звуки это то что слышит ухо мы слышим голоса людей

Звук и ультразвук

Содержание:

Звук – это то, что слышит ухо, мы слышим голоса людей, пение птиц, звуки музыкальных инструментов, шум леса, гром во время грозы и т.д. Звуковыми волнами в широком смысле называются всякие волны, распространяющиеся в упругой среде. В узком смысле звуком называют звуковые волны в диапазоне частот от 16 Гц до 20 кГц, воспринимаемые человеческим ухом. Ниже этого диапазона лежит область инфразвука, выше — область ультразвука.

На странице -> решение задач по физике собраны решения задач и заданий с решёнными примерами по всем темам физики.

Звук и ультразвук

Звук – это колебания, т.е. периодическое механическое возмущение в упругих средах – газообразных, жидких и твердых. Такое возмущение, представляющее собой некоторое физическое изменение в среде (например, изменение плотности или давления, смещение частиц), распространяется в ней в виде звуковой волны.

Природа звука. Звуковые волны

Выясним физическую природу звуковых явлений.

Как известно, для получения чистого звука пользуются камертоном. Когда камертон издает звук, то шарик отскакивает от его ножки, так как она колеблется (рис. 25.1). Опыт показывает, что источником звука всегда является какое-либо колеблющееся тело, которое в процессе своих колебаний создает в окружающей среде механические волны (рис. 25.2). Когда эти волны достигают уха человека, то они приводят в вынужденные колебания барабанную перепонку внутри уха, и человек ощущает звук. Механические волны, которые вызывают у человека ощущение звука, называют звуковыми.

Звуковые волны в воздухе состоят из сгущений и разрежений, т. е. являются продольными. Ясно, что ощущение звука человек может получить только в том случае, когда между источником звука и ухом человека имеется среда, в которой могут распространяться звуковые волны. Через безвоздушное пространство звук передаваться не может. Это подтверждается следующим опытом. Электрический звонок подвешивают на малоупругих нитях, включают в сеть и накрывают стеклянным колпаком (рис. 25.3). После этого звук работающего звонка все же явственно слышен. Затем приводят в действие насос, выкачивающий воздух из-под колпака. По мере разрежения воздуха под колпаком звук слабеет и при достаточно большом разрежении совсем исчезает.

Изучение звуковых явлений показало, что далеко не всякие механические волны могут вызвать ощущение звука у человека. Оказывается, что только волны, частота колебаний которых находится в пределах от 16 до 20 000 Гц, являются звуковыми (верхняя и нижняя границы частот этих колебаний у отдельных людей могут немного отличаться от указанных).

Итак, человек ощущает звук, если выполняются следующие условия:

Скорость звука

Каждый из нас знает, что при грозе сначала видишь вспышку молнии, а затем уже слышишь гром. Это явление объясняют тем, что скорость распространения света в сотни тысяч раз превышает скорость распространения звука. Так как время распространения светового сигнала очень мало, то при определении скорости звука его можно не учитывать.

Опыт для определения скорости звука в воздухе ставят следующим образом. Два человека располагаются на определенном расстоянии друг от друга (около 1—2 км). Один из них дает световой сигнал, сопровождающийся громким звуком (например, стреляет в воздух), а другой пускает в ход секундомер в момент, когда видит световой сигнал, и останавливает его, когда слышит звук. Определив по секундомеру время распространения звука, легко вычислить его скорость. Такого рода опыты показали, что скорость распространения звука в воздухе при 0°С равна 332 м/с и возрастает при повышении температуры.

Поскольку скорость распространения волн зависит от среды и внешних условий, скорость звука тоже зависит от среды. Например, скорость звука в воде составляет 1450 м/с, а в стали 5000 м/с. (Объясните, почему, приложив ухо к рельсу, можно услышать приближение поезда раньше, чем по воздуху.)

Громкость и интенсивность звука

Звуки, которые мы слышим, вызывают у нас качественно различные ощущения.

Объективной оценкой громкости является интенсивность (или сила) звука. Интенсивность звука измеряют энергией, которую переносят звуковые волны за единицу времени через единицу площади поперечного сечения, перпендикулярного направлению распространения волн.

Из этого определения следует, что единицей интенсивности звука в СИ является

Вспомним, что энергия, переносимая волнами, прямо пропорциональна квадрату амплитуды и квадрату частоты (§ 24.14). Поэтому и интенсивность звука прямо пропорциональна квадрату амплитуды и квадрату частоты колебаний в звуковой волне.

