Dane INFORMACYJNE

2. Dane INFORMACYJNE • Nazwa szkoły: • Gimnazjum nr 1 w Wągrowcu • ID grupy: • 98/59 • Kompetencja: • matematyczno - fizyczna • Temat projektowy: • Zobaczyć dźwięk • Semestr/rok szkolny: • sem. II rok szkolny 2010/2011

3. DŹWIĘKI Dźwięk – wrażenie słuchowe spowodowane falą akustyczną rozchodzącą się w ośrodku sprężysty (ciele stałym, cieczy, gazie). Częstotliwości fal, które są słyszalne dla człowieka, zawarte są w paśmie między wartościami granicznymi od ok. 16 Hz do ok. 20 kHz. Drgania akustyczne, których częstotliwość jest tak mała, że nie są słyszalne nazywamy infradźwiękami (niższe niż 16 Hz), zaś te których częstotliwość jest większa od granicznej, również niesłyszalne, nazywamy ultradźwiękami (wyższe od 20kHz). Dźwięk, jako rozprzestrzeniające się drgania cząsteczek, może rozchodzić się tylko w ośrodku sprężystym jako fala dźwiękowa.

4. CECHY DŹWIĘKU • Do podstawowych cech dźwięku możemy zaliczyć: • wysokość dźwięku • głośność dźwięku • czas trwania dźwięku • barwa dźwięku • Cechy te związane są ściśle z odpowiednimi • parametrami fali akustycznej.

5. Wielkości charakteryzujące fale dźwiękowe prędkość v = λ f f  – częstotliwość dźwięku (w układzie SI w hercach Hz)λ – (oznaczane grecką literą lambda) długość fali dźwiękowej (w układzie SI w metrach). częstotliwość okres fali T = 1/f

6. Zjawiska zachodzące w falach dźwiękowych ODBICIE FAL DŹWIĘKOWYCH Gdy fala napotyka na swej drodze nieprzenikliwą przeszkodę ulega odbiciu według ogólnych praw odbicia fal. Czasem zjawisku odbicia dźwięku towarzyszy wytworzenie się echa gdy fala głosowa po odbiciu powraca do ucha obserwatora. Z odstępu czasu upływającego między nadaniem fali dźwiękowej i jej odbiorem w postaci echa można wnioskować o odległości przeszkody odbijającej do ucha obserwatora.

7. Fala dźwiękowa napotykając na swojej drodze przeszkody może ulec odbiciu. Może to spowodować, że powstanie echo czy pogłos. Echo jest to odbicie fali od przeszkody np. ściany lasu, skały leżącej dostatecznie daleko od źródła dźwięku. Przy mniejszych odległościach np. w pomieszczeniach zamkniętych efektem odbicia fal dźwiękowych jest pogłos. Silny pogłos bardzo niekorzystnie wpływa na wyraźne słyszenie muzyki czy mowy, dlatego przy budowie sal koncertowych, audytoriów itp. zwraca się dużą uwagę na jego unikanie. Zjawisko odbicia dźwięku wykorzystywane jest w różnego rodzaju budowlach czy urządzeniach.

10. INTERFERENCJA FALI Interferencja – zjawisko powstawania nowego, przestrzennego układu fali w wyniku nakładania się (superpozycji) dwóch lub więcej fal. Interferencja zazwyczaj odnosi się do interakcji fal, które są skorelowane lub spójne ze sobą, dlatego że pochodzą z tego samego źródła lub dlatego, że mają takie same lub prawie takie same częstotliwości. Interferencja fal spójnych daje stały przestrzennie rozkład amplitudy fali.

13. REZONANS FALI DŹWIĘKOWYCH Rezonans akustyczny – zjawisko rezonansu zachodzące dla fal dźwiękowych, polega na pobieraniu energii fal akustycznych przez układ akustyczny ze źródła drgań o częstotliwościach równych lub zbliżonych do częstotliwości drgań własnych układu. W wyniku czego dochodzi do generowania, wzmacniania lub filtrowania drgań o tych częstotliwościach.

