Исследование учащихся Шум с физической точки зрения

Материал из Saratov FIO Wiki
Перейти к: навигация, поиск


Автор(ы) исследования

учащиеся 10 класса

Тема исследования

Шум с физической точки зрения

Рекомендуемые (учителем) ресурсы

  1. Журнал “Физика в школе”
  2. Кимбар Б.А. и др. Физика в живой природе.
  3. Руденко (составитель) Школьникам о современной физике.
  4. Тарасов А.В. Физика в природе.
  5. http://elkin52.narod.ru/test/telefon.htm
  6. Учебник по физике за 9 класс

Гипотеза исследования

Шум и его отсутствие оказывают огромное влияние на происходящее вокруг, но далеко не всегда являются очевидными причинами многих происшествий.

Цели и задачи исследования

  • Показать актуальность рассматриваемого вопроса.
  • Выявить различие шума и музыки с точки зрения физики.

План исследовательской работы

  • Изучить шум с точки зрения физики: причины возникновения, единицы его изменения, диапазон восприятия человека.
  • Предложить разгадку некоторых мифов и тайн, основываясь на собранный о шуме материал.

Результаты исследования

Человек живет в мире звуков. Звук – это то, что мы слышим: голоса людей, пение птиц, звуки музыкальных инструментов, гром во время грозы, шум леса и шумы вообще. Звучат работающие машины, движущийся транспорт. Все колеблющиеся тела – источники звука. Во время звучания “увеличивается” толщина струны, вследствие ее колебания.

( Демонстрация колебаний струны гитары).

Колеблется также и воздушный столб у органной трубы.

В воздухе звуковая волна является продольной, т.к. в газе только такие волны и возможны. Для возникновения звуковой волны, необходимо, чтобы колебания имели определенную частоту.

(Демонстрация камертоном звуков – ля и ре).

Камертон – прибор для настройки музыкальных инструментов. Если мы размахиваем руками, то создается волна, но звук мы не слышим, потому что для возникновения звука нужно размахивать руками с частотой более 20 раз в секунду. Звук может распространяться в твердой и жидкой средах. Колебания частиц в жидкостях вызываются силами упругости при сжатии и расширении жидкости. В твердых телах звуковые волны могут быть и поперечными, т.к. в твердых телах наблюдают деформации сдвига и сжатия с растяжением.

Звук имеет определенную скорость. В жидких и твердых телах скорость звука больше, чем в газах.

Скорость звука впервые была измерена в 1827 г. на Женевском озере в Швейцарии. В одной лодке поджигали порох и одновременно ударяли в подводный колокол. Ругая лодка находилась на расстоянии 14 км от первой, на ней улавливали звук с помощью подводного рупора. По разности времени между вспышками света и приходом звукового сигнала определили скорость звука.

Звуки отличаются друг от друга тоном. Тон – это частота колебаний в звуковой волне. Звук характеризуется также и громкостью. Громкость звука зависит от амплитуды колебаний. Единицей громкости является децибел (дБ). Вот примеры интенсивности распространенных звуков дБ

  1. Шелест листвы 10-40
  2. Шепот Около 30
  3. Тиканье будильника в 1м от уха 25-35
  4. Дыхание спящего человека Около 25
  5. Обычный разговор 50-60
  6. Санитарная норма для жилой зоны 45-60
  7. Громкий разговор Около 75
  8. Пылесосы 75
  9. Детский плач 80
  10. Автомобильный гудок Около 105
  11. Железная дорога 85-100
  12. Реактивный самолет на расстоянии 50-100м 120-130

Ощущение звука вызывается звуковыми волнами, достигающими органа слуха – уха.

(Об устройстве уха подробнее расскажут биологи.)

Человеческое ухо слышит звук, когда на слуховой аппарат действуют механические колебания с частотой от 16 до 20 КГц.

Ниже располагается область инфразвука, выше - ультразвуковых колебаний. Шум глушит и угнетает, действует на нервную систему, порой рвет барабанные перепонки. Но нечто более страшное происходит за порогом "тишины"...

(Рассказ медиков о последствиях).

(Сообщение учащихся:

  • Применение ультразвука в народном хозяйстве.
  • Применение ультразвука в медицине. )

Звуки, издаваемые камертоном или гармонически колеблющимися телами называются музыкальными. При увеличении амплитуды колебаний в звуковой волне увеличивается амплитуда колебаний звучащего тела. От этого зависит громкость звука. Высота звука или тона определяется частотой колебаний.

Шум отличается от музыкального тона тем, что ему не соответствует какая – либо определенная частота колебаний.

С некоторыми звуковыми явлениями мы знакомы с детства. Это – эхо, т.е. звук, отраженный от преград.

(Сообщение учащихся из книги “Физика в природе” Л.В.Тарасов.)

Наука, изучающая звуки называется акустикой.

Различают:

Архитектурную акустику – изучает распространение звука в помещениях, влияние на звук размеров и формы помещений, свойства материалов, покрывающих стены, пол, потолок. Музыкальная акустика – исследует музыкальные инструменты и условия их лучшего звучания. Физическая акустика – изучает звуковые колебания. Вы, наверное, наблюдали такое явление, когда звук вдруг становился громче без видимых причин. Это явлений называется акустический резонанс. Он возникает тогда, когда совпадают частоты колебаний первого и второго тела. Резонаторами (усилителями звука) служат трубы духовых инструментов, трубы органа, корпуса скрипок, гитар и других струнных инструментов. Человек также имеет собственные резонатор – это полость рта, усиливающая издаваемые звуки.

Чудеса:

  • Легенда о иерихонских трубах

По старой библейской легенде, неприступные стены Иерихона ("Лунного города") рухнули от звуков труб завоевателей. Во все Времена это казалось чудом. Но вот, при раскопках древнего города, археолог Якоб Фелд обнаружил в окружающих его стенах много круглых отверстий. Он же доказал, что они были просверлены во времена осады Иерихона. Когда начался штурм, от громкого крика осаждающих и рева многочисленных труб стены рассыпались.

  • "Неслышимая" волна Вуда

Все началось со случая в Лондонском театре "Лирик". Джон Болдерсон и Джильберт Миллер ставили историческую драму. По ходу пьесы им нужно было "вернуть" зрителя на полтора столетия назад, причем так, чтобы этот "перескок" получился и психологическим, и эмоциональным. Постановщики поведали о своих проблемах известному физику-экспериментатору Роберту Буду. Он предложил использовать "эффект звука". Идея заключалась в том, что низкая нота, почти неслышимая, но колеблющая барабанную перепонку, произведет ощущение таинственности и придаст зрителям необходимое настроение.

Результат превзошел ожидания. "Неслышимая" волна Вуда, испускаемая из органной трубы, длиннее и толще, чем те, что применяются в церковных органах, произвела страшный эффект: стекло в канделябрах старинного театра зазвенело, окна задребезжали, здание начало дрожать, волна ужаса распространилась по затемненному залу. Началась панику. Спектакль был сорван. Вуда заподозрили в занятиях парапсихологией...

Это событие относится к 1929 году.

  • Известен и другой весьма любопытный факт.

Летом 1932 года на ледоколе "Таймыр", что находился в северных широтах, проводились аэрологические исследования с использованием шаров-зондов. При одном из запусков, на палубе раздался крик испуга. Поспешившие к месту происшествия (среди них был и будущий академик В.В.Шулейкин) узнали, что кричал дежурный аэролог. Случайно прикоснувшись щекой к оболочке шара, он ощутил острую боль в ушах. Все это выглядело очень странно и не поддавалось объяснению.

Ночью на "Таймыр" обрушился жестокий шторм. О происшедшем забыли, и только Шулейкин продолжал искать разгадку случившегося. Он попробовал увязать три, казалось бы, разнопричинных факта, и это ему удалось. Оказалось, что оболочка шара-зонда, наполненная водородом, сыграла роль резонатора, который усиливал звуковые колебания в 6-12 раз. Они вызвали острую боль в ушах. Первоисточником неслышимого звука стал приближающийся шторм. Последующие эксперименты и наблюдения подтвердили правильность вывода.

  • Опыты профессора Гавро

Много позже французский ученый профессор В.Гавро, исследуя влияние инфразвуковых колебаний на организм человека, пришел к заключению, что многие части нашего тела являются своеобразными резонаторами, контурами, настроенными на определенную частоту. Сердце, например, настроено на шум частотой около 6 герц, такую же "характеристику" имеют почки и позвоночник. У глаз этот показатель выше - 40-100 герц, у головы - 20-30 герц, у руки - 2-3 Герца, у желудка - 2-3 -герца, у кишечника - 2-4, вестибулярного аппарата - 0,5-13,0 герц и т.д.

Оказавшись в зоне действия источника инфразвука - искусственного или созданного самой природой - наши органы начинают вибрировать, увеличивая при этом амплитуду собственных колебаний. В какой-то момент человек начинает ощущать звон в ушах, тошноту, нарушение сердечной ритмики, потерю остроты зрения, а потом и острую боль. Процесс этот может быть растянут во времени или очень скоротечен.

Когда в лаборатории морского научно-исследовательского центра в Марселе испытывали инфразвуковой генератор конструкции профессора Гавро, все находящиеся в соседних помещениях ощущали "клокотание внутренностей и ужасную боль".

Что объединяет эти "Загадочные чудеса"? Коварное колдовство? Техническая парапсихология?

Нет, все много проще: среди многообразных научных направлений появилось еще одно: оно изучает диапазон звуковых колебаний, который на шкале частот сдвинут влево и называется инфразвуком. Оказалось, что в окружающей нас природе "неслышимых шумов" гораздо больше, чем слышимых. Сверхнизкие акустические колебания рождает ветер, раскачивая деревья, высотные строения, или поднимая волнения моря. Инфразвуковой фон создают неуловимые малые землетрясения, водопады, снежные сели. С развитием техники множилось и число рукотворных источников, которые, кроме обычного шума, наполняли нашу жизнь инфразвуками различных частот. Это станки, генераторы, машины, самолеты, поезда и т.д.

Любопытно, что нечто подобное рождается и в земной тверди. Давно замечено, что незадолго до землетрясений проявляют беспокойство многие животные: лошади, кошки, собаки, рыбы, пресмыкающиеся. Они как бы чувствуют приближение разрушительных "земных штормов".

Не в этом ли разгадка падения Иерихона? Ведь, по расчетам ученых, инфразвук может порождать огромную разрушительную силу.

А теперь обратимся к другим фактам, весьма таинственным и во многом еще необъяснимым.

Судя по легенде, район Бермудского треугольника является "атлантическим кладбищем" (так его окрестили в печати) и полон загадочных проявлений. Действительно, в районе злополучного треугольника уровень поверхности воды ниже условной поверхности земного эллипсоида (а не поверхности Мирового океана, как это трактуют многие сторонники легенды). Но такие районы занимают значительные площади в Мировом океане, и за ними никто не наблюдал "пристрастия" к бесследному поглощению кораблей, самолетов и людей. Вот и в Бермудском треугольнике таких явлений не наблюдается в последние годы. Но всем памятна загадочная трагедия, происшедшая 5 декабря 1945 года. В тот день бесследно исчезли пять бомбардировщиков ВВС США ТМВ-З "Эвенджер", совершавших полет по маршруту № 19 ("Группа № 19). До самого последнего времени причины трагедии, приведшей к гибели участников полета, оставались загадкой.

Предположений много. Но если сопоставить факты и некоторые подробности, можно построить логическую цепочку рассуждений. Потеря зрения у членов экипажей, нервные и мозговые расстройства, ухудшение самочувствия и, как следствие, катастрофа - все это могло быть "проказами" инфразвука.

Выводы

На приемник звука (и человека в частности) отрицательное влияние оказывает шум. Шум – это звук любого рода. Слово "шум" определяет два понятия: первое - шум как физическое явление; второе - шум как ощущение. Мы постарались рассмотреть шум с первой позиции.

Шум – это звуковые волны, воспринимаемые людьми как неприятный, мешающий или даже вызывающий болезненные ощущения фактор. Чаще всего шум – продукт техники, и потому стал опасен сравнительно недавно. Характерные примеры шума – свист, треск, шипение, дребезжание.

Шумы окружают человека повсюду. Рано утром звон будильника громкостью 56-80 дБ пробуждает нас ото сна. Кофейная мельница, которую мы включаем утром, дает шум громкостью около 70 дБ. За завтраком мы слушаем музыку, передаваемую по радио, – это 50-70 дБ. По пути на работу или в школу нас окружает транспортный шум на уровне 70-80 дБ.

Как правило, шум нас раздражает, мешает работать, отдыхать, думать. Но шум может действовать и успокаивающе. Такое влияние на человека оказывает, например, шелест листьев, рокот морского прибоя.

Нередко шум несет важную информацию. Авто- или мотогонщик внимательно прислушивается к звукам, которые издают мотор, шасси и другие части движущегося аппарата, ведь любой посторонний шум может быть предвестником аварии.

Информационные источники

  1. http://bertolinisound.com
  2. http://ru.wikipedia.org/wiki/
  3. http://www.techno.edu.ru:16001/db/msg/81532.html
  4. http://subscribe.ru/archive/culture.music.musschol/200712/06001307.html
  5. Тарасов А.В. Физика в природе.
  6. http://elkin52.narod.ru/test/telefon.htm
  7. Учебник по физике за 9 класс