Урок: Звук,інфразвук та ультразвук

 Тема уроку: звук,інфразвук та ультразвук.

Мета уроку: встановити фізичну природу світла; Скласти уявлення учнів про значення звуку в житті людини; Навчити учнів захищатись від впливу інфра- та ультразвуку; Виховувати любов до предмета та почуття власної безпеки.

Обладнання: камертон, музичний супровід,презентація до уроку.

 Хід уроку

Урок розпочинається з 8 симфонії Бетховена.

На попередніх уроках ми вивчали закони заломлення і відбивання світла. Ви розглядали предмети через трикутну призму і бачили яскраві кольори веселки. Кольори діляться за температурними ознаками. Є теплі і холодні кольори: холодні : сині та фіолетові, а теплі – жовті та розові. Художник, коли пише картину; обов’язково враховує заломлення та відбивання світла. Світло розкладається на 7 кольорів веселки і нотний стан має 7 нот. Ми розпочали урок з музики Бетховена. На землі немає людини, яка б не любила музику. Вона нас супроводжує протягом всього життя. В певний час кожен з нас може пригадати спів пташок, шурхіт листя шум води. В житті людини звуки відіграють дуже велику роль. Деякі з них нам подобаються, деякі ні. Сьогодні ми розглянемо нову тему уроку: звук, інфра та ультразвук. З’ясуємо фізичну природу цих звуків їх застосування в різних сферах життя. Новий матеріал уроку підготували 4 групи учнів. Кожна з них мала своє завдання. Учні не тільки будуть пояснювати новий матеріал а і ставити запитання виясняючи як ви зрозуміли матеріал. Отже, будьте уважними і в зошиті записуй те основні поняття.

Музичні звуки разом з нами протягом всього життя. Силу музики кожен відчуває на собі. Що ж являє собою звук? Це звучання коливального тіла: струни, камертона. Відбувається коливання через певні проміжки часу. Розповсюджується звук як і хвиля по воді, але звукові хвилі розповсюджуються в різних середовищах і у повітрі. Ми із задоволенням слухаємо приємну музику, співи пташок, але скрипи, неприємні голоси нам заважають. Є музичні звуки і шуми. Звуки створюють певні музичні інструменти. Вони діляться на ударні,клавішні, духові та струнні. Так, арфу називають царицею, скрипку – принцесою, а орган – царем оркестру. Орган Домського собору в м. Рига має 6768 труб, довжина самої малої – 23 мм, а великої – 10 м. В сучасних органах повітря в труби подає електрична енергія. В повітряні резервуари органу щохвилини вводиться 1333000 літрів повітря, деякі регістри органа видають звуки , схожі із звуками флейти, гобоя, кларнета, дзвіночків.

Композитори не тільки писали твори, а і такі як Берліоз, Римський Корсаков могли уявляти свою музику в кольорах. Надалі це привело до створення кольорової музики, якою активно користуєтесь зараз. За допомогою комп’ютера можна створювати музичні твори. Вівчарі в Закарпатті використовують звуки трембіти. Це труба завдовжки 4 метри і не кожна людина може видавати звуки на ній. Вівчарі використовували трембіту як телеграф.

Світ звуків і кольорів. У Австралії є пам’ятник звуку: це дві напівсфери, де звук,що лунає,може відбиватись від стіни до стіни близько 20 годин. Перед нами нотний стан, всі 7 нот. Гама звуків і спектр кольорів. Чи існують вони незалежно від вух і очей? Сім нот у гамі і сім кольорів у спектрі. Чому 7 ? Чому ж одне те саме число ? Гама старша за спектр. Ще Піфагору легенда приписує відкриття числових відношень, що відповідають різним музичним звукам. Щодо числа 7, то це можливо пов’язане з астрономічним поділом місяця на 4 тижні по 7 днів. Ця гіпотеза фігурує протягом тисячоліть в різних  творах.

Камертон - інструмент, за допомогою якого роблять настройку музичних інструментів. Наш камертон видає ноту ля. Говорячи про звуки і кольори ми знаємо, що не всі люди сприймають їх однаково. Так англійський хімік Джон Дальтон у 1794 році вперше виявив особливість людей , які не розрізняють зелений і червоний кольори.

Фізика … музика… А що ж таке музика? Музика – це звуки, тобто механічні коливання повітря. Світ,що навколо нас насичений звуками, людською мовою, шумом, шелестом осіннього листя.

Що ж таке звук? Звукові коливання - це коливання певної частоти. Досягаючи вуха, вони визивають в ньому відчуття, що називають звуком. Джерелом звуку завжди є коливальні тіла: струни, стовп повітря в духових інструментах.

Перед Куликовською битвою князь Димитрій Донський виїхав на розвідку і приклав вухо до землі. Почув кінський тупіт, то наближались вороги. Звукові хвилі розповсюдились по землі. Коли композитор Бетховен став глухим, він слухав гру на роялі так: один кінець дерев’яної палиці він ставив на рояль, а другий держав в зубах. Провідником звуку було дерево.

У слуховому відчутті звуки розрізняють по висоті, гучності, тембру. Людина найкраще сприймає звуки від 1000 до 3000 Гц.

Ультразвук має частоту коливання від 20000Гц і вище. Це пружні коливання і хвилі з частотами до 1млрд Гц. Собаки чують звукові коливання до50000Гц. Літаючі миші до 100 кГц. Про існування ультразвуку вченим було відомо давно, але його практичне застосування почалось лише в хх ст. Зараз за допомогою ультразвуку змішують не поєднані компоненти (олія + вода). Ультразвук використовують в ехолокації. Кажани – одні з тварин, які використовують ехолокацію для орієнтації в просторі. Вони видають ультразвукові хвилі з частотою від 40 до 100кГц.Дельфіни також використовують ехолокацію. Вони здатні видавати та сприймати ультразвукові хвилі з частотою до 300кГц. Завдяки цьому вони можуть досліджувати простір. Тривалий вплив ультразвуку на організм людини, спричиняє головний біль, утому, підвищену збудливість, закладеність вух. У медицині ультразвук використовують під наглядом лікаря. Час проходження процедури строго обмежений. Використовують для прискорення зрощення зламаних кісток. Широке застосування  ультразвуку : він пере білизну, паяє алюміній, консервує продукти, фарбує шкіру і хутро,виявляє і лікує пухлини. Він контролер в металургії і розвідник рибних косяків, очищає і обробляє метали, зварює їх. Ультразвук розповсюджується пучком, ця його властивість використовується для пошуку підводних човнів,мін,для підводної сигналізації, для захисту кораблів від рифів та айсбергів.

Ультразвукова дефектоскопія – є одним з важливих використань ультразвуку. Вона вперше була розроблена в 1920 роках. Було встановлено, що дефекти в деталях дуже сильно розсіюють звук. Це використовується в машинобудуванні, на залізничному транспорті та медицині.

Дія ультразвуку на речовину. Існує ультразвукова чистка деталей. Ним чистять деталі складної форми : для чистки котлів від накипу, днищ кораблів від молюсків, скляних труб і тари. Ультразвуковий метод приготування емульсій використовується в фармацевтичній , хімічній промисловості, при виготовленні консервів. Ультразвуком проводять обробку крихких матеріалів (скло, алмази, кераміка, коштовні камені, алмази). Метод обробки характеризується високою стелінню точності , майже до 50 мікрон.

В медицині існує ультразвукова діагностика, хірургія, фізіотерапія, інгаляція з допомогою аерозолів, підготовка порожнини зубів для пломбування, стерилізація ліків.

Інфразвук – це потужні хвилі, подібні до звукових,але з частотами понад 20 Гц, нижчими від рівня сприйняття людського вуха. Цей частотний діапазон використовують у сейсмографах для визначення землетрусів. Виявлено, що інфразвук згубно впливає на організм людини. Це зумовлене тим, що частота інфразвуку збігається з власною частотою предмету. Природнім джерелом інфразвуку є землетруси, бурі, урагани, морські хвилі, цунамі. Техногенним джерелом може бути потужне обладнання, транспорт, гірничі розробки за допомогою вибухів. Інфразвукові коливання викликаються вібрацією важких механізмів. Ці коливання сприймають деякі тварини. Відомо,що собаки і кішки перед землетрусом намагаються покинути приміщення, в якому знаходяться. Спостереження біологів довели, що медузи перед штормом ховаються в безпечне місце на глибині. Це пов’язане з тим, що медузи можуть сприймати інфразвуки, що поширюються у воді та з’являються за 10-15 годин до шторму. В одному з стародавніх театрів ставили п’єсу, усередині якої дія переносилась із сучасності в далеке минуле. Режисеру не вдавалось створити необхідну таємничість дії. Відомий на той час фізик Роберт Вуд, якого запросили на репетицію, запропонував впливати на глядачів низькочастотними звуками. Наступного дня до театру привезли генератор .По ходу дії п’єси генератор привели в дію, глядачів охопили хвилювання, страх без причин, вони почали переглядатися, озиратися навколо, а дехто встав і вийшов. Ніякого звуку не було чути, але кришталеві підвіски на стародавній люстрі затремтіли. Вплив інфразвуку на людину пов’язаний  із резонансами внутрішніх органів. Він може спричинити зміни в серцево-судинній і дихальній системах, чинить особливий вплив на психіку людини, поражає усі види інтелектуальної діяльності. При високій інтенсивності викликає почуття слабкості, як після сильного нервового потрясіння.

