Паспорт исследования на тему "Можно ли услышать звук?"

Компоненты паспорта

Описание исследования

1

Тема исследования

Можно ли увидеть звук?

2

Актуальность исследования

Мы живем в океане звуков. Мир вокруг нас наполнен и даже, порою, переполнен звучаниями. Стук захлопнувшейся двери, непрерывный гул машин за окном, хруст снега под ногами, голоса разговаривающих людей, или стрекотание сверчка, шелест листьев. Эти и другие звучания помогают нам понять все, что происходит вокруг нас, дополняя нашу реальность. Когда мы не видим источник звука, расшифровать его происхождение помогает мозг. Мы слышим, но все-таки, не видим. А можно ли увидеть звук? И что вообще такое звук? Мы знаем, что звуки производятся вибрирующими предметами. Положим руки на горло, скажем что-нибудь, и почувствуем, как вибрируют наши голосовые связки. Но каким образом мы воспринимаем звуки вокруг? Как они доходят до нашего уха? Что требуется для распространения звука? И, главное, можно ли увидеть и почувствовать звуки вокруг нас?

3

Проблема исследования

Можем ли мы увидеть и почувствовать звук?

4

Объект исследования

Звуковая вибрация (звук)

5

Цель исследования

Понять, как распространяются звуковые волны, опытно-практическим путем узнать, можно ли увидеть и почувствовать звук. (вибрация)

6

Задачи исследования

1. Познакомиться с понятиями «звук», «звуковая вибрация» в информационных источниках.

2. Найти научное доказательство, что звук можно увидеть и почувствовать (визуализация звука).

3. Провести ряд экспериментов, чтобы проверить, можно ли увидеть и почувствовать звук. И как можно сделать звуки видимыми с помощью специальных устройств.

4. Изготовить приспособление для визуализации звука.

5. Провести опыт со звуком с помощью самодельного устройства.

6. Проанализировать и представить полученные результаты.

7

Гипотеза исследования

Предположим, что мы можем увидеть и почувствовать звуки вокруг с помощью специальных приспособлений.

8

Методы исследования

1. Анализ информационных источников по теме исследования

2. Наблюдение

3. Беседа

4. Эксперимент

5. Опыт

6. Анализ и синтез полученных результатов

9

Тип исследования (по продолжительности)

Экспресс

10

Этапы реализации исследования, краткое их описание

1. Подготовительный. Актуализация и определение темы, проблемы, гипотезы, цели и задач.

Учитель организует игру «угадай, что звучит». Игра проходит в два этапа: 1) ученику с закрытыми глазами по очереди предлагается отгадать, что звучит, т.е. какой объект перед ним издает тот или иной звук (три человека будут по очереди издавать звук с помощью подручных средств – пружинящая об стол линейка, шелест страниц книги, звон ложечки о стакан); 2) ученику предлагается с закрытыми ушами определить, какое слово говорит одноклассник напротив него. Цель данной игры – активизировать познавательную мотивацию и вместе с детьми прийти к выводу о том, что слышать и распознавать звуки нам помогают уши, а не глаза, ведь глазами невозможно слышать, но еще сложнее, когда слышать не можем совсем, а можем только видеть. Ученикам задается вопрос: а возможно ли создать такие условия, при которых мы все-таки можем увидеть и почувствовать звук?

На данном этапе обучающиеся совместно с учителем определяют значимость данного исследования. Среди обучающихся проводится опрос с целью выявления пробелов по данному вопросу.

Опрос состоит из трех вопросов:

• Знаешь ли ты, что такое звуковая волна?

• Как ты считаешь, можно ли увидеть звук?

• Как ты считаешь, можно ли почувствовать звук?

По данным проведенного опроса определяются общие для всех учеников пробелы и затруднения в ответах на данные вопросы. Формулируется гипотеза исследования, выдвигаются предположения.

Обучающиеся совместно с учителем ставят цель исследования (продолжить фразы «узнать…; проверить…; понять…») и задачи (в группах восстанавливают пункты плана)

1. Теоретический. Изучение научной литературы, исследований и др. теоретических источников по теме проекта. Поиск научных доказательств о возможности увидеть и почувствовать звук, визуализировать его.

Звук – это вибрация, которая распространяется в виде акустической волны через передающую среду, такую как газ, жидкость или твердое тело. Чтобы возникли звуки, по предметам, например, по  бубну, надо ударить. То есть надо произвести действие. В результате возникнет дрожание. Дрожание вызывает колебание воздуха (звуковые волны), которое передается на барабанную перепонку, затем в ухо, в мозг и мы осознаем звук, который слышим.

Любой звучащий предмет дрожит, вибрирует, создает колебания, которые распространяются в воздухе звуковыми волнами, достигают барабанной перепонки, далее сигнал поступает в мозг, и мы слышим звук.

Научные доказательства видимости звука (визуализация звука):

В зависимости от характера используемого эффекта все методы визуализации звука можно подразделить на две группы:

1) методы, в которых используются колебательное смещение частиц.

Один из способов этого метода – изображения звука при помощи компьютерных технологий. В компьютер приходит не сам звук, а электрический сигнал, снимаемый с какого-либо устройства: микрофона, преобразующего звуковое давление в электрические колебания.

