Проект "Человек в мире звуков"

Индивидуальный итоговый проект по физике

«Человек в мире звуков»

Выполнил:

Ильющенков Владислав

учащийся 9 класса

Руководитель:

Автономова Л.А.

учитель физики

2018 год

Содержание

1. Введение

2. Основная часть

Теоретическая часть:

1. Звук с точки зрения физики. Физические свойства звука.

2. Восприятие звука. Голос.

3. Воздействие звука на человека.

4. Применение звука.

Практическая часть:

1. Диаграмма социологического опроса «Мешает ли шум при работе?»

2. Диаграмма социологического опроса «Предпочитаемая музыка»

1. Заключение

2. Список литературы и интернет ресурсов.

Введение

Актуальность данного проекта обусловлена нераздельным существованием человека и звуков. Чем больше человек знает о многообразии звукового мира, тем гармоничнее будет его жизнь. Знания о влиянии различных звуков на человека позволяют ему сохранить психическое и физическое здоровье, избежать негативного звукового влияния. Где бы мы ни находились, что бы ни делали — нас всюду сопровождают самые различные звуки. Каждое наше движение вызывает звук — шорох, шелест, скрип, стук. Человек всегда жил в мире звуков и шума. Звуки природы всегда приятны, они успокаивают, снимают стрессы. Но в повседневной жизни мы больше сталкиваемся с шумом бытовой техники, промышленным, транспортным шумом. Замечаем, что наш организм устает все больше и больше. С чем это связано, неужели окружающие нас звуки так сильно влияют на состояние, в чем тогда оно проявляется? Особенно данная тема актуальна для подростков, которые бесконтрольно используют плейеры, громко и продолжительно слушают «тяжелую» музыку, что ведет к необратимым процессам в организме.

Цель работы: изучить процессы возникновения и восприятия звука человеком, исследовать влияние различных звуков на человека и использовать данные знания для пропаганды здорового образа жизни в чистом звуковом пространстве.

Задачи:

рассмотреть возникновение звука с точки зрения физики;

- изучить физические свойства звука;

- рассмотреть процесс восприятия звуков человеком, объединив знания по анатомии и физики;

- выявить положительное и отрицательное воздействие звуков на человека;

- рассмотреть направления использования звука человеком;

- изучить мнения сверстников об их увлечении различными видами музыки;

-создать презентацию, в которой будет представлена информация значения звука на человека.

Методы создания проекта:

В процессе работы, я знакомился с различными источниками информации, включая интернет-источники и книги, проводил опрос сверстников, обрабатывал данные, анализировал результаты для получения выводов.

Звук с точки зрения физики. Физические свойства звука

С точки зрения физики звук - это волна, возникающая в воздушной среде в результате колебаний. Физические характеристики звука: период колебаний, длина звуковой волны, амплитуда и частота колебаний. По характеру колебательных движений звуки можно разделить на чистые тоны, сложные тоны и шумы. В природе мы практически не встречаемся с чистыми тонами, они подобны дистиллированной воде лабораторий, нас же окружает вода ручейков, речек, озер, прудов. Чистые тоны можно воспроизвести только с помощью камертона, или электроакустическим методом. Окружающие нас звуки – сложные. Помимо основного тона, имеется масса добавочных тонов, или обертонов. Звуки, состоящие из смеси тонов самых разных частот, в которых невозможно выделить основной тон, называются шумами. Распространению звуковой волны мешают препятствия, встречающиеся на ее пути. Способность звуковой волны огибать препятствия называется дифракцией. Низкие звуки обладают лучшей дифракцией, чем высокие. Волна может отражаться от большой поверхности, оказавшейся на ее пути. При этом возникает явление, называемое эхом. Каждый из нас встречался с ним в лесу, в горах, где отражающими поверхностями являются деревья, скалы. Эхо может наблюдаться и в закрытых помещениях, где звук будет отражаться от стен, потолка, мебели. Такое многократное отражение звука в закрытых помещениях от различных предметов носит название реверберации. Реверберация может быть сильной, и тогда мы говорим о «гулкости» помещения. Зодчие Древней Руси, хотя и не знали законов современной физики, строили храмы, уникальные по своим акустическим свойствам. Например, в Георгиевском соборе Юрьева монастыря под Новгородом, построенном еще в XII веке, можно слышать слова, произнесенные даже шепотом в любом из углов собора.

Одной из основных характеристик звука является высота. Оценка высоты звука производится в герцах (Гц) по имени немецкого физика Генриха Герца. Эта величина означает число колебаний в 1 секунду. Еще одна характеристика звука – сила звука. Она измеряется в единицах, получивших название Белл – в честь Александра Грехема Белла, изобретателя телефона. Однако на практике оказалось более удобным использовать десятые доли бела, то есть децибелы. Введение такой единицы при акустических измерениях дало возможность выразить интенсивность всех звуков области слухового восприятия в относительных единицах от 0 до 140 децибел. 20–30 дБ – норма шума в жилых помещениях, 130 дБ – порог болевого ощущения. Звук громкостью свыше 180 дБ может даже вызвать разрыв барабанной перепонки.  

