Звуковые явления в природе сообщение
Обновлено: 05.07.2024
Атмосферная акустика изучает особенности распространения и слышимости звуков в атмосфере. Звуком называется колебательное движение частиц упругой среды с частотами от 16-20 до 20 000 Гц, воспринимаемыми нашим органом слуха. Вокруг источника звука возникает замкнутая волна, которая распространяется во все стороны. Отдельная звуковая волна представляет собой сжатие и последующие распространение воздуха, возникающие вследствие колебательных движений молекул газа вдоль пути распространения волны.
В природе существует целый ряд звуковых явлений , происхождение которых связано с метеорологическими и геофизическими процессами. Общеизвестно и наиболее изучено звуковое явление метеорологического происхождения - гром , который обычно сопровождает разряды молнии. Образование грома объясняется следующим. Вдоль пути разряда молнии возникает внезапное нагревание и вследствие этого сильное расширение воздуха, похожее на сильный взрыв. Это расширение и вызывает ударную волну, перемещающуюся в атмосфере и достигающую земной поверхности.
Обычно гром воспринимается не как отдельный резкий звук (это наблюдается редко), а как ряд последовательных ударов, так называемых раскатов , которые отличаются интенсивностью и продолжаются по несколько секунд, создавая непрерывный рокочущий звук. Продолжительность и раскаты грома зависят главным образом от длины и изломанности пути молнии. Резкие и короткие удары отмечаются в тех случаях, когда грозовой разряд происходит вблизи от наблюдателя, и в особенности при небольшой длине канала молнии (при ударе молнии в землю). Чем больше расстояние от наблюдателя до молнии, длиннее и извилистее ее траектория, тем более продолжительным и раскатистым оказывается гром. Это объясняется тем, что гром возникает по всей траектории молнии практически одновременно, но при большой протяженности канала молнии звук от различных точек ее доходит до наблюдателя не одновременно и при том с неодинаковой интенсивностью. Кроме того, по одному каналу молнии проходит несколько последовательных разрядов и производимые ими звуки сливаются, увеличивают продолжительность, создают раскаты грома. Наконец, в образовании раскатов грома некоторую роль играет отражение звука (эхо) как от земной поверхности, так и от облаков и от поверхностей раздела воздушных масс.
Несмотря на большую силу источника звука, дальность слышимости грома редко превышает 20-25 км. Происходит это потому, что, во-первых, гром возникает при всем извилистом пути молнии и его энергия рассеивается по этому пути; во-вторых, гром всегда возникает при метеорологических условиях, неблагоприятных для слышимости.
По промежутку времени между вспышкой молнии и громом можно определить расстояние от наблюдателя до места удара молнии. Для этого следует этот промежуток времени умножить на среднюю скорость звука, равную 332 м/с.
Звуковые явления, такие, как вой ветра , гудение проводов , шум леса , шелест ивы и другие, объясняются следующим образом. При обтекании воздушным потоком твердых предметов около каждого из них возникают завихрения воздуха. Если срыв вихрей с препятствий происходит с частотой, воспринимаемой ухом (что имеет место при большой скорости ветра), то возникает звуковая волна. Чем больше скорость ветра, тем выше тон образующегося звука. А так как ветер дует обычно порывами, то создается большое число различных звуков.
При обтекании воздухом проводов тон звука зависит еще и от диаметра колеблющего провода, а сила звука - от степени натяжения его. Особенно сильно гудение проводов наблюдается зимой при сильных морозах, когда провода, охлаждаясь, укорачиваются и сильнее натягиваются.
Звуки, которые возникают при падении капель дождя и градин на предметы или почву , при перемещении снежинок по снежным полям, при движении песчаных масс , вызываются соударениями отдельных частиц и колебаниями той поверхности, на которую они падают или вдоль которой происходит их перемещение.
Скрип снега при значительных морозах объясняется тем, что снежинки под давлением ноги человека, полозьев саней или колес машины не плавятся, как при более высоких температурах, а разламываются и перемещаются. И чем ниже температура, тем сильнее скрипит снег.
Распространение звуковых волн (скорость и направление) определяются свойствами и состоянием среды, в которой распространяется звук. Атмосфера является акустически неоднородной средой, поэтому акустические волны, т.е звук, испытывают в ней ослабление, отражение и преломление, причем все эти процессы тесно связаны с ее физическими состоянием. Поэтому изучение особенностей распространения звука в атмосфере имеет практическое значение как один из косвенных методов исследования ее свойств для звуковой сигнализации и определения ее местонахождения источника звука (звуковой разведки).
