์บางชนิด “ทำนาย” แผ่นดินไหวโดยใช้อินฟาเรด? (จริงอยู่ เช่น ช้างรู้สึกถึงแผ่นดินไหวล่วงหน้าหลายชั่วโมงและรู้สึกตื่นเต้นอย่างมาก)

7. จริงหรือไม่ที่อินฟาเรดทำให้เกิด ความผิดปกติทางจิตในผู้คน? (ใช่แล้วที่เมืองมาร์กเซย (ฝรั่งเศส) ข้างๆ ศูนย์วิทยาศาสตร์มีการสร้างโรงงานขนาดเล็ก ไม่นานหลังจากเปิดตัวในหนึ่งใน ห้องปฏิบัติการทางวิทยาศาสตร์ได้พบปรากฏการณ์ประหลาด หลังจากอยู่ในห้องของเธอสองสามชั่วโมง ผู้วิจัยก็กลายเป็นคนโง่อย่างยิ่ง เขามีปัญหาในการแก้ปัญหาแม้แต่ปัญหาง่ายๆ)

และโดยสรุป ฉันขอแนะนำให้คุณเอาคำสำคัญของบทเรียนจากตัวอักษรที่ตัดมาโดยการจัดเรียงใหม่

KVZU – เสียง

RAMTNOCKE – ส้อมเสียง

ลองอัคซูฟลู – อัลตราซาวนด์

FRAKVZUNI - อินฟราซาวน์

โอคลาบียา – การสั่น

5. สรุปบทเรียนและการบ้าน

สรุปบทเรียน ในระหว่างบทเรียนเราพบว่า:

ว่าร่างกายที่สั่นสะเทือนนั้นทำให้เกิดเสียง

เสียงเดินทางผ่านอากาศในรูปของคลื่นเสียง

เสียงมีทั้งแบบได้ยินและไม่ได้ยิน

อัลตราซาวนด์เป็นเสียงที่ไม่ได้ยินซึ่งมีความถี่การสั่นสะเทือนสูงกว่า 20 kHz;

อินฟราซาวด์เป็นเสียงที่ไม่ได้ยินซึ่งมีความถี่การสั่นต่ำกว่า 16 เฮิรตซ์

อัลตราซาวด์ใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

การบ้าน:

1. §34 เช่น 29 (เพอริชกิน เกรด 9)

2. ให้เหตุผลต่อไป:

ฉันได้ยินเสียงของ: ก) แมลงวัน; b) วัตถุที่ตกลงมา; ค) พายุฝนฟ้าคะนอง เพราะ...

ฉันไม่ได้ยินเสียง: ก) จากนกพิราบปีนเขา; b) จากนกอินทรีที่โผบินสู่ท้องฟ้า เพราะ...

สาขาวิชาฟิสิกส์ที่เกี่ยวข้องกับการสั่นสะเทือนของเสียงเรียกว่า อะคูสติก

หูของมนุษย์ได้รับการออกแบบในลักษณะที่รับรู้การสั่นสะเทือนที่มีความถี่ตั้งแต่ 20 Hz ถึง 20 kHz เป็นเสียง หูจะรับรู้ความถี่ต่ำ (เสียงของกลองเบสหรือไปป์ออร์แกน) เป็นเสียงเบส เสียงนกหวีดหรือเสียงแหลมของยุงสอดคล้องกับความถี่สูง การสั่นที่มีความถี่ต่ำกว่า 20 Hz เรียกว่า อินฟาเรดและมีความถี่สูงกว่า 20 kHz - อัลตราซาวนด์มนุษย์ไม่ได้ยินเสียงการสั่นสะเทือนดังกล่าว แต่มีสัตว์บางชนิดที่ได้ยินเสียงอินฟราซาวด์เล็ดลอดออกมา เปลือกโลกก่อนเกิดแผ่นดินไหว เมื่อได้ยินพวกมัน สัตว์ก็ออกจากพื้นที่อันตรายไป

ในดนตรี ความถี่เสียงจะสอดคล้องกับ บันทึกย่อโน้ต "A" ของอ็อกเทฟหลัก (คีย์ C) สอดคล้องกับความถี่ 440 Hz โน้ต "A" ของอ็อกเทฟถัดไปสอดคล้องกับความถี่ 880 Hz ดังนั้นอ็อกเทฟอื่นๆ ทั้งหมดจึงมีความถี่ต่างกันสองเท่าพอดี ภายในแต่ละอ็อกเทฟจะมี 6 โทนหรือ 12 ครึ่งเสียง ทั้งหมด โทนเสียงมีความถี่ของ ปีที่ 2~ 1.12 แตกต่างจากความถี่ของโทนเสียงก่อนหน้าแต่ละตัว ครึ่งเสียงแตกต่างจากความถี่ก่อนหน้าใน "$2 เราจะเห็นว่าความถี่ต่อมาแต่ละความถี่แตกต่างจากความถี่ก่อนหน้าไม่ใช่ไม่กี่ Hz แต่ด้วยจำนวนครั้งเท่ากัน สเกลนี้เรียกว่า ลอการิทึมเนื่องจากระยะห่างที่เท่ากันระหว่างโทนเสียงจะแม่นยำในระดับลอการิทึม โดยที่ค่าลอการิทึมไม่ใช่ค่าที่ถูกพล็อต แต่เป็นลอการิทึม

