Что возникает одновременно со звуком
Перейти к содержимому

Что возникает одновременно со звуком

  • автор:

Почему звенит звонок?

Ежедневно школьники слышат звонок по несколько раз в день: благодаря ему становится понятно, когда начинается и когда заканчивается урок. Но задумывался ли кто-нибудь о том, почему звенит звонок? Как звук распространяется в пространстве, как мы его слышим?

Как возникает звук?

Окружающий нас мир наполнен самыми разнообразными звуками. Очень редко можно услышать абсолютную тишину: всегда найдется какой-нибудь источник шума, пусть и очень тихого.

Звук – это волна, которая может распространяться не только по воздуху, но даже под водой. Колебания, исходящие от предметов, невидимой волной достигают ушей, и тогда мы слышим звуки.

Скорость звука в воздухе очень высока и составляет 340 м/с. Именно поэтому никаких проблем с общением у нас не возникает. Примечательно, что в жидкостях звук распространяется еще быстрее.

Как мы слышим звуки?

Мы можем слышать и различать звуки вокруг нас благодаря ушам. Они плохо переносят сильный шум, громкие и резкие звуки. Их надо беречь!

Ухо – это сложный орган, который состоит из трех отделов:

ТОП-2 статьи

которые читают вместе с этой

Строение уха

  • Наружный отдел – видимая часть уха, которая состоит из ушной раковины и слухового прохода. Заканчивается барабанной перепонкой.
  • Средний отдел – содержит три маленькие косточки, соединенные между собой.
  • Внутренний отдел – состоит из костного завитка – улитки. Внутри нее находятся множество тонких, хорошо натянутых волокон.

Звуковая волна, попадая в ушной проход, натыкается на преграду в виде барабанной перепонки. Перепонка очень тонкая, чувствительная, и под воздействием звука начинает колебаться.

Далее звук по слуховым косточкам попадает в «улитку», которая передает полученный сигнал в мозг человека. Все это происходит с молниеносной скоростью!

Уши есть не только у человека, но и у большинства животных. Они помогают им находить добычу, вовремя заметить опасность и скрыться. У многих животных уши не видны. Например, у насекомых, птиц и рыб ушные раковины не видны, но слышат они гораздо лучше человека.

У птиц уши не видны

Что такое эхо?

Гуляя по лесу или исследуя пещеры, люди начинают перекликаться между собой. И в этот момент можно услышать собственные слова, только уже приглушенные. Это эхо.

При крике звуковая волна не рассеивается в воздухе, а натыкается на какое-то препятствие: большие деревья или скалы. Тогда она возвращается обратно, и в этот самый миг можно услышать свой собственный голос, только более тихий.

Эхо можно услышать только в определенных условиях. Во-первых, должно быть препятствие, от которого звуковая волна может оттолкнуться. Во-вторых, он должно находиться не очень далеко, чтобы звук мог быстро вернуться.

Распознав природу эха, человек научился использовать его в своих целях. На его основе создан прибор под названием эхолот, с помощью которого можно исследовать морские глубины и вычислять возможные препятствия в условиях плохой видимости.

Эхолот

Что мы узнали?

При изучении темы «Почему звенит звонок?» по программе окружающего мира 1 класса мы узнали, что такое звук и как он возникает. Мы выяснили, благодаря каким частям тела мы слышим звуки. Также мы узнали, что такое эхо.

Учебник. Почему звенит звонок? (стр. 38) Окружающий мир Плешаков 1 класс Ответы

Я слышу много разных звуков вокруг себя, сейчас я дома и слышу:

  • как мама моет посуду (я слышу шум воды, и звон тарелок)
  • собака чешется (я слышу удары ее лапы об пол)
  • за окном идет дождь (я слышу как капли барабанят по подоконнику и стеклу)
  • я слышу шум машин на дороге
  • я слышу как у соседей играет музыка
  • слышу папин голос, он разговаривает по телефону

Какую роль играют звуки в нашей жизни?

Звуки играют очень важную роль в нашей жизни.

  1. Благодаря звуку мы можем слышать друг друга, мы можем общаться, рассказывать что-то друг другу, слышать учителя на уроке
  2. Благодаря звуку мы можем слушать музыку, это прекрасно
  3. Звук нас может предупредить об опасности (мы услышим едущую сзади машину, маму кричащую «Стоп» и т.п.)
  4. Звуки могут быть приятные (музыка, пение птиц, шум прибоя и другие)
  5. Звуки могут быть неприятные, раздражающие, могут нам мешать (лай собаки, дрель у соседа, сигнализация)

Какие звуки издают эти предметы и живые существа?

  1. трамвай гудит (уууу), стучит колесами по рельсам (чух-чух)
  2. напольные часы тикают — тик-так
  3. дятел стучит по деревеву — тук-тук
  4. будильник звенит — дзинь-дзинь
  5. птица поет — чик-чирик
  6. колокольчик звенит — динь-динь
  7. лошадь ржет — иго-го, лошадь цокает по земле — цок-цок
  8. комар жужжит — дзззз
  9. пчела жужжит — жжжжжж
  10. дерево шелестит — шшшш
  11. собака лает — гав-гав
  12. лев рычит — ррррр
  13. заяц барабанит — бам-бам

Приходилось ли вам слышать эхо? Где? Я слышал эхо, когда мы делали ремонт в квартире, когда в комнате не было мебели и были только бетонные стены. Еще я слышал эхо в подземном переходе. Еще я читал, что эхо можно услышать в горах, но я там ни разу не был.

Как возникает эхо?

Звук — это невидимая волна, которая бежит. Когда звуковая волна натыкается на препятствие, она от него отражается и возвращается обратно. Так мы ее можем услышать, то есть услышать эхо — конец нашей фразы, слова.

Почему эхо не возникает в маленькой заполненной мебелью комнате но возникает в большом пустом зале?

В маленькой комнате с мебелью звук рассеивается мебелью, коврами, обоями на стенах. Еще в маленьком помещении исходный звук и отраженный звук будет звучать практически одновременно, мы это не уловим и поэтому эха не услышим.

В большом пустом зале звук практически не рассеивается и есть разница во времени между исходным звуком и отраженным звуком. Мы сначала услышим исходный звук (свой голос, например), а затем отраженный звук — эхо.

Муравей Вопросик нарисовал забавное существо — Ушастика. Сочините о нем сказку.

Сказка про Ушастика

В одном городе жил Ушастик. Он отличался от других жителей тем, что у него были очень большие уши и очень чуткий слух. Ушастик всегда брал с собой зонтик и надевал шляпу, чтобы защитить свои уши от ветра и дождя. Ведь благодаря своим удивительным ушам Ушастик делал много добрых дел. Однажды он услышал слабый писк котенка, который провалился в яму и котенка спасли. Ушастик всегда предупреждал жителей о надвигающейся непогоде (дожде, сильном ветре). Ушастик всегда помогал спасателям и пожарным, он мог услышать даже самый слабый звук из-под завалов. Все в городе очень любили Ушастика.

Вопросы:

  1. Как возникают звуки? — звуки возникают из-за дрожания, колебания предметов
  2. Как распространяются звуки? — звуки невидимой волной передаются по воздуху
  3. Как нужно беречь уши? — избегать шума, резких, громких звуков. Не ковырять в ушах острыми предметами. Чистить уши туго скрученной ваткой.

Интерференция и биения в физике и музыке [Перевод]

Интерференция волн – это явление, возникающее при столкновении двух волн, распространяющихся в одной среде. Результатом интерференции волн является изменение формы среды, которое определяется результирующим влиянием двух отдельно взятых волн на частицы среды.

Интерференция волн – это явление, возникающее при столкновении двух волн, распространяющихся в одной среде. Результатом интерференции волн является изменение формы среды, которое определяется результирующим влиянием двух отдельно взятых волн на частицы среды.

Если два положительно-смещенных звуковых сигнала, имеющих одинаковую форму, двигаясь навстречу друг другу, сталкиваются в среде, то это приводит к возникновению нового звукового сигнала, с амплитудой в два раза превышающей амплитуды интерферирующих сигналов. Этот тип интерференции известен как усиливающая интерференция.

