Довжина і швидкість хвиль

Хвилі в середовищі

Звукові хвилі

Акустичний резонанс

Музикальні звуки і шуми

Гучність і висота звуку

Ультразвук

Інфразвук

2

Механічні хвилі та їх поширення

Хвиля – процес поширення коливань у просторі з часом без переносу речовини

Механічна хвиля – процес поширення механічних коливань…

Відбувається переміщення певного стану коливального середовища

Збудження передаються від джерела сусіднім ділянкам середовища

Поступово поширюються у всі боки

3

Причини виникнення механічних хвиль В газах, твердих тілах і всередині рідин механічні хвилі виникають завдяки силам пружності, а на поверхні води – силі тяжіння і силі поверхневого натягу.

Ці сили здійснюють зв’язок між окремими частинами тіл.

Хвилі будь-якої природи поширюються з кінцевою

швидкістю

4

Довжина і швидкість хвиліλ

ѵ = — - швидкість хвилі

T

λ – довжина хвилі

«лямбда»

ѵ = λ·ν;

1

ν = — - частота

T

5

Поширення хвиль

Напрямок

коливання

напрямок

поширення хвилі

Напрямок коливання

напрямок

поширення хвилі

6

7

Хвиля на поверхні рідини Коливання мас в сітці

моделюють рух молекул в хвилі на поверхні рідини

Кожна маса рухається по колу

Радіус кола зменшується з відстанню від поверхні

Маси знизу сітки знаходяться в стані спокою

8

Хвиля на поверхні рідини

Течії хвилі не виникає : переміщується лише форма її поверхні

Хвиля на поверхні рідини не буде ні поперечною ні поздовжньою

Червона кулька, яка моделює молекулу на поверхні рідини, здійснює колові рухи

9

10

Пружні хвилі• Якщо взаємозв'язок між

частинками здійснюється силами пружності, що виникають внаслідок деформації середовища при передачі коливань від одних частинок до інших, то хвилі називаються пружними

• Звукові (акустичні)

• Ультразвукові

• Сейсмічні (інфразвукові)

11

ЗВУК. Акустика – наука, в якій

як аукнеться, так і відгукнеться

Відчуття звуку виникає завдяки механічним коливанням барабанної перетинки вуха. Ці коливання збуджуються акустичною хвилею, яка поширюється від джерела звуку до вуха. Вухо людини сприймає лише коливання в частотному діапазоні: 20 Гц - 20 000Гц

Гучномовець: змінний струм збуджує коливання дифузора

Повітря біля дифузора змінно то стискається то розріджується

Області з надлишковим тиском поширюються в просторі у вигляді акустичних хвиль

Коли така хвиля досягає вуха, вона викликає коливання барабанної перетинки і ми чуємо звук

Коливання відбуваються в напрямку поширення хвилі – акустична хвиля типовий приклад поздовжньої хвилі

12

Будова вуха людини

13

Звукові хвилі - невидимі Годинник на м'якій подушці

під скляним ковпаком

Тікання стає тихішим

Відкачаємо повітря – тікання годинника не чутно

Повітря немає – немає звукових хвиль

У вакуумі звукові хвилі не поширюються

Для поширення звукових хвиль потрібне середовище

14

Джерело звуку – тіло, що коливається

Фізичний прилад – КАМЕРТОН

Металічна “ рогатка ”, що закріплена на ящичку без однієї стінки

Якщо молоточком ударити по “ножкам” камертона , то він буде видавати звук

Від удару – коливаються “ножки”

Музикальний тон

15

Коливання “ножок” камертона

Кулька вільно висить на нитці

Камертон “зазвучав”

При дотиканні кулька миттєво відскакує від камертона в сторону

Нібито сильний поштовх

Частота коливання такого камертона 440Гц

16

Акустичний резонанс

Розташовуємо камертони один до одного відкритими частинами

По одному з них б'ємо молоточком

Через 5-10 секунд заглушимо його рукою

Але тепер звучить другий камертон

Пояснення: під час удару була передана камертону певна кількість механічної енергії, а він починає її випромінювати в оточуючий простір у вигляді звукових хвиль. Хвилі попадають в резонатор другого камертона і збуджують в ньому вимушені коливання тієї ж частоти. Через 5-10 секунд звукові хвилі від першого камертона принесуть достатню кількість енергії, щоб звук став досить гучним.