Мы живём не только в мире света и красок, но и в мире звуков. Мы охотно слушаем музыку, пение птиц, приятный человеческий голос. Напротив, скрип телеги, визг пилы, мощный удар молота, гул машин нам неприятны и нередко, раздражают и утомляют нас. Желая отдохнуть, люди идут в концертный зал, чтобы насладиться любимой музыкой.
Что такое звук? Скажи! Даже если подойдешь
Постучи и прошурши, Очень осторожно,
Покричи и позвени. Не увидишь, не найдешь,
Звук попробуй, догони! А услышать можно!
Устав от городского шума, мы выезжаем на природу. Сначала, кажется, что мы погрузились в тишину. Но, прислушавшись, мы начинаем различать звуки: пение птиц, шелест листвы качающихся от ветра деревьев, стрекот насекомых, плеск воды.
Источники звука
Существуют как естественные, так и искусственные источники звука. С возрастом из-за потери эластичности барабанной перепонки слух у людей ухудшается. Ухудшается слух людей и в результате длительного воздействия громких звуков.
Работа вблизи мощных самолётов, в очень шумных заводских цехах, частое посещение дискотек и чрезмерное увлечение аудиоплеерами, крики на переменах, чрезмерно громкая музыка вредно влияют на остроту восприятия звуков (особенно высокочастотных) и в некоторых случаях могут привести к потере слуха.
Низкие и высокие звуки
В зависимости от числа колебаний в одну секунду (частоты) различают низкие и высокие звуки. У насекомых нет, как у нас, голосовых связок, но звуки, издаваемые комаром, пчелой, шмелем, мы слышим.
Упругие волны, способные вызывать у человека слуховые ощущения, называются звуковыми волнами или просто звуком.
Животные в качестве звука воспринимают волны иных частот.
Шум и воздействие шума на человека
Шум, это любой нежелательный звук, оказывающий неблагоприятное воздействие на организм, это звуки, которые воспринимаются человеком, как неприятные, мешающие и даже вызывающие болезненные ощущения, мешающие работе и отдыху.
Основным источником городского шума является автомобильный транспорт, главным образом грузовой. Повышается шум при эксплуатации транспортных средств с неисправными и не отрегулированными двигателями.
Источники шума
Шум - такой же медленный убийца, как и химическое отравление. Современный шумовой дискомфорт вызывает у живых организмов болезненные реакции. Отсутствие шума тоже плохо влияет на здоровье человека. Каждый человек воспринимает шум по-разному. Многое зависит от возраста, темперамента, состояния здоровья, окружающих условий. Отсутствие необходимой тишины, особенно в ночное время, приводит к преждевременной усталости.
Шум звукового диапазона приводит к снижению внимания и увеличению ошибок при выполнении различных видов работ. Шум замедляет реакцию человека на поступающие от технических устройств сигналы.
За последние десятилетие проблема борьбы с шумом во многих странах стала одной из важнейших. Внедрение в промышленность новых технологических процессов, рост мощности и быстроходности технологического оборудования, механизация производственных процессов привели к тому, человек в производстве и в быту в больших городах постоянно подвергается воздействию шума. Шум оказывает вредное воздействие на человека, он утомляет, раздражает, мешает сосредоточиться.
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
Описание презентации по отдельным слайдам:
Распространение звука в разных средах Очень хорошо распространяется в твёрдых телах, чуть хуже в жидкостях, еще хуже в газах, и чем разряжённее газ, тем хуже, в вакууме не распространяется вообще. Примеры распространения звука: в твердых телах — распространение звука по железнодорожным рельсам; в жидкостях — брошенный под воду камень, в газах — гром.
Распространение звука в разных средах ЧЕРЕЗ ГРАНИЦУ между твёрдым и газом, между газом и жидкостью звук проходит очень плохо, большая часть отражается. Специально о глазах. Поскольку глаз заполнен жидкостью (стекловидным телом) то и звук в глазах распространяется
Схема распространения звука Источник звука Приемник звука Передающая среда Электрический звонок, пианино, шелест листьев Воздух Орган слуха Задания на стр. 74
Классификация звуков По числу (частоте) колебаний в 1 секунду Низкие (редкие колебания, бас – 80-350 колебаний ) Высокие (частые колебания, сопрано – 260-1050 колебаний, писк комара, возникающий из-за шелеста крыльев, 600 колебаний, шмель - 240)
Инфразвуки (частота ниже 17 в секунду) Прекрасно распространяясь в воде, помогают китам и другим морским животным ориентироваться в толще воды. Сотни километров – для инфразвука не помеха. Инфразвук с частотою 8 Гц близко подходит к альфа – ритму человеческого мозга (5–7 Гц) и вызывает у людей чувство страха и паники. Эти частоты опасны для человека. Существует мнение, что ветер, отражаясь от длинных волн в океане, может породить инфразвук, губительно действующий на психику людей. Таким образом иногда объясняют таинственное исчезновение людей с кораблей в океане, в частности в Бермудском треугольнике. Впали, дескать, в панику и повыкидывались с кораблей.