Ви,шановні учні, почули багато цікавого, можливо більшість з того, що ви почули, вам було знайомо, а дещо і ні. Всі фізичні об’єкти здатні здійснювати вільні коливання. Зовнішні впливи на них може спричинити явище резонансу і призвести до руйнувань. Колони людей чи солдати не повинні іти строєним кроком по мосту, історії відомі руйнування мостів. Але є факти руйнування літаків, коли амплітуда коливань крил літака різко збільшувалась через дію турбулентних потоків повітря.

Резонанс – явище коли частота зовнішньої сили збігається з частотою коливань даного тіла. Для потягів розраховують небажану швидкість. Щоб вирішити проблему з літаками, зробили важчими крила. Дивлячись передачу, в якій є розмова з дозвонювачем, то іноді чути різкий звук, Тоді ведучий каже, щоб дозвонювач відійшов подалі від телевізора. Корисний резонанс: діти легко розгойдують гойдалку, працюють вібромашини, легко виштовхують застряглий автомобіль. Резонанс застосовують в акустиці та медицині для передавання та приймання радіосигналів.

Дати відповідь на запитання.

1. Коли повз будинок проходить важкий транспорт, то стекла у вікнах дрижать. Чому?
2. Чому скрипки, гітари, віолончелі мають видовжену форм?
3. Чи можна з допомогою звуковловлювачів
4. визначити місце розташування сучасного реактивного літака?
5. Чому шумопеленгатори широко використовують на підводному флоті?
6. Що б ми почули, якби віддалялись від оркестру з швидкістю звуку?
7. Що таке відлуння?
8. Що рухається швидше куля чи звук пострілу?
9. У хмарну погоду звуки поширюються в повітрі значно краще. Чому?
10. Чому в лісі важко визначити напрям. відкіля іде звук?
11. Чому ви не впізнаєте свій голос, що був записаний на магнітофон?
12. Коли хтось кричить здалеку, то крик чути, а слова нерозбірливо. Чому?
13. Чи поширюється звук в безповітряному просторі?
14. Чому при далекій блискавці чути гуркіт грому, а при близькій – різкий удар?
15. Чому чути шум у мушлі, коли її піднести до вуха?
16. Як відомо повітря набагато гірше проводить звуки ніж дерево або скло. Зачинивши вікно, шум з вулиці  здається нам слабшим. Чому?
17. Як не ламаючи стіну відрізнити капітальну від тимчасової?
18. Поїзда на зупинках зупиняються. З якою метою робітник б’є молотком по колесах?

Підводимо підсумок уроку.

Розв’язати завдання.

1. З гвинтівки здійснено постріл по мішені, яка розташована на відстані 1020 метрів. Швидкість з якою летить куля до мішені 850 м/с. На скільки раніше куля влучить у мішень, ніж до мішені долине звук пострілу?

2. Звукова хвиля має частоту 440Гц, швидкість її розповсюдження у повітрі 330м/с, а у воді – 1500м/с. Знайти довжину хвилі у воді і у повітрі.

3. Довжина звукових хвиль, створюваних скрипкою, може зміннюватися від 23 м до 1,3 м. Яким є діапазон частот скрипки?

На цьому уроці прозвучали фрагменти 8 симфонії Баха, звуки океанських хвиль, дощу, грому, звучання органу, скрипки, гітари, баяну, це все приклади звукових хвиль.