Латинське слово “резоно” -відгукуюсь

17

РОЗГЛЯНЕМО НА ПРИКЛАДАХ ХВИЛЬ НА ПОВЕРХНІ РІДИНИ

18

Морські хвиліСтатистика розмірів морських

хвиль:

На Чорному і Каспійському морях довжина хвиль досягає 60 м, висота 6 - 7 м

На Середземному морі довжина хвилі досягає 250 м, висота 9 м

У відкритому океані можна зустріти хвилі довжиною півкілометра і висотою 12 - 15 м

Раз на 3 роки в океані зустрічаються хвилі висотою більше 20 м

Розміри хвиль залежать від швидкості і сили вітру

19

Дев'ятий вал На флоті прийнято виміряти

силу вітру в балах по шкалі Бофорта:

0 балів – повний штиль

12 балів - ураган

Найбільшій силі вітру –

в 12 балів (шв.вітру

досягає 30м/с)

Відповідає хвиля моря –

9 балів

Дослідники вважають, що легендарний “Дев'ятий вал” був названий відповідно до цих міркувань

20

Цунамі -реальність

“ Заграв Садко на гуслах задорно, весело. Гості за столом не могли всидіти, вискочили з-за столів і в пляс пішли. І так розтанцювались, що на морі-океані велика буря здійнялася. І багато в ту ніч кораблів загинуло. Жах скільки людей потонуло .”

Танці гостей у підводному царстві можна порівняти з підводним землетрусом

Струси на дні передались на поверхню моря і викликали появу цунамі

21

Цунамі Передача землетрусу від дна до

поверхні моря

Попередити появу цунамі допомагають інші хвилі –сейсмічні, що виникають одночасно зі страшною хвилею,

але розповсюджуються в земній корі і мають набагато більшу швидкість поширення

Швидкість до 800 км/год

При наближенні до берега за рахунок гальмування по дну сильно зменшується швидкість і довжина хвилі

і починає стрімко збільшуватись висота цунамі

Може досягати 30 метрів

Перед появою хвиль-вбивць починається несподіваний на березі відплив

22

Сила цунамі Сто років тому на Тихоокеанському

узбережжі Америки цунамі підняла цілий пароплав, що стояв в гавані на якорі, перенесла його через портове місто і м'яко опустила далеко на суші. Команда не покинула свій корабель і розбила город навколо пароплава

З допомогою сейсмічних хвиль учені навчились визначати напрямок небезпеки

З допомогою розрахунків визначають як поведе себе цунамі при виході на берег, і виділяють ті місця узбережжя, де “ велика хвиля ” найнебезпечніша

23

АКУСТИЧНОЇ ХВИЛІ

В

пружних середовищах

24

Ударна хвиля У таблиці показані значення швидкості поширення звуку в різних середовищах

Ці значення при певних температурах коливаються в межах:

Скачок потовщення

Поширюється із надзвуковою швидкістю тонка область, в якій відбувається різке збільшення густини, тиску і швидкості речовини

Виникають при вибухах, детонаціях, надзвукових рухах тіл, потужних електричних розрядах

Речовина Швидкість, м/с

Вода 1407-1484

Повітря 330 -343

Метали 4560- 6320

25

Швидкість звуку в газах Швидкість поширення звукових

хвиль в різних середовищах неоднакова

Найповільніше звукова хвиля іде в газах

Грім сильно запізнюється після спалаху блискавки

Якщо гроза дуже далеко від нас, то рокіт грому можна почути навіть через 10-20 секунд після спалаху блискавки

26

М.І.Авілов

“Поєдинок Пересвєта з Челубєєм”

К.Васильєв

В.І.Васнєцов

27

Д.Донський перед Куліковською битвою, приклавши вухо до землі, почув тупіт копит кінниці ворога, коли ще її не було видно

Луна“Луна і Нарцис”

Дж.У. Уотерхаус, холст, 1880 р.

Грецька міфологія

Німфа, з ім'ям якої пов'язували походження луни

Німфа Луна була покарана Герою за язикатість і вміла вимовляти тільки закінчення слів, не знаючи їх початку

Овідій: історія закоханої без відповіді в Нарциса Луни, яка розтанула від кохання, але зберегла голос, що постійно звучав відлунням чужих слів

28

музичний звук і шумамплітуда

частота

29

Гучність звукуСонометр – прилад для вимірювання гучності

1 дБ – одиниця вимірювання гучності в СІ

Шелестіння листя – 10 дБ

Робочий офіс – 60 дБ

Вуличний шум – 70 дБ

Рок-концерт – 110 дБ

Зліт реактивного літака – 130 дБ

Александер Грейам Белл

30

Надмірний шум - шкідливий

Довготривала дія шуму допомагає розвитку виразок та інфекційних хвороб

Під постійними різкими ударами звукових хвиль барабанна перетинка коливається з великою амплітудою. Через невеликий час вона втрачає свою еластичність, слух притупляється

Через орган слуху шум діє на центральну нервову систему і викликає різні порушення :

Фізіологічні (підвищений тиск, посилене серцебиття)

Психічні (послаблення уваги, нервовість)

31

Шум моря“Ватсон, послухаєте шум моря? “ - спитав Холмс, виймаючи з коробки морську мушлю. Ватсон притулив мушлю до вуха.

“ Звідки береться цей шум?” - подумав Ватсон

Оточуючі звуки, в тому числі і легкий вітерець поблизу гирла мушлі, збуджують резонансні коливання в об'ємі повітря в її середині

Збудження і затухання цих коливань створює у слухача ілюзію звуків морського прибою

32

Звук колон

В Єгипті на сході сонця звучать колони (залишки Карнакського храму)

В Австралії – Пустиня Грішників. З піску виглядають тисячі незвичайних скал з каменю, які можна прийняти за натовп людей. Під час пісчаної бурі поширюються звуки, що нагадують страшенний рев демонів, які вирвались з Аду

33

Про що співають дюни?

Хто чув спів дюн на вітру, порівнюють його густий бас із звуками органу

Це явище викликається коливаннями маси кварцових частинок

Морський пісок відгукується низькочастотним звуком в діапазоні від 20 до 45 Гц

Дослідження в області теорії поширення сейсмічних хвиль

34

Застосування досліджень співу дюн

По частоті звукових коливань можна розрізнити типи грунтів на глибині 5 м

Визначити межу міцності їх структур

Прогнозувати оповзні

Визначити сейсмічно небезпечні навантаження

Методика може застосовуватись в прибережних зонах, пустелях і під водою

35

Звуки каміння Південноамериканські індійці

вважали,що душі померлих предків поселяються в скелях, і там можна почути їх стони

Там побував учений О.Гумбольдт

Він знайшов велику кількість вузьких і глибоких тріщин, стінки яких були покриті тоненькими листочками слюди

“Стони “ видавали ці листочки слюди

36

Графік звукової хвилі співака

Графік гармонічних коливань – синусоїда

Чистий тон – камертон (різні розміри)

Високий тон (свист); низький тон (барабан)

На малюнку представлені графіки коливань повітря біля роту людини, яка співає звуки “А” і “О”

Коливання повітря і голосових зв’язок людини –складне коливання (тембр, обертони)

37

Оперний співак Має можливість розбити

великий винний бокал, заспівавши дуже голосно певну високу ноту

Бокал має резонансні частоти

При співі на протязі декількох секунд на цій частоті коливання бокала можуть посилитись до такої межі, що скло лусне

Це відбудеться при акустичному резонансі

Найбільш чутливе вухо людини до акустичних хвиль частотою 3 500 Гц

38

39

1

• Довжина хвилі

• Швидкість хвилі

2

• Поперечні хвилі

• Поздовжні хвилі

3

• Енергія хвилі

• Луна

Ультразвук

Акустичні хвилі

16-20000 Гц

Інфразвук

40

Механічні хвилі

Навіщо людині два вуха? Біофізика – наука, що вивчає дію фізичних

факторів на живі організми. З неї виросла медицинська біофізика. Виникла наука біоніка, що вивчає можливість застосування біологічних закономірностей в техніці

Біоенергетика

Біомеханіка

Наявність у людини парного слухового органу створює можливість визначати напрямок, в якому знаходиться від нього джерело звуку, тобто створює бінауральний (двувушний) ефект

41

Ехолокація.

