Механические волны. Звук Урок

На доске: «Есть где-то в мире Бах и власть Высокой музыки над сором» (Д.Самойлов)

Физика

Тема №1,2 Механические волны . Звук

Цели:

Образовательная:  ознакомление с основными характеристиками волн, формирование знаний о физических (амплитуда, период, частота) и физиологических (высота, громкость, тембр) характеристиках звука.

Воспитательная: продолжить формирование познавательного интереса к физике и бережного отношения к здоровью. 

Развивающая: формировать умение обобщать, сравнивать, анализировать и самостоятельно делать выводы; развивать умение работать с текстом учебника, информационными таблицами

Мотивация

Благодаря механическим (звуковым) волнам мы общаемся друг с другом, с помощью сейсмических волн определяем расстояние до очага землетрясения и т д

I. Повторение и актуализация

1)      Приведите, пожалуйста, примеры колебаний из жизни

2)      Что такое колебание, виды колебаний, какие характеристики колебаний вы знаете ?

3)      Что такое волна? Как ее можно связать с колебанием? Что такое звук?

4)      Что вы понимаете под словами Д.Самойлова?

5)      На этот вопрос и какое значение играют механические волны в нашей жизни, мы ответим, изучив тему

Тема  Механические волны . Звук

Цель: познакомить обучающихся с условиями возникновения волн ,их видами, показать значение волн в жизни человека

2. Первичное усвоение

Примеры волн – волны от камня, брошенного в воду, волны, набегающие на берег, волны раскачивающие корабли, звук, доносящийся до нашего уха волнами, свет – тоже волна(но электромагнитная, об этом будем говорить позже).

Волной называют колебания, распространяющиеся в пространстве с течением времени.

В воздухе, твердых телах, внутри жидкостей механические волны возникают благодаря, силам упругости. Эти силы осуществляют связь между отдельными частями тела. В образовании волн на поверхности воды играет сила тяжести и сила поверхностного натяжения.(демонстрация - волновая машина)

Волны бывают двух видов: 1) продольные 2) поперечные

Поперечные- это такие волны, колебания которых происходят в направлении перпендикулярном ,направлению распространения волны.

Продольные- это такие волны, колебания которых происходят вдоль направления распространения волны.

Основное свойство всех волн – перенос энергии без переноса вещества.

Основные физические характеристики волн:

1)      Длина

2)      Скорость

Расстояние между ближайшими друг к другу точками в волне, колеблющимися в одинаковых фазах называют длиной волны.

υ = λ / Т	υ = λ ν
Т = 1 / ν	λ = υТ

Скорость волны – равна произведению длины волны на частоту колебаний. Все волны распространяются с конечной скоростью.

Поперечные волны возникают только в твердых телах или на поверхности жидкости (так как сдвиг слоев друг относительно друга в газах и жидкостях не приводит к возникновению сил упругости, или только на поверхности жидкости, но не внутри ее).

Продольные волны могут распространяться во всех средах. В твердых телах скорость продольной волны  больше скорости поперечной. Зная эти скорости можно определить расстояния до очага землетрясения.

Сейсмическими волнами называют волны, распространяющиеся в земле от очагов землетрясений или взрывов (от греческого “сеймос” – колеблющий землю). Регистрацию и запись колебаний осуществляют сейсмографами. По шкале Рихтера измеряют силу сейсмических волн, по шкале Меркалли – последствия землетрясения.

В прозрачной среде – воздухе или жидкости волны невидимы, но при определенных условиях их можно слышать. Наше ухо воспринимает в виде звука колебания, частота которых от 17–20000 Гц. Такие колебания называются акустическими.

Акустика – учение о звуке. Звуковые волны – продольные,  это чередующиеся сгущения и разрежения  воздуха, сопровождающиеся изменениями давления .Порождаются звуковые волны колеблющимся телом: голосовыми связками, мембраной динамика, музыкальными инструментами. Распространяясь в воздухе, звуковая волна достигает уха и воздействует на барабанную перепонку. А колебания барабанной перепонки благодаря ушам и мозгу преобразуются в слуховые ощущения.

 Различают :

1)Инфразвук- механическая волна с частотой ниже звукового диапазона (до 17Гц),они опасны для организма, вызывают резонанс внутренних органов. Инфразвук вызывается землятрясением или вибрацией тяжелых механизмов 

2) звуковой диапазон (от 17-20000Гц)

3)Ультразвук –механическая волна с частотой выше звукового диапазона(выше 20000Гц),используется в медицине(УЗИ) и в технике, общаются между собой летучие мыши и дельфины

В вакууме звуковые волны распространяться не могут. Плохо проводят звук материалы – войлок, пористые материалы, прессованная пробка. Мы создаем и воспринимаем звуковые волны и тем самым общаемся друг с другом. Прослушивая при помощи медицинского фонендоскопа звуки в организме можно получать важные сведения о работе сердца и других органов. Звуковые волны распространяются с конечной скоростью. Скорость звука в воздухе 340м/с, в жидкости 1435м/с, в твердых телах 4980м/с

Самые длинные волны воспринимаемые ухом 19м, самые короткие 17мм.

