Звуковые волны. История изучения звуков

1. Звуковые волны

2.

История изучения звуков
Звуки начали изучать ещё в далёкой
древности. Первые наблюдения по акустике
были проведены в VI веке до нашей эры.
Пифагор установил связь между высотой тона и
длиной струны или трубы, издающей звук.
В IV в. до н.э. Аристотель первый правильно
представил, как распространяется звук в
воздухе. Он сказал, что звучащее тело вызывает
сжатие и разрежение воздуха, и объяснил эхо
отражением звука от препятствий.
В XV веке Леонардо да Винчи сформулировал
принцип независимости звуковых волн от
различных источников.

3.

Звук – распространяющиеся в упругих средах
(газах, жидкостях и твердых телах)
механические колебания, воспринимаемые
ухом, имеющие частоту от 20 до 20 000 Гц.
Процесс распространения звука
также представляет собой волну.
Впервые это предположение сделал
знаменитый английский физик
Исаак Ньютон
Звук (звуковые волны) – это упругие
И. Ньютон
волны, способные вызвать у
(1643–1727)
человека слуховые ощущения.

4.

Источники звука
Источник звука – это любое тело, совершающее
колебания с частотой от 16 до 20000 Гц.
Колокол
Камертоны Погремушки
Колебания стенок стакана
после удара молоточком
Музыкальные инструменты

5.

Источники звука
Естественные (голос, шелест листьев,
шум прибоя и др.)
Искусственные (камертон, струна, колокол,
мембрана и др.)
Общим во всех случаях является их происхождение.
Колебания тел порождают колебания воздуха.

6. Для существования звука необходимы :

Приёмник
звука
Передающая
среда
Газ
Жидкость
Твёрдое тело
Источник
звука

7.

Приемники звука
• Слуховой аппарат
человека и животных
• Электроакустические
преобразователи:
микрофоны(в воздухе),
гидрофоны (в воде),
геофоны (в земной коре)

8.

Почему нельзя услышать звон колокола,
находящегося внутри сосуда, из которого откачан
воздух?
1660 г. анг.
физик
Звук распространяется в любой
Р. Бойль упругой среде – твердой, жидкой и
газообразной, но не может
распространяться в пространстве,
где нет вещества.

9. Чему равна скорость звука?

Известно, что во время грозы мы сначала видим
вспышку молнии лишь через некоторое время
слышим раскаты грома. Это запаздывание возникает
из за того, что скорость звука в воздухе значительно
меньше скорости света, идущего от молнии.

10. Скорость звука в воздухе:

Скорость звука в воздухе впервые была
измерена в 1636г. Французским ученым
М Мерсенном.
t 20 C в воздухе
0
зв 343м / с
зв 1235км / ч
t 0 C в воздухе
0
зв 331м / с
Скорость звука в воздухе впервые была
измерена в 1708г. английским
естествоиспытателем Уильямом Деремом.

11. Скорость звука

В 1826г Ж. Колладон и Я. Штурм на женевском озере
определили скорость звука в воде. При температуре 8 0С
она оказалась равной 1440м/с
• В разных газах звук распространяется с разной скоростью. Чем
больше масса молекул газа, тем меньше скорость звука в нем.
• Так, при температуре 0 0С скорость звука в водороде 1284м/с, а
гелии - 965 м/с, а в кислороде – 316м/с

12.

Таблица 1. Скорость звука в различных веществах
Вещество
Скорость звука, м/с
.
Воздух (при 00C)
Гелий
Водород
Вода
Морская вода
Железо и сталь
Стекло
Алюминий
Тяжелая древесина
330
1005
1280
1500
1560
4900
5600
5100
4000
Скорость звука зависит от свойств среды, в
которой распространяется звук.

13. Скорость звука в воздухе:

Скорость звука зависит от вещества и его
температуры.
- C увеличением температуры она возрастает,
а с уменьшением - убывает
В воздухе при повышении температуры на 1°С скорость
звука возрастает приблизительно на 0,60 м/с.
t 0 C в воздухе
t 20 C в воздухе
зв 331м / с
зв 343м / с
0
0

14.