หากเสียงตรงกับความถี่เดียว v (หรือด้วย = 2tcv) จึงเรียกว่าฮาร์มอนิก หรือเอกรงค์เดียว เสียงฮาร์โมนิคล้วนๆ นั้นหาได้ยาก เกือบทุกครั้ง เสียงประกอบด้วยชุดความถี่ กล่าวคือ สเปกตรัม (ดูส่วนที่ 8 ของบทนี้) มีความซับซ้อน การสั่นทางดนตรีประกอบด้วยโทนเสียงพื้นฐาน sso = 2i/T เสมอ โดยที่ T คือจุด และชุดของเสียงหวือหวา 2(Oo, 3so 0, 4coo ฯลฯ) ชุดของเสียงหวือหวาที่บ่งบอกถึงความเข้มของเสียงในดนตรีเรียกว่า เสียงต่ำแตกต่าง เครื่องดนตรีนักร้องแต่ละคนที่เล่นโน้ตตัวเดียวกันก็มีทำนองต่างกัน สิ่งนี้ทำให้พวกเขามีสีที่ต่างกัน

นอกจากนี้ยังสามารถผสมความถี่ที่ไม่ใช่หลายความถี่เข้าด้วยกันได้ ในดนตรียุโรปคลาสสิก สิ่งนี้ถือว่าไม่สอดคล้องกัน อย่างไรก็ตาม ดนตรีสมัยใหม่ก็ใช้สิ่งนี้ แม้แต่การเคลื่อนไหวช้าๆ ของความถี่ใดๆ ก็ตามเพื่อเพิ่มหรือลดลงก็ยังใช้ (อูคูเลเล่)

ในเสียงที่ไม่ใช่เสียงดนตรี การผสมความถี่ในสเปกตรัมและการเปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาผ่านไปสามารถทำได้ สเปกตรัมของเสียงดังกล่าวสามารถต่อเนื่องได้ (ดูหัวข้อที่ 8) หากความเข้มของความถี่ทั้งหมดใกล้เคียงกัน เสียงดังกล่าวจะเรียกว่า "เสียงสีขาว" (คำที่นำมาจากทัศนศาสตร์ โดยที่ สีขาว- ผลรวมของความถี่ทั้งหมด)

เสียงคำพูดของมนุษย์มีความซับซ้อนมาก พวกเขามีสเปกตรัมที่ซับซ้อนซึ่งเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วเมื่อเวลาผ่านไปเมื่อออกเสียงเสียงคำเดียวและทั้งวลี ซึ่งจะทำให้เสียงพูดมีน้ำเสียงและสำเนียงที่แตกต่างกัน เป็นผลให้สามารถแยกแยะบุคคลหนึ่งจากอีกคนหนึ่งด้วยเสียงของพวกเขา แม้ว่าพวกเขาจะออกเสียงคำเดียวกันก็ตาม

มาดูปรากฏการณ์ทางเสียงกันดีกว่า

โลกแห่งเสียงรอบตัวเรามีความหลากหลาย - เสียงของผู้คนและเสียงดนตรี เสียงนกร้องและเสียงผึ้ง ฟ้าร้องขณะเกิดพายุฝนฟ้าคะนอง และเสียงของป่าในสายลม เสียงรถยนต์ที่แล่นผ่าน เครื่องบิน และวัตถุอื่น ๆ .

ใส่ใจ!

แหล่งกำเนิดเสียงคือร่างกายที่สั่นสะเทือน

ตัวอย่าง:

มายึดไม้บรรทัดโลหะที่ยืดหยุ่นไว้ในที่รองกัน หากส่วนที่ว่างซึ่งความยาวที่เลือกไว้ถูกตั้งค่าเป็นการเคลื่อนที่แบบสั่น ไม้บรรทัดจะส่งเสียง (รูปที่ 1)

ดังนั้นไม้บรรทัดที่สั่นจึงเป็นแหล่งกำเนิดของเสียง

ลองพิจารณาภาพของสายที่มีเสียงซึ่งปลายได้รับการแก้ไขแล้ว (รูปที่ 2) เส้นโครงที่เบลอของสายนี้และความหนาที่ปรากฏตรงกลางแสดงว่าสายนั้นกำลังสั่น