Если от источника звука распространяются сферические волны, то интенсивность звука обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника звука до приемника.

Действительно, если источник звука за время t сообщает волнам энергию Е, которая проходит через поверхность сферы то интенсивность звука на расстоянии R от источника звука будет выражаться формулой

или (25.1)

где — мощность источника звука.

Известно, что громкость звука растет с увеличением амплитуды и уменьшается с увеличением расстояния до источника звука. Изменение амплитуды колебаний в волне влияет только на громкость звука, а на других качествах звука никак не отражается.

Ухо человека обладает очень большой чувствительностью. Наименьшую интенсивность звуковых волн, которая вызывает у человека ощущение звука, называют порогом слышимости. Он зависит от частоты колебаний. Например, при частоте 2000 Гц порог слышимости равен При меньших частотах порог слышимости значительно больше.

Высота тона и тембр звука

Еще одним качеством звука, которое может различать человек, является высота тона. Например, легко отличить писк комара от гудения шмеля. Звук летящего комара называют высоким тоном, а гудение шмеля — низким тоном. Покажем с помощью опыта, что высота тона является объективным качеством звука и однозначно определяется частотой колебаний в звуковой волне. Приведем во вращение зубчатые колеса одинакового диаметра, но имеющие разное число зубцов (рис. 25.4). Поочередно прижимая небольшой кусок картона к зубцам этих колес, можно установить, что высота тона повышается при увеличении частоты колебаний картона.

Звук, соответствующий строго определенной частоте колебаний, называют тоном. Качество звука, которое определяется частотой колебаний, характеризуют высотой тона, причем большей частоте колебаний соответствует более высокий тон.

В некоторых случаях высоту тона характеризуют длиной звуковых волн в воздухе (§ 24.17). Действительно, из формулы (24.23) для воздуха при 0°С получаем

(25.2)

Из этой формулы видно, что более высокому тону соответствует более короткая длина волны. Характеризуя высоту тона длиной волны, следует помнить, что еще зависит и от среды. Поэтому в различных средах одному и тому же тону соответствуют неодинаковые длины волн. Нетрудно сообразить, что большая длина волны будет соответствовать среде с большей скоростью распространения звуковых волн.

Помимо громкости и высоты тона, существует еще одно качество звука, которое может различать человек. Качество звука, которое позволяет определять источник звука, называют тембром. Так, по тембру звука мы узнаем, кто говорит, кто поет или на каком инструменте играют. Причина различных тембров звука следующая.

Каждый источник звука создает стоячие волны. Например, струна колеблется как одно целое и издает определенный тон, который называют основным тоном или первой гармоникой (§24.22). Кроме того, на струне образуются еще добавочные стоячие волны, подобные изображенным на рис. 24.22, создающие дополнительные тоны других частот, кратных частоте основного тона. Их называют высшими гармоническими тонами или обертонами.

Каждый источник звука имеет свой набор обертонов с различной относительной громкостью (с различной амплитудой), т. е. имеет свой спектр (§ 24.22). Это и создает характерный оттенок (тембр) его звука, позволяющий отличать его от звуков, создаваемых другими источниками, даже при одинаковой высоте основного тона. Заметим, что наиболее чистый звук, соответствующий определенному тону, создают камертоны. Поэтому ими пользуются для воспроизведения звуков определенной частоты, например, при настройке музыкальных инструментов.

Часто встречаются сложные звуки, в которых нельзя выделить отдельные тоны. Такие звуки называют шумом.

Интерференция звуковых волн

При интерференции звуковых волн амплитуды результирующих колебаний в различных точках пространства будут неодинаковы, что проявляется в усилении и ослаблении звука в этих точках.

От двух ножек колеблющегося камертона получаются когерентные звуковые волны, поэтому вблизи камертона можно наблюдать интерференцию звуковых волн. При повороте камертона вокруг его оси (рис. 25.5, вид сверху) интенсивность звука изменяется. Действительно, при вращении камертона разность волновых путей для какой-либо точки А будет непрерывно изменяться, т. е. в этой точке должно происходить то усиление, то ослабление звука. При вращении камертона явственно слышны попеременные ослабления и усиления звука.

Вдали от камертона, где разность фаз между волнами, излучаемыми каждой из ножек камертона, становится очень малой, распространяется практически одна волна.

