Тема: Звуковые и ультразвуковые волны. Ультразвук

Цель: показать разнообразие звука и звуковых волн, генерацию их и фиксирование;

инфразвук и ультразвук, их применение в технике и медицине (польза физики).

1 часть лекция – прочитать составить конспект и посмотреть видео https://www.youtube.com/watch?v=mO99sk039Lo

Объяснение нового материала:

Проблема:

№ 1: Вы никогда не пробовали выяснить, почему, когда вы стоите в соседней комнате и что-то говорите, то ваш голос слышит другой человек в другой комнате?

№ 2: Вспомните детство, как вы воплощали некоторые музыкальные фантазии на пустых бутылках? Это самый популярный и понятный способ для детей, чтобы понять что такое звуковые волны.

Теперь давайте приступим непосредственно к рассмотрению вопросов связанных с звуковыми волнами!

Звуковые волны – это вибрации, созданные в воздухе. Звуковые волны, как правило, отражаются от поверхности или объекта и таким образом создаётся устойчивая вибрация в воздухе. Например, если в замкнутом помещении находятся два человека, то их голоса будут отражаться от объектов, присутствующих в этой комнате, деревянная мебель, стены, кровати и т.д., и таким образом звук создается вокруг тех объектов, с которыми они взаимодействовали. Таким образом, мы слышим друг друга. Интересная ситуация будет происходить в космосе. Вы, наверное, слышали, что в космосе не может быть звука. А не может быть его потому, что в космосе нет воздуха и соответственно нечему вибрировать, тем самым, создавая звук!

Наука о звуках называется акустикой. Звук - это по сути колебания воздуха под давлением, то есть волны. Скорость звука в среднем в воздухе 1193 км/ч или составляет 331.46 м/с. ‎Скорость звука зависит от среды, через которую проходят волны, и часто является характеристикой основного показателя материала.

Звуковые волны, проходящие через жидкости и твёрдые тела, могут изменяться. В газах скорость звука меньше, чем в жидкостях, а в жидкостях скорость звука меньше, чем в твёрдых телах. В твёрдых телах скорость звука составляет 2000—6000 м/с.

Звуковые волны не могут передвигаться в среде вакуума и пустом пространстве, так как нет воздуха и нет ничего, чтобы могло предпринять обратные меры.

Когда звук распространяется через воду, звук движется в 4 раза быстрее, чем через воздух и составляет 1485 м/с.

№ 3: Почему мы видим молнию раньше, чем звук грома? Часто данный вопрос можно услышать как от детей, так и от взрослых. Скорость света гораздо больше чем скорость звука. Поэтому мы сначала видим молнию и только потом до нас доходит звук!

Если звуковые колебания быстрые, звук будет высоким и если колебания медленные, звук является низким.

Звуковые волны ощущаются не только ушами человека, но и все тело может чувствовать звуковые колебания на определенной частоте.

Обычно человек слышит звуки, передаваемые по воздуху, в диапазоне частот от 16—20 Гц до 15—20 кГц. Звук ниже диапазона слышимости человека называют инфразвуком; выше: до 1 ГГц, — ультразвуком, от 1 ГГц — гиперзвуком.

Среди слышимых звуков следует особо выделить фонетические, речевые звуки и фонемы (из которых состоит устная речь) и музыкальные звуки (из которых состоит музыка).

Звуковые волны кроме скорости распространения имеют характеристики: амплитуду, частоту, скорость, высоту и тембр звука.

Мир полон звуков и без музыки. Шумит улица, шумит заводской цех, а вдали от города шумит природа: ветром в листве деревьев, дождем в траве, морским прибоем. Человек так привык к шуму, что полная тишина для него — нелегкое испытание.

С утра до вечера объятые шумом, иногда сверх всякой меры, мы все же в любое мгновение можем выделить из этого шума музыкальный звук. Даже не ансамбль и не мелодию, а просто один-единственный звук. Ребёнок пиликнул на скрипке, трубач дунул в трубу, кто-то просто задел струну гитары — и мы уже отмечаем про себя: звучит музыкальный инструмент. Мы можем его даже и не видеть. Звук для нашего уха — это всего лишь колебания воздуха. Значит, в этих колебаниях содержится все, что отделяет музыкальный звук от шума. И все, что отличает один музыкальный звук от другого

Тембр определяется присутствием в звуке обертонов (призвуков) и зависит от источника звука. По тембру звуки очень разнообразны.

Громкость звука, величина, характеризующая слуховое ощущение для данного звука и которая не должна превышать порога болевого ощущения (величина звукового давления, при которой в ухе возникает ощущение боли).

Как можно получить (генерировать) звук?

Примером генерации может служить использование голосовых связок, динамиков или камертона. Большинство музыкальных инструментов основано на том же принципе. Исключением являются духовые инструменты, в которых звук генерируется за счёт взаимодействия потока воздуха с неоднородностями в инструменте.

Свойства звуковых (ультразвуковых)волн:

· дифракции,

· интерференции,

· поглощения (его ориентировочно характеризует величина полупоглощающего слоя, которая показывает на какой глубине интенсивность колебаний уменьшается в два раза (точнее в 2,718 раза или на 63 %). По Пальману при частоте, равной 0,8 МГц средние величины полупоглощающего слоя для некоторых тканей таковы: жировая ткань — 6,8 см; мышечная — 3,6 см; жировая и мышечная ткани вместе — 4,9 см),

· отражения,

· рассеяние

· преломление (акустическое сопротивление мягких тканей человека ненамного отличается от сопротивления воды, можно предполагать, что на границе раздела сред (эпидермис — дерма — фасция — мышца) будет наблюдаться преломление ультразвуковых волн).

Звуковые волны помогают животным и насекомым, чтобы обнаружить опасности. Волны выступают в качестве предупредительного сигнала о возможных атаках.

Собаки могут слышать ультразвуковые и инфразвуковые волны звука на более высокой частоте по сравнению с людьми.