Dane INFORMACYJNE (do uzupełnienia)

2. Dane INFORMACYJNE (do uzupełnienia) • Nazwa szkoły: • ZSP Drezdenko • ID grupy: 97/62_mf_g2 • Opiekun: Edyta Dobrychłop-Amrogowicz • Kompetencja: • Matematyczno-fizyczna • Temat projektowy: • Hałas wokół nas • Semestr/rok szkolny: • Semestr2 / 2010-11

3. Hałas wokół nas

4. Długość fali Długość fali (l) to odległość pomiędzy powtarzającym się fragmentem fali. Tradycyjne oznacza się ją grecką literą λ. Dla fali sinusoidalnej długość to odległość między dwoma szczytami. • gdzie: • v — prędkość fazowa fali • T — okres fali • f — częstotliwość

5. Dźwięk – wrażenie słuchowe spowodowane falą akustyczną rozchodzącą się w ośrodku sprężystym (ciele stałym, płynie, gazie). • Fala akustyczna – to rozchodzące się w ośrodku zaburzenie gęstości (i ciśnienia) w postaci fali podłużnej, któremu towarzyszą drgania cząsteczek ośrodka

6. Wielkości opisujące własności fali: • - długość fali - l,- częstotliwość - n,- okres drgań - T,- prędkość rozchodzenia się fali - v,- amplituda fali - A.

7. Częstotliwość Częstotliwość (f) określa liczbę cykli zjawiska okresowego występujących w jednostce czasu. W układzie SI jednostką częstotliwości jest herc (Hz). Częstotliwość 1 herca odpowiada występowaniu jednego zdarzenia (cyklu) w ciągu 1 sekundy. Częstotliwość oznacza się literą f lub grecką literą v. Z definicji wynika wzór: gdzie • f – częstotliwość, • n – liczba drgań, • t – czas, w którym te drgania zostały wykonane. Z innymi wielkościami wiążą ją następujące zależności: gdzie: • T – okres, gdzie: ω – pulsacja (częstość kołowa). Odpowiada ona prędkości kątowej w ruchu po okręgu.

8. Okres drgań Okres (T) -czas wykonania jednego pełnego drgania w ruchu drgającym, czyli czas pomiędzy wystąpieniami tej samej fazy ruchu drgającego. • gdzie: f - częstotliwość, • gdzie: ω – pulsacja (częstość kołowa) • gdzie: • λ – długość fali, • v – prędkość rozchodzenia się fali.

9. Prędkość rozchodzenia się fali Prędkość rozchodzenia się fali (V) - prędkość rozchodzenia się fali w danym ośrodku jest zawsze stała.

10. Amplituda fali • Amplituda (A) - jest to największe wychylenie z położenia równowagi.                             Napięcie sinusoidalne1 = Amplituda2 = Wartość międzyszczytowa3 = Wartość skuteczna4 = Okres

11. Fale dźwiękowe w powietrzu i innych ośrodkach

12. Fale akustyczne w różnych ośrodkach -fale akustyczne rozchodzą się w każdym ośrodku materialnym -w gazach i cieczach są falami podłużnymi(gdy drgania odbywają się równolegle do kierunku rozchodzenia się fali), a w ciałach stałych mogą być falami podłużnymi lub poprzecznymi(gdy drgania odbywają się prostopadle do kierunku rozchodzenia się fali) Jeśli jakimś miejscu ośrodka sprężystego wywołamy drganie, to drgająca cząstka pociągnie za sobą kolejne cząstki i ruch drgający będzie się przenosić od cząstki do cząstki z pewną prędkością v\,. Takie rozchodzenie się drgań w ośrodku nazywamy falą. Rysunek pokazuje ruch cząstek podczas rozchodzenia się w ośrodku fali podłużnej. Widać, że rozchodzenie się fali podłużnej związane jest z powstawaniem w ośrodku postępujących po sobie zagęszczeń i rozrzedzeń cząstek. Zagęszczenia i rozrzedzenia przesuwają się w ośrodku z prędkością v\,.