Если заставить одновременно звучать два камертона, создающих звуки одинаковой высоты, получится звучание в унисон. Если же к ножке одного из камертонов прикрепить небольшой кусочек пластилина, звучания в унисон не будет, так как период колебаний такого камертона возрастет. При одновременном звучании камертонов в этом случае слышны попеременные усиления и ослабления звука, которые называют биениями. Причина биений заключается в том, что в одной и той же точке пространства волны от камертонов накладываются то с одинаковыми, то с противоположными фазами (рис. 25.6).

Оказывается, частота биений равна разности частот складываемых колебаний. Следовательно, чем меньше отличаются частоты складываемых колебаний, тем меньше частота биений. Этим пользуются при настройке музыкальных инструментов. Если при одновременном звучании камертона и струны слышны биения, натяжение струны меняют, пока не добьются звучания в унисон.

Отражение и поглощение звука

Отражение звуковых волн от границы раздела двух сред имеет очень большое практическое значение. Рассмотрим опыт, иллюстрирующий законы отражения звука (§ 24.19).

Положим на дно стеклянной мензурки ручные часы. Если встать на таком расстоянии от мензурки, чтобы часов не было слышно, а затем поместить над отверстием мензурки стеклянную пластинку, как показано на рис. 25.7, то ход часов будет слышен. Меняя угол наклона пластинки и положение уха, можно убедиться, что угол падения равен углу отражения.

Интересный случай отражения звука получается, когда отражающая поверхность расположена перпендикулярно к направлению распространения волн. В этом случае звуковая волна после отражения возвращается назад к своему источнику. Возвращение звуковой волны к своему источнику после отражения называется эхом.

Оказывается, человек сохраняет звуковое ощущение в течение 0,1 с после прекращения колебаний барабанной перепонки в ухе. Это означает, что при небольшом расстоянии от отражающей поверхности до уха эхо сольется с основным звуком и лишь немного удлинит его продолжительность. Значит, эхо можно слышать раздельно от основного звука только при достаточно большом расстоянии до препятствия.

Это позволяет определить расстояние от источника звука до отражающей поверхности. Пусть расстояние от источника звука А до отражающей поверхности В равно l (рис. 25.8). Если время между отправлением звукового сигнала из точки А и его возвращением в эту же точку равно t, а скорость звука равна то откуда

(25.3)

Ясно, что звуковой сигнал должен быть кратковременным, так как при длительном сигнале эхо сольется с основным звуком и время t определить не удастся. (Покажите, что при скорости звука в воздухе 344 м/с (при 20°С) эхо будет слышно раздельно от основного звука, если расстояние до отражающей поверхности превышает 17,2 м.)

В закрытом помещении происходит многократное отражение звука от стен, что увеличивает продолжительность звучания после прекращения действия источника звука. Остаточное звучание в закрытом помещении называется реверберацией. Для небольших помещений время реверберации должно составлять около 1 с. Время реверберации сильно влияет на качество звука в концертных залах, так как при слишком большом времени реверберации музыку слушать нельзя, а слишком маленькое время реверберации делает звуки блеклыми и отрывистыми.

На границе раздела двух сред звук не только отражается, но и поглощается при проникновении в другую среду. Энергия звуковых волн при этом частично превращается в энергию хаотического движения молекул среда. Например, оштукатуренная стена поглощает около 8% энергии звуковых волн, а ковер — около 20%. Этим объясняется тот факт,- что в комнате, заставленной вещами, звук глухой, а в пустой комнате звук громкий.

Звуковой резонанс

Звуковой резонанс можно наблюдать с помощью двух камертонов, имеющих одинаковую частоту колебаний и укрепленных на ящиках, предназначенных для увеличения громкости звука (рис. 25.9).

Поставим эти камертоны на расстоянии около метра и повернем ящики отверстиями друг к другу. Ударим молоточком по одному из камертонов — он будет издавать громкий звук. Через короткое время зажмем рукой этот камертон — звук становится тише, но совсем не исчезает. Это объясняется тем, что звуковые волны привели в колебание второй камертон, настроенный в резонанс с первым. Действительно, если зажать рукой и второй камертон, то звук исчезнет.

Заметим, что в этом опыте резонируют и столбы воздуха, заключенные в ящиках, на которых укреплены камертоны. Размеры таких ящиков подбираются так, чтобы период собственных колебаний столбов воздуха в них совпадал с периодом свободных колебаний камертонов.

Резонанс воздушного столба можно наблюдать еще с помощью следующего опыта. Берут стеклянную трубку A и к ее нижнему концу прикрепляют резиновый шланг с воронкой В на конце (рис. 25.10). Затем наливают воду в воронку и поднимают ее до верхнего отверстия трубки А. Если теперь поднести к этому отверстию звучащий камертон К и перемещать воронку вниз, то при определенной длине l воздушного столба получится резкое усиление звука — резонанс. Резонанс исчезнет, если воронку опустить еще ниже.