2) методы, основанные на деформации водной поверхности под действием звука , акустические течения.

Акустические течения (акустический, или звуковой, ветер) – регулярные течения среды, возникающие под воздействием звука. Воздействие звуковых волн, вибраций на воду изучал японский ученый Масару Эмото. Идея визуализации музыки пришла в голову американцу Стефани Малиновскому, когда он слушал скрипичную сонату Баха и смотрел в ноты, успевая следить за их «течением» по нотному стану, переплетением высот и длительностей. Шоу фонтанов – это тоже одна из форм визуализации музыки. Одно из самых известных таких шоу показывается в парке развлечений Уолта Диснея в Калифорнии (США).

(шоу поющих фонтанов в Олимпийском парке, г.Сочи)

Что помогает сделать звуки видимыми?

Чтобы сделать звуки, издаваемые музыкальной колонкой не только слышимыми, но и видимыми, нужен прибор, который может преобразовывать воздействия этого явления в видимую картину. Для того чтобы видеть звук, используем электронный прибор – микрофон. Так, микрофон преобразует звуки в электрические сигналы, которые передаются на компьютер. Громкий звук микрофон преобразует в сильный электрический сигнал, а тихий – в слабый. Электрический сигнал микрофона можно увидеть с помощью компьютерной программы «Аудио мастер». Источник испускает звук, который через микрофон фиксируется компьютером. Сравнивая изображения звуковых сигналов и можно определить и рассчитать акустические параметры звука.

Как чувствуют звуки глухие?

Ученые выяснили, что змеи совсем не имеют слуха. Они реагируют только на вибрацию, которую создают заклинатели, постукивая по земле ногой.

Композитор Людвиг ван Бетховен под конец жизни совершенно оглох. Слух пропадал постепенно. Какое-то время Бетховен слушал музыку через трость - он прислонял ее к деке фортепиано, а другой конец зажимал во рту. Звуки от корпуса фортепиано через палочку или трость передавались зубам композитора, через них челюстям, затем костям черепа. Далее от костей черепа звуковые вибрации передавались во внутреннее ухо.

1. Исследовательский. Опытно-практическим путем выясним, действительно ли можно увидеть и почувствовать звуковые колебания. И как можно сделать звуки видимыми с помощью специальных устройств.

На основании изученных источников ученики находят доказательства возможности визуализации звука. Теперь на личном опыте обучающиеся убедятся в этом и попробуют визуализировать звук разными способами и с помощью различных приспособлений (звукозаписывающий диктофон на телефоне; колонка и объект-помощник; самодельное устройство из подручных средств).

Перед проведением каждого практического действия учитель напоминает правила техники безопасности при работе с оборудованием.

(обучающимся даются карточки с иллюстрациями-подсказками, по которым необходимо самим в группах определить правила безопасности, заполнив пропуски)

Правила безопасности при работе с оборудованием:

• Мокрыми и влажными руками не касаться электрических приборов.

• Следовать строго по инструкции; слушать указания учителя.

• Приборы и оборудование не трогать, пока учитель не даст разрешение.

• Соблюдать порядок и чистоту на рабочем месте во время всего исследования.

• Открытые емкости с водой убирать со стола сразу после проведения эксперимента/опыта.

Затем обучающиеся совместно с учителем выстраивают последовательность проведения экспериментов со звуком. С целью проверить гипотезу «можно ли увидеть звук и почувствовать звуковую вибрацию» обучающиеся под руководством учителя проводят ряд экспериментов с объектами (стикер, воздушный шар, скрепка, стакан с водой) и громким звуком, исходящим от колонки), фиксируют влияние звуковой волны (вибрации) на объект.

Этапы проведения эксперимента:

1. Громко включить мелодию в колонке;

2. Поднести объект к колонке на расстоянии 1-2 см;

3. Наблюдать за изменениями, которые происходят с объектом возле колонке;

4. Внести данные наблюдения в ячейки сравнительной таблицы;

5. Сравнить результаты и записать вывод.

Ход экспериментальной части исследования

1. Провести эксперимент с бумажным стикером, занести данные в таблицу.

2. Провести эксперимент с воздушным шариком, занести данные в таблицу.

3. Провести эксперимент со скрепкой, занести данные в таблицу.

4. Провести эксперимент со стаканом воды, занести данные в таблицу.

5. Подвести итоги наблюдений.

На каждом этапе проводится наблюдение и фиксация результатов в сравнительной таблице.

Вывод: мы чувствуем звуки, т.е. звуковую волну/звуковую вибрацию всегда, но этого не замечаем. Однако видеть звуки мы все-таки не смогли. Звучит вопрос «Возможно ли визуализировать звук?»

Решение: для этого требуются специальные приспособления. Дается определение звуковой волны на слайде.

Попробуем провести опыт, который помогает профессии звукорежиссера каждый день делать звук видимым нашему глазу. Для этого ему необходимо сложное специальное оборудование. У каждого из нас в гаджетах есть такое приспособление. Кто-нибудь уже догадался, как оно называется? (диктофон)

Опыт с диктофоном на телефоне.