14. Występowanie rezonansu jest istotnym zjawiskiem dla funkcjonowania akustycznych instrumentów muzycznych umożliwia generowanie wybranego tonu, np. przez flet, trąbkę. Pudła rezonansowe akustycznych instrumentów strunowych wzmacniają głos generowany przez strunę i nadają ton instrumentowi.

15. REZONANS STRUNY Napięte struny mają częstotliwości rezonansowe bezpośrednio związane z masą, długością i napięciem. Co wykorzystano w licznych instrumentach strunowych takich jak: lutnie, harfy, gitary, pianina, skrzypce i wiele innych. Fala, która tworzy pierwszy (podstawowy) rezonans w strunie jest równa podwójnej długości struny.

16. INSTRUMENTY MUZYCZNE Instrumenty muzyczne, przyrządy służące do wytwarzania dźwięków i wykonywania muzyki. Według tradycyjnej klasyfikacji dzielą się na strunowe, dęte i perkusyjne (podział zakwestionowany przez muzykologa niemieckiego C. Sachsa, który zaproponował klasyfikację instrumentów wg kryterium źródła dźwięku, czyli wibratora na: chordofony, w których elementem drgającym jest struna: skrzypce, gitara, fortepian itp., idiofony z drgającym sztywnym ciałem stałym: dzwony, talerze, wibrafon, harmonijka ustna, aerofony z drgającym słupem powietrza: flet, trąbka, organy itp., membranofony z drgającą membraną: bębny, kotły itp. oraz elektrofony, w których drgania generowane są elektronicznie: np. syntezatory.

17. ULTRADŹWIĘKI Ultradźwięki – fale dźwiękowe, których częstotliwość jest zbyt wysoka, aby usłyszał je człowiek. Za górną granicę słyszalnych częstotliwości uważa się wartość około 20 kHz, choć dla wielu osób granica ta jest znacznie niższa. Za umowną, górną, granicę ultradźwięków przyjmuje się częstotliwość 10 GHz. Zaczyna się od niej zakres hiperdźwięków Niektóre zwierzęta mogą emitować i słyszeć ultradźwięki, np. pies, szczur, delfin, wieloryb, chomik czy nietoperz.

18. ZASTOSOWANIE ULTRADŹWIĘKÓW • urządzenie, które umożliwia obserwację głębin morskich to sonar. Sonary wykorzystywano w okrętach podwodnych. • w medycynie. Za pomocą urządzenia generującego i rejestrującego fale ultradźwiękowe (ultrasonograf) można uzyskać obraz narządów wewnętrznych. • pomiar odległości przy pomocy dalmierza ultradźwiękowego, w zakresie od 1 do 10 m. • pozwalają na obróbkę powierzchniową wytwarzanych przedmiotów (obróbka ultradźwiękowa). Wykorzystując je można również prowadzić nieniszczące badania właściwości materiałów i połączeń. • w pamięciach rtęciowych we wczesnych komputerach w latach pięćdziesiątych XX w. • w zabiegach kosmetycznych: takich jak peeling kawitacyjny i sonoforeza oraz w rehabilitacji medycznej w zabiegach fizykoterapeutycznych.

19. METODY WYTWARZANIA ULTRADŹWIĘKÓW • mechaniczne - układy drgające (struny, płytki sprężyste, piszczałki). Wykorzystują one drgania samego tworzywa albo przepływ gazów czy cieczy. Typowe przykłady to syreny ultradźwiękowe i piszczałka Pohlmana-Janowskiego, wykorzystywana do wytwarzania rozmaitych emulsji w chemii i biotechnologii. • termiczne - poprzez wyładowania elektryczne w płynach i gazach, poprzez ciągle lub impulsowe podnoszenie temperatury przewodników prądu. • magnetostrykcja - zmiana długości rdzenia magnesu pod wpływem zmiennego prądu przepuszczanego przez solenoid nawinięty na ten rdzeń. • odwrócenie efektu piezoelektrycznego - polega na doprowadzeniu do przeciwległych płaszczyzn kryształu kwarcu lub innego minerału szybko zmiennego napięcia elektrycznego. Prowadzi to do rozszerzenia lub skurczenia płytki i do powstania drgań o odpowiedniej częstotliwości. • optyczne - laserem można wytworzyć fale sprężyste w szerokim zakresie częstotliwości ultradźwiękowych aż do zakresu hiperdźwiękowego.