Границы слышимых звуков Обычно слышат звуки от 20 до 18 000 Гц 20 Гц - это раскаты грома, 18 000 - тончайший комариный писк. У пожилых людей верхний порог слышимости иногда понижается до 6 000 Гц; напротив, некоторые дети слышат до 22 000 Гц. А собаки могут услышать и до 38 000 Гц, т.е. идут, пожалуй, наравне с грудными младенцами.
Скорость звука в атмосфере На скорость звука влияет температура и влажность воздуха, ветер (направление и его сила). В среднем скорость звука в атмосфере равна 333 м в секунду. С увеличением температуры воздуха скорость звука несколько возрастает. Изменение абсолютной влажности воздуха оказывает меньшее влияние на скорость звука. Ветер оказывает сильное влияние: скорость звука по направлению движения ветра увеличивается, против ветра — уменьшается.
Как определить расстояние от своего местонахождения до места возникновения грома? Нужно определить число секунд между видимой вспышкой молнии и моментом прихода звука грома. Умножить среднее значение скорости звука в атмосфере — 333 м/сек. на полученное число секунд.
Источники звука Человек Летучие мыши ДельфиныПтицы Рыбы Насекомые Что является источником звука Голосовые связкисоздают кроме звуковых, ультразвуковые сигналы (ультразвуковая эхолокация)Голосовые связкисоздают звуки трением жаберных пластин, скрежетом глоточных зубов, плавательным пузырем.создают звуки колебанием крыльев и трением надкрылий Диапазон частот: Обычный разговор: Пение: Мужч.: 85-200 Гц бас: 80-350Гц Женщ.: 160-340 Гц тенор: 130-520ц сопрано: 260-1050Гц min=43,2 Гц max=до 2000Гц Длина голосовых связок: бас=2,5 см; тенор=1,7- 2 см сопрано=1,5 смЛетучие мыши: 45-90 кГц Дельфины: 80-200кГц Звук. диапазон: 600-2000Гц 100-2300 Гц 20- 12000 Гц Бабочка: 9 Гц Комар: 300-600Гц Сверчок: 7,5кГц-8кГц Тембр индивидуальная характеристика звука, зависит от набора частот, из которых состоит звук.неповторимость частотных характеристик человека можно сравнить с отпечатками пальцев человека (криминалистика) Заболевания: Выводы
Эхо Явление повторения звуков вследствие отражения звуковых волн от различных поверхностей Звуковые волны, подобно световым лучам, испытывают при переходе из одной среды в другую преломление и отражение. Звуковые волны могут отражаться от земной поверхности, от воды, от окружающих гор, облаков, от поверхности раздела воздушных слоев, имеющих различную температуру и влажность. Звук, отражаясь, может повториться.
Где чаще всего можно услышать эхо? В горах, вблизи скал, где громко произнесенное слово через некоторый промежуток времени повторяется один или несколько раз. В долине Рейна имеется скала Лорелей, у которой эхо повторяется до 17—20 раз. Пример эхо - раскаты грома, которые возникают вследствие отражения звуков электрических разрядов от различных предметов на земной поверхности.
Громкость измеряют в децибелах в честь изобретателя телефона физика А. Г. Белла (1847–1922). Самый слабый звук, воспринимаемый нашим ухом, – около 10 дБ. Крик – 70 дБ. Сильнейший раскат грома – около 100 дБ, а свыше 130 дБ – уже воспринимается как боль в ушах.
Звукоприемный аппарат, работающий в чрезвычайно широком диапазоне частот и амплитуд
Выводы: Диапазон слышимости человека уже, но очень высокая чувствительность слухового аппарата. Человек и высшие животные обладают бинауральным слухом. Использование некоторыми животными звуковой и ультразвуковой эхолокации.
Так почему можно распознать различные звуки? Звуки различаются по характеристикам: по частоте, громкости, тембру, а эти характеристики зависят от источников звука. Восприятие звука человеком и животными зависит от особенностей слухового аппарата.
В чем состоит главное отличие звуковоспроизведения и звуковосприятия человека от животных? У человека звуковой язык является результатом его способности к мышлению, а звуки, издаваемые животными, проявление их нервно-рефлекторной деятельности, врожденного рефлекса. Слух человека - это не простое восприятие, а способность анализировать, запоминать, извлекать из звуков полезную информацию.