13. -Fale dźwiękowe w gazach i cieczach mogą rozchodzić się we wszystkich kierunkach. Są więc w tych ośrodkach falą przestrzenną. • -Kształt powierzchni falowej fali dźwiękowej przestrzennej jest kulisty , bowiem zaburzenie ośrodka dociera jednocześnie do wszystkich punktów kuli otaczającej źródło dźwięku • -Prędkość rozchodzenia się fal akustycznych zależy od ośrodka w którym się rozchodzą: • powietrze 340 m/s • woda 1440 m/s • stal 5000 m/s

14. Rozchodzenie się fali dźwiękowej w powietrzu Drgania membrany zamykającej długą rurę powodują na przemian zagęszczanie i rozrzedzanie warstw zawartego w niej powietrza, nadając jego cząsteczkom ruch oscylacyjny do przodu i do tyłu. Podobnie jak w powietrzu fale dźwiękowe mogą się rozchodzić również w cieczach i ciałach stałych • Fale dźwiękowe rozchodzą się w powietrzu we wszystkich kierunkach , tak jak fale na wodzie • Drgania są przenoszone przez cząsteczki powietrza • Prędkość rozchodzenia się fali w powietrzu jest równa 340m/s

15. Fale akustyczne w próżni • Fale akustyczne nie rozchodzą się w próżni. Można to łatwo sprawdzić umieszczając pod kloszem pompy próżniowej dzwonek elektryczny. W miarę rozrzedzania powietrza dźwięk dzwonka słabnie, aż wreszcie zupełnie zanika, mimo że dzwonek w dalszym ciągu działa • Dlaczego tak się dzieje? • - Dźwięk w próżni nie rozchodzi się, dlatego że dźwięk - to są drgania, które muszą być przenoszone przez cząsteczki. Z racji tego, iż w próżni nie ma nic, dźwięk nie może być tam przenoszony.

16. Fale harmoniczne

17. Definicja • Fala harmoniczna - fala pobudzająca cząstki ośrodka do drgań harmonicznych Położenie punktu ośrodka zmienia się sinusoidalnie w czasie

18. gdzie: x - wychylenie z położenia równowagi wybranego punktu A - amplituda fali, największe wychylenie ωt – faza drgań ω - częstotliwość (pulsacja) φ - faza początkowa drgań T- okres, czas trwania jednego pełnego drgania f- częstotliwości, liczba drgań w jednej sekundzie.

19. Energia drgań przekazywana jest zgodnie z zasadą Huygensa, która mówi,że każdy punkt ośrodka, do którego dotarło czoło fali można uważać za źródło nowej fali kulistej. Fale te zwane są falami cząstkowymi i interferują ze sobą. Wypadkową powierzchnię falową tworzy powierzchnia styczna do wszystkich powierzchni fal cząstkowych i ją właśnie obserwujemy w ośrodku.

20. INTERFERENCJA FAL

21. Rozchodzenie się dwuch lub większej liczby fal w tym samym ośrodku prowadzi w rezultacie do nakładania się (superpozycji) fal. Nakładanie się fal nazywamy interferencją fal.

22. Jeśli w ośrodku liniowym rozchodzą się dwie fale o jednakowej amplitudzie i częstotliwości, lecz różniące się względną fazą to wypadkowe wychylenia każdego z punktów dane jest zależnością: wypadkową falą jest więc fala o tej samej częstotliwości i długości fali, lecz amplitudzie zależnej od względnej fazy

23. Na rysunkach pokazano interferencję fal pochodzących ze źródeł znajdujących się w jednym punkcie. Na rysunku górnym fale nakładają się w fazach zgodnych, zaś na rysunku dolnym w fazach przeciwnych.

24. FALA STOJĄCA W przypadku interferencji fali padającej na przeszkodę i odbitej od przeszkody powstaje fala stojąca.

25. Są pewne punkty, które w dowolnej chwili są w spoczynku. Punkty te nazywamy węzłami fali stojącej. Istnieją również punkty drgające z maksymalną amplitudą. Punkty te nazywamy strzałkami fali.

26. W fali stojącej rozróżniamy charakterystyczne miejsca: węzły i strzałki.• Węzły – punkty w fali stojącej o zerowej amplitudzie drgań.• Strzałki – miejsca w fali stojącej o maksymalnej amplitudzie.Rysunek przedstawia falę stojącą w strunie o długości l, zamocowanej sztywno na obu końcach.

27. Dyfrakcja, czyli ugięcia fali

28. ZASADA HUYGENSA Każdy punkt ośrodka sprężystego, do którego dotarła fala, jest źródłem nowej fali elementarnej.

29. Dyfrakcję fali na jednej szczelinie można zaobserwować wtedy, gdy na drodze fali płaskiej umieścimy przegrodę ze szczeliną.

30. Cząstki ośrodka znajdujące • się wewnątrz szczeliny stają • się źródłem fali kolistej.

31. ZJAWISKO DYFRAKCJI NA DWU SZCZELINACH • Do przeszkody dociera fala kulista, a w szczelinach 1 i 2 powstają nowe fale kuliste, które interferują ze sobą. • W pewnych kierunkach następują wzmocnienia fal, zaś w innych osłabienia.

33. Głośność i wysokość dźwięku ultra i infradźwięki

34. Fon (natężenie dźwięku) • Fon – jednostka poziomu głośności dźwiękuPoziom głośności dowolnego dźwięku w fonach jest liczbowo równy poziomowi natężenia (wyrażonego w decybelach) tonu o częstotliwości 1 kHz, którego głośność jest równa głośności tego dźwięku. Dźwięki o tej samej liczbie fonów wywołują to samo wrażenie głośności, ale nie muszą być to dźwięki identyczne w sensie barwy (np. o różnych częstotliwościach). W odróżnieniu od jednostki son, która jest jednostką liniową głośności, fony nie podlegają arytmetycznemu sumowaniu przy obliczaniu całkowitego poziomu głośności kilku jednoczesnych dźwięków.

35. Wysokość dźwięku • Wysokość dźwięku. Ciała drgające wykonują więcej lub mniej drgań na sekundę, zależnie od rodzaju materiału i od wymiarów fizycznych. Struna (lub płytka) krótka i cienka (struny w skrzypcach, górne struny fortepianu, dzwonki itp.) wykonuje tysiące drgań na sekundę i wydaje dźwięk wysoki. Natomiast struna (lub płyta) gruba i długa (struny kontrabasu, basowe struny fortepianu itp.) wykazuje kilkadziesiąt drgań na sekundę, wydając dźwięk niski. A więc wysokość dźwięku zależna jest od ilości drgań na sekundę: im większa częstotliwość drgań, tym wyższy jest dźwięk i przeciwnie - im mniejsza częstotliwość drgań, tym dźwięk jest niższy.

36. ultradźwięki • Fale dźwiękowe, których częstotliwość jest zbyt wysoka, aby usłyszał je człowiek. Za górną granicę słyszalnych częstotliwości uważa się wartość około 16 lub nawet (u ludzi bardzo młodych) 20 kHz, choć dla wielu osób granica ta jest znacznie niższa. Niektóre zwierzęta mogą emitować i słyszeć ultradźwięki, np. pies, szczur, delfin, wieloryb, chomik czy nietoperz.

37. infradźwięki • Fale dźwiękowe niesłyszalne dla człowieka, ponieważ ich częstotliwośćjest za niska, aby odebrało je ludzkie ucho. Słonie i wieloryby, które słyszą infradźwięki wykorzystują je do komunikacji na duże odległości.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.

38. WYTWARZANIE FAL DZWIĘKOWYCH W INSTRUMENTACH MUZYCZNYCH

39. Dźwięk, a instrumenty ! Dźwięki wytwarzane przez instrumenty najczęściej nie są czystymi tonami.  Powyższy wykres pokazuje, że nie mamy do czynienia z prostą funkcją sinusoidalną. Z drugiej jednak strony jest to wyraźnie wykres pewnych drgań - oscylacji, ponieważ wartość na wykresie często przekracza linię 0.