Если положительно смещенный сигнал встречает отрицательно смещенный сигнал той же формы, то они компенсируют друг друга, а частицы среды остаются в состоянии равновесия. Этот тип интерференции известен как ослабляющая интерференция. На графиках ниже изображены две волны: одна синяя, другая – красная, интерферирующие друг с другом и оказывающие влияние на среду, в которой они распространяются.

Результирующая волна обозначена зеленым. В двух случаях (слева и посередине) наблюдается усиливающая интерференция, а в третьем случае (справа) – ослабляющая интерференция.

Но как проявляется эффект интерференции, когда волны не смещаются в положительном или отрицательном направлениях? Звук представляет собой волну давления, которая состоит из чередующихся волн сжатия и разрежения. Распространяясь, волна сжатия стягивает частицы среды вместе, тем самым создавая область повышенного давления. Волна разрежения, наоборот, расталкивает частицы среды, тем самым создавая область пониженного давления.

Влияние интерференции двух звуковых волн на частицы среды определяется суммой их индивидуальных воздействий. Например, если волна сжатия (высокое давление) пересечется в среде с другой волной сжатия, то давление в этой точке будет больше давления, создаваемого каждой волной по отдельности. Так проявляет себя усиливающая интерференция.

Если две волны разрежения (два возмущения с низким давлением) встретятся в одной точке, то в ней будет наблюдаться снижение давления. Это тоже пример усиливающей интерференции.

Теперь представим, что некоторая точка среды постоянно испытывает чередующиеся воздействия интерференции двух волн сжатия и двух волн разрежения – в этом случае звуковые волны будут постоянно дополнять друг друга, что в результате даст очень громкий звук. Громкость звука – это следствие колебания частиц среды от очень высоких до очень низких значений давления.

Точки среды, где постоянно проявляется усиливающая интерференция, называются пучностями. Анимация ниже показывает, как две звуковые волны интерферируют с усилением, производя очень большие колебания давления в нескольких областях пучностей. Отметим, что сжатия отмечены буквой C, а разрежения – R.

Если две звуковые волны интерферируют в определенной точке среды, при том, что одна волна – это волна сжатия, а другая – разрежения, то возникает ослабляющая интерференция. Совокупное воздействие волны сжатия (стягивающей частицы среды вместе) и волны разрежения (расталкивающей частицы) не вызывает смещения частиц среды.

Свойство волны сжатия к притягиванию частиц компенсируется свойством волны разрежения к их расталкиванию – частицы среды останутся на своих местах, нетронутые возмущением. Это проявление ослабляющей интерференции.

Теперь, если в определенной точке среды сталкиваются волна сжатия-разрежения и волна разрежения-сжатия, то они будут постоянно гасить друг друга, а мы не услышим никакого звука. Отсутствие звука – это результат того, что частицы среды остаются на своих местах, как будто на них не воздействуют внешние возмущения.

Удивительно, но в этом случае, при взаимодействии двух волн, действительно не будет слышно никакого звука. Точки среды, где постоянно возникает ослабляющая интерференция, называются узлами.

Интерференция волн от двух точечных когерентных источников

Есть достаточно известный физический опыт с интерференцией звуковых волн, испускаемых двумя динамиками. Динамики установлены на расстоянии примерно одного метра друг от друга и воспроизводят один и тот же звуковой сигнал.

Фронты звуковых волн, распространяемых в комнате, имеют сферическую форму. На диаграмме ниже показан моментальный снимок этих волн. Волны сжатия показаны на диаграмме толстыми линиями, а волны разрежения – тонкими.

Звуковые волны от двух когерентных источников интерферируют таким образом, что в некоторых позициях слышен громкий звук, а в каких-то он полностью отсутствует. Очевидно, что громкие звуки слышны там, где волна сжатия встречается с волной сжатия или волна разрежения – с волной разрежения. Звук не слышим тогда, когда сталкиваются волна сжатия с волной разрежения.

