Механический смысл звука

Урок – игра «Кинематика» Задачи урока : в интересной игровой форме обобщить, закрепить знания, полученные по теме .

«С физикой – в жизнь,

в суть – с математикой»

• Исаак Ньютон

• «Исаак Ньютон почти божественным разумом первый доказал с факелом математики движение планет, пути комет, приливы и отливы океанов. Он исследовал различие световых лучей и появляющиеся при этом различные свойства цветов, чего ранее никто не подозревал. Прилежный, умный и верный истолкователь природы, древности и Священного писания, он утверждал своей философией величие Всемогущего Бога. Пусть смертные радуются, что существовало такое украшение рода человеческого».

• Село Относительное находится от города Равномерное в 30 км . Это путешествие мы должны проделать за 3, 5 часа . С какой скоростью нам двигаться?

• Катер движется со скоростью 4 м/с в системе отсчёта, связанной с водой , и должен идти по кратчайшему пути . Давайте рассчитаем, какой курс относительно берега необходимо держать при переправе, если скорость течения реки 3 м/с .

• Рассчитаем, какова наша средняя скорость, если сначала мы за 1,5ч преодолели 10 км пути, затем 30 км за 3ч и последние 4 км за 15 минут.

• Каково расстояние между г. Средний и г. Ускорение, если электричка в начале 1 мин двигалась с ускорением 0,5 м/с 2 , затем равномерно в течение 8 минут .

Нет ни одной области математики, которая когда - нибудь не окажется применимой к явлениям действительного мира. Н.И. Лобачевский

( 1792 – 1856 )

Звуковые волны.

Звук – это колебания, распространяющиеся в упругой среде.

Вибрирующий двигатель передаёт колебания молекулам воздуха и давление то увеличивается, то уменьшается. Изменение давления распространяется от источника во все стороны – возникает звуковая волна.

Механическими колебаниями называются движения, которые точно или почти точно повторяются через равные промежутки времени.

Волной называются колебания, распространяющиеся от точки к точке. Обратно

Когда вы говорите, воздух из легких заставляет вибрировать голосовые связки в горле и возникает звуковая волна.

Расстояние между сгустками воздуха соответствует длине волны λ и если Т- период, то скорость звуковой волны v = λ Т .

Для распространения звука нужна какая –то среда. Звук распространяется в среде тем быстрее, чем больше её плотность.

Высота звука. Человеческое ухо воспринимает звук только в том случае, если частота колебаний источника составляет от 16 до 20000 Гц. У высокого звука частота больше, у низкого меньше.

Громкость звука зависит от энергии звуковой волны. На осциллограмме это определяет амплитуда .

Частотой колебаний называется число колебаний в 1 секунду.

Частота измеряется в герцах. 1 Гц это частота, при которой за 1с совершается 1 колебание.

Генрих Герц немецкий учёный, первым научился посылать и принимать радиоволны. В его честь названа единица частоты любых волн и колебаний.

Обратно

Одни звуки громче других. Так как звуки распространяются во всех направлениях, то чем дальше вы находитесь, тем слабее вы его слышите. Громкость звука измеряется в единицах, называемых децибелами (дБ). Они названы в честь изобретателя телефона Белла.

Громкие звуки вызывают шумовое загрязнение среды обитания человека .

Примеры шумового воздействия

Реактивный двигатель на расстоянии 25м

Гром-кость дБ

150

Отрицательный эффект продолжительного воздействия

Удар грома, рок музыка, сирена (близкое расстояние)

Разрыв барабанных перепонок

120

Мотоцикл, трактор, отбойный молоток

100

Порог боли у человека

Оживлённая городская улица, миксер

Товарный поезд (расстояние 15м)

Серьёзная угроза для слуха (при времени воздействия 8 часов)

90

Угроза для слуха ( при времени воздействия 8 часов)

Скоростная автомагистраль, пылесос

80

70

Возможна угроза для слуха

Раздражающее действие

Лягушка: 50-8000 Гц. Несмотря на свои маленькие размеры, могут квакать очень громко и низко.

Обезьяны: 400-6000 Гц. Самые громкие звуки во всём животном мире испускают обезьяны - ревуны. У них за ноздрями есть особые «горловые» мешки, которые резонируют под действием сильных потоков воздуха из лёгких.

Кузнечик: 7000-100000 Гц. У насекомых нет лёгких, поэтому они не могут «извлекать звуки из воздуха».Кузнечики стрекочут, потирая одну о другую ножки, покрытые жёсткими волосками.

Человек: 85-1100 Гц.

Многие животные слышат звуки более широкого диапазона частот, чем они способны издавать, и при этом могут испускать звуки, которых не слышат сами.

Диапазон частот, воспринимаемый человеком, изменяется с возрастом. Ребёнку доступны частоты от 20 до 20000 Гц, но 60-летний человек обычно слышит звуки с частотами до 12000Гц .

• Ультразвуковое эхо применяют

для исследования океанского дна, измерения

глубины моря .

• Дельфины с

помощью

ультразвука

обнаруживают

косяки рыб

и обходят

водные

препятствия.

Ультразвук

позволяет

проследить

за развитием

ребёнка в

утробе матери .

• Обследуя с помощью ультразвука

детали самолёта можно определить

нет ли в толщине металла трещин .

Инфразвук – это упругие волны с частотой менее 20 Гц. Причиной их возникновения могут быть колебания почвы во время землетрясений , поверхности воды, во время шторма; вибрация промышленных установок.

Его влияние вредно для человека: при слабом воздействии возникает морская болезнь, при среднем - мозговые нарушения, а при сильном – вибрация внутренних органов, которая приводит к остановке сердца. Во время шторма на гребнях может генерироваться звук частотой 6Гц. Это опасное явление называется «голос моря».

Вибрация станка действует на резец и обрабатываемую деталь и может привести к браку.

Вибрация жидкости в топливных баках ракеты угрожает их целостности.

Вибрация самолетных крыльев при неблагоприятных условиях может привести к катастрофе.

Хорошо затянутая гайка под влияние вибрации ослабевает и станок разбалтывается.

Под влиянием вибрации меняется внутренняя структура металлов, что приводит к так называемой «усталости» и последующему разрушению конструкции.

Гармонические колебания.

y = A sin ( ω t + φ ) –

уравнение гармонических колебаний

или

закон гармонических колебаний.

УСЛОВИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ СВОБОДНЫХ КОЛЕБАНИЙ

• при выведении тела из положения равновесия в системе должна возникнуть сила, стремящаяся вернуть его в положение равновесия;

• силы трения в системе должны быть достаточно малы.

Периодические изменения физической величины в зависимости от времени, происходящие по закону синуса или косинуса, называются ГАРМОНИЧЕСКИМИ КОЛЕБАНИЯМИ

x

x m

φ

3 π /2

2 π

π

π /2

t

0

T

T/2

T/4

3T/4

x m

уравнение гармонического колебания

x = x m sin( ω 0 t + φ 0 )

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОЛЕБАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ

• x m – модуль максимального смещения точки от положения равновесия называется амплитудой ;

• Т – время одного полного периода называется периодом ;

Т = t/n , где n – число полных колебаний

• x – смещение точки от положения равновесия в данный момент времени.

• число колебаний в единицу времени называется частотой ;

ѵ = 1/Т – линейная частота колебаний

ѵ = n/t [ ѵ ] = 1/c = 1 Гц (Герц)

Ѡ 0 =2 π /Т – циклическая частота колебаний

[ ѡ 0 ] = рад/с

• φ – фаза колебаний , которая определяет состояние колебательной системы в любой момент времени;

φ = ѡ 0 t + φ [ φ ] = рад

Домашнее задание:

Инфразвук и ультразвук в природе и в технике .