40. Widmo dźwięku ! Sposób wytwarzania dźwięków przez instrumenty muzyczne jest szczególny. Tą główną różnicą w stosunku do reszty naturalnych głosów jest znacznie lepiej uporządkowane widmo dźwięku.  Dla muzycznych źródeł da się dobrze określić wysokość dźwięku. Dla tego widma można określić wysokość dźwięku - odpowiada ona częstotliwości 440 Hz, czyli dźwiękowi a1.

41. Powstawanie dźwięku w pudle rezonansowym: Drgająca struna swoim ruchem powoduje powstanie zagęszczeń i rozrzedzeń powietrza – - fal dźwiękowych. W pudle rezonansowym mamy powietrze, które pobudzone przez docierające do niego fale też zaczyna drgać. Pamiętajmy, że struna ciągle drga, więc nowe bodźce (fale dźwiękowe) wciąż dolatują do pudła. W tych okolicznościach zachodzi zjawisko zwane rezonansem.

42. REZONANS ! • REZONANS polega na tym, iż drgania w pudle stają się coraz większe dzięki kolejnym pobudzeniom, aż w końcu są naprawdę głośne. Powietrze w pudle wspomaga więc drgającą strunę i powoduje, że dźwięk jest wielokrotnie głośniejszy niż wtedy gdyby struna była zamocowana tylko na kawałku patyka.

43. KRZYWA REZONANSOWA Typowa krzywa rezonansowa ma w najprostszym przypadku postać: Widać, że największą wartość amplitudy drgań wymuszonych osiąga się dla częstotliwości wymuszania zgodnej z częstotliwością drgań własnych układu.

44. Długość Fali dźwiękowej wytwarzanej w instrumencie: Długość fali dźwiękowej wytwarzanej w instrumencie zależy przede wszystkim od wymiarówinstrumentu. Długość ta jest wielokrotnością, lub podwielokrotnością długości elementu wytwarzającego drganie akustyczne - np. struny (gitary, skrzypiec, fortepianu), długości piszczałki (organowej, instrumentu dętego) itp. Im dłuższy element drgający, tym dłuższe fale może one wytwarzać i tym mniejsza jest częstotliwość wytwarzanego przezeń dźwięku.

45. Prędkość dźwięku w instrumencie: • Prędkość dźwięku tworzonego w instrumencie muzycznym zależna jest od: • a) materiału z jakiego zrobione są elementy instrumentu • b) naprężeń występujących w drgających elementach instrumentu

46. Wzór na prędkość dźwięku w strunie: F – siła naciągu struny (w układzie SI w niutonach N)μ  - masa jednostki długości struny (w układzie SI w kg/m) v - prędkość dźwięku w strunie (w układzie SI w m/s) Wielkości występujące w tym wzorze są pod pierwiastkiem, co oznacza, że czterokrotne zwiększenie siły naciągu struny powoduje tylko dwukrotne zwiększenie prędkości dźwięku. 

47. Podstawowy wzór na częstotliwość fali dźwiękowej: f  – częstotliwość dźwięku (w układzie SI w hercach Hz)λ – (oznaczane grecką literą lambda) długość fali dźwiękowej (w układzie SI w metrach).  Wzór ten obowiązuje zarówno dla dźwięku w powietrzu, jak i dźwięku w ciałach stałych i cieczach. Wzór, oprócz częstotliwości zawiera tylko dwa elementy długość i prędkość rozchodzenia się fali.

48. Nasze doświadczenia

49. Do maszego doświadczenia wykożystaliśmy: • -dyktafon • -miernik poziomu hałasu • -program do twożenia wykresów oscyloskopicznych na PC

50. Przebieg doświadczenia: • Do wykonywania pomiarów wybraliśmy trzy osrodki t.j klasa w czsie trwania lekcji, pobliski las i nasza zabawa polowinkowa;p • Nastepnie wysyłalismy to na komputer i tam przerabialismy dźwięk na wykres oscyloskopiczny.