Скорость звука
- С увеличением плотности среды, скорость
звука увеличивается
Скорость звука зависит от вида среды, в которой он
распространяется, и от ее температуры. В газах звуковые волны
распространяются медленно, потому что их разреженная
молекулярная структура слабо препятствует сжатию. В
жидкостях скорость звука увеличивается, а в твердых телах
становится еще более высокой, как это показано на диаграмме

15.

Скорость звука
Днём -быстрее
Звук распространяется с большей скоростью в теплом
воздухе у земли и замедляется, когда достигает более
холодных верхних слоев атмосферы. Такое изменение
температуры приводит к преломлению (отклонению)
волны .

16.

Скорость звука
Ночью — медленнее
Пониженные ночные температуры воздуха у
поверхности земли замедляют прохождение звука. В
более теплых вышележащих слоях скорость звука
увеличиваются.

17.

Скорость звука
Звук переносится вместе с ветром
Скорость ветра на значительных высотах намного больше, чем
вблизи земли. Когда звуковые волны распространяются от
наземного источника, они путешествуют вместе с ветром.
Наветренный слушатель будет слышать только слабый, едва
различимый звук; подветренный слушатель услышит колокол на
очень большом расстоянии.

18.

В теплом воздухе скорость звука больше, чем в холодном, что
приводит к изменению направления распространения звука.

19. Чему равна скорость звука в воде?

Скорость звука в воде была измерена в 1826 г. Ж. Колладоном и
Я. Штурмом. Опыт проводили на Женевском озере в
Швейцарии. На одной лодке поджигали порох и одновременно
ударяли в колокол, опущенный в воду. Звук этого колокола с
помощью специального рупора, также опущенного в воду,
улавливался на другой лодке, которая находилась на
расстоянии 14 км от первой. По интервалу времени между
вспышкой света и приходом звукового сигнала определили
скорость звука в воде. При температуре 8 °С она
примерноравна 1440 м/с.

20.

Какого типа звуковая волна?
Звук –продольная волна.
Если звук – это волна, то для определения
скорости звука, помимо формулы:
S
можно воспользоваться известными
формулами:
T
t

21.

Задачи (смотри формулы из предыдущего слайда)
1. Определите скорость звука в воде, если источник
звука колеблется с периодом 0,002с возбуждает в
воде волны длиной 2,9м.
2. Раскат грома прозвучал через 15 минут после
вспышки молнии. На каком расстоянии от
наблюдателя произошел грозовой раскат, если
скорость звука равна 340м/с.
3. Наблюдатель находиться на расстоянии 250м от
человека ударившего по колоколу. Через какое
время после удара наблюдатель услышит звук.
Скорость звука равна 340м/с.

22. Задачи

4. Звук выстрела пушки дошел до наблюдателя
через 0,5минуты после того, как была замечена
вспышка. Расстояние между пушкой и
наблюдателем 10 км. Какова скорость звука в
данном случае?
5. Звуковые колебания распространяются в воде
со скоростью 1480м/с, а воздухе – со скоростью
340м/с. Во сколько раз изменится длина
звуковой волны при переходе звука из воздуха в
воду?

23.

Полезная информация
Человеческое ухо очень
чувствительный прибор.
С возрастом из-за потери
эластичности барабанной
перепонки слух людей
ухудшается.

24.

Причины ухудшения слуха:
Работа вблизи мощных самолетов,
шумных заводских цехах.

25.

частое посещение дискотек и
чрезмерное увлечение аудио
плеерами.

26.

Самый шумный город в мире –
г.Токио.

27.

Шумовое загрязнение окружающей среды одна
из актуальных проблем на сегодняшний день.
Промышленные предприятия, аэродромы
строят на окраине города, а также используют
шумоподавляющие устройства.