Патрон около днища корабля порождает при зажигании резкий звук. Звуковые волны несутся сквозь водную толщу, достигают дна моря, отражаются и бегут обратно, неся с собой эхо. Оно улавливается чувствительным прибором, установленным, как и патрон, у днища корабля. Точные часы измеряют промежуток времени между возникновением звука и приходом эхо. Зная скорость звука в воде, легко вычислить расстояние до отражающей преграды, т. е. определить глубину моря или океана. Эхолот, как назвали эту установку, совершил настоящий переворот в практике измерения морских глубин.
Краткое описание документа:
Данная презентация может быть использована на уроках природоведения в 5 классе в теме "Физические явления". В презентации представлен теоретический материал, а также дополнительная информация по теме, практическая работа. Урок проводился по учебнику Суховой-Строганова "5 класс. Природоведение".
В общем случае звуковые волны физика рассматривает как распространение возмущений давления в упругих средах. Человеческое ухо улавливает аномалию, воспринимая звук.
Изучающая свойства явления наука называется акустикой. От греческого ἀκούω (слышать). Имеются в виду небольшие изменения параметров в отличие от физики ударных волн.
Звуковые волны
Уравнение звуковой волны в газе (гармоничные колебания) будет выглядеть так:
p0 – начальное давление (Па);
ω – круговая частота (Гц);
k – волновое число.
Формулы связи длины звуковой волны, скорости, иные характеристики:
v – скорость волны (м/с);
λ – длина волны (м);
Источник звука
Под источником звука понимают вещь, спровоцировавшую волну. Например, динамик или музыкальный инструмент.
В громкоговорителе для извлечения шума используется подвижная мембрана. В духовых инструментах – движение воздуха по внутренним ходам различной геометрии.
Из струнных звук извлекают при помощи трения смычка или при помощи щипков, ударов. Человек выдает речь, вокал, при помощи голосовых связок.
Скорость звуковой волны
Скорость распространения акустической волны является важной физической характеристикой среды или материала, поскольку со скоростью звука передаются любые возмущения.
Величина зависит от упругих свойств среды. Например, от давления, температуры. Для атмосферного воздуха важна влажность.
В общем случае определяется отношением модуля всестороннего сжатия и номинальной плотностью.
Для практических целей замеряется опытным путем. В жидкостях звук распространяется быстрее, чем в газах.
Громкость
Зависит от перемещаемой волной энергии. Замеряют в Вт/м 2 . Но интенсивность принято измерять в децибелах.
Существует масса приложений для компьютеров, смартфонов. Специалисты вооружаются специализированными устройствами.
Бел – десятичный логарифм отношения текущего уровня интенсивности в фоновому, пороговому. Осталось умножить на 10 (поскольку децибел).
Вот примеры уровня шума для разных источников.
Высота и тембр звука
Считается, что человеческое ухо воспринимает с разным успехом частоты диапазона 20…20 000 Гц. Оптимальными для слуха является интервал 1 000…5 000 Гц.
Высота определяется частотой. В связанной с музыкальными инструментами акустике измеряется также в мелах.
В музыкальных колонках в зависимости от частот звук может разделяться на полосы (НЧ, СЧ, ВЧ). На каждый громкоговоритель поступает соответственно отфильтрованный звук.
Рассуждения корректны, если имеем гармоничные колебания (синусоида), определенный тон. Примером такого звучания может служить камертон. Реальные инструменты дают дополнительные гармоники (обертона), образующие тембр.
Так выглядит звук от разных источников на одной ноте.
Звуковые явления
Звук обладает ярко выраженными волновыми свойствами:
1. Интерференция или сложение. В зависимости от условий волны могут взаимно усиливаться или ослабляться.
2. Дифракция. Огибание препятствия, если длина волны существенно больше.
3. Замеренная частота источника увеличивается в процессе сближения с последним (эффект Доплера).
Применение звуковых волн
Помимо ценности общения друг с другом, звук дает возможность наслаждаться музыкой и обогащать свое представление об окружающем мире. Кроме слышимого спектра существуют инфра- и ультразвук. Ниже и выше границ слышимости соответственно.
Слабо затухающий в средах инфразвук предупредит о стихийном бедствии. Регистрирующие приборы обнаруживают и локализуют сотрясения почвы и скальных пород. Это важно для изучения и предсказания землетрясений. Таким же образом обнаруживаются запрещенные испытания ядерного оружия. Предупрежден – значит вооружен.
Читайте также: