Отражение звука звуковой резонанс реферат

Обновлено: 08.07.2024

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Описание презентации по отдельным слайдам:

Вопросы для повторения
1. Может ли меняться высота звука? От чего зависит высота звука?
2. Как на опыте удостовериться в том, что из двух камертонов более высокий звук издаёт тот, у которого больше собственная частота?
3. Звук какой частоты человек воспринимает как более громкий при одинаковых амплитудах колебаний от источников этих звуков (500Гц или 3000Гц)?
4. Как отражается на здоровье человека систематическое действие громких звуков?

5. Можем ли мы услышать звук, если человек совершает взмахи руками? Почему?
6. Может ли звук распространяться в газах, жидкостях, твёрдых телах? Приведите примеры.
7. Какие тела лучше проводят звук – упругие или пористые?
8. Какую волну представляет собой звук, распространяющийся в воздухе, в воде?
9. Можно ли звук сильного взрыва на Луне быть слышен на Земле?
10. Зависит ли скорость распространения звука от температуры воздуха? Ответ поясните.

1.Какое из перечисленных ниже движений является механическим колебанием?
а) Движение мяча, падающего на землю
б) Движение спортсмена, совершающего прыжок в длину
в) Движение струны гитары.
2. Амплитуда колебания – это…
а) Отклонение колеблющегося тела от положения равновесия
б) Наибольшее (по модулю) отклонение колеблющегося тела от положения равновесия
в) Координата колеблющегося тела.
3.Частота колебаний – это…
а) Число колебаний за единицу времени
б) Число колебаний за некоторое время
в) Число колебаний за время, равное периоду колебаний.
4. Как изменится частота колебаний математического маятника, если его длину уменьшить?
а) Уменьшится
б) Сначала уменьшится, а затем увеличится
в) Увеличится.
Повторим

Отражение звука. Эхо. Звуковой резонанс

Эхо -
отражение звука от различных препятствий.
Эхо слышно, если отраженный звук воспринимается отдельно от произнесенного.
∆t > =0,06с
? В каком из дух случаев мы услышим эхо?
? Всегда ли слышно эхо?

Почему мы не слышим эхо в небольшой квартире?
Оказывается, эхо слышно лишь в тогда, когда отражённый звук воспринимается отдельно от произнесённого. То есть промежуток времени между воздействиями этих двух звуков на барабанную перепонку уха составлял не менее 0,06с.
Поэтому полупустые помещения с гладкими стенами, полом и потолком обладают свойством очень хорошо отражать звуковые волны.

На каком расстоянии должно находиться препятствие, чтобы можно было услышать эхо?
Скорость звука в воздухе υ=340м/с

Распространение звука в помещении

Отражение звука происходит если препятствие по своим размерам намного превышает длину звуковой волны (17 мм – 21 м)
(20 000 Гц – 16 Гц)
Эхо не возникает

Как возникает эхо?

Эхо – это звуковые волны, отраженные от какого- либо препятствия и возвратившиеся к источнику звука.

Увеличение длительности звука, вызванное его отражением от препятствий, называется реверберацией

ЭХО
Промежуток времени между отраженным звуком и произнесённым в воздухе должен составлять 1/15 с.
Портик Эхо в Олимпии

СВОЙСТВА ЗВУКА
Отражение звуков от препятсвия называют эхом.
Определить расстояние при возникновении
эхо можно по формуле

Принцип действия рупора
На свойстве звука отражаться от гладких поверхностей основано действие рупора –расширяющиеся трубы обычно круглого или прямоугольного сечения. При использовании рупора звуковые волны не рассеиваются во все стороны, а образуют узконаправленный пучок, за счет чего мощность звука увеличивается и он распространяется на большее расстояние.

