Mensaje sobre las fuentes físicas del sonido. Fuentes de sonido

Fuentes de sonido.

Vibraciones sonoras

Resumen de la lección.

1.Momento organizacional

¡Hola, chicos! Nuestra lección tiene una amplia aplicación práctica en la práctica diaria. Por lo tanto, tus respuestas dependerán de tus habilidades de observación en la vida y de tu capacidad para analizar tus observaciones.

2. Repetición de conocimientos básicos.

Las diapositivas No. 1, 2, 3, 4, 5 se muestran en la pantalla del proyector (Apéndice 1).

Chicos, aquí hay un crucigrama, después de resolverlo aprenderán la palabra clave de la lección.

1er fragmento: nombrar un fenómeno físico

2do fragmento: nombrar el proceso fisico

3er fragmento: nombrar una cantidad fisica

4to fragmento: nombrar un dispositivo físico

Preste atención a la palabra resaltada. Esta palabra es “SONIDO”, es la palabra clave de la lección. Nuestra lección está dedicada al sonido y las vibraciones del sonido. Entonces, el tema de la lección es “Fuentes sonoras. Vibraciones sonoras" Durante la lección aprenderás cuál es la fuente del sonido, qué son las vibraciones del sonido, su aparición y algunos aplicaciones prácticas en tu vida.

3. Explicación de material nuevo.

Realicemos un experimento. Objeto del experimento: descubrir las causas del sonido.

Experimenta con una regla de metal.(Apéndice 2).

¿Qué observaste? ¿Qué se puede concluir?

Conclusión: un cuerpo que vibra crea sonido.

Realicemos el siguiente experimento. Objetivo del experimento: descubrir si el sonido siempre lo crea un cuerpo en vibración.

El dispositivo que ves frente a ti se llama tenedor.

Experimente con un diapasón y una pelota de tenis colgada de una cuerda.(Apéndice 3) .

Escuchas el sonido que hace el diapasón, pero la vibración del diapasón no se nota. Para asegurarnos de que el diapasón está oscilando, lo movemos con cuidado hacia una bola sombreada suspendida de un hilo y veremos que las oscilaciones del diapasón se trasladan a la bola, que comienza a moverse periódicamente.

Conclusión: El sonido es generado por cualquier cuerpo que vibra.

Vivimos en un océano de sonidos. El sonido es creado por fuentes de sonido. Existen fuentes de sonido tanto artificiales como naturales. A fuentes naturales sonido incluido cuerdas vocales (Apéndice 1 - diapositiva No. 6 El aire que respiramos sale de los pulmones). Vías aéreas hacia la laringe. La laringe contiene las cuerdas vocales. Bajo la presión del aire exhalado comienzan a oscilar. El papel del resonador lo desempeñan las cavidades bucal y nasal, así como el tórax. Para discurso articulado excepto cuerdas vocales También son necesarios la lengua, los labios, las mejillas, el paladar blando y la epiglotis.

Las fuentes naturales de sonido también incluyen el zumbido de un mosquito, una mosca, una abeja ( aleteo de alas).

Pregunta:lo que crea el sonido.

(El aire de la pelota está bajo presión en un estado comprimido. Luego se expande bruscamente y crea una onda sonora).

Entonces, el sonido crea no solo un cuerpo que oscila, sino también un cuerpo que se expande bruscamente. Evidentemente, en todos los casos de aparición de sonido, se mueven capas de aire, es decir, surge una onda sonora.

La onda sonora es invisible, sólo puede oírse y registrarse mediante instrumentos físicos. Para registrar y estudiar las propiedades de una onda sonora utilizamos un ordenador, que actualmente es muy utilizado por los físicos para la investigación. Se instala un programa de investigación especial en la computadora y se conecta un micrófono que capta las vibraciones del sonido (Apéndice 4). Mira a la pantalla. En la pantalla ves representación grafica vibración del sonido. Qué es este horario? (sinusoide)

Realicemos un experimento con un diapasón con una pluma. Golpeamos el diapasón con un mazo de goma. Los estudiantes ven la vibración del diapasón, pero no escuchan ningún sonido.

Pregunta:¿Por qué hay vibraciones pero no se escucha el sonido?

Resulta, muchachos, que el oído humano percibe rangos de sonido que van desde 16 Hz a Hz, este es un sonido audible.

Escúchelos a través de una computadora y observe el cambio en las frecuencias del rango (Apéndice 5). Preste atención a cómo cambia la forma de la onda sinusoidal cuando cambia la frecuencia de las oscilaciones del sonido (el período de oscilación disminuye y, por lo tanto, la frecuencia aumenta).

Hay sonidos que son inaudibles para el oído humano. Se trata de infrasonidos (rango de oscilación inferior a 16 Hz) y ultrasonido (rango superior a Hz). Ve un diagrama de rangos de frecuencia en la pizarra, dibujelo en su cuaderno (Apéndice 5). Al estudiar infrarrojos y ultrasonidos, los científicos han descubierto mucho características interesantes estas ondas sonoras. Acerca de estos datos interesantes Tus compañeros nos lo dirán (Anexo 6).

4. Consolidación del material estudiado.

Para reforzar el material aprendido en clase, sugiero realizar un juego de VERDADERO-FALSO. Leo la situación en voz alta y usted sostiene un cartel que dice VERDADERO o FALSO y explica su respuesta.

Preguntas. 1. ¿Es cierto que la fuente del sonido es cualquier cuerpo oscilante? (bien).

2. ¿Es cierto que en una sala llena de gente la música suena más fuerte que en una vacía? (Mal, porque la sala vacía actúa como un resonador de vibraciones).

3. ¿Es cierto que un mosquito bate sus alas más rápido que un abejorro? (correcto, porque el sonido que produce un mosquito es mayor, por lo tanto la frecuencia de las vibraciones de las alas es mayor).

4. ¿Es cierto que las vibraciones de un diapasón que suena se extinguen más rápido si se coloca su pata sobre una mesa? (correcto, porque las vibraciones del diapasón se transmiten a la mesa).

5. ¿Es cierto que los murcielagos ver con sonido? (correcto, porque los murciélagos emiten ultrasonidos y luego escuchan la señal reflejada).

6. ¿Es cierto que algunos animales “predicen” terremotos mediante infrasonidos? (Es cierto que, por ejemplo, los elefantes sienten un terremoto con varias horas de antelación y se excitan muchísimo).

7. ¿Es cierto que el infrasonido provoca desordenes mentales¿en las personas? (así es, en Marsella (Francia) al lado de centro científico Se construyó una pequeña fábrica. Poco después de su lanzamiento en uno de laboratorios científicos Descubrió fenómenos extraños. Después de permanecer en su habitación durante un par de horas, el investigador se volvió absolutamente estúpido: tenía dificultades para resolver incluso un problema simple).

Y en conclusión, sugiero que a partir de las letras cortadas, al reorganizarlas, se obtiene palabras clave lección.

KVZU – SONIDO

RAMTNOCKE – DIAPASONAJE

TRYAKZUVLU – ULTRASONIDO

FRAKVZUNI - INFRASONIDO

OKLABEINYA – OSCILACIONES

5. Resumiendo la lección y la tarea.

Resumen de la lección. Durante la lección descubrimos que:

Que cualquier cuerpo que vibra crea sonido;

El sonido viaja por el aire en forma de ondas sonoras;

Los sonidos son audibles e inaudibles;

El ultrasonido es un sonido inaudible cuya frecuencia de vibración es superior a 20 kHz;

El infrasonido es un sonido inaudible con una frecuencia de oscilación inferior a 16 Hz;

El ultrasonido se utiliza ampliamente en ciencia y tecnología.

Tarea:

1. §34, ej. 29 (Peryshkin noveno grado)

2. Continúe el razonamiento:

Escucho el sonido de: a) moscas; b) un objeto caído; c) tormentas eléctricas, porque...

No escucho el sonido: a) de una paloma trepadora; b) de un águila que vuela en el cielo, porque...

El sonido es causado por vibraciones mecánicas en medios elásticos y cuerpos cuyas frecuencias se encuentran en el rango de 20 Hz a 20 kHz y que el oído humano es capaz de percibir.

En consecuencia, esta vibración mecánica con las frecuencias indicadas se denomina sonora y acústica. Inaudito vibraciones mecánicas aquellos con frecuencias por debajo del rango del sonido se llaman infrasónicos, y aquellos con frecuencias por encima del rango del sonido se llaman ultrasónicos.

Si se coloca un cuerpo sonoro, por ejemplo un timbre eléctrico, debajo de la campana de una bomba de aire, a medida que se bombea el aire, el sonido se hará cada vez más débil y finalmente se detendrá por completo. La transmisión de vibraciones del cuerpo sonoro se produce a través del aire. Observemos que durante sus oscilaciones, el cuerpo sonoro comprime alternativamente el aire adyacente a la superficie del cuerpo y, por el contrario, crea un vacío en esta capa. Por tanto, la propagación del sonido en el aire comienza con fluctuaciones en la densidad del aire en la superficie del cuerpo que vibra.

Tono musical. Volumen y tono

El sonido que escuchamos cuando su fuente realiza una oscilación armónica se llama tono musical o, para abreviar, tono.

En cualquier tono musical podemos distinguir de oído dos cualidades: volumen y altura.

Las observaciones más simples nos convencen de que los tonos de cualquier tono determinado están determinados por la amplitud de las vibraciones. El sonido de un diapasón se desvanece gradualmente después de golpearlo. Esto ocurre junto con la amortiguación de las oscilaciones, es decir con una disminución de su amplitud. Golpeando el diapasón con más fuerza, es decir, Al darle mayor amplitud a las vibraciones, escucharemos un sonido más fuerte que con un golpe débil. Lo mismo se puede observar con una cuerda y en general con cualquier fuente de sonido.

Si tomamos varios diapasones de diferentes tamaños, no será difícil disponerlos de oído en orden creciente de tono. Por lo tanto, estarán ordenados en tamaño: el diapasón más grande da el sonido más bajo, el más pequeño da el sonido más alto. Por tanto, el tono de un tono está determinado por la frecuencia de vibración. Cuanto mayor sea la frecuencia y, por tanto, más corto el período de oscilación, más alto será el sonido que escuchamos.

resonancia acústica

Los fenómenos de resonancia se pueden observar en vibraciones mecánicas de cualquier frecuencia, en particular en vibraciones sonoras.

Coloquemos dos diapasones idénticos uno al lado del otro, con los orificios de las cajas en las que están montados uno frente al otro. Se necesitan cajas porque amplifican el sonido de los diapasones. Esto ocurre debido a la resonancia entre el diapasón y las columnas de aire encerradas en la caja; de ahí que las cajas se llamen resonadores o cajas resonantes.

Golpeemos uno de los diapasones y luego amortiguémoslo con los dedos. Escucharemos cómo suena el segundo diapasón.

Tomemos dos diapasones diferentes, es decir. con diferentes tonos y repita el experimento. Ahora cada uno de los diapasones ya no responderá al sonido de otro diapasón.

No es difícil explicar este resultado. Las vibraciones de un diapasón actúan a través del aire con cierta fuerza sobre el segundo diapasón, provocando que realice sus vibraciones forzadas. Dado que el diapasón 1 realiza una oscilación armónica, la fuerza que actúa sobre el diapasón 2 cambiará de acuerdo con la ley de la oscilación armónica con la frecuencia del diapasón 1. Si la frecuencia de la fuerza es diferente, entonces oscilaciones forzadas serán tan débiles que no los escucharemos.

Ruidos

Oímos un sonido musical (nota) cuando la vibración es periódica. Por ejemplo, este tipo de sonido lo produce la cuerda de un piano. Si presiona varias teclas al mismo tiempo, es decir Si hace sonar varias notas, la sensación de sonido musical permanecerá, pero aparecerá claramente la diferencia entre notas consonantes (agradables al oído) y disonantes (desagradables). Resulta que aquellas notas cuyos períodos están en proporción a números pequeños son consonantes. Por ejemplo, la consonancia se obtiene con una proporción de períodos de 2:3 (quinta), 3:4 (cuantos), 4:5 (tercera mayor), etc. Si los períodos están relacionados como números grandes, por ejemplo 19:23, entonces el resultado es disonancia - musical, pero sonido desagradable. Nos alejaremos aún más de la periodicidad de las oscilaciones si pulsamos muchas teclas al mismo tiempo. El sonido ya será como un ruido.

El ruido se caracteriza por una fuerte falta de periodicidad de la forma de oscilación: o es una oscilación larga, pero de forma muy compleja (silbidos, crujidos), o emisiones individuales (clics, golpes). Desde este punto de vista, los ruidos también deben incluir sonidos expresados ​​​​por consonantes (silbidos, labiales, etc.).

En todos los casos, las vibraciones del ruido consisten en una gran cantidad de vibraciones armónicas con diferentes frecuencias.

Así, el espectro de una vibración armónica consta de una única frecuencia. Para una oscilación periódica, el espectro consta de un conjunto de frecuencias: la principal y sus múltiplos. En las consonantes consonantes tenemos un espectro que consta de varios conjuntos de frecuencias, estando las principales relacionadas como números enteros pequeños. En las consonancias disonantes, las frecuencias fundamentales ya no se encuentran en relaciones tan simples. Cuantas más frecuencias diferentes haya en el espectro, más nos acercaremos al ruido. Los ruidos típicos tienen espectros en los que hay muchísimas frecuencias.

Fuentes de sonido. Vibraciones sonoras

El hombre vive en un mundo de sonidos. El sonido para los humanos es una fuente de información. Advierte a la gente sobre el peligro. El sonido en forma de música, el canto de los pájaros, nos produce placer. Nos complace escuchar a una persona con en una voz agradable. Los sonidos son importantes no sólo para los humanos, sino también para los animales, a quienes una buena detección del sonido les ayuda a sobrevivir.

Sonido- estos son mecánicos ondas elásticas, propagándose en gases, líquidos, sólidos., que son invisibles, pero percibidos por el oído humano (la onda afecta el tímpano). La onda sonora es onda longitudinal compresión y rarefacción.

Razón del sonido- vibraciones (oscilaciones) de los cuerpos, aunque estas vibraciones suelen ser invisibles a nuestros ojos.

TENEDOR- Este placa metálica en forma de U, cuyos extremos pueden vibrar después de ser golpeados. Publicado diapasón El sonido es muy débil y sólo se escucha a corta distancia. Resonador- una caja de madera en la que se puede colocar un diapasón sirve para amplificar el sonido. En este caso, la emisión de sonido se produce no solo desde el diapasón, sino también desde la superficie del resonador. Sin embargo, la duración del sonido de un diapasón en un resonador será más corta que sin él.

Si creamos un vacío, ¿podremos distinguir sonidos? Robert Boyle colocó un reloj en un frasco de vidrio en 1660. Después de expulsar el aire, no escuchó ningún sonido. La experiencia demuestra que Se necesita un medio para que el sonido se propague..

El sonido también puede viajar a través de medios líquidos y sólidos. Los impactos de las piedras se pueden escuchar claramente bajo el agua. Coloca el reloj en un extremo de la tabla de madera. Al colocar la oreja en el otro extremo, podrá escuchar claramente el tictac del reloj.

La fuente del sonido son necesariamente cuerpos oscilantes. Por ejemplo, una cuerda de una guitarra no suena en su estado normal, pero en cuanto la hacemos vibrar aparece una onda sonora.

Sin embargo, la experiencia demuestra que no todos los cuerpos oscilantes son una fuente de sonido. Por ejemplo, un peso suspendido de un hilo no emite ningún sonido. Fuentes de sonido- cuerpos fisicos, que fluctúan, es decir tiembla o vibra a una frecuencia de 16 a 20.000 veces por segundo. Estas ondas se llaman sonido.El cuerpo vibrante puede ser sólido, como una cuerda o la corteza terrestre, gaseoso, por ejemplo, una corriente de aire en instrumentos musicales de viento, o líquido, por ejemplo, ondas en el agua.

Las oscilaciones con una frecuencia inferior a 16 Hz se denominan infrasonido. Las oscilaciones con una frecuencia superior a 20.000 Hz se denominan ultrasonido.

Onda de sonido(vibraciones sonoras) son vibraciones mecánicas de moléculas de una sustancia (por ejemplo, aire) transmitidas en el espacio. Imaginemos cómo se propagan las ondas sonoras en el espacio. Como resultado de algunas perturbaciones (por ejemplo, como resultado de las vibraciones del cono de un altavoz o de la cuerda de una guitarra), que provocan movimiento y vibraciones del aire en un determinado punto del espacio, se produce una caída de presión en este lugar, ya que el aire es comprimido durante el movimiento, lo que resulta en un exceso de presión, empujando las capas de aire circundantes. Estas capas se comprimen, lo que a su vez crea un exceso de presión que afecta a las capas de aire vecinas. Así, como a lo largo de una cadena, la perturbación inicial en el espacio se transmite de un punto a otro. Este proceso describe el mecanismo de propagación de una onda sonora en el espacio. Un cuerpo que crea perturbaciones (oscilaciones) en el aire se llama fuente de sonido.

El concepto que todos conocemos es “ sonido" significa simplemente un conjunto de vibraciones sonoras percibidas por el audífono humano. Hablaremos más adelante de qué vibraciones percibe una persona y cuáles no.

Características del sonido.

Las vibraciones del sonido, así como todas las vibraciones en general, como se sabe por la física, se caracterizan por su amplitud (intensidad), frecuencia y fase.

Una onda sonora puede viajar una amplia variedad de distancias. Se oyen disparos a una distancia de 10 a 15 km, relinchos de caballos y ladridos de perros a una distancia de 2 a 3 km y susurros a sólo unos pocos metros. Estos sonidos se transmiten a través del aire. Pero no sólo el aire puede ser conductor del sonido.

Si acercas la oreja a los rieles, podrás escuchar el ruido de un tren que se aproxima mucho antes y a la misma hora. mayor distancia. Esto significa que el metal conduce el sonido más rápido y mejor que el aire. El agua también conduce bien el sonido. Al sumergirse en el agua, se puede escuchar claramente el choque de piedras entre sí, el ruido de los guijarros durante el oleaje.

La propiedad del agua (conduce bien el sonido) se utiliza ampliamente para el reconocimiento en el mar durante la guerra, así como para medir las profundidades del mar.

Una condición necesaria para la propagación de ondas sonoras es la presencia ambiente material. En un aspirador ondas sonoras no se propaguen, ya que no hay partículas que transmitan la interacción desde la fuente de vibraciones.

Por tanto, debido a la falta de atmósfera, reina un completo silencio en la Luna. Incluso la caída de un meteorito sobre su superficie no es audible para el observador.

En cuanto a las ondas sonoras, es muy importante mencionar una característica como la velocidad de propagación.

En cada medio, el sonido viaja a diferentes velocidades.

La velocidad del sonido en el aire es de aproximadamente 340 m/s.

La velocidad del sonido en el agua es de 1500 m/s.

La velocidad del sonido en los metales, en el acero, es de 5000 m/s.

En el aire cálido, la velocidad del sonido es mayor que en el aire frío, lo que provoca un cambio en la dirección de propagación del sonido.

Tono, timbre y volumen del sonido.

Los sonidos son diferentes. Para caracterizar el sonido se introducen cantidades especiales: volumen, tono y timbre del sonido.

El volumen del sonido depende de la amplitud de las vibraciones: cuanto mayor es la amplitud de las vibraciones, más fuerte es el sonido. Además, la percepción del volumen del sonido por parte de nuestro oído depende de la frecuencia de las vibraciones de la onda sonora. Las ondas de mayor frecuencia se perciben como más fuertes.

La unidad de volumen del sonido es 1 Bel (en honor a Alexander Graham Bell, inventor del teléfono). El volumen de un sonido es 1 B si su potencia es 10 veces el umbral de audibilidad.

En la práctica, el volumen se mide en decibeles (dB).

1dB = 0,1B. 10 dB – susurro; 20–30 dB – nivel de ruido en locales residenciales;

50 dB – conversación de volumen medio;

70 dB – ruido de máquina de escribir;

80 dB – ruido del motor de un camión en marcha;

120 dB – ruido de un tractor en marcha a una distancia de 1 m

130 dB – umbral del dolor.

Un sonido superior a 180 dB puede incluso provocar la rotura del tímpano.

Frecuencia de sonido El tono de la ola determina el tono. Cuanto mayor sea la frecuencia de vibración de una fuente de sonido, mayor será el sonido que produce. Las voces humanas se dividen en varios rangos de tono.

Sonidos de diferentes x fuentes es una colección vibraciones armónicas diferentes frecuencias. Componente másEl período más bajo (frecuencia más baja) se llama tono fundamental. Los componentes restantes del sonido son armónicos. El conjunto de estos componentes crea color.ku, timbre del sonido. El conjunto de matices en las voces de diferentes personas es al menos ligeramente diferente,esto determina el timbre específicamenteª voces.

Según la leyenda, Pitago p todo sonidos musicales dispuestos en fila, rompiendoesta serie se divide en partes - octavas - y

octava - en 12 partes (7 principalesnuevo y 5 semitonos). Hay 10 octavas en total, normalmente al tocar. obras musicales Se utilizan entre 7 y 8 octavas. Los sonidos con una frecuencia superior a 3000 Hz no se utilizan como tonos musicales; son demasiado agudos y estridentes.

El mundo está lleno de una amplia variedad de sonidos: el tictac de los relojes y el zumbido de los motores, el susurro de las hojas y el aullido del viento, el canto de los pájaros y las voces de las personas. La gente empezó a adivinar cómo nacen los sonidos y qué son hace mucho tiempo. Incluso el antiguo filósofo y enciclopedista griego Aristóteles, basándose en observaciones, explicó correctamente la naturaleza del sonido, creyendo que un cuerpo sonoro crea una compresión y rarefacción alternas del aire. El año pasado el autor trabajó en el problema de la naturaleza del sonido y completó trabajo de investigación: “En el mundo de los sonidos”, en el que se calculaban las frecuencias sonoras de una escala musical utilizando un vaso de agua.

El sonido se caracteriza por cantidades: frecuencia, longitud de onda y velocidad. También se caracteriza por la amplitud y el volumen. Por tanto, vivimos en un mundo diverso de sonidos y su variedad de matices.

Al final del estudio anterior tuve un pregunta fundamental: ¿Existen formas de determinar la velocidad del sonido en casa? Por lo tanto, podemos formular el problema: necesitamos encontrar formas o una manera de determinar la velocidad del sonido.

Fundamentos teóricos de la doctrina del sonido.

mundo de sonidos

Do-re-mi-fa-sol-la-si

Gama de sonidos. ¿Existen independientemente del oído? ¿Es sólo sentimientos subjetivos, y luego el mundo mismo guarda silencio, ¿o es un reflejo de la realidad en nuestras mentes? Si es lo último, incluso sin nosotros el mundo resonará con una sinfonía de sonidos.

La leyenda también atribuye a Pitágoras (582-500 a. C.) el descubrimiento de las relaciones numéricas correspondientes a diferentes sonidos musicales. Al pasar por una fragua donde varios trabajadores estaban forjando hierro, Pitágoras notó que los sonidos estaban en la proporción de quinta, cuarta y octava. Al entrar en la fragua, se convenció de que el martillo que daba la octava, comparado con el martillo más pesado, tenía un peso igual a la mitad de este último, el martillo que daba la quinta tenía un peso igual a 2/3, y el Un cuarto de galón tenía un peso igual a 3/4 del martillo pesado. Al regresar a casa, Pitágoras colgó cuerdas con pesos proporcionales a 1/2: 2/3: 3/4 en los extremos y supuestamente descubrió que las cuerdas, al golpearlas, producían los mismos intervalos musicales. Físicamente, la leyenda no resiste las críticas, el yunque, cuando se golpea con diferentes martillos, produce su propio y mismo tono, y las leyes de vibración de las cuerdas no confirman la leyenda. Pero, en cualquier caso, la leyenda habla de las antiguas enseñanzas de la armonía. Los méritos de los pitagóricos en el campo de la música son indudables. Se les ocurrió la fructífera idea de medir el tono de una cuerda sonora midiendo su longitud. Conocían el dispositivo "monocordio": una caja hecha de tablas de cedro con una cuerda estirada en la tapa. Cuando tocas una cuerda, produce un tono específico. Si divides la cuerda en dos secciones, apoyándola con una clavija triangular en el medio, producirás un tono más alto. Suena tan similar al tono principal que cuando suenan simultáneamente casi se fusionan en un solo tono. La relación de dos tonos en la música es un intervalo. Cuando la proporción de longitud de la cuerda es 1/2:1, el intervalo se llama octava. Conocido por Pitágoras Los intervalos de quintas y cuartas se obtienen si se mueve la clavija del monocorde de manera que separe 2/3 o 3/4 de las cuerdas, respectivamente.

En cuanto al número siete, está asociado con alguna idea aún más antigua y misteriosa de personas de naturaleza semirreligiosa y semimística. Sin embargo, lo más probable es que esto se deba a la división astronómica del mes lunar en cuatro semanas de siete días. Este número ha aparecido durante miles de años en varias leyendas. Así, lo encontramos en un papiro antiguo, que fue escrito por el egipcio Ahmes en el año 2000 a.C. Este curioso documento se titula: “Instrucciones para adquirir el conocimiento de todas las cosas secretas”. Entre otras cosas, encontramos allí un misterioso problema llamado “escaleras”. Habla de una escalera de números que representan potencias del número siete: 7, 49, 343, 2401, 16,807. Debajo de cada número hay una imagen jeroglífica: gato, ratón, cebada, medida. Papyrus no proporciona ninguna pista sobre este problema. Los intérpretes modernos del papiro de Ahmes descifran la situación del problema de la siguiente manera: Siete personas tienen siete gatos, cada gato come siete ratones, cada ratón puede comer siete espigas de cebada, cada espiga puede producir siete medidas de grano. ¿Cuánto grano ahorrarán los gatos? ¿Por qué no un problema de contenido de producción, propuesto hace 40 siglos?

La escala musical europea moderna tiene siete tonos, pero no en todos los tiempos y no todos los pueblos tuvieron una escala de siete tonos. Así, por ejemplo, en China antigua Se utilizó una escala de cinco tonos. Para fines de uniformidad de afinación, el tono de este tono de referencia debe declararse estrictamente mediante acuerdo internacional. Desde 1938 se adoptó como tono fundamental un tono correspondiente a una frecuencia de 440 Hz (440 vibraciones por segundo). Varios tonos que suenan simultáneamente forman un acorde musical. Las personas con el llamado tono absoluto pueden escuchar tonos individuales en un acorde.

Por supuesto, usted conoce principalmente la estructura del oído humano. Recordémoslo brevemente. El oído consta de tres partes: 1) el oído externo, que termina en el tímpano; 2) el oído medio, que, con la ayuda de tres huesecillos auditivos: el martillo, el yunque y el estribo, transmite las vibraciones del tímpano al oído interno; 3) el oído interno, o laberinto, está formado por los canales semicirculares y la cóclea. La cóclea es un aparato receptor de sonido. El oído interno está lleno de líquido (linfa) que se transporta hacia movimiento oscilatorio golpes del estribo sobre la membrana, apretando la ventana ovalada en la cápsula ósea del laberinto. En el tabique que divide la cóclea en dos partes, a lo largo de toda su longitud, se ubican en filas transversales las fibras nerviosas más finas de longitud que aumenta gradualmente.

¡El mundo de los sonidos es real! Pero, por supuesto, no hay que pensar que este mundo evoca exactamente las mismas sensaciones en todos. Preguntar si otras personas perciben los sonidos exactamente de la misma manera que usted no es una forma científica de formular la pregunta.

1. 2. Fuentes sonoras. Vibraciones sonoras

El mundo de los sonidos que nos rodean es diverso: las voces de las personas y la música, el canto de los pájaros y el zumbido de las abejas, los truenos durante una tormenta y el ruido del bosque con el viento, el sonido de los coches que pasan, los aviones, etc.

Lo que todos los sonidos tienen en común es que los cuerpos que los generan, es decir, las fuentes del sonido, vibran.

Una regla de metal elástica fijada en un tornillo de banco emitirá un sonido si su parte libre, cuya longitud se selecciona de cierta manera, se pone en movimiento oscilatorio. EN en este caso Las vibraciones de la fuente de sonido son obvias.

Pero no todos los cuerpos oscilantes son una fuente de sonido. Por ejemplo, una masa oscilante suspendida de un hilo o de un resorte no emite ningún sonido. Una regla de metal también dejará de sonar si la mueves hacia arriba en un tornillo de banco y así alargas el extremo libre para que su frecuencia de vibración sea inferior a 20 Hz.

Las investigaciones han demostrado que el oído humano es capaz de percibir como sonido vibraciones mecánicas de cuerpos que ocurren con una frecuencia de 20 Hz a 20 000 Hz. Por tanto, las vibraciones cuyas frecuencias se encuentran en este rango se denominan sonido.

Las vibraciones mecánicas cuya frecuencia supera los 20.000 Hz se denominan ultrasónicas y las vibraciones con frecuencias inferiores a 20 Hz se denominan infrasónicas.

Cabe señalar que los límites indicados del rango de sonido son arbitrarios, ya que dependen de la edad de las personas y características individuales su audífono. Por lo general, con la edad, el límite de frecuencia superior de los sonidos percibidos disminuye significativamente; algunas personas mayores pueden escuchar sonidos con frecuencias que no superan los 6000 Hz. Los niños, por el contrario, pueden percibir sonidos cuya frecuencia sea ligeramente superior a 20.000 Hz.

Algunos animales escuchan vibraciones con frecuencias superiores a 20.000 Hz o inferiores a 20 Hz.

El mundo está lleno de una amplia variedad de sonidos: el tictac de los relojes y el zumbido de los motores, el susurro de las hojas y el aullido del viento, el canto de los pájaros y las voces de las personas. La gente empezó a adivinar cómo nacen los sonidos y qué son hace mucho tiempo. Se dieron cuenta, por ejemplo, de que el sonido lo crean los cuerpos que vibran en el aire. Incluso el antiguo filósofo y enciclopedista griego Aristóteles, basándose en observaciones, explicó correctamente la naturaleza del sonido, creyendo que un cuerpo sonoro crea una compresión y rarefacción alternas del aire. Así, una cuerda vibrante comprime o enrarece el aire y, gracias a la elasticidad del aire, estos efectos alternos se transmiten más al espacio: de capa en capa surgen ondas elásticas. Cuando llegan a nuestro oído impactan en los tímpanos y provocan la sensación de sonido.

Al oír, una persona percibe ondas elásticas con una frecuencia que oscila aproximadamente entre 16 Hz y 20 kHz (1 Hz - 1 vibración por segundo). De acuerdo con esto, las ondas elásticas en cualquier medio cuyas frecuencias se encuentren en dentro de límites especificados, se llaman ondas sonoras o simplemente sonido. En el aire a una temperatura de 0° C y presión normal, el sonido se propaga a una velocidad de 330 m/s.

La fuente de sonido en gases y líquidos no pueden ser solo cuerpos vibrantes. Por ejemplo, una bala y una flecha silban en vuelo, el viento aúlla. Y el rugido de un avión turborreactor consiste no solo en el ruido de las unidades operativas (ventilador, compresor, turbina, cámara de combustión, etc.), sino también en el ruido de la corriente en chorro, los vórtices y las corrientes turbulentas de aire que se producen cuando fluye alrededor del aviones a altas velocidades. Un cuerpo que corre rápidamente a través del aire o el agua parece interrumpir el flujo que fluye a su alrededor y genera periódicamente regiones de rarefacción y compresión en el medio. Como resultado, se generan ondas sonoras.

Los conceptos de tono y timbre del sonido también son importantes en el estudio del sonido. Cualquier sonido real, ya sea una voz humana o la ejecución de un instrumento musical, no es una simple vibración armónica, sino una mezcla peculiar de muchas vibraciones armónicas con un determinado conjunto de frecuencias. El que tiene la frecuencia más baja se llama tono fundamental, los demás, armónicos. Varias cantidades Los matices inherentes a un sonido particular le dan un color especial: el timbre. La diferencia entre un timbre y otro viene determinada no sólo por el número, sino también por la intensidad de los armónicos que acompañan al sonido del tono fundamental. Por timbre, distinguimos fácilmente los sonidos de un violín y un piano, una guitarra y una flauta, y reconocemos las voces de personas conocidas.

1. 4. Tono y timbre del sonido.

Hagamos que suenen dos cuerdas diferentes en una guitarra o balalaika. escucharemos diferentes sonidos: uno es más bajo, el otro es más alto. Los sonidos de la voz de un hombre son más graves que los de una mujer, los sonidos de un bajo son más graves que los de un tenor y los sonidos de una soprano son más agudos que los de un alto.

¿De qué depende el tono del sonido?

Podemos concluir que el tono del sonido depende de la frecuencia de vibración: cuanto mayor es la frecuencia de vibración de la fuente de sonido, mayor es el sonido que produce.

Un tono puro es el sonido de una fuente que oscila en una frecuencia.

Sonidos de otras fuentes (por ejemplo, sonidos de varios instrumentos musicales, voces de personas, el sonido de una sirena y muchos otros) son un conjunto de vibraciones de diferentes frecuencias, es decir, un conjunto de tonos puros.

La frecuencia más baja (es decir, la más pequeña) de tales sonido complejo se llama frecuencia fundamental, y el sonido correspondiente de un determinado tono se llama tono fundamental (a veces se le llama simplemente tono). El tono de un sonido complejo está determinado precisamente por el tono de su tono fundamental.

Todos los demás tonos de un sonido complejo se denominan sobretonos. Los armónicos determinan el timbre de un sonido, es decir, su cualidad que nos permite distinguir los sonidos de unas fuentes de los sonidos de otras. Por ejemplo, distinguimos fácilmente el sonido de un piano del sonido de un violín, incluso si estos sonidos tienen el mismo tono, es decir, la misma frecuencia fundamental. La diferencia entre estos sonidos se debe a un conjunto diferente de armónicos.

Así, el tono de un sonido está determinado por la frecuencia de su tono fundamental: cuanto mayor sea la frecuencia del tono fundamental, más alto será el sonido.

El timbre de un sonido está determinado por la totalidad de sus armónicos.

1. 5. ¿Por qué hay diferentes sonidos?

Los sonidos se diferencian entre sí en volumen, tono y timbre. El volumen del sonido depende en parte de la distancia entre el oído del oyente y el objeto que suena, y en parte de la amplitud de la vibración de este último. La palabra amplitud significa la distancia que recorre un cuerpo desde uno punto extremo al otro durante sus oscilaciones. Cuanto mayor es la distancia, más fuerte es el sonido.

El tono de un sonido depende de la velocidad o frecuencia de vibración del cuerpo. Cuantas más vibraciones haga un objeto en un segundo, mayor será el sonido que producirá.

Sin embargo, dos sonidos que son exactamente iguales en volumen y tono pueden diferir entre sí. La musicalidad de un sonido depende del número y la fuerza de los armónicos presentes en él. Si se hace vibrar una cuerda de violín en toda su longitud para que no se produzcan vibraciones adicionales, se escuchará el tono más bajo que sea capaz de producir. Este tono se llama tono principal. Sin embargo, si se producen fluctuaciones adicionales en él partes individuales, aparecerán notas más altas adicionales. En armonía con el tono principal, crearán un sonido de violín especial. Estas notas más altas en comparación con el tono principal se denominan armónicos. Determinan el timbre de un sonido en particular.

1. 6. Reflexión y propagación de perturbaciones.

Una perturbación de una parte de un tubo de goma estirado o de un resorte se mueve a lo largo de su longitud. Cuando una perturbación llega al final del tubo, se refleja independientemente de si el extremo del tubo está fijo o libre. El extremo retenido se tira bruscamente hacia arriba y luego se lleva a su posición original. La cresta formada en el tubo se mueve a lo largo del tubo hasta la pared, donde se refleja. En este caso, la onda reflejada tiene forma de depresión, es decir, se encuentra debajo de la posición media del tubo, mientras que el antinodo original estaba arriba. ¿A qué se debe esta diferencia? Imagine el extremo de un tubo de goma fijado en la pared. Como está fijo, no puede moverse. La fuerza ascendente del impulso entrante tiende a obligarlo a moverse hacia arriba. Sin embargo, como no puede moverse, debe existir una fuerza descendente igual y opuesta que emana del soporte y se aplica al extremo del tubo de goma, y ​​por lo tanto el impulso reflejado se ubica con el antinodo hacia abajo. La diferencia de fase entre los pulsos reflejado y original es de 180°.

1. 7. Ondas estacionarias

Cuando la mano que sostiene el tubo de corte se mueve hacia arriba y hacia abajo y la frecuencia del movimiento aumenta gradualmente, se alcanza un punto en el que se obtiene un único antinodo. Un aumento adicional en la frecuencia de vibración del brazo conducirá a la formación de un doble antinodo. Si mides la frecuencia de los movimientos de la mano, verás que su frecuencia se ha duplicado. Como es difícil mover la mano más rápidamente, es mejor utilizar un vibrador mecánico.

Las ondas producidas se llaman ondas estacionarias o estacionarias. Se forman porque la onda reflejada se superpone a la incidente.

EN este estudio Hay dos ondas: incidente y reflejada. Tienen la misma frecuencia, amplitud y longitud de onda, pero se propagan en direcciones opuestas. Estas son ondas viajeras, pero interfieren entre sí y crean así ondas estacionarias. Esto tiene las siguientes consecuencias: a) todas las partículas en cada media longitud de onda oscilan en fase, es decir, todas se mueven en la misma dirección al mismo tiempo; b) cada partícula tiene una amplitud diferente de la amplitud siguiente partícula; c) la diferencia de fase entre las vibraciones de las partículas de una media onda y las vibraciones de las partículas de la siguiente media onda es de 180°. Esto simplemente significa que son rechazados por un máximo de lados opuestos al mismo tiempo o, si se encuentran en una posición intermedia, comienzan a moverse en direcciones opuestas.

Algunas partículas no se mueven (tienen amplitud cero) porque las fuerzas que actúan sobre ellas son siempre iguales y opuestas. Estos puntos se denominan puntos nodales o nodos, y la distancia entre dos nodos posteriores es la mitad de la longitud de onda, es decir, 1\2 λ.

El movimiento máximo se produce en puntos y la amplitud de estos puntos es el doble de la amplitud de la onda incidente. Estos puntos se llaman antinodos y la distancia entre dos antinodos posteriores es la mitad de la longitud de onda. La distancia entre el nodo y el siguiente antinodo es un cuarto de la longitud de onda, es decir, 1\4λ.

Una onda estacionaria es diferente de una onda viajera. En una onda viajera: a) todas las partículas tienen la misma amplitud de oscilación; b) cada partícula no está en fase con la siguiente.

1. 8. Tubo de resonancia.

El tubo resonante es tubo estrecho, en el que se crean vibraciones de la columna de aire. Para cambiar la longitud de la columna de aire, utilice diferentes caminos, por ejemplo cambios en el nivel del agua en una tubería. El extremo cerrado del tubo es un nudo porque el aire en contacto con él es estacionario. El extremo abierto de la tubería es siempre un antinodo, ya que aquí la amplitud de vibraciones es máxima. Hay un nodo y un antinodo. La longitud del tubo es aproximadamente un cuarto de la longitud de la onda estacionaria.

Para demostrar que la longitud de la columna de aire es inversamente proporcional a la frecuencia de la onda, es necesario utilizar una serie de diapasones. Es mejor utilizar un pequeño altavoz conectado a un generador de audiofrecuencia calibrado en lugar de diapasones de frecuencia fija. En lugar de tuberías de agua, se utiliza un tubo largo con pistón, ya que esto facilita la selección de la longitud de las columnas de aire. Se coloca una fuente de sonido constante cerca del extremo del tubo y se obtienen las longitudes resonantes de la columna de aire para frecuencias de 300 Hz, 350 Hz, 400 Hz, 450 Hz, 500 Hz, 550 Hz y 600 Hz.

Cuando se vierte agua en una botella, se produce un cierto tono de sonido cuando el aire en la botella comienza a vibrar. El tono de este tono aumenta a medida que disminuye el volumen de aire en la botella. Cada botella tiene una frecuencia natural determinada y, al soplar sobre el cuello abierto de la botella, también se puede producir un sonido.

Al comienzo de la guerra de 1939-1945. Los reflectores se enfocaron en las aeronaves utilizando equipos que operaban en el rango de audio. Para evitar que se concentraran, algunas tripulaciones fueron arrojadas de los aviones. botellas vacías, cuando cayeron en el centro de atención. Sonidos fuertes El receptor percibió la caída de botellas y los focos perdieron el foco.

1. 9. Instrumentos musicales de viento.

Los sonidos producidos por los instrumentos de viento dependen de las ondas estacionarias que surgen en los tubos. El tono depende de la longitud de la tubería y del tipo de vibración del aire en la tubería.

Por ejemplo, un tubo de órgano abierto. Se sopla aire dentro de la tubería a través del orificio y golpea una protuberancia afilada. Esto hace que el aire en la tubería vibre. Como ambos extremos del tubo están abiertos, siempre hay un antinodo en cada extremo. El tipo de oscilación más simple es aquel en el que hay un antinodo en cada extremo y un nodo en el medio. Estas son vibraciones fundamentales y la longitud del tubo es aproximadamente la mitad de la longitud de onda. Frecuencia fundamental =c/2l, donde c es la velocidad del sonido y l es la longitud de la tubería.