Любой из нас отличает звуки от шумов.

Музыкальные звуки: пение, звучание натянутых струн, музыкальных инструментов, свист.

Шумы: взрыв, работа двигателей ДВС, шипение змеи, скрип несмазанных дверных петель.

Звук,  издаваемый гармонически колеблющимся телом, называют музыкальным тоном (камертон), музыкальные тоны отличаются 1) громкостью2) высотой

Громкость звука определяется амплитудой. Звуковые колебания одинаковых амплитуд не кажутся нам одинаково громкими, если их частоты различны. Единицей громкости является децибел. Порог слышимости 10^-12Вт/м²,порог болевого ощущения 1Вт/м²(или 130дБ). Тихий шепот 20дБ, речь обычная 60дБ,рок-концерт 120дБ

Высота звука определяется частотой колебаний. Диапазону человеческого голоса соответствует интервал частот от 70 до 10 – 12000 Гц. В шуме присутствуют колебания всевозможных частот.

Акустический резонанс - усиление звука музыкальных инструментов с помощью корпуса-резонатора вследствие резонанса

Немного экологии и здоровьесбережения

При изучении темы «Звуковые волны» необходимо рассказать обучающимся о том, что в настоящее время  стали строить ветряные электростанции, казалось бы,  этот способ выработки электроэнергии является экологически чистым. Однако, это не так, мощные ветряки излучают инфразвуки, поэтому для установки ветряков необходимо выбирать места удаленные от человеческого жилья, так как инфразвук вызывает резонансные колебания внутренних органов человека. Этот факт лежит в основе гипотез происхождения летучих голландцев и катаклизмов Бермудского треугольника. Источником инфразвуковых колебаний являются волны в морях и океанах, которые сами возникают из-за неравномерного потока воздуха над поверхностью воды. Здесь же можно затронуть наиболее близкую для нас область экологии - экологию жилища. С жилищем человек связывает большую часть своей жизни. Различные шумы, нарушающие тишину, оказывают вредное, раздражающее влияние на организм человека, снижают  работоспособность. Опасен не только шум ,но и музыка (на концертах поп музыки сила звука достигает 120 дБ, а реактивный самолет на старте создает шум 90 дБ, что ведет к повреждению, и даже разрушению тонких структур мозга, особенно, если ритм не соответствует ритму биотоков). С развитием телевидения, радиовещания, компьютеризации и  сотовой связи, возросло влияние электромагнитных полей на организм человека. С электромагнитным излучением связан целый букет болезней: головные боли, аллергия, лейкоз и негативное влияние на нервную и иммунную системы.

«Лету́чий голла́ндец» — легендарный парусный корабль-призрак, который не может пристать к берегу и обречён вечно бороздить моря. Согласно легенде, когда «Летучий голландец» встречается с другим судном, его команда пытается передать на берег послания людям, которых давно уже нет в живых. В морских поверьях встреча с «Летучим голландцем» считалась плохим предзнаменованием.

Легенда гласит, что в 1641 году голландский капитан Филипп Ван дер Деккен возвращался из Ост-Индии и вёз на борту молодую пару. Капитану приглянулась девушка; он убил её суженого, а ей сделал предложение стать его женой, но девушка выбросилась за борт. При попытке обогнуть мыс  Доброй Надежды корабль попал в сильный шторм. Среди суеверных матросов началось недовольство, и штурман предложил переждать непогоду в какой-нибудь бухте, но капитан застрелил его и нескольких недовольных, а затем поклялся костями своей матери, что никто из команды не сойдёт на берег до тех пор, пока они не обогнут мыс, даже если на это уйдёт вечность. Этим Ван дер Деккен, слывший страшным сквернословом и богохульником, навлёк на свой корабль проклятие. Теперь он, бессмертный, неуязвимый, но неспособный сойти на берег, обречён бороздить волны мирового океана до второго пришествия. Хотя, по некоторым версиям, у него есть шанс обрести покой: раз в десять лет Ван дер Деккен может вернуться на землю и попытаться найти ту, что добровольно согласится стать его женой. По другой версии, есть некое магическое слово, которое может снять проклятие и упокоить «Летучего голландца» и его экипаж.

Одно из возможных объяснений, а также возникновение названия, связывают с явлением фата-морганы, так как мираж всегда виден над поверхностью воды.

Существует также версия, что в возникновении легенды сыграла свою роль жёлтая лихорадка. Передаваемая комарами, размножавшимися в ёмкостях с пищевой водой, эта болезнь была вполне способна истребить целый корабль. Встреча с таким кораблем-призраком была действительно опасна для жизни: изголодавшиеся комары тут же нападали на живых моряков и передавали им заразу 

Еще версия - инфразвуковые волны

Тайна Бермудского треугольника

Бермудский треугольник считается областью в Атлантическом океане между побережьем Флориды, маленьким островом в Бермудах и островом в Пуэрто-Рико. Говорят, этот треугольник является местом, где таинственно пропадают корабли и самолеты. Но почему?

Похоже, что австралийские ученые - профессор Джозеф Монаган и студент Дэвид Мэй из университета Монаша в Мельбурне - раскрыли его тайну. Причиной таинственного исчезновения, как оказалось, является природный газ – метан.

Океанографы, исследовав некоторые опасные области морского дна, нашли места древних извержений с большим скоплением гидратов метана. Согласно предположениям ученых, метан, освобождаясь из естественных трещин океанского дна, превращается в огромные газовые пузыри, которые затем, геометрически расширяясь, поднимаются на поверхность воды и там взрываются. Далее газ начинает подниматься по воздуху.

Этим вполне может объяснить некоторые случаи, когда в Бермудском треугольнике обнаруживали суда с мертвыми членами экипажа, однако, на теле которых не было ни единой царапины. Выходит, что люди задыхались попросту ядовитым газом.

Тем не менее, то, как выглядит в действительности метановый пузырь и как он нарушает поверхность моря, вырываясь из океанских глубин, продолжает оставаться загадкой. Да и согласно некоторым архивным данным, в Бермудском треугольнике за последние пятьсот лет не было никаких больших выбросов газа. Или просто не было записей о них.

 Геомагнитные поля

Странные исчезновения в Бермудском треугольнике связывали с проблемами с навигацией. Поэтому геомагнитные поля могут стать реальной причиной несчастных случаев. Существует теория, что в этой область есть магнитные аномалии и что треугольник является одним из двух мест на Земле, где выравниваются настоящий север и магнитный север, что может привести к изменениям навигационных приборов.

Изменения течения Гольфстрим

Течение Гольфстрим – это как река в океане, которая начинается в Мексиканском заливе и течет через Флоридский пролив в Северную Атлантику. Это течение занимает область шириной в 64-70 км. Гольфстрим мог бы легко сдвинуть самолет или корабль с курса, а в Бермудском треугольнике находятся одни из самых глубоких впадин в мире, некоторые из них уходят вниз на 8534 м. Остатки кораблей, скорее всего, поглотило море.

Погода и большие волны

Карибско - атлантические штормы приводят к непредсказуемой погоде в области Бермудского треугольника. Это может послужить еще одной причиной исчезновений .  Все несчастные случаи вызваны погодой. Здесь часто наблюдаются разрушительные ураганы, а также очень большие волны, которые потопляют корабли и нефтяные платформы. Недавние показатели спутников зафиксировали волны в 25 м на открытом пространстве.

Следующая причина -  инфразвуковые волны

3. Осознание и осмысление

1)      Волна продольная, поперечная, характеристики волн

2)      Звуковые волны, скорость звука, громкость, высота

3)      Как борются с шумами в городах (авто все снабжены глушителями, отмена полета самолетов над городом, запрет пользования автосигналом)

4)      Какие волны выдает стандартный камертон (волны с частотой 440Гц)

5)      Почему во время грозы сначала видим молнию, а потом слышим гром?

6)      Мозг получает информацию с помощью зрения и слуха. Почему “слухачами” в древние времена были слепые люди?

7)      Может ли звук распространяться в пустоте?

8)      У одного из космонавтов ,находящегося в скафандрах на поверхности Луны вышло из строя радиопереговорное устройство. Может ли этот космонавт переговариваться со стоящим рядом товарищем? (звук будет передаваться ,если космонавты соприкоснутся шлемами)

9)      Почему при полете жук издает звук определенной частоты , а бабочка летает бесшумно?

10)  Какова роль ящика под камертоном и музыкальными инструментами?

11)  Почему в твердых телах могут распространяться  и поперечные и продольные волны?

12)  Как изменяется частота и длина волны при переходе из воздуха в воду?

13)  Самолет летит со сверхзвуковой скоростью. Слышен ли в кабине пилота  звук работы двигателя, находящегося позади кабины? (да, звук распространяется по корпусу самолета)

14)  Стекло проводит звуковые волны значительно лучше, чем воздух. Почему же закрывая окно, мы намного ослабляем уличный шум? (звук отражается от поверхности стекла)

15)  Если ударить молоточком по одному концу длинной стальной трубы, то у другого конца будет слышен двойной удар. Почему?  (Звук распространяется по металлу и по воздуху с разной скоростью)

16)  Какие волны возникают в струнах при игре на гитаре? В воздушном столбе внутри духовой трубы, когда музыкант дует в трубку?

17)  Верно ли, что рыбы не разговаривают?(рыбы издают разные звуки и слышат всем телом, большие косяки сельди чирикают, килька производит шум, напоминающий шорох ветвей)

18)  Почему летучие мыши летят прямо на волосы?(человеческие волосы поглощают ультразвук)

19)  Чем в самолете закладывает уши? (атмосферное давление чем выше, тем ниже, при поднятии самолета - закладывает уши, но стоит зевнуть или сделать глоток, внешнее и внутреннее давление сравняется)

20)  Что слышно в космосе? (абсолютная тишина)

21)  Что такое эхо? (отражение звуковых волн от дальних предметов)Может оно возникнуть в степи?

22)  Можно ли разбить стакан голосом? (Да)

23)  Почему телеграфные столбы гудят при ветре?(колебания проводов от ветра передаются воздуху и мы слышим звук)