Ультразвук и его применение в технике

Механические волны с частотой колебания, большей 20 000 Гц, не воспринимаются человеком как звук. Из называют ультразвуковыми волнами или ультразвуком. Ультразвук сильно поглощается газами и во много раз слабее — твердыми веществами и жидкостями. Поэтому ультразвуковые волны могут распространяться на значительные расстояния только в твердых телах и жидкостях.

Так как энергия, которую переносят волны, пропорциональна плотности среды и квадрату частоты, то ультразвук может переносить энергию, намного большую, чем звуковые волны. Еще одно важное свойство ультразвука заключается в том, что сравнительно просто осуществляется его направленное излучение. Все это позволяет широко использовать ультразвук в технике.

Описанные свойства ультразвука используются в эхолоте — приборе для определения глубины моря (рис. 25.11). Корабль снабжают источником и приемником ультразвука определенной частоты. Источник отправляет кратковременные ультразвуковые импульсы, а приемник улавливает отраженные импульсы. Зная время между отправлением и приемом импульсов и скорость распространения ультразвука в воде, с помощью формулы (25.3) определяют глубину моря. Аналогично действует ультразвуковой локатор, которым пользуются для определения расстояния до препятствия на пути корабля в горизонтальном направлении. При отсутствии таких препятствий ультразвуковые импульсы не возвращаются к кораблю.

Интересно, что некоторые животные, например летучие мыши, имеют органы, действующие по принципу ультразвукового локатора, что позволяет им хорошо ориентироваться в темноте. Совершенный ультразвуковой локатор имеют дельфины.

При прохождении ультразвука через жидкость частицы жидкости приобретают большие ускорения и сильно воздействуют на различные тела, помещенные в жидкость. Это используют для ускорения самых различных технологических процессов (например, приготовления растворов, отмывки деталей, дубления кож и т. д.).

При интенсивных ультразвуковых колебаниях в жидкости ее частицы приобретают такие большие ускорения, что в жидкости образуются на короткое время разрывы (пустоты), которые резко захлопываются, создавая множество маленьких ударов, т. е. происходит кавитация. В таких условиях жидкость оказывает сильное дробящее действие, что используется для приготовления суспензий, состоящих из распыленных частиц твердого тела в жидкости, и эмульсий — взвесей мелких капелек одной жидкости в другой.

Ультразвук применяется для обнаружения дефектов в металлических деталях. В современной технике применение ультразвука столь обширно, что трудно даже перечислить все области его использования.

Заметим, что механические волны с частотой колебаний меньше 16 Гц называют инфразвуковыми волнами или инфразвуком, Они также не вызывают звуковых ощущений. Инфразвуковые волны возникают на море во время ураганов и землетрясений. Скорость распространения инфразвука в воде гораздо больше, чем скорость перемещения урагана или гигантских волн цунами, образующихся при землетрясении. Это позволяет некоторым морским животным, обладающим способностью воспринимать инфразвуковые волны, получать таким путем сигналы о приближающейся опасности.

Услуги по физике:

Лекции по физике:

Присылайте задания в любое время дня и ночи в ➔

Официальный сайт Брильёновой Натальи Валерьевны преподавателя кафедры информатики и электроники Екатеринбургского государственного института.

Все авторские права на размещённые материалы сохранены за правообладателями этих материалов. Любое коммерческое и/или иное использование кроме предварительного ознакомления материалов сайта natalibrilenova.ru запрещено. Публикация и распространение размещённых материалов не преследует за собой коммерческой и/или любой другой выгоды.

Источник

ОГЭ 2021: ФИПИ Вариант 34

Выполните синтаксический анализ предложений текста.
Прочитайте текст.
(1)Звуки – это то, что слышит ухо. (2)Мы слышим голоса людей, пение птиц, звуки музыкальных инструментов, шум леса в ветреную погоду, плеск морских волн, гром во время грозы. (3)Звучат работающие машины, движущийся транспорт. (4)Раздел физики, в котором изучаются звуковые явления, называется «акустика» (слово «акустика» образовано от греческого слова akustikos – «звуковой»). (5)При изучении звуковых явлений в качестве источника звука применяют специальные приборы, например камертон.

Укажите варианты ответов, в которых дано верное утверждение. Запишите номера ответов.
1) Сложное предложение 1 содержит 2 (две) грамматические основы.
2) Предложение 2 содержит однородные члены предложения.
3) Предложение 3 осложнено обособленным определением, выраженным причастным оборотом.
4) Предложение 4 содержит вставную конструкцию.
5) В предложении 5 грамматическая основа – применяют приборы.

Выполните пунктуационный анализ.
Расставьте знаки препинания. Укажите цифры, на месте которых должны стоять запятые.

Из всего списка российских и мировых достопримечательностей (1) которыми буквально «напичкан» Санкт-Петербург (2) всё же можно выделить несколько наиболее знаковых (3) Исаакиевский собор (4) храм Спаса на Крови (5) Петропавловскую крепость. Примечательны также (6) знаменитые разводные мосты (7) наиболее живописным и самым фотографируемым (8) из которых (9) считается Дворцовый мост.

Выполните синтаксический анализ словосочетания.
Замените словосочетание «прилив моря», построенное на основе управления, синонимичным словосочетанием со связью согласование. Напишите получившееся словосочетание.

Выполните орфографический анализ слов.
Укажите варианты ответов, в которых дано верное объяснение написания выделенного слова. Запишите номера ответов.

Прочтите текст и выполните задания 6–8.

Текст Л.Е. Улицкой

(1)Илья и Саня вместе учились с первого класса. (2)Миха попал к ним позже. (3)В той иерархии, которая выстраивается самопроизвольно в каждом коллективе, все трое занимали самые низкие позиции – благодаря полнейшей непригодности ни к драке, ни к жестокости. (4)Илья был длинным и тощим, его руки и ноги вечно торчали из коротких рукавов и штанин. (5)Всегда одетый хуже других, тоже плохо одетых ребят, он постоянно паясничал и насмешничал, делал представление из своей бедности, и это был высокий способ её преодоления.

(6)Санино положение было хуже. (7)Всё вызывало у одноклассников зависть и отвращение: курточка на молнии, девичьи ресницы, раздражающая миловидность лица и полотняные салфетки, в которые был завёрнут домашний бутерброд. (8)К тому же он учился играть на пианино. (9)И не было никакого умиления, а только одни злые насмешки.

(10)Соединил Илью и Саню Миха, когда появился в пятом классе, вызвав общий восторг: он был идеальной мишенью для всякого неленивого – классическим рыжим. (11)Стриженая голова, отливающий красным золотом кривой чубчик, даже глаза с оранжевым переливом. (12)К тому же – очкарик.

(13)Первый раз Миху поколотили уже первого сентября – несильно и назидательно – на большой перемене. (14)И даже не сами заводилы, Мурыгин и Мутюкин – те не снизошли, – а их подпевалы и подвывалы. (15)Миха стоически принял свою дозу, открыл портфель, достал платок, чтобы стереть кровь, и тут из портфеля высунулся котёнок. (16)Котёнка отобрали и стали перекидывать из рук в руки. (17)Появившийся в этот момент Илья – самый высокий в классе! – поймал котёнка над головами волейболистов, и прозвеневший звонок прервал это интересное занятие.

(18)Входя в класс, Илья сунул котёнка подвернувшемуся Сане, и тот спрятал его в свой портфель.

(19)На последней перемене главные враги рода человеческого, Мурыгин и Мутюкин, котёнка немного поискали, но вскоре забыли. (20)После четвёртого урока всех отпустили, и мальчишки с гиком и воем рванулись вон из школы, оставив этих троих без внимания в пустом классе, уставленном пёстрыми астрами.

(21)Миха подробно рассказал, как утром, по дороге в школу, вытащил бедолагу-котёнка почти из самой пасти собаки, собиравшейся его загрызть. (22)Но отнести его домой, однако, он не мог, потому что тётя, у которой он жил с прошлого понедельника, ещё неизвестно как бы к этому отнеслась.

(23)Они вышли из школы втроём. (24)Мальчишки брели и болтали, болтали и брели, а потом остановились возле Яузы, замолчали. (25)Почувствовали одновременно – как хорошо: доверие, дружество, равноправие. (26)И мысли нет, кто главней, напротив, все друг другу в равной степени интересны. (27)Что-то важное произошло: такая сцепка между людьми возможна только в юном возрасте. (28)Крючок впивается в самое сердце, и нить, связывающая людей детской дружбой, не прерывается всю жизнь.

(По Л.Е. Улицкой)*
* Улицкая Людмила Евгеньевна (род. в 1943 г.) –
современная российская писательница,
произведения которой переведены на 25 языков.

Источник