Un tubo de órgano cerrado tiene un tapón en el extremo, lo que significa que el extremo del tubo está cerrado. Esto significa que siempre hay un nodo en este extremo. Es bastante obvio que: a) la frecuencia fundamental de una tubería cerrada es la mitad de la frecuencia fundamental de una tubería abierta de la misma longitud; b) sólo se pueden formar armónicos impares con un tubo cerrado. Por tanto, la gama tonal de una pipa abierta es mayor que la de una pipa cerrada.

Las condiciones físicas cambian el sonido de los instrumentos musicales. Un aumento de temperatura provoca un aumento de la velocidad del sonido en el aire y, por tanto, un aumento de la frecuencia fundamental. La longitud de la tubería también aumenta ligeramente, provocando una disminución de la frecuencia. Cuando se toca un órgano, por ejemplo en una iglesia, los intérpretes piden que se encienda la calefacción para que el órgano pueda sonar a su temperatura normal. Los instrumentos de cuerda tienen controles de tensión de cuerdas. Un aumento de temperatura provoca cierta expansión de la cuerda y una disminución de la tensión.

Capítulo 2. Parte práctica

2. 1. Método para determinar la velocidad del sonido mediante un tubo resonante.

El dispositivo se muestra en la figura. El tubo resonante es un tubo A largo y estrecho conectado al depósito B a través de un tubo de goma. Hay agua en ambas tuberías. Cuando B se eleva, la longitud de la columna de aire en A disminuye, y cuando B se baja, la longitud de la columna de aire en A aumenta. Coloque un diapasón oscilante encima de A cuando la longitud de la columna de aire en A sea prácticamente cero. No escucharás ningún sonido. A medida que aumenta la longitud de la columna de aire en A, escuchará que el sonido se intensifica, alcanza un máximo y luego comienza a desvanecerse. Repita este procedimiento, ajustando B para que la longitud de la columna de aire en A produzca el máximo sonido. Luego mida la longitud l1 de la columna de aire.

Se escucha un sonido fuerte porque la frecuencia natural de una columna de aire de longitud l1 es igual a la frecuencia natural del diapasón y, por lo tanto, la columna de aire vibra al unísono con él. Has encontrado la primera posición de resonancia. De hecho, la longitud del aire oscilante es algo mayor que la columna de aire en A.

Si omites. En niveles aún más bajos, para que la longitud de la columna de aire aumente, encontrará otra posición en la que el sonido llega fuerza maxima. Determine esta posición con precisión y mida la longitud l2 de la columna de aire. Esta es la segunda posición de resonancia. Como antes, el vértice está en el extremo abierto de la tubería y el nodo está en la superficie del agua. Esto sólo se puede lograr en el caso que se muestra en la figura, en cuyo caso la longitud de la columna de aire en la tubería es de aproximadamente 3\4 longitudes de onda (3\4 λ).

Restar las dos medidas da:

3\4 λ - 1\4 λ = l2 - l1, por lo tanto, 1\2 λ = l2 - l1.

Entonces, c = ν λ = ν 2 (l2 - l1), donde ν es la frecuencia del diapasón. Esta es una forma rápida y bastante precisa de determinar la velocidad del sonido en el aire.

2. 2. Experimento y cálculos.

Se utilizaron los siguientes instrumentos y equipos para determinar la velocidad de la onda sonora:

trípode universal;

Tubo de vidrio de paredes gruesas, sellado por un extremo, de 1,2 metros de largo;

Diapasón, frecuencia 440 Hz, nota “A”;

Martillo;

Botella de agua;

Criterio.

Progreso del estudio:

1. Monté un trípode al que fijé los anillos al acoplamiento.

2. Colocó el tubo de vidrio sobre un trípode.

3. Al agregar agua al tubo y excitar ondas sonoras en un diapasón, creó ondas estacionarias en el tubo.

4. Experimentalmente, logré una altura de columna de agua tal que las ondas sonoras en el tubo de vidrio se amplificaron de modo que se observó resonancia en el tubo.

5. Midió la primera longitud del extremo del tubo libre de agua - l2 = 58 cm = 0,58 m

6. Se volvió a agregar agua al tubo. (Repita los pasos 3, 4, 5) – l1 = 19 cm = 0,19 m

7. Cálculos realizados utilizando la fórmula: c = ν λ = ν 2 (l2 - l1),

8. s = 440 Hz * 2 (0,58 m - 0,19 m) = 880 * 0,39 = 343,2 m\s

El resultado del estudio es la velocidad del sonido = 343,2 m/s.

2. 3. Conclusiones de la parte práctica

Usando el equipo seleccionado, determine la velocidad del sonido en el aire. Comparamos el resultado obtenido con el valor de la tabla: 330 m/s. El valor resultante es aproximadamente igual al valor tabulado. Las discrepancias se debieron a errores de medición, la segunda razón: valor tabular dado a una temperatura de 00C, y en el apartamento la temperatura del aire = 240C.

Por tanto, se puede aplicar el método propuesto para determinar la velocidad del sonido utilizando un tubo resonante.

Conclusión.

La capacidad de calcular y determinar las características del sonido es muy útil. Como se desprende del estudio, las características del sonido: volumen, amplitud, frecuencia, longitud de onda: estos valores son inherentes a ciertos sonidos, a partir de ellos podemos determinar en qué sonido escuchamos. este momento. Nuevamente nos enfrentamos a un patrón matemático de sonido. Pero aunque la velocidad del sonido se puede calcular, depende de la temperatura de la habitación y del espacio donde se produce el sonido.

De esta manera se cumplió el propósito del estudio.

La hipótesis de la investigación fue confirmada, pero en el futuro es necesario tener en cuenta los errores de medición.

Con base en esto se cumplieron los objetivos de la investigación:

Estudió bases teóricas esta pregunta;

Se han identificado patrones;

Se han completado las mediciones necesarias;

Se han realizado cálculos de la velocidad del sonido;

Los resultados del cálculo obtenidos se compararon con los datos tabulares existentes;

Se da una valoración de los resultados obtenidos.

Como resultado del trabajo: o Aprendió a determinar la velocidad del sonido mediante un tubo resonante; o Encontré un problema diferentes velocidades suena cuando diferentes temperaturas, por lo que intentaré investigar este problema en un futuro próximo.