Звук відіграє важливу роль у нашому житті. Вухо, як один з наших органів чуття, дає нам можливість чути навколишній світ. Звук життєво важливий для обміну інформацією, створення мистецтва, взаємодії з людьми, регулювання робочого графіка та багатьох інших незліченних аспектів життя.
Давайте зрозуміти:
Візьміть гумку і покладіть її навколо довшої сторони пенала. Вставте два олівці між коробкою і натягнутою гумкою. Тепер вирвіть гумку десь посередині. Що ви спостерігаєте?
Коли щільно натягнутий ремінець вищипується, він вібрує та видає звук . Коли він перестає вібрувати, він не видає звуку. Рух об’єкта туди-сюди, або вперед-назад, називається вібрацією.
У людини звук виробляється голосовою системою або гортанню . Покладіть пальці на горло і знайдіть тверду шишку, яка ніби рухається, коли ви ковтаєте. Ця частина тіла відома як голосовий апарат. Дві голосові зв’язки натягнуті через голосову коробку таким чином, що між ними залишається вузька щілина для проходження повітря. Коли легені проганяють повітря через щілину, голосові зв’язки вібрують, створюючи звук. М’язи, прикріплені до голосових зв’язок, можуть натягувати чи розслабляти зв’язки.
Чому голоси чоловіків, жінок і дітей відрізняються?
Це пояснюється тим, що довжина голосових зв’язок у чоловіків становить близько 20 мм. У жінок вони приблизно на 5 мм коротші. У дітей дуже короткі голосові зв'язки.
Ми чуємо звук через вуха. Форма зовнішньої частини вуха нагадує воронку. Коли звук потрапляє в наші вуха, він рухається по каналу, на кінці якого знаходиться тонка щільно натягнута мембрана, яка називається барабанною перетинкою. Звукові коливання змушують вібрувати барабанну перетинку. Барабанна перетинка посилає вібрацію у внутрішнє вухо, яке надсилає сигнал у мозок, і саме так ми чуємо.
Звук потребує середовища для свого поширення. Він не може подорожувати у вакуумі. Це причина, чому два астронавти не чують один одного в космосі або на Місяці, де немає атмосфери. Звук може поширюватися в твердих тілах, рідинах і газах. Його швидкість більша в твердих речовинах, менша в рідинах і ще менша в газах. Наприклад, швидкість звуку в чавуні становить близько 5000 м/с, у воді — близько 1500 м/с, а в повітрі — близько 330 м/с. Що це означає? Це означає, що чим ближче розташовані частинки, тим швидше поширюється звук.
Давайте подивимося, як звук поширюється в середовищі.
Уявіть, що ви слухаєте музику через динамік. Як звук з динаміка доходить до вуха? Звук — це форма енергії, для переміщення якої потрібен матеріал. Звук поширюється як хвиля або збурення частинок повітря. Коли грає музика, динамік вібрує. Коли музика вимкнена, шари повітря нерухомі, але коли динамік увімкнено, вібрація порушує ці шари повітря. Частинки не переміщуються від вібруючого об’єкта до вуха. Частинка середовища, яка контактує з коливальним об'єктом, спочатку зміщується з положення рівноваги. Потім він діє на сусідню частинку. В результаті чого сусідня частинка зміщується з положення спокою. Після зміщення сусідньої частинки перша частинка повертається у вихідне положення. Цей процес триває в середовищі, доки звук не досягне вашого вуха. Це те, що відбувається під час поширення звуку в середовищі, тому звук можна візуалізувати як хвилю.
Коли вібруючий об'єкт рухається вперед, він штовхає і стискає повітря перед собою, створюючи область високого тиску. Ця область називається стисненням (C). Це стиснення починає віддалятися від вібруючого об’єкта. Коли вібруючий об’єкт рухається назад, він створює область низького тиску, яка називається розрідженням (R) . Коли об’єкт швидко рухається вперед і назад, у повітрі створюється серія стиснень і розріджень. Вони створюють звукову хвилю, яка поширюється середовищем. Стиснення — це область високого тиску, а розрідження — область низького тиску. Тиск пов'язаний з кількістю частинок середовища в даному об'ємі. Один повний рух вперед і назад утворює одне стиснення і одне розрідження, які разом складають одну хвилю. Ця хвиля, в якій частинки середовища коливаються навколо свого середнього положення в напрямку поширення звуку, називається поздовжньою хвилею.
Деякі терміни, пов'язані з хвилею:
1) Амплітуда: максимальне зміщення частинки середовища по обидва боки від її середнього положення називається амплітудою хвилі. Він позначається літерою а, а його одиницею СІ є метр.
2) Період часу: час, який потрібен частинці середовища для повної вібрації, називається періодом часу хвилі. Він позначається літерою Т, а його одиниця СІ є другою.
3) Частота: кількість коливань, здійснених частинкою середовища за одну секунду, називається частотою хвилі. Він позначається літерою f, а його одиницею СІ є секунда -1 або герц (Гц).
За час T кількість хвиль = 1, тому в 1 секунді кількість хвиль або частота дорівнює
\(f = \frac{1}{T}\)
4) Довжина хвилі: відстань, яку проходить хвиля за один проміжок часу коливання частинки середовища, називається її довжиною хвилі і позначається символом λ. Його одиницею СІ є метр. У поздовжній хвилі відстань між двома послідовними стисненнями або двома послідовними розрідженнями дорівнює одній довжині хвилі.
Звуки з частотою менше приблизно 20 вібрацій на секунду (20 Гц) не можуть бути виявлені людським вухом. Такі звуки називають нечутними. З іншого боку, звуки з частотою вище приблизно 20 000 вібрацій на секунду (20 кГц) також не чутні для людського вуха. Таким чином, для людського вуха діапазон чутних частот становить приблизно від 20 до 20 000 Гц. Деякі тварини, наприклад собаки, можуть чути звуки з частотою вище 20 000 Гц.
Давайте створимо свій власний струнний телефон.
Необхідний матеріал: 2 паперових стаканчика, шматок мотузки навколо 2 футів, цвях, щоб зробити отвір у паперових стаканчиках
1. Використовуйте цвях, щоб зробити маленький отвір у дні кожного паперового стаканчика
2. Протягніть шнурок через чашку і зав'яжіть вузол. Використовуйте довгу струну, щоб звук поширився далі
3. Одна людина може піднести телефон до вуха, а інша може говорити в іншу чашку. Тримайте шнур натягнутим, інакше звукові хвилі поширюватимуться неправильно.
Як це працює?
Звукові хвилі утворюються, коли звуки викликають коливання повітря. Під час цієї дії ваш голос вібрує повітря всередині чашки, яке потім переноситься на дно чашки. Дно чашки пропускає звукові хвилі до струни, і так далі до іншої чашки.