Ход опыта

1. Обучающиеся в группе включают диктофон и говорят на него.

2. Результат: голос преобразуется в звуковую дорожку – отображение звуковой волны, издаваемой человеком.

Результат эксперимента: при помощи программы «диктофон» или «звукозапись» мы получили видимое изображение звука волны в виде графика волны, что подтверждает звук-волна.

Вывод: с помощью специального оборудования мы смогли визуализировать звук и своими глазами увидеть звуковую волну.

Вопрос от учителя «А можем ли мы создать такой прибор, который поможет нам увидеть звуковую волну в действии?».

Проводится заключительный опыт, который подтверждает, что звук можно увидеть. Для опыта понадобится

Ход проведения опыта «Танец сахара»

1. Накрыть миску куском целлофана, закрепить резинкой и натянуть на миску, чтобы было похоже на барабан.

2. Сверху на натянутый лист насыпать щепотку соли.

3. Поднести к миске кастрюлю так, чтобы они не соприкасались. Затем несколько раз ударить деревянной ложкой по кастрюле вблизи миски.

Ожидаемый результат: крупицы соли начнут подпрыгивать.

Почему так происходит? Обучающимся предлагается поразмышлять над этим вопросом и дать собственное обоснование. Затем учитель дает короткое научное обоснование.

Так происходит, потому что удар ложкой по кастрюле производит колебания, заставляющие колебаться окружающий воздух, порождая звуковые волны. Эти волны ударяются в миску, она начинает колебаться и заставляет подпрыгивать соль.

Вывод: с помощью специального приспособления мы можем увидеть и почувствовать звуковую волну.

Почему мы слышим звуки?

Наше ухо - сложный прибор. Оно улавливает звуковые волны и направляет их на барабанную перепонку – очень чувствительную мембрану, которая под действием звука начинает колебаться. Эти колебания передаются на внутреннее ухо. Оттуда звук в виде нервных импульсов направляется в мозг, который их расшифровывает.

Вопрос от учителя «На работу какого человеческого органа похоже данное явление?»

Обучающимся предлагается карточка, на которой им дано понятие «барабанная перепонка» и необходимо заполнить пропуск (красным), а также найти и подписать на иллюстрации барабанную перепонку. Данная карточка является продуктом наряду со сравнительной таблицей и выводами по итогам исследования.

1. Заключительный. Подведение итогов исследования.

Обучающиеся возвращаются к гипотезе, подтвердив или опровергнув ее, формулируют общий вывод по всему исследованию, делятся личными субъективными открытиями, впечатлениями по теме проекта. Отвечают, удалось ли им достичь цели исследования.

Проведенные исследования (ряд экспериментов, опыт) позволили проверить гипотезу и даже частично ее подтвердить. Так, действительно, с помощью специальных приспособлений мы можем увидеть почувствовать звук как вибрацию, которая распространяется в виде акустической волны через передающую среду, такую как газ, жидкость или твердое тело. Таким образом, в ходе проведенного опыта выдвинутая нами гипотеза подтвердилась.

Вывод: проведенные опыты доказывают, что звук – это невидимые волны. И чтобы увидеть их движение, нужно заставить их колебать что-нибудь, видимое глазу. Таким образом, можно утверждать, что, визуализируя звук, его можно не только услышать, но и увидеть. Гипотеза подтвердилась.

Учитель организует рефлексию с обучающимися.

11

Оборудование для проведения исследования

Воздушные шарики, бумажные стикеры, стаканы с водой, колонка с музыкой, скрепка, листы бумаги. Для опыта: лист целлофана, резинка, пластмассовая миска, кастрюля, деревянная ложка, крупнозернистая соль/мелкая крупа.

12

Продукт исследования

Дневник исследования/ карточка-буклет «Орган, которым слышим».

13

Перспектива исследования

Создание «музыкального фонтана» в домашних условиях из подручных средств.

Данное исследование позволяет обучающимся задаваться другими вопросами, связанными со звуком, его свойствами. Так, например, настоящая работа служит материалом для исследований на темы «Можно ли измерить длину волны?», «Можно ли создавать свою музыку из звуков с помощью подручных средств?». Результаты могут быть представлены обучающимися на школьной и городской исследовательской конференциях.

Исследование «Как слышат глухие люди».

14

Используемые источники

Энциклопедия для детей «Обо всём на свете». Издательство «Аванта плюс», Москва, 2014г. - 352 стр.

А.А. Леонович «Я познаю мир. Физика». Москва: АСТ, 2006г. - 415 стр.

https://en.wikipedia.org/wiki/Sound

https://infourok.ru/proekt-issledovatelskoj-napravlennosti-na-temu-mozhno-li-uvidet-zvuk-6047454.html

https://infourok.ru/issledovatelskaya-rabota-po-teme-mozhno-li-uvidet-zvuk-klass-3794900.html

https://eee-science.ru/item-work/2020-2975/

https://infourok.ru/issledovatelskaya-rabota-na-temu-chto-takoe-zvuk-skazhi-6274723.html

https://habr.com/ru/company/timeweb/blog/585618/