Восприятие звука. Голос

Ухо последовательно преобразует звуки в механические колебания барабанной перепонки и слуховых косточек, затем в колебания жидкости в улитке и, наконец, в электрические импульсы, которые по проводящим путям центральной слуховой системы передаются в височные доли мозга для распознавания и обработки. В нашем мозгу хранятся «шаблоны» окружающих нас звуков – знакомых голосов, музыки, опасных звуков и т.д. Это помогает мозгу в процессе обработки информации о звуке быстрее отличить знакомые звуки от незнакомых. При снижении слуха мозг начинает получать искаженную информацию (звуки становятся более тихими), что приводит к ошибкам в интерпретации звуков. Для того чтобы правильно слышать и понимать звуки, необходима согласованная работа слухового анализатора и мозга. Таким образом, без преувеличения можно сказать, что человек слышит не ушами, а мозгом! Наше ухо способно воспринимать колебания от 20 до 20000 Гц, мы их слышим. Возникает вопрос, а как мы создаем звуковые колебания?

Голос –  уникальный и могущественный инструмент, с помощью которого человек существует и проявляется в обществе. С помощью голоса человек можете говорить и петь, выражать мысли и эмоции, силу или слабость, любовь или ненависть. Сила голоса имеет очень большое практическое значение для словесного общения на расстоянии, а певческий голос благодаря своей силе находит применение в исполнении произведения искусства.

В чем различия между певческим голосом и речью? В пении используется весь имеющийся диапазон голоса, а в речи - только его часть. Независимо от диапазона, говорящий человек пользуется средним отрезком своего голоса, так как здесь говорить удобнее, и он не устает. Певческий голос отличается от разговорного не только диапазоном и силой, но и тембром - более богатой окраской звука. Разговорный же голос составляет лишь 1/10 от общего диапазона голоса.

При разговоре сила голоса равна приблизительно 30 дБ, при вспышке гнева 60 дБ. Для усиления звуков служат резонаторы. У человека в эту систему входят все пространство гортани над голосовыми связками, гортань и ротоглотка, полость рта с наружным ротовым отверстием. По форме и свойствам эта резонаторная система очень напоминает систему резонаторов медных духовых инструментов. При этом вибрирующие губы трубача аналогичны колеблющимся голосовым связкам певца, а выходное отверстие валторны или тромбона - открытому рту.

Воздействие звука на человека

Каждый человек воспринимает звук по-разному. Многое зависит от возраста, темперамента, состояния здоровья, окружающих условий. Известно, что ряд таких серьезных заболеваний, как гипертоническая и язвенная болезни, неврозы, желудочно-кишечные, заболевания кожи, патологии и другие связаны с перенапряжением нервной системы в процессе труда и отдыха. Долгое время влияние шума на организм человека специально не изучалось, хотя уже в древности знали о его вреде и, например, в античных городах вводились правила ограничения шума. В настоящее время ученые во многих странах мира ведут различные исследования с целью выяснения влияния шума на здоровье человека. Их исследования показали, что: отсутствие необходимой тишины, особенно в ночное время, приводит к преждевременной усталости, а часто и к заболеваниям. В этой связи необходимо отметить, что шум в 30–40 дБ в ночное время может явиться серьезным беспокоящим фактором.

С увеличением уровней до 70 дБ и выше шум может оказывать определенное физиологическое воздействие на человека, приводя к видимым изменениям в его организме. Под воздействием шума, превышающего 85–90 дБ, в первую очередь снижается слуховая чувствительность на высоких частотах. Сильный шум вредно отражается на здоровье и работоспособности людей. Человек, работая при шуме, привыкает к нему, но продолжительное действие сильного шума вызывает общее утомление, приводит к ухудшению слуха, а иногда и к глухоте, происходят изменения объема внутренних органов. Воздействуя на кору головного мозга, шум оказывает раздражающее действие, ускоряет процесс утомления, ослабляет внимание и замедляет психические реакции. Уровень шума в 20–30 дБ практически безвреден для человека. Для «громких звуков» допустимая граница примерно 80 дБ Звук в 130 дБ уже вызывает у человека болевое ощущение, а в 150 – становится для него непереносимым. Звук в 180 дБ вызывает усталость металла, а при 190 дБ заклепки вырываются из конструкций. Под влиянием сильного шума, особенно высокочастотного, в органе слуха происходят необратимые изменения. Постоянное воздействие сильного шума может не только отрицательно повлиять на слух, но и вызвать другие вредные последствия - звон в ушах, головокружение, головную боль, повышение усталости. Очень шумная современная музыка также притупляет слух, вызывает нервные заболевания.

