Поширення механічних коливань у пружному

Викладач фізики та астрономії ВПУ № 3

м. Чернівці Савчук-Баловсяк Г. Д.

Поверніться один до одного, посміхніться один одному!

Якщо будете посміхатися,

То всі мрії почнуть збуватися!

•       Привітання за руку (тактильне відчуття);

•       Вдихання аромату квітів (нюх);

•       Смакування шматочка лимона (смакові відчуття);

•       Споглядання картинок (зорове відчуття);

•       Слухання різних звуків (слухове відчуття).

Людям притаманні 5 основних відчуттів: тактильне, нюх, смакове, зорове і слухове. Сьогодні ми поговоримо про механічні коливання та хвилі, здатність людини чути звуки й спробуємо знайти відповіді на різноманітні тематичні запитання.

Ми всі живемо у світі звуків

Актуалізація та корекція опорних знань учнів

Які фізичні процеси зображено на рисунках?

•         Що таке механічні коливання?

•         Яка природа вільних та вимушених коливань?

•         Що таке амплітуда? період? частота?

Наслідки великого землетрусу, східна Японія, березень 2011 р.

Аварія на АЕС Фукусіма-1,

Японія, 2011 р.

Катастрофа на Такомському мості, США 7.11.1940.

Шкідливий прояв якого фізичного явища спостерігався на рисунках?

Що таке резонанс (механічний)?

Графік коливань

Які коливання відображені на графіку?

Запишіть рівняння гармонічних коливань.

                                  а)                         б)

Що зображено на рисунках?

•             Що називають математичним маятником? пружинним маятником?

•             Чим характеризуються вищезгадані маятники?

•             Від чого залежить період математичного маятника?

•             Як зміниться період коливань математичного маятника, якщо довжину нитки збільшити в 3 рази?

•             Як зміниться період коливань пружинного маятника, якщо масу вантажу збільшити в 2 рази?

Що зображено на рисунку?

Що зображено на рисунках?

•             Чи можуть механічні коливання поширюватися у пружному середовищі?

•             Наведіть приклади механічних хвиль.

Тема уроку: «Поширення механічних коливань у

пружному середовищі. Поперечні та поздовжні хвилі. Довжина хвилі. Звук».

План вивчення нового матеріалу

1.   Поширення коливань у середовищі.

2.   Означення механічних хвиль.

3.   Поздовжні та поперечні хвилі.

4.   Означення довжини хвилі.

5.   Формула зв'язку довжини хвилі, швидкості її поширення та періоду (частоти).

6.   Перенесення енергії механічними хвилями.

7.   Інтерференція та дифракція механічних хвиль.

8.   Звукові хвилі, швидкість поширення звуку в різних середовищах.

9.   Діапазони звуку.     Поняття  про  інфразвук   та ультразвук.

10.Існування інфразвуків та ультразвуків у природі та техніці.

Поширення у просторі коливань речовини або поля з часом називають хвилею.

Механічна хвиля – це поширення коливань у пружному середовищі.

Пружним середовищем називають середовище, в якому виникають сили пружності, що протидіють його деформації.

За фізичною природою розрізняють механічні (поперечні та повздовжні) та електромагнітні (поперечні) хвилі.

Властивості хвильового руху:

1.        Хвилі  поширюються    у    середовищі   із      скінченною швидкістю.

2.        Джерелом     механічних    хвиль завжди     є      тіло,    що коливається.

3.        Механічні хвилі не можуть поширюватися у вакуумі.

4.        Хвильовий рух супроводжується перенесенням енергії та не супроводжується перенесенням речовини.

Параметри хвиль

Швидкість хвилі υ – це швидкість, з якою переміщується гребінь хвилі.

Явище накладання хвиль, унаслідок якого в певних точках простору спостерігається стійке в часі посилення або послаблення результуючих коливань називають інтерференцією.

Інтерференційна картина двох

колових хвиль

від точкових джерел

Явище огинання хвилями перешкод називають дифракцією.

а – дифракція механічних хвиль на отворі; б – дифракція механічних хвиль на перешкоді

Джерелазвуку

vПриродні

(голос, шелест листя, шум прибою та інше)

vШтучні

(камертон, струна, дзвін, мембрана телефону)

Спільним у всіх цих випадках є походження звуку: коливання тіл породжують коливання повітря.

Приймачі звуку

Звуки поділяють на музикальні тони і шуми.

Музикальнимтоном називають звук довільної частоти, який створюється коливним тілом.

Шум є складним звуком, що утворюється в результаті тривалих неперіодичних коливань різних джерел звуку (шум моря, дерев у лісі, натовпу тощо).

Звукові коливання, що відбуваються за гармонічним законом, сприймаються людиною як певний музикальний тон.

Висота тону визначається частотою коливань.

Коливання високої частоти сприймаються як звуки високого тону, звуки низької частоти як звуки низького тону.

Енциклопедична сторінка

Музикальні тони мають різну гучність і висоту.

Гучність звуку залежить від амплітуди коливань у звуковій хвилі, тобто визначається інтенсивністю.

З метою порівняння інтенсивності звуку, що має різну гучність, використовують одиницю рівня гучності звуку бел (Б).

Звукові коливання, що не підлягають гармонічному закону, сприймаються людиною як складний звук, що володіє тембром.

За однакової висоти тону звуки від скрипки і фортепіано відрізняються тембром.

Енциклопедична сторінка

Вплив звуку на організм людини. Гігієна слуху

•        Стукіт наручного годинника  - 10 дБ

•        Шурхіт листя – 20 дБ

•        Тихий шепіт – 30 дБ

•        Краплі дощу – 40 дБ

•        Негучна музика – 40 дБ

•        Робочий шум у закладі – 50 дБ

•        Спокійна розмова – 60 дБ

•        Двигун вантажного автомобіля – 70 дБ

•        Гучна мова, гамірна вулиця – 80 дБ

•        Шосе в час пік – 85 дБ

•        Шум сушки для волосся, автомобільний гудок – 90 дБ

•        Голос співака, сирена – 100 дБ

•        Рок-концерт – 105 дБ

•        Пневматичний молоток, бензопила – 110 дБ

•        Відбійний молоток, сильні удари грому, реактивний двигун – 120 дБ

•        Больовий поріг – 130 дБ

•        Автоматна черга – 140 дБ

Енциклопедична сторінка

Голосові зв'язки людини можуть здійснювати від 80 до 10000 коливань за 1 с.

Висота голосу людини залежить від довжини голосових зв’язок.

В жінок голосові зв'язки коротші, ніж у чоловіків, тому жіночий голос завжди вищий.

Жіночі голоси:

1.     Сопрано – 250 -1000Гц (Соломія Крушельницька, Монсеррат Кобальє)

2.     Меццо-сопрано – 200-900Гц (Раїса Кириченко, Ніна

Матвієнко)

3.     Контральто – 170-780 Гц (Маріан Андерсон)

Чоловічі голоси:

1.     Тенор – 130-150 Гц (Франко Кореллі)

2.     Баритон – 100-400 Гц (Володимир Гришко)

3.     Бас – 80-350 Гц (Анатолій Мокренко)

Акустичний резонанс

Медузи відчувають інфразвук від шторму, що наближається, за 15 год до його початку, тому заздалегідь відпливають від берега.

Дельфіни, кажани, випромінюючи ультразвук і сприймаючи його відлуння, можуть навіть у повній темряві знайти дорогу або спіймати здобич.

Застосування ультразвуку

Застосування інфразвуку

Узагальнення та систематизація знань учнів

•       Що таке механічні коливання?

•       Що таке механічна хвиля?

•       Чи переносять механічні хвилі речовину? енергію?

•       Які види хвиль вам відомі?

•       Як виміряти глибину моря?

•       При польоті більшість комах видають звук. Як це відбувається?

•       Чому не можна почути звук дзвону, що знаходиться всередині посудини, з котрої викачали повітря?

•       Чи комфортна людині абсолютна тиша?

•       В якому середовищі звук поширюється швидше? А в якому повільніше?

Пояснити явище

І.К.Айвазовський “Дев'ятий вал”

Тестові завдання

№ 16, с.8 (із збірника ЗНО)

Яка характеристика звукової хвилі залишається незмінною, коли хвиля переходить з повітря у воду:

          А. Довжина хвилі.             Б. Частота хвилі.  

          В. Амплітуда хвилі.          Г. Швидкість хвилі.

№ 14, с.15 (із збірника ЗНО)

У натягнутому шнурі поширюється незгасаюча хвиля. Визначити, за якою характеристикою відрізняється коливання різних точок шнура: А. За частотою. Б. За амплітудою.

        В. За періодом.                Г. За фазою.         

№ 23, с.64 (із збірника ЗНО)

Установіть відповідність «акустичне явище – елемент акустичних систем, у якому використовується явище»:

1.   Випромінювання звуку    А. Мембрана гучномовця. внаслідок коливань

2.   Акустичний резонанс      Б. Звукоізолюючі матеріали

3.   Відбивання звукуВ. Рупор

4.   Поглинання звукуГ. Мікрофон

Д. Корпус гітари або скрипки

Якісні задачі  Р. №№ 445, 446, 449

№ 445. Хто частіші змахує крильцями під час польоту – комар чи муха?

№  446.    Як на слух  відрізнити, чи   працює електродриль вхолосту чи свердлить отвір?

(у працюючого інструмента менша частота і нижча висота тону).

№ 449. Чому в порожньому залі для глядачів звук більш гучний і дзвінкий, ніж у залі, заповненому публікою?

(унаслідок багатократного відбивання від стін і стелі на основний звук накладається відбитий).

Розрахункові задачі (№№ 435,  436, 438, 440, 441*)

Р. № 435. Хвиля рухається в озері зі швидкістю 6м/с. Обчисліть період та частоту коливань бакена, якщо довжина хвилі становить 3 м.

Р. № 436. Бакен здійснює 20 повних коливань за 10 с. Відстань між сусідніми гребнями хвиль становить 120см.

Визначте швидкість поширення хвиль.

Р. № 438. Довжина звукової хвилі у повітрі для найнижчого чоловічого голосу досягає 4.3 м, а для найвищого жіночого – 25 см. Знайти частоту коливань цих голосів.

Р. № 440. Під час грози людина почула грім через 15 с після спалаху блискавки. Як далеко від неї стався розряд?

(5 км)

Р. № 441*. Коли спостерігач сприймає по звуку, що літак знаходиться в зеніті, то він бачить його під кутом 73° до горизонту. З якою швидкістю летить літак?

(100 м/с)

Пояснити з точки зору фізики наступні прислів’я:

–    «Німий мов риба»

(прислів’я виявилося спростованим, бо риби неймовірно балакучі. Звуки деяких риб нагадують свистки футбольних суддів, інших – стрільбу з гвинтівки чи пістолету, а дехто галасує, немов мотоцикл, чи видає хлопки. Найгучніша в світі тварина - блакитний кит. Він може видавати звуки в 188 дБ, які чутні на відстані до 8500 км. від кита. І одна лише акула завжди мовчить)

–    «Порожня бочка гудить, а повна мовчить».

(порожня бочка служить резонатором)

Відгадати загадки :

1. Я вночі дзижчу на вухо,

               _{Та не джміль я і не муха.}      (Комар)

2.   Він маленький й голоснийКличе учнів на урок.

Для дорослих і маленьких

                Чарівний гучний …                   (Дзвінок)

3.   В нього крила, в нього вуса, Трохи я його боюся.

Як летить – так чути звук.

            Бронзовий великий …              (Жук)

4.   Щось на небі гуркотить, наче звір страшний летить.

Сильний дощ на землю ллється, Звір у руки не дається.

Очі світяться яскраво –

(Грім та блискавка) Всі у дім тікайте жваво!

Назвати явища, які описані в наступних творах:

«На озері туман то лежить пеленою, то хвилює од вітру, то розривається, одкриваючи блідо-блакитну воду. В лісі щось загомоніло, струмок зашумував, забринів, і вкупі з його водами з лісу вибіг «Той, що греблі рве» – молодий, дуже білявий, синьоокий, з буйними і разом плавкими рухами; одежа на ньому міниться барвами, від каламутно-жовтої до ясноблакитної, і поблискує гострими злотистими іскрами». (Леся Українка, уривок з драми-феєрії «Лісова пісня»)

(«туман лежить пеленою» – конденсація, «в лісі щось загомоніло, струмок зашумував, забринів» – звук,

«то хвилює од вітру» – механічний рух,

«то розривається, одкриваючи блідо-блакитну воду» – заломлення світла,

«одежа на ньому міниться барвами, від каламутножовтої до ясно-блакитної, і поблискує гострими злотистими іскрами» – заломлення світла).

Садок вишневий коло хати,

Хрущі над вишнями гудуть, Плугатарі з плугами йдуть, Співають ідучи дівчата.

(Тарас Шевченко. Уривок з вірша «Садок

вишневий коло хати» )

(Розповсюдження  механічних  коливань    у пружному середовищі  (повітрі) та  утворення звукових хвиль)

Лабораторна робота №3.

Виготовлення математичного маятника й визначення його періоду коливань.

Домашнє завдання:

Вивчити § 21

Повторити: §§ 19-20 Задачі Р. №№ 437, 442.

Експериментальна задача

Для лінійки якої довжини частота коливань буде вищою? (оцініть частоту коливань на слух).

Додаткове завдання

1.        Скласти кросворди, застосувавши знання про звукові явища.

2.        Користуючись мережею Інтернет знайти тест «Скільки років твоїм вухам».

Природа так про все подбала, що всюди можна знайти, чого вчитися.

Леонардо да Вінчі