28.

Поглощение звука

29. Звукоизоляция

Натяжной
звукоизоляционный
потолок

30.

Поглощение звука
Пример задержки звуковой
волны трехкамерным
стеклопакетом

31.

Отражение звука

32.

Отражение звука
Эхо - отраженный звук, воспринимаемый
раздельно от произнесенного звука.
s
t
2

33. Инфразвук и ультразвук

Механические колебания с частотой большей
чем 20 000 Гц- называют ультразвуком.
Механические колебания с частотой меньшей
чем 20 Гц- инфразвуком

34. Инфразвук

Механические колебания с частотой меньшей
чем 16 Гц- называю инфразвуком.
Источников инфразвука много в современной повседневной
жизни. Они возникают при землетрясении, извержении
вулканов, газовом разряде, способны огибать препятствия, и
распространяться на большие расстояния.
Во многих случаях неблагоприятно воздействует на психику
человека. 6-8 Герц .Но кошки, излучаемые инфразвук , способны
лечить человека мурлыканьем.

35. Инфразвук

Механические колебания с частотой меньшей
чем 16 Гц- называю инфразвуком.
Своеобразными индикаторами шторма являются
медузы.
Они слышат инфразвуки с частотой 8 - 13 Герц. Шторм
разыгрывается еще за сотни километров от берега, он
придет в эти места примерно часов через 20, а медузы
уже "слышат" его и уходят на глубину.

36. Применение инфразвука

• предсказание штормов на море
• предсказание землетрясений
• военное дело
• рыболовецкий промысел
• криминалистика
• изучение поведения животных

37. Ультразвук

Механические колебания с частотой
большей чем 20 000 Гц- называют
ультразвуком.
Диапазон испускания и слышимости летучей
мыши – от 20 000 до 140 000 Герц.
Диапазон у бабочек от 3Гц до 150 000Гц.
Дельфины слышат от нескольких десятков Гц до
196 000Гц

38. Применение ультразвука

• медицина
• военная промышленность (подводный флот)
• геология и геофизика
• бытовое использование (стиральные машины,
радары, дальномеры и др.)
• эхолот для определения глубины моря
• дробление тел
• получение смесей
• дефектоскопия
• косметология
• удаление ржавчины
• стерилизация

39. Эхолокация

Определение расстояния до объекта с
помощью ультразвука
h
t
2

40.

Звуковые волны могут распространяться
1) только в газах
2) только в жидкостях
3) только в твёрдых телах
4) в газах, жидкостях и твёрдых телах

41.

Примером продольной волны является
1) звуковая волна в воздухе
2) волна на поверхности моря
3) радиоволна в воздухе
4) световая волна в воздухе

42.

Длина звуковой волны зависит:
1) от амплитуды и частоты колебаний
2) только от скорости распространения звука
в данной среде
3)только от частоты колебательного
движения
4) от скорости распространения звука в
данной среде и частоты колебаний

43.

Скорость распространения звука с
увеличением плотности среды при данной
температуре….
1) Не изменяется
2) Уменьшается
3) Увеличивается
4) Ответ не однозначен

44.

Звуковая волна переходит из воды в воздух.
Как меняются при этом частота и скорость
звука?
1) Частота не изменяется, скорость
увеличивается.
2) Частота не изменяется, скорость
уменьшается.
3) Частота увеличивается, скорость не
изменяется.
4) Частота уменьшается, скорость не
изменяется.

45.

Как меняются скорость звука и длина волны при
переходе звуковой волны из воздуха в воду?
1) Скорость звука не изменяется, длина волны
увеличивается.
2) Скорость звука не изменяется, длина волны
уменьшается.
3) Скорость звука увеличивается, длина волны
увеличивается.
4) Скорость звука увеличивается, длина волны
уменьшается.

46. Домашнее задание

§§35-37
Упражнение 34(6)
Задачи №1-5 на слайдах 21-22(любые две)