За увлечение громкой музыкой, особенно модной в наше время, многие тысячи подростков расплачиваются приобретенной тугоухостью. Человек, который ежедневно в течение 15 минут подвергается оглушению звуком в 110 децибел, повредит свой слуховой аппарат всего за несколько лет. Воздействие на человеческий организм сверхгромких звуков разрушительно - подобную музыку специалисты называют "музыкой-убийцей", "звуковым ядом". К чересчур громкому звуку невозможно привыкнуть. Ткачихи, кузнецы, водители поездов в метро и обслуживающий персонал аэродромов — постоянные пациенты врачей, занимающихся восстановлением слуха — это издержки профессии. Сейчас к этим пациентам активно присоединяются школьники и студенты, которые ходят постоянно в наушниках, слушая музыку с сотового телефона.

Можно ли повысить остроту слуха? Можно. Во-первых, сознательно ограничиваем громкость источника шума (телевизора, музыкального центра, радио). Во-вторых, необходимо чаще бывать на природе (но не в шумной компании с шашлыками!) - напряженное вслушивание в тишину повышает остроту слуха.
Очень полезно слушать голоса птиц, звуки природы.

О положительном и отрицательном воздействии ритма знали в древности. В прошлом веке смертная казнь осуществлялась на площадях под громкий, жесткий, однообразный ритм барабанов с целью вызвать страх. Российские ученые зафиксировали следующее: после 10-минутного прослушивания тяжелого рока семиклассники на некоторое время забывали таблицу умножения. А японские журналисты в крупнейших рок-залах Токио задавали зрителям всего три простых вопроса: «Как вас зовут?», «Где вы находитесь?» и «Какой теперь год?» И ни один из опрошенных не ответил на них.
Зафиксированы факты суицидов после рок концертов, а драки и агрессивное поведение давно уже никого не удивляют. На рок-концертах нередки контузии звуком, звуковые ожоги, потеря слуха и памяти. В 1979 году во время концерта Пола Маккартни в Венеции рухнул деревянный мост, а группа “Пинк Флойд” сумела разрушить мост в Шотландии. Концерт этой группы на открытом воздухе привёл к тому, что в соседнем озере всплыла оглушённая рыба. По результатам исследований американских социологов, у несовершеннолетних (от 12 до 17 лет) правонарушителей рэп является преобладающим музыкальным выбором, большая часть из них одобрительно относилась к насилию и выражала готовность участвовать в нем. Музыка – это, безусловно, мощная сила, которая может быть, как созидающей, так и разрушающей. И какой именно отдать предпочтение – решает сам человек.

Применение звука

Человек может использовать различные свойства и звуковые явления в своих целях. Одним из используемых явлений является звуковой резонанс. Звуковой резонанс – это явление, достижения максимальной амплитуды вынужденных колебаний звука за счёт применения силы с частотой равной частоте колебательной системы. Это явление используется в различных музыкальных инструментах, таких как: Гитара, Контрабас, Скрипка, Альт и другие. Часть корпуса этих инструментов превращают в резонатор. Резонатор - это специальная «коробка» которая увеличивает громкость звука посредством резонанса.

Также используют звукотерапию. Звукотерапия – это область медицины, которая основывает свой лечебный эффект на воздействии звуков и вибраций, исходящих от звезд, человеческого голоса, музыкальных инструментов, природных сил и животного мира. С помощью звукотерапии излечивают болезни связанные с нарушением работы нервной системы, восстанавливают нормальный ритм колебаний организма, уничтожают инфекции звуками разных частот.

Люди используют эхо (способность звука отражаться от различных поверхностей) в различных средах. В исследовательской деятельности эхолокация - это способ определения местоположения тел по отраженным от них ультразвуковым сигналам. Ультразвук – это колебания, частота которых больше 20000 Гц. В исследовании земной коры сейсморазведка - анализирование звуковых волн Земли для прогнозирования землетрясений, извержений вулкана, предупреждения лавин. Широко применяется в мореплавании. На судах устанавливают гидролокаторы - приборы для распознавания подводных объектов и определения глубины и рельефа дна. На дне судна помещают излучатель и приемник звука. Излучатель дает короткие сигналы, которые через некоторое время возвращаются. Анализируя время задержки и направление возвращающихся сигналов, компьютер определяет положение и размер объекта отразившего звук. Ультразвук используется для обнаружения и определения различных повреждений в деталях машин (пустоты, трещины и др.). На исследуемую деталь направляется поток коротких ультразвуковых сигналов, которые отражаются от находящихся внутри нее неоднородностей и, возвращаясь, попадают в приемник. Ультразвук широко используется в медицине для постановки диагноза и лечения некоторых заболеваний. В отличие от рентгеновских лучей его волны не оказывают вредного влияния на ткани. 

К естественным источникам ультразвука можно отнести животных, которые его издают. Животные генерируют и воспринимают ультразвук при помощи специальных рецепторных аппаратов. Ультразвук помогает им ориентироваться в пространстве. Ультразвуковые колебания, создаваемые животными, отражаются от предметов и воспринимаются специализированными органами слуха как преграды на пути. Издавать ультразвуки могут кузнечики, сверчки, дельфины. Слуховой аппарат некоторых насекомых, птиц и животных способен воспринимать более широкий диапазон колебаний звука, чем у человека. Так верхние границы звуковых частот воспринимаемых:

• лягушками составляет  ν=3⋅10⁴Гц;

• собаками  ν=6⋅10⁴Гц;

• кошками и кузнечиками  ν=10⁵Гц;

• летучими мышами ν=1,5⋅10⁵Гц;

• бабочками ν=1,6⋅10⁵Гц;

• дельфинами  ν=2⋅10⁵Гц;

Генерировать ультразвук может и неживая природа. Он возникает при ветре, ультразвуковые частоты имеются в шуме водопада и звуках моря.

Инфразвук – неслышимые человеческим ухом колебания упругих сред с частотой от 0,001 Гц до 16-25 Гц. Однако из этого не следует, что человек его не воспринимает. На организм человека инфразвук оказывает негативное влияние. Человек ощущает усталость, головную боль, головокружение, тошноту, нарушается координация вестибулярного аппарата, снижается острота слуха и зрения, наблюдаются нарушения периферического кровообращения, человек испытывает беспричинное чувство паники и страха. К техногенным источникам инфразвука можно отнести, например котельные, насосы, транспорт. Также инфразвук излучается электростанциями, которые производят электричество от ветра.

Для инфразвука характерно малое поглощение в различных средах вследствие чего инфразвуковые волны в воздухе, воде и земной коре могут распространяться на очень далекие расстояния. Это явление находит практическое применение при определении мест сильных взрывов или положения стреляющего оружия. Распространение инфразвука на большие расстояния в море дает возможность предсказания стихийного бедствия - цунами. Медузы, ракообразные и др. способны воспринимать инфразвуки и задолго до наступления шторма чувствуют его приближение.

Практическая часть

В данной части я провёл социологический опрос о влиянии музыки и шума на человека и построил диаграммы.

Результаты опроса таковы:

1.Мешает ли шум при работе?

2. Предпочитаемая музыка

Заключение

Проведя итог работы над проектом я могу сделать вывод, что поставленная мною цель – изучить процессы возникновения и восприятия звука человеком, исследовать влияние различных звуков на человека и использовать данные знания для пропаганды здорового образа жизни в чистом звуковом пространстве – достигнута, задачи – решены.

Звук, равно, как и голос, весьма многогранное физическое явление, которое помогает жить человечеству и позволяет людям понимать друг друга. Одновременно с этим звук является смертельным оружием и лучшим инструментом для врачевания. В данном случае можно провести параллель со змеиным ядом: когда ядом пользуется змея, люди умирают за считанные минуты, а когда люди его используют, то исцеляются. Звук может сокрушить города, а может пролететь без признаков присутствия. Как говорят: «Словом можно убить,

Словом можно спасти,

Словом можно полки за собой повести».

Так и со звуком:

«Звук может разрушить,

Звук может поднять,

Звук может подлодки на дне провести».

Список литературы:

1. Перельман Я.И. Занимательная физика.М., 2015г.

2. Хорбенко И.Г. Звук, ультразвук, инфразвук. М., 2014г.

Интернет ресурсы:

1. http://www.energonics.global-project.ru/voice/1.html

2. http://primwiki.ru/index.php/%D0%98%D1%81%D1%81%D0%BB%D0%B5%D0%B4%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B5_%D1%83%D1%87%D0%B0%D1%89%D0%B5%D0%B3%D0%BE%D1%81%D1%8F:_%D0%92%D0%BB%D0%B8%D1%8F%D0%BD%D0%B8%D0%B5_%D0%B7%D0%B2%D1%83%D0%BA%D0%B0_%D0%BD%D0%B0_%D0%BE%D1%80%D0%B3%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B7%D0%BC_%D1%87%D0%B5%D0%BB%D0%BE%D0%B2%D0%B5%D0%BA%D0%B0

3. http://zvuk-i-sluh.ru/osnovnoj-instrument-zvukoterapii-zvuk.html

4. https://otvet.mail.ru/question/54670632

5. http://msk.edu.ua/ivk/Fizika/Konspekt/Zvuk.php