Коли на шляху ультразвуку трапляється риба, вона також відображається на екрані

На судах встановлюють ультразвукові випромінювачі, що періодично посилають імпульси у напрямі дна. Відбиті коливання приймаються і на екрані комп'ютера з'являється рельєф дна.

42

Ехолот – прилад для вимірювання глибини морів, океанів або пошуку різних предметів під водою

Формує вузькі ультразвукові пучки, подібні до світлових, що дають можливість визначити відстань до об'єкта і напрям на нього

Екран комп'ютера ехолота

43

Цікава біофізика Летюча миша створює

ультразвуки, а потім приймає луну, що відбивається від перешкод

Вона точно визначає відстань до комах, за якими полює, і впевнено, не стикаючись з деревами, літає в густому лісі

Випромінює звуки до 50 кГц. Така частота лежить далеко за межами частот, що відчуває людина

44

Ультразвукова локація

Миша робить до 30 ультразвукових посилань в 1 с, тривалістю 1 мс кожна

За 1 мс звук проходить біля 0,34 м, отже, летюча миша може відчути перешкоду на відстані 0,17 м і далі 45

Дельфін і ехолокація

Дельфін володіє неперевершеним звуколокаційним апаратом

Локаційні випромінення на частоті 750-800 кГц

Має властивість відрізняти сигнали відбиті рибами, від всіх інших сигналів

Може відчути кинуту у воду дробинку на відстані 20 – 30 метрів

У Новій Зеландії дельфін виконував обов'язки лоцмана протягом 30 років

46

Кашалот і ехолокація Має гарний звуковий

ехолокатор: в надчерепному просторі є повітряні мішки, розділені тонкими перетинками

Стискуючи особливі м'язи, кит перекачує повітря з одного мішка в інший, вимушуючи коливатись перетинку з ультразвуковою частотою

Відбиті сигнали допомагають знаходити здобич на глибині до 2 км

47

Ультразвуковий пістолет Деякі розумники

застосовували на скачках в Англії проти коня-фафорита гостро напрямлений ультразвук, який полохливо діє на тварину

Прилад було сконструйовано у вигляді глядацького бінокля

48

Ультразвуковий свищик Собаки чують ультразвук, тому

їм можна подавати нечутні для людей команди за допомогою спеціальних свищиків

Дресирування

49

Чи свистить рак на горі? Напередодні різких погодних змін

ракоподібні намагаються вилізти на будь-яке підвищення і видають простягнутий свистячий звук –пищать на частоті 20 000 Гц

Це межа чуттєвості людського вуха

Завдяки цьому звуку ракоподібні руйнують отруйний білок, що утворився перед природною аномалією в їхньому організмі

50

Інфразвуки у світі живої природи

Під час шторму тертя хвиль по повітрю породжує інфразвуки з частотою 8 – 13 Гц, які з великою швидкістю поширюється по воді

Ці звуки, недоступні людському вуху, сприймають найпростіші морські тварини – медузи

51

Медузи Медузи за багато

годин відчувають наближення шторму.

52

53

Механічні хвилі

Шкода

Руйнування

Забобони

Прикладне

значення

Користь

54

Завдання додому §§ 10-12- прочитати

Вивчити означення

Вивчити формули

Ознайомитись з матеріалом на сайті

Творче завдання : підготувати доповіді, реферати , плакати:

Про практичне застосування інфразвуку та ультразвуку в природі, техніці, медицині і т.д.

Про тембр звуку (обертони)

55

Презентацію виконала

Вчитель вищої категорії

КОВАЛЬ СВІТЛАНА СЕРГІЇВНА

СЗШ № 25

Шевченківський

район56