Амплитуда установившихся вынужденных механических
колебаний достигает наибольшего значения в том
случае, если частота вынужденной силы совпадает с
собственной частотой колебательной системы.
Это явление называется резонанс.
Звуковой резонанс

Резонанс может быть вызван и действием звуковых волн. Возьмём два камертона А и В с одинаковыми собственными частотами и поставим их рядом, обратив отверстия ящиков навстречу друг другу. Ударяя резиновым молоточком по камертону А, приведём его в колебание, а затем приглушим пальцами. Мы услышим звук, издаваемый камертоном В, который отзывается на колебания камертона А. Собственные частоты колебаний камертонов одинаковы, имеет место резонанс: камертон В колеблется с наибольшей возможной амплитудой.

Рассказывают, что при пении Ф.И. Шаляпина дрожали (резонировали) хрустальные подвески люстр. От того ли, что голос был громким? Вовсе нет. А от чего?

В музыкальных инструментах роль резонаторов выполняют части их корпусов. Например, в гитаре, скрипке и других подобных им струнных инструментах резонаторами служат деки, которые усиливают издаваемые струнами звуки и придают звучанию инструмента характерную для него окраску — тембр. Тембр звука зависит не только от формы и размера резонатора, но и от того, из какого дерева он изготовлен, и даже от состава лака, покрывающего его. Тембр определяется также материалом, из которого сделана струна, и тем, гладкая она или витая.

Резонаторы имеются и в голосовом аппарате человека. Источники звука в голосовом аппарате — голосовые связки. Они приходят в колебание благодаря продуванию воздуха из лёгких и возбуждают звук, основной тон которого зависит от их натяжения. Этот звук богат обертонами. Гортань усиливает те из обертонов, частота колебаний которых близка к её собственной частоте. Дальше звуковые волны попадают в полость рта. Для произнесения каждой гласной необходимо особое положение губ, языка и определённая форма резонаторной полости во рту.

Отражение звука
хорошее
плохое
гладкие поверхности
упругие тела
мягкие ткани,
пористые тела

В Галерее шёпота в Соборе Св. Павла в Лондоне эхо такое, что, стоя у одной стены собора, вы можете услышать, о чём шепчутся люди у другой стены собора, находящейся от вас в 36м.

рупор
Ультразвуковые волны посланные с корабля отражаются. Компьютер засекает время появления эхо и определяет местоположение предмета
Эхолот

Многие животные способны издавать ультразвуковые колебания и воспринимать их после отражения от препятствий. Острая направленность ультразвука позволяет им определять местоположения и расстояния до каких-либо предметов по времени запаздывания отраженного звукового сигнала.

Решим задачу
На каком расстоянии от человека находится преграда, если посланный им звуковой сигнал был принят
через 3 секунды? Скорость звука в воздухе 340м/с.
Дано: Решение:
υ=340м/с S=υ∙t/2
t=3с S=340м/с∙3с/2=510м
S-? Ответ: S=510м.

Решаем задачи
1. Наблюдатель находится на расстоянии 85 м от отвесной скалы. Через какое время он услышит эхо от произнесенного восклицания?

2. Человек услышал эхо через 2с. Определите расстояние до преграды, если скорость звука в воздухе 340 м/с.

3.Наблюдатель, стоя на расстоянии 200 м от отвесной скалы, хлопнул в ладоши. Через сколько времени он услышит эхо?

4. Скорость распространения ультразвука приблизительно 1500 м/с. Какова измеряемая глубина моря, если сигнал ультразвукового эхолота возвратился через 0,5 с после выхода?

5. С какой скоростью распространяется звук в атмосфере Венеры, если эхолот спускаемого аппарата космического корабля на высоте 1 км принял сигнал, отраженный от поверхности Венеры, через 8 с после излучения?

Ответим на вопросы

1. Какова причина образования эха?
2. Почему эхо не возникает в маленькой, заполненной мебелью комнате?
3. Как можно улучшить звуковые свойства большого зала?
4. Почему при использовании рупора звук распространяется на большее расстояние?
5. Приведите примеры звукового резонанса.
6. Для чего камертоны устанавливают на резонаторных ящиках?
7. Каково назначение резонаторов?
8. Что является источником голоса человека?

Домашнее задание
Внимательно прочитать параграф 37. Ответить на вопросы после параграфа.
Выполнить письменно задание слайдов 1,2,30.
Эхо слышно, если отраженный звук
воспринимается отдельно от произнесенного.
В каком из двух случаев мы услышим эхо?

Изречения древнекитайского философа, последователя Конфуция – Сюнь-цзы:
Не поднявшись на высокую гору, не узнаешь высоты неба
Не взглянув в глубокое ущелье в горах, не узнаешь толщины земли
Не услышав заветов предков, не узнаешь величия учёности
В учении нельзя останавливаться.

Явление резонанса возникает в колебательных системах любой природы. Но наиболее часто наблюдается явление акустического (звукового) резонанса. Рассмотрим его подробнее.

Резонанс в колебательных системах

Напомним, что резонанс – это резкое увеличение амплитуды вынужденных колебаний, когда подводимая частота приближается к собственной частоте колебаний системы. Именно при этом создаются наилучшие условия подведения энергии к системе.

Рис. 1. Явление резонанса.

Звуковой резонанс

Для наблюдения явления звукового резонанса необходимо иметь звуковую колебательную систему с возможностью подведения к ней энергии с частотой близкой к ее собственной частоте колебаний. Простейшим случаем такой системы является струна акустической гитары. Зажимая струну на разных ладах, можно изменять частоту ее собственных свободных колебаний.

Кажется естественным, что ударяя по одной струне – нельзя заставить колебаться другую. Но это не совсем так.

Колеблющаяся струна создает вокруг себя звуковые колебания своей частоты. Эти воздушные колебания воздействуют и на другие струны, но, поскольку их собственные частоты отличаются, то создаются неблагоприятные условия подведения энергии к другим струнам. Например, первая (самая тонкая) струна популярной шестиструнной гитары настраивается на частоту 330 Гц. А вторая струна – на частоту 245 Гц. Ударяя по второй струне – мы никак не сможем заметно колебать первую струну.

Кроме одного случая – когда вторая струна зажата на пятом ладу. В этом случае удар по ней приведет к тому, что колебаться будет не только она. Через полсекунды будет заметно и колебание первой струны.

Рис. 2. Резонанс струн гитары.

Что происходит ?

Колебания второй струны вызывают акустические колебания воздуха с частотой ее собственных колебаний. Колебания воздуха действуют и на первую струну. Однако, поскольку ее собственная частота заметно отличается от подводимой частоты, результирующие вынужденные колебания имеют очень малую амплитуду.

Зажимая вторую струну на пятом ладу, мы изменяем частоту ее собственных колебаний (фактически, немного уменьшая массу колеблющейся части струны). И теперь эта частота становится очень близка к собственной частоте колебаний первой струны. Создаются наиболее благоприятные условия для подведения энергии колебаний к первой струне, возникает звуковой резонанс, и первая струна начинает колебаться так сильно, что это становится заметно на глаз.

Воздушные резонаторы

Поскольку звуковые колебания хорошо распространяются в воздухе, любые полости с воздухом обладают собственными частотами свободных колебаний. Звуковые волны, отражаясь от одной границы полости, двигаются к другой границе, отражаются от нее, двигаются обратно, снова отражаются – возникают свободные колебания некоторой частоты. Теперь, если к полости подводить звук с такой частотой – возникнет акустический резонанс, и результирующая громкость звука значительно возрастет.

Резонирующие свойства звуковых полостей широко используются не только строителями концертных залов, но и Природой – звуковоспроизводящие органы всех живых существ (в том числе человека) имеют такие полости-резонаторы.

Рис. 3. Голосовые резонаторы.

Что мы узнали?

Наиболее часто явление резонанса наблюдается для звука. Любая воздушная полость обладает некоторой собственной резонансной частотой и способна к акустическому резонансу. Такие полости используются в концертных залах, такие полости есть в звуковоспроизводящих органах всех живых существ.

Оглавление: Отражение звука. Эхо: Что такое отражение звука(эхо)? Принцип действия рупора Особенности животных с ультразвуком В каких случаях мы слышим эхо? Звуковой резонанс: Явление звукового резонанса Опыт с камертоном Роль резонаторов в музыкальных инструментах Резонаторы в голосовом аппарате человека

Отражение звука. Эхо ОТРАЖЕНИЕ ЗВУКА(ЭХО)- явление, возникающее при падении звуковой волны на границу раздела двух упругих сред и состоящее в образовании волн, распространяющихся от границы раздела в ту же среду, из которой пришла падающая волна.

На использовании эха основан принцип действия рупора. Рупор представляет собой расширяющуюся круглую трубу. Человек говорит в узкий конец, звук его голоса несколько раз отражается от стенок рупора и выходит через широкий конец в одном направлении, не рассеиваясь во все стороны. Таким образом, усиливается его мощность в заданном направлении, и звук может распространяться на большее расстояние..

Летучие мыши- ничего не видят, но в темноте летают и ловят добычу Дельфины- ориентируются в мутной воде Ночные бабочки и жуки слышат ультразвуковые волны, издаваемые мышами и успевают от них спрятаться Зубчатые киты с помощью ультразвука охотятся на кальмаров

Возникает вопрос почему же мы слышим эхо не всегда, а в некоторых случаях? Почему мы не слышим эхо в маленьких помещениях, например? Дело в том, что, во-первых, находящиеся в помещениях вещи и мебель гасят отраженные звуки, поглощая эхо. Во-вторых, чтобы наш мозг различил отраженный сигнал отдельно от посланного, в виде эхо, нужно, чтобы разница между ними составила не меньше шести сотых секунды.

Амплитуда установившихся вынужденных механических колебаний достигает наибольшего значения в том случае, если частота вынужденной силы совпадает с собственной частотой колебательной системы. Это явление называется резонанс. Звуковой резонанс

Резонанс может быть вызван и действием звуковых волн. Чтобы пронаблюдать это, проделаем следующий опыт. Возьмём два камертона А и В с одинаковыми собственными частотами и поставим их рядом, обратив отверстия ящиков, на которых они укреплены, навстречу друг другу. Ударяя резиновым молоточком по камертону А, приведём его в колебание, а затем приглушим пальцами. Мы услышим звук, издаваемый камертоном В, который отзывается на колебания камертона А.

Звуковой резонанс — это совпадение частоты внешней вынуждающей силы (акустической волны) с собственной частотой, что приводит к резкому ее увеличению. Явление резонанса тесно связано со способностью звука отражаться, о чем подробнее поговорим в статье. Кроме того, расскажем о звучащей каменной глыбе, о поющем нечеловеческим голосом доме. Приведем и другие примеры проявления звукового резонанса, объясним их причины.

Опыт с камертонами

Акустическая волна подобна качелям: если толкать их как попало, сбиваясь с ритма, то высоко она не взлетит. Важность совпадения частоты (ритма) легко можно увидеть в эксперименте с двумя камертонами. Возьмем те, что имеют одинаковую частоту, и поставим довольно близко друг от друга. Ударим молоточком по ножкам первого — он зазвучит, и очень скоро заставит звучать другой. Почему это произойдет? Второй инструмент будет приведен в движение (раскачан) звуковой волной. Когда первый замолчит, второй будет издавать звук еще некоторое время. Вот как возникает звуковой резонанс. Если проделать опыт на камертонах разной частоты, мы увидим, что они не резонируют.

Музыкальные инструменты

Гитарная или скрипичная струна сама по себе звучит не очень громко и вряд ли будет слышна в концертном зале. Звук во много раз усиливается благодаря корпусу инструмента — резонатору. И раструб духовых инструментов, и корпус струнных, клавишных инструментов — например, дека рояля, являются резонаторами. Они собирают слабые звуки и увеличивают их амплитудой основной звук (по принципу качели). В результате инструмент звучит громко, а еще от резонатора зависят тембр, глубина, мягкость или резкость тона.

Отражение звука

Звуковой резонанс возможен благодаря отражению волны. Рассмотрим это свойство звука подробнее. Акустическая волна, добежав до препятствия, которым может быть любое тело, возвращается назад. Знакомое всем эхо — это и есть волна, отраженная от удаленного предмета. Почему удаленного? Дело в том, что препятствие должно располагаться достаточно далеко, чтобы человек мог отличить звук от источника и отраженный звук. Так, в помещении средних размеров, например, в комнате квартиры, эха не будет. Все потому, что время, через которое волна, отразившись от стен, возвращается, слишком мало. Несмотря на это, отчетливо слышно, что звук гулкий, громкий.

Если завесить все стены коврами или покрыть другими звукоизолирующими материалами, звук станет глухим, сухим, даже неприятным. В случаях, когда важна звонкость, нужно позаботиться о том, от чего будет отражаться акустическая волна. Звукового резонанса без этого не будет.

Помещение как резонатор

Надо заметить, что форма помещения - вогнутая, а не выпуклая. Последняя не подходит, т. к. при отражении волны под углом большая часть звука рассеивается и не возвращается. При вогнутой форме стен звук возвращается почти по той же траектории, что и распространяется, т. е. доходит до каждой точки зала практически без потерь.

Удар приводит к краткосрочной деформации — тут же от точки столкновения во все стороны бегут звуковые волны. На скорость их расхождения размеры камня не влияют. Однако волна может свободно распространяться только в неограниченном пространстве. А ведь мы знаем, что камень и воздух имеют границы (там, где они соприкасаются). Когда волна добегает до рубежа, она частично проходит в другую среду — из камня в воздух. Оставшаяся часть акустической энергии отражается в обратном направлении.

От чего зависит звучание

Таинственный дом

Иван Павлович остался без денег и без жильцов. Ему нечем было выплачивать проценты по кредиту, поэтому имущество и его самого арестовали. По прошествии времени один из подрядчиков раскрыл Ивану Павловичу секрет мистического дома. Оказывается, что обманутые рабочие решили отомстить: они замуровали в стену пустые бутылки, которые звучали при каждом порыве ветра, пугая постояльцев.

Резонатор Гельмгольца

Удивительные свойства пустых сосудов человечество знает давно. Античные архитекторы при строительстве театра использовали знания о звуковом резонансе: закладывали в стены сосуды из бронзы, чтобы голос актеров звучал громче. В акустике широко применяются резонаторы Гельмгольца. Гельмгольц — это немецкий ученый, который обосновал теорию слуха с физической точки зрения. С помощью набора резонаторов, названных в его честь, можно анализировать сложные звуки по частоте колебаний волны.

Как же работает резонатор? Он представляет собой шарообразный или в форме бутылки сосуд с узким горлышком. Весь секрет состоит в звуковом резонансе колебаний воздуха, который находится внутри. Звуковая волна сложная. Она состоит из множества колебаний. Но каждый из резонаторов лучше всего отзывается на ту частоту, которая равна его собственной, т. е. частоту колебания воздуха, заключенного в полости. От чего она зависит?

Если резонатор меньше длины звуковой волны, то его принцип действия такой же, как у пружинного маятника. Воздух в узком горлышке движется намного быстрее, чем в самом резонаторе. Именно колебания в горлышке сосуда играют главную роль. Получается, что кинетическая энергия сосредоточена преимущественно в этом узком месте. Упругую энергию несет масса воздуха, находящаяся внутри резонатора.

Воздуха в горлышке гораздо меньше, чем внутри, поэтому изменением его объема во время колебаний принято пренебрегать. Условно считается, что вся эта масса передвигается как единое целое, как воздушная пробка, а объем воздуха внутри резонатора меняется сильно. Получается, что воздух внутри работает как пружина в колебательной системе. Его приток перекрывает путь в сосуд другому воздуху, а отток понижает давление и препятствует выпусканию воздуха изнутри. Когда воздушная пробка идет вниз, она сжимает близлежащий слой воздуха внутри резонатора, т. е. повышает его плотность. В результате растущее давление приводит в движение следующий слой воздуха, потом еще один и т. д. Таким образом, сжатие распространяется по слоям, передает свой импульс, и возникает звуковая волна.

Читайте также: