Проектная работа. Тема: «изучение звуковых колебаний»

ПРОЕКТНАЯ РАБОТА. Тема: «Изучение звуковых колебаний»

Введение

Человек живет в мире звуков. Мы слышим голоса людей, шум леса, восхищаемся чудесными звуками, которые издают гитара, скрипка, баян, фортепиано. Услышав какой-то звук, мы обычно можем установить, что он дошел до нас от какого-то источника. Рассматривая этот источник, мы всегда найдем в нем что-то колеблющееся. Звук до нас доходит через воздух, следовательно, можно предположить, что распространяющиеся колебания - это волна. Из чего следует вывод, что звук распространяется в виде волн.
  Изучает звук такая наука как акустика. Она изучает физическую природу звука и проблемы, связанные с его возникновением, распространением, восприятием и воздействием. Акустика является одним из направлений физики (механики), исследующих упругие колебания и волны от самых низких (условно от 0 Гц) до высоких частот.
Тема проекта: «Изучение звуковых колебаний»

Актуальность исследовательской работы: Тема взаимосвязи физики и музыкального искусства, на мой взгляд, очень актуальна, так как в повседневной жизни современного человека музыка является очень важным составляющим. Цель: изучить звуковые колебания,проследить их взаимосвязь с музыкальным искусством. Задачи:  1. Проанализировать найденную литературу 2. Рассмотреть некоторые музыкальные инструменты с точки зрения физики и познакомиться с их историей  3. Изучить воздействие звука на организм человека, найти связь между музыкой н наукой физикой [ВШ1] 1. ПОНЯТИЕ ЗВУКА в физике

 1.1 Звук в физике
Звук — это механические упругие волны, распространяющиеся в жидкостях, газах и твердых телах, которые образуются в результате колебаний и изменения атмосферы, а также объектов вокруг нас. Даже при разговоре вы слышите своего собеседника потому, что он воздействует на воздух.
Звуковые колебания возникают в любой среде, способной сжиматься, а так как несжимающихся тел в природе нет, то, значит, частицы любого материала могут оказаться в этих условиях. Учение о таких колебаниях обычно называют акустикой.
Если источник и приёмник звука находятся в состоянии покоя относительно среды, то длина волны звука равна:
λ=vT=vν(4), где v - скорость распространения волны в веществ;
ν - частота звука.
Примеры решения:

Задача. Сидящий у реки рыболов заметил, что его поплавок колеблется на волнах так, что за десять секунд совершает десять колебаний. При этом расстояние между соседними гребешками волны оказалось равным 0,5 метра. Какова скорость распространения этой волны?
Решение.
1. Кратко записываем условие, изображаем его графически. При записи учитываем, что расстояние между соседними гребешками – это длина волны.

                               
2 Записываем формулу, связывающую длину и скорость распространения волны и формулу для определения частоты колебаний.

3. Решаем полученные уравнения в общем виде.

4. Подставляем данные, вычисляем

5. Ответ: скорость распространения волны равна 0,5 м/с.

Звук разделяется на 3 вида, а именно:
1. Инфра (0Гц-20Гц)
2. Слышимый или акустический (20Гц-20кГц)
 3. Ультра (20кГц-1ГГц)
Причиной звука является вибрация тел, хоть она зачастую не видна человеческому глазу. Источниками звука выступают физические тела, которые колеблются с частотой от 16 до 20000 раз в секунду. Вибрирующее тело может быть твердым (струна), газообразным (воздух, выдуваемый духовыми инструментами) и жидким (волны в воде).
Скорость звука в воздухе зависит от температуры и в нормальных условиях составляет примерно 340 м/с.
 С точки зрения физики и психоэмоционального восприятия принято все звуки делить на музыкальные и шумы.

1.2 МУЗЫКАЛЬНЫЙ ЗВУК
 Музыкальный звук — это звук, обладающий:
1 Определённой высотой (от 1 бдо 4000 — 4500 Гц);
2)тембром, который определяется присутствием в звуке обертонов и зависит
3)от источника звука. По тембру звуки очень разнообразны;
4)громкостью, которая не должна превышать порога болевого ощущения;
5) длительностью.

В наиболее употребительной шкале длительностей соседние звуки находятся в отношении 1:2 (восьмые так относятся к четвертям, как четверти к половинам, и т.п.). Из музыкальных звуков строится музыка. Для записи музыкальных звуков используются нотные знаки. Исследованиями музыкального звука занимается музыкальная акустика.

2 ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МУЗЫКАЛЬНОГО ЗВУКА

2.1  ГРОМКОСТЬ ЗВУКА (ИНТЕНСИВНОСТЬ)
Громкость звука - субъективное качество слухового ощущения, позволяющее располагать все звуки по шкале от тихих до громких, громкость звука зависит, главным образом, от интенсивности звука, но также и от распределения энергии по шкале частот. Единицу громкости звука определяют как громкость тона с частотой 1 кГц и уровнем звукового давления 40 дБ (относительно 2*10° Па).
Измерение громкости произвольного звука основано на способности человека устанавливать равенство громкости двух звуков или их отношение (во сколько раз один звук громче другого)

2.2 ТЕМБР (СПЕКТРАЛЬНЫЙ СОСТАВ)

Тембр - окраска звука; один из признаков музыкального звука (наряду с высотой, громкостью и длительностью), по которому различают звуки одинаковой высоты и громкости, но исполненные на разных инструментах, разными голосами или на одном инструменте, но разными способами, штрихами.

2.3 ДЛИТЕЛЬНОСТЬ ЗВУКА
Длительность — одно из основных свойств музыкального звука, результат продолжительности колебания звучащего тела. В музыке большое выразительное значение имеет относительная длительность звуков; сравнение её с длительностями других звуков является основанием сложных музыкально-логических связей, выражающихся прежде всего в ритме и метре.

2.4. ВЫСОТА ЗВУКА (ЧАСТОТА)
Высота звука — свойство звука, определяемое человеком на слух и зависящее в основном от частоты звука, то есть от числа колебаний среды (обычно воздуха) в секунду, которые воздействуют на барабанную перепонку человека. С увеличением частоты колебаний растёт высота звука.

Очевидно, что основные характеристики музыкального звука напрямую зависят от физических величин. Так, например, человек можем определить громкость музыки, узнав интенсивность звука, или высоту, зная частоту звука.