Звук играет важную роль в нашей жизни. Ухо, являющееся одним из наших органов чувств, дает нам возможность слышать окружающий мир. Звук жизненно важен для обмена информацией, создания искусства, взаимодействия с людьми, регулирования рабочего графика и многих других бесчисленных аспектов жизни.
Давайте разберемся:
Возьмите резинку и оберните ею длинную сторону пенала. Вставьте два карандаша между коробкой и натянутой резинкой. Теперь потяните резинку где-нибудь посередине. Что вы наблюдаете?
Когда туго натянутую ленту выдергивают, она вибрирует и издает звук . Когда он перестает вибрировать, он не издает звука. Возвратно-поступательное движение объекта называется вибрацией.
У людей звук производится голосовым ящиком или гортани . Положите пальцы на горло и найдите твердую шишку, которая, кажется, шевелится, когда вы глотаете. Эта часть тела известна как голосовой ящик. Две голосовые связки протянуты через голосовой ящик таким образом, что между ними остается узкая щель для прохода воздуха. Когда легкие выталкивают воздух через щель, голосовые связки вибрируют, производя звук. Мышцы, прикрепленные к голосовым связкам, могут ослаблять или ослаблять связки.
Почему голоса мужчин, женщин и детей разные?
Это потому, что голосовые связки у мужчин имеют длину около 20 мм. У женщин они примерно на 5 мм короче. У детей очень короткие голосовые связки.
Мы слышим звук ушами. По форме внешняя часть уха похожа на воронку. Когда звук проникает в наши уши, он проходит по каналу, на конце которого находится тонкая, плотно растянутая мембрана, называемая барабанной перепонкой. Звуковые колебания вызывают вибрацию барабанной перепонки. Барабанная перепонка посылает вибрации во внутреннее ухо, которое посылает сигнал в мозг, и именно так мы слышим.
Звук нуждается в среде для своего распространения. Он не может путешествовать в вакууме. Это причина, по которой два астронавта не слышат друг друга в космосе или на Луне, где нет атмосферы. Звук может распространяться в твердых телах, жидкостях и газах. Его скорость больше в твердом теле, меньше в жидкостях и еще меньше в газах. Например, скорость звука в железе составляет около 5000 м / с, в воде - почти 1500 м / с, а в воздухе - почти 330 м / с. Что из этого следует? Это означает, что чем ближе лежат частицы, тем быстрее может распространяться звук.
Давайте посмотрим, как звук распространяется в среде.
Представьте, что вы слушаете музыку через динамик. Как звук из динамика достигает вашего уха? Звук - это форма энергии, которой для перемещения необходим материал. Звук распространяется как волна или возмущение частиц воздуха. Когда играет музыка, динамик вибрирует. Когда музыка выключена, слои воздуха неподвижны, но когда динамик включен, вибрация нарушает эти слои воздуха. Частицы не переходят от вибрирующего объекта к уху. Частица среды, контактирующая с вибрирующим объектом, сначала смещается из положения равновесия. Затем он воздействует на соседнюю частицу. В результате соседняя частица смещается из своего положения покоя. После смещения соседней частицы первая частица возвращается в исходное положение. Этот процесс продолжается в среде до тех пор, пока звук не достигнет вашего уха. Это то, что происходит при распространении звука в среде, поэтому звук можно визуализировать как волну.
Когда вибрирующий объект движется вперед, он толкает и сжимает воздух перед собой, создавая область высокого давления. Эта область называется сжатием (C). Это сжатие начинает отдаляться от вибрирующего объекта. Когда вибрирующий объект движется назад, он создает область низкого давления, называемую разрежением (R) . Поскольку объект быстро движется вперед и назад, в воздухе создается серия сжатий и разрежений. Они создают звуковую волну, которая распространяется через среду. Сжатие - это область высокого давления, а разрежение - это область низкого давления. Давление связано с количеством частиц среды в данном объеме. Одно полное движение вперед и назад образует одно сжатие и одно разрежение, которые вместе составляют одну волну. Эта волна, в которой частицы среды колеблются вокруг своего среднего положения в направлении распространения звука, называется продольной волной.
Некоторые термины, относящиеся к волне:
1) Амплитуда: максимальное смещение частицы среды по обе стороны от ее среднего положения называется амплитудой волны. Он обозначается буквой а, а его единицей в системе СИ является метр.
2) Период времени: время, необходимое частице среды для завершения вибрации, называется периодом времени волны. Он обозначается буквой T, а его единица СИ - секунда.
3) Частота: количество колебаний, совершаемых частицей среды за одну секунду, называется частотой волны. Он обозначается буквой f, а его единицей СИ является секунда -1 или герц (Гц).
Во Времени T количество волн = 1, следовательно, за 1 секунду количество волн или частоты равно
\(f = \frac{1}{T}\)
4) Длина волны: расстояние, пройденное волной за один период колебаний частицы среды, называется ее длиной волны и обозначается символом λ. Его единица СИ - метр. В продольной волне расстояние между двумя последовательными сжатиями или двумя последовательными разрежениями равно одной длине волны.
Звуки с частотой менее 20 колебаний в секунду (20 Гц) не могут быть обнаружены человеческим ухом. Такие звуки называются неслышными. С другой стороны, звуки с частотами выше примерно 20000 полуколебаний в секунду (20 кГц) также не слышны человеческому уху. Таким образом, для человеческого уха диапазон слышимых частот составляет примерно от 20 до 20 000 Гц. Некоторые животные, например собаки, могут слышать звуки с частотой выше 20 000 Гц.
Создадим собственный струнный телефон.
Необходимый материал: 2 бумажных стаканчика, веревка около 2 футов, гвоздь, чтобы проделать отверстие в бумажных стаканчиках.
1. С помощью гвоздя проделайте небольшое отверстие в дне каждого бумажного стаканчика.
2. Протяните шнурок через чашку и завяжите узел. Используйте длинную веревку, чтобы звук распространялся дальше
3. Один человек может поднести телефон к уху, а другой может говорить в другую чашку. Держите струну туго натянутой, иначе звуковые волны будут двигаться неправильно.
Как это работает?
Звуковые волны создаются, когда звуки вызывают колебания в воздухе. В этом упражнении ваш голос вызывает вибрацию воздуха внутри чашки, которая затем передается на дно чашки. Дно чашки передает звуковые волны к струне и так далее к другой чашке.