20. INFRADŹWIĘKI • Infradźwięki – fale dźwiękowe niesłyszalne dla człowieka, ponieważ ich częstotliwość jest za niska, aby odebrało je ludzkie ucho. Słonie i wieloryby, które słyszą infradźwięki wykorzystują je do komunikacji na duże odległości. Infradźwięki mają bardzo dużą długość fali - powyżej 17 m, przez to słabo tłumione mogą rozchodzić się na znaczne odległości. Drugim problemem jest ich słabe tłumienie poprzez ekrany akustyczne. • Infradźwięki to z fizycznego punktu widzenia wszystkie dźwięki poniżej progu słyszalności tj. 20 Hz. Jest to trochę nieścisłe twierdzenie, gdyż przy dostatecznie wysokich poziomach ciśnienia akustycznego infradźwięki odbierane są przez ucho i układ przedsionkowy. W niektórych opracowaniach górna granica infradźwięków wynosi 16 Hz. Ostatecznie ta rozbieżność została uporządkowana poprzez wprowadzenie odpowiednich norm: • według polskiej normy PN-86/N-01338 infradźwiękami nazywamy dźwięki lub hałas, którego widmo częstotliwościowe zawarte jest w zakresie od 2 Hz do 16 Hz, • według ISO 7196 infradźwiękami nazywamy dźwięki lub hałas, którego widmo częstotliwościowe zawarte jest w zakresie od 1 Hz do 20 Hz.

21. ŹRÓDŁA INFRADŹWIĘKÓW • Sztuczne źródła infradźwięków to: • ciężkie pojazdy samochodowe, • drgania mostów, • eksplozje, • głośniki, • odrzutowce i śmigłowce, • przemysł (sprężarki tłokowe, pompy próżniowe i gazowe, wieże wiertnicze, turbodmuchawy, elektrownie wiatrowe), • rurociągi, • urządzenia chłodzące i ogrzewające powietrze. • Naturalne źródła infradźwięków to: • bolidy, • duże wodospady, • fale morskie, • lawiny, • silny wiatr, • pioruny, • tornada, • trzęsienia ziemi (fale sejsmiczne), • wulkany,

22. Doświadczenia • Wykres ciśnienia w funkcji czasu dla kamertonu

23. 2. Wykres ciśnienia w funkcji czasu dla głosu koleżanki z grupy a)

24. b)

25. 3. Dźwięki niskie i wysokie – butelkowy ksylofon Kiedy uderzasz w butelkę, butelka i powietrze w niej zgromadzone zaczynają drgać. Im bardziej pusta butelka, tym więcej posiada w sobie powietrza. Wytwarza przy tym dłuższe fale dźwiękowe o niskim tonie. Taka butelka posiada niska częstotliwość, czyli liczbę fal wytworzonych w ciągu sekundy. Butelka bardziej wypełniona posiada w sobie mniej powietrza, w związku z czym drga szybciej i wytwarza wyższe tony lub częstotliwość.

27. 4. Dźwięk przesyłany drogą kablową – telefon z kubeczka do napojów Kiedy mówimy do kubka fale dźwiękowe naszego głosu powodują jego wibracje zwłaszcza na dnie. Wibracje przemieszczają się następnie po naprężonym sznurku. Na drugim końcu sznurka mamy do czynienia z sytuacją odwrotną. Dno kubka działa tutaj jak membrana głośnika, który odbiera wibracje i przesyła je w postaci dźwięku do naszego ucha.