หากคุณนำปลายของแถบกระดาษเข้าใกล้กับสายที่มีเสียง แถบกระดาษจะกระดอนจากการกระแทกของสาย ในขณะที่เชือกสั่น ก็ได้ยินเสียง หยุดสายและเสียงหยุดลง

รูปที่ 3 แสดงส้อมเสียง - แท่งโลหะโค้งบนขาซึ่งติดตั้งอยู่บนกล่องเรโซเนเตอร์

หากคุณตีส้อมเสียงด้วยค้อนนุ่ม (หรือใช้คันธนูจับไว้) ส้อมเสียงจะดังขึ้น (รูปที่ 4)

ให้เรานำลูกบอลแสง (ลูกปัดแก้ว) ที่แขวนอยู่บนด้ายไปที่ส้อมเสียงซึ่งมีเสียง - ลูกบอลจะเด้งออกจากส้อมเสียงซึ่งบ่งบอกถึงการสั่นสะเทือนของกิ่งก้านของมัน (รูปที่ 5)

หากต้องการ "บันทึก" การแกว่งของส้อมเสียงด้วยความถี่ธรรมชาติต่ำ (ประมาณ \(16\) Hz) และการสั่นที่มีแอมพลิจูดสูง คุณสามารถขันแถบโลหะบางและแคบด้วยจุดที่ปลายถึงปลาย หนึ่งในสาขาของมัน ปลายจะต้องงอลงและแตะแผ่นกระจกรมควันที่วางอยู่บนโต๊ะเบา ๆ เมื่อจานเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วภายใต้กิ่งก้านที่สั่นของส้อมเสียง ปลายจะทิ้งเครื่องหมายไว้บนจานในรูปของเส้นหยัก (รูปที่ 6)

เส้นหยักที่วาดบนจานโดยมีจุดอยู่ใกล้กับไซนัสอยด์มาก ดังนั้น เราสามารถสรุปได้ว่าส้อมเสียงแต่ละสาขาทำการสั่นแบบฮาร์มอนิก

การทดลองต่างๆ ระบุว่าแหล่งกำเนิดเสียงใดๆ จำเป็นต้องสั่นสะเทือน แม้ว่าการสั่นสะเทือนเหล่านี้จะมองไม่เห็นด้วยตาก็ตาม เช่น เสียงคนและสัตว์ต่างๆ เกิดขึ้นเนื่องจากการสั่นของเส้นเสียง เสียงเครื่องดนตรีประเภทลม เสียงไซเรน เสียงนกหวีดของลม เสียงใบไม้ที่ส่งเสียงกรอบแกรบ และ เสียงฟ้าร้องเกิดจากการสั่นของมวลอากาศ

ใส่ใจ!

ไม่ใช่ทุกตัวที่สั่นจะเป็นแหล่งกำเนิดเสียง

ตัวอย่างเช่น ตุ้มน้ำหนักที่แกว่งไปมาบนเกลียวหรือสปริงจะไม่ส่งเสียง ไม้บรรทัดโลหะจะหยุดส่งเสียงเช่นกัน หากปลายด้านที่ว่างของมันยาวขึ้นมากจนความถี่การสั่นสะเทือนจะน้อยกว่า \(16\) Hz

หูของมนุษย์สามารถรับรู้เป็นเสียงการสั่นสะเทือนทางกลที่มีความถี่ตั้งแต่ \(16\) ถึง \(20,000\) Hz (โดยปกติจะส่งผ่านอากาศ)

การสั่นสะเทือนทางกล ซึ่งมีความถี่อยู่ในช่วง \(16\) ถึง \(20,000\) Hz เรียกว่าเสียง

ขอบเขตของช่วงเสียงที่ระบุนั้นขึ้นอยู่กับอำเภอใจ เนื่องจากขึ้นอยู่กับอายุของผู้คนและ ลักษณะเฉพาะส่วนบุคคลเครื่องช่วยฟังของพวกเขา โดยทั่วไปแล้ว เมื่ออายุมากขึ้น ขีดจำกัดความถี่สูงสุดของเสียงที่รับรู้จะลดลงอย่างมาก ผู้สูงอายุบางคนสามารถได้ยินเสียงที่มีความถี่ไม่เกิน \(6000\) Hz ในทางกลับกัน เด็กสามารถรับรู้เสียงที่มีความถี่สูงกว่า \(20,000\) Hz เล็กน้อย

การสั่นสะเทือนทางกลที่มีความถี่เกิน \(20,000\) เฮิรตซ์เรียกว่าอัลตราโซนิก และการสั่นสะเทือนที่มีความถี่น้อยกว่า \(16\) เฮิรตซ์เรียกว่าอินฟราโซนิก

อัลตราซาวด์และอินฟราซาวด์แพร่หลายในธรรมชาติพอๆ กับคลื่นเสียง พวกมันถูกปล่อยออกมาและใช้สำหรับ “การเจรจา” โดยโลมา ค้างคาว และสิ่งมีชีวิตอื่นๆ