Если вы заткнете ухо, направленное в противоположную сторону от динамиков, и медленно пройдете вдоль комнаты параллельно источникам звука, то сможете заметить интересную вещь: вы будете слышать громкий звук, попадая в область пучности, и не будете слышать практически ничего, проходя через узловые зоны (Обычно случается так, что в узловых областях все равно слышен звук. Причиной этому служит отражение звуковых волн от стен комнаты. Хотя при взаимодействии двух волн, идущих от динамиков, в узловых областях наблюдается ослабляющая интерференция, волны, отраженные от стен, попадают в ту же область и вызывают звуковые возмущения).

Необходимо учитывать явление ослабляющей интерференции при проектировании концертных залов и аудиторий: чтобы уменьшить её влияние, комнаты должны быть спроектированы специальным образом. Интерференция может возникнуть при столкновении двух звуковых волн, идущих от двух источников, а также при столкновении этих волн со звуком, отраженным от стен и потолка.

Если звуковая волна приходит в точку, где волна сжатия сталкивается с волной разрежения, то возникающая ослабляющая интерференция снижает громкость звука на данном участке. Одним из способов уменьшить влияние ослабляющей интерференции являются особые конструкции потолка и стен, а также звуковые экраны, которые поглощают звук, а не отражают его.

Ослабляющая интерференция звуковых волн не всегда плоха и используется в системах шумоподавления. Были созданы наушники, уменьшающие уровень окружающего шума, которыми могут пользоваться рабочие фабрик и строители. Такие наушники захватывают звуки окружения и с помощью специальных алгоритмов воспроизводят вторую звуковую волну, но сдвинутую по фазе на полупериод.

Такая комбинация двух звуковых волн в наушниках приводит к возникновению ослабляющей интерференции, тем самым уменьшая воздействие громких шумов на уши рабочих.

Биения в музыке и музыкальные интервалы

Интерференция звуковых волн имеет множество применений в мире музыки. Музыка редко состоит из постоянно проигрываемых звуковых волн одной частоты. Немногие меломаны придут в восторг, если все инструменты оркестра будут играть одну единственную чистую ноту. Слышать единственную ноту с частотой 256 Гц («До» первой октавы) довольно скучно и быстро надоедает.

Наоборот, музыкальные инструменты при игре воспроизводят обертона, поэтому результирующий звук состоит из множества частот. Говорят, что такие инструменты обладают богатым тембром. Секрет успеха лучших хоровых коллективов в том, что два исполнителя поют одинаковые ноты (т.е. воспроизводят две звуковые волны) в разных октавах. Музыка – это сплетение звуковых волн, ассоциированных с нотами, между частотами которых установлены целочисленные отношения.

На самом деле, главное отличие между музыкой и звуком состоит в том, что звук состоит из смешения частот, между которыми трудно выявить математическую зависимость. Музыка же включает в себя частоты, между которыми существуют четкие математические отношения.

Высказывание «что для одного музыка – для другого белый шум» (например, ваши родители могут считать, что ваша любимая музыка – это просто скопление шумов) может быть и верным, но физический анализ музыкальных звуков показывает, что эти звуковые волны математически связаны.

Чтобы продемонстрировать это свойство музыки, давайте рассмотрим одну из самых простых комбинаций двух различных звуковых волн – две звуковые волны с соотношением частот 2:1. Эта совокупность волн известна как октава. Простой синусоидальный график показан ниже. Заметьте, что красная волна имеет частоту вдвое большую, чем синяя.

Также видно, что график интерференции этих двух волн (зеленый) является периодическим. Можно сказать, что две звуковые волны, между которыми установлены целочисленные отношения, в результате интерференции дают волну с периодичной характеристикой. В результате мы получаем музыку.

Еще один простой пример двух звуковых волн с чистыми математическими отношениями между частотами показан ниже. Заметьте, что красная волна имеет в полтора раза большую частоту, чем синяя. В мире музыки говорят, что такие волны разделены квинтой и представляют собой популярный музыкальный интервал.

Еще раз заметьте, что характеристика интерференции этих двух волн (зеленая) также периодическая. Повторим, что две звуковые волны, между которыми установлены целочисленные отношения, в результате интерференции дают волну с периодичной характеристикой – то есть музыку.

Наконец, график ниже показывает волновую характеристику, которая получилась в результате интерференции диссонант или неприятных звуков. На диаграмме видно, как две волны интерферируют, но в этот раз между их частотами нет простого математического отношения (выражаясь компьютерным языком, длина одной волны равна 37 пикселям, а другой – 20 пикселям).

Внимательно посмотрите на результирующую характеристику – она нерегулярная и непериодическая (по крайней мере, не в этом коротком промежутке времени). Суть проста: если между частотами двух звуковых волн нет простого математического отношения, то результатом их интерференции станет нерегулярная и непериодическая характеристика. Для уха такой звук будет неприятным.

Этот виджет позволит вам сложить две звуковые волны и посмотреть на результирующий график. Волна 1 имеет частоту 2 Гц. Частота волны 2 может быть выбрана из выпадающего меню. Поэкспериментируйте с частотами волны 2 и посмотрите на характеристики, получающиеся в результате интерференции.

Последним физическим явлением, имеющим отношение к миру музыки, являются биения. Биения – это периодические и повторяющиеся звуковые колебания, возникающие тогда, когда две звуковые волны с очень похожими частотами интерферируют друг с другом.

Диаграмма ниже показывает характеристику, получившуюся в результате интерференции двух волн (синей и красной) с очень похожими частотами. Характеристика биений выглядит как волна, амплитуда которой каждый раз изменяется на постоянную величину. Заметьте, что характеристика биений (нарисована зеленым) постоянно колеблется от амплитуды равной нулю до больших амплитуд и обратно. Точки усиливающей интерференции (C.I.) и ослабляющей интерференции (D.I.) помечены на диаграмме.

Когда между двумя гребнями или впадинами возникает усиливающая интерференция, слышится громкий звук. Эта точка соответствует пику характеристики биения. Когда между гребнем и впадиной возникает ослабляющая интерференция, звук не слышен; эти зоны соответствуют точкам с нулевым смещением на графике биения. Поскольку амплитуда волны и громкость – это две связанные характеристики, то это биение будет похоже на волну, громкость которой изменяется на равную величину с течением времени.

Частота биения

Частота биения означает скорость, с которой слышимый звук изменяется от самого громкого до самого тихого. Например, если два полных цикла громкого и тихого звуков слышатся каждую секунду, то частота биения составляет 2 Гц. Частота биения всегда равна разнице частот двух волн, интерференция которых привела к возникновению биения, поэтому, если одновременно воспроизвести звуковые волны с частотами 256 Гц и 254 Гц, то частота биения составит 2 Гц.

Классический физический опыт включает в себя создание биений с помощью двух камертонов с похожими частотами. Если зубец одного из двух одинаковых камертонов обернуть резинкой, то это уменьшит его частоту колебаний. Теперь, если заставить оба камертона [с резинкой и без] вибрировать, то они будут производить звук с немного отличными частотами. При интерференции этих звуков будут слышны заметные биения. Человеческое ухо способно расслышать биения с частотой от 7 Гц и ниже.

Настройщики музыкальных инструментов часто используют явление биений, чтобы настроить, например, струну пианино. Настройщик дергает струну и одновременно ударяет по камертону. Если два источника – струна пианино и камертон – воссоздадут заметные биения, то их частоты не идентичны.

Настройщик регулирует натяжение струны и повторяет процесс, пока биения не пропадут. По мере приближения частоты колебаний струны к частоте колебаний камертона, частота биений уменьшается, пока не достигает 0 Гц. Если биения более не слышны – это означает, что струна пианино настроена. В ходе этого процесса настройщик сравнивает частоты колебаний струн пианино с частотами колебаний стандартного набора камертонов.

Этот виджет позволит вам исследовать эффект интерференции двух волн в момент возникновения биения. Частота первой волны постоянна и равна 50 Гц. Вы можете выбрать частоту второй волны с помощью выпадающего меню. Как разница частот двух волн влияет на характеристику биения?

Важное замечание: Многие диаграммы на этой странице представляют звуковую волну в виде гармонических колебаний. Некоторые из вас могут решить, что на картинках изображена поперечная волна. Звук – не поперечная волна, а продольная, однако изменение давления с течением времени напоминает синусоидальную волну, поэтому она часто используется для представления звуковых волн.

Проверьте себя

Два динамика в комнате распространяют звуковые волны одинаковой частоты. В результате получилась следующая интерференционная картина (на картинке). Толстые линии на диаграмме изображают волновые пики, а тонкие – впадины. Используйте диаграмму, чтобы ответить на следующие два вопроса:

1. В каких из отмеченных точек возникнет усиливающая интерференция?

Окружающий мир 1 класс 2 часть Почему звенит звонок? стр. 38 – 39

Окружающий мир

1. Вспомните, какими звуками наполнен окружающий мир. Прислушайтесь. Какие звуки вы слышите вокруг себя? Подумайте, какую роль играют звуки в нашей жизни.

Из учебника «Окружающий мир» первоклассник узнаёт о том, почему звенит звонок.

Окружающий нас мир весь наполнен разными звуками, тихими и громкими.

Мы разговариваем, топаем, стучим, слышим шелест и скрип, визг и мычание.

Не будь звуков, мы бы намного хуже знали окружающий мир, потому что именно они наполняют этот мир образами, делают его более понятным, доступным для изучения.

2. Рассмотрите рисунок. Какие звуки издают эти предметы и живые существа?

Трамвай гудит, часы тикают, дятел стучит, будильник звенит, соловей поёт, колокольчик трезвонит, конь топает копытами, мухи жужжат, комар пищит, собака лает, лев рычит, заяц барабанит.

3. Практическая работа. По заданиям рабочей тетради изучите возникновение и распространение звуков.

Неподвижная резинка не издаёт ничего.

Но если её растянуть и отпустить, раздаётся громкий звук.

Барабан и палочки сами по себе хранят тишину.

Но если палочкой ударить по барабану появляется раскатистый и звонкий звук.

Вывод: звук возникает, если какой-то предмет начинает колебаться, дрожать. Он распространяется по воздуху.

Цель практической работы достигнута, найден ответ на поставленный вопрос.

4. Кому из вас приходилось слышать эхо? Как оно возникает?

Эхо возникает, когда звуковая волна отражается от какого-то препятствия и возвращается назад.

5. Муравей Вопросик нарисовал забавное су­щество — Ушастика. Сочините о нём сказку.

Сказка про Ушастика для 1 класса

Жил да был Ушастик.

Был он маленьким, шерстяным, но с очень большими ушами.

Из-за этих ушей Ушастик слышал всё, что происходило вокруг.

И однажды это его умение всё слышать очень пригодилось Ушастику.

Он шёл по дороге и вдруг услышал чей-то жалобный писк: «Помогите!»

Ушастик обернулся, но никого не увидел.

Однако крик о помощи всё ещё звучал.

Тогда Ушастик спросил: «Где вы? Кто просит о помощи?»

И услышал в ответ: «Я росток, я никак не могу пробить комок сухой земли. Помоги мне!»

И Ушастик заметил, что прямо под его ногами земля вспучилась, как будто что-то распирало её изнутри.

Ушастик поковырял землю кончиком зонтика, который всегда носил с собой, и вдруг из-под комка показался зелёный росток.

Он быстро пошёл в рост и скоро перед удивлённым Ушастиком распустился прекрасный цветок.

«Спасибо тебе, ушастый друг!» — сказал цветок и улыбнулся.

И Ушастик тоже улыбнулся, потому что очень любил заводить новых друзей и помогать им.

Домашнее задание

1. Как возникают звуки?

Они возникают из-за колебания и дрожания самых разных предметов. Любой предмет может их издавать.

2. Как распространяются звуки?

Они распространяются особой волной по воздуху. Если воздуха нет, они не распространяются.

3. Как нужно беречь уши?

Уши надо регулярно чистить ватной палочкой и нельзя в них ковырять острыми предметами.

Следует избегать громких и резких звуков.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *