Можно ли увидеть звук?

XIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке. Летняя площадка 2021

Можно ли увидеть звук?

Лазутин А.В. 1
1МБОУ "Средняя общеобразовательная школа №15" г.Калуги
Андреева Ю.В. 1
1МБОУ "Средняя общеобразовательная школа №15" г. Калуги
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Звук – это вид энергии, которую воспринимает слух. Он распространяется в виде упругих волн механических колебаний в твердой, жидкой и газообразной среде1. Все на свете имеет свой звук: падение камня в воду, шаги людей. Даже совсем маленькие насекомые издают свои звуки.

Однажды я задался вопросом, можно ли увидеть звук? Ведь как же так, его можно услышать, а значит, получится и увидеть. Надо лишь поставить цель, озадачиться более подробно этим вопросом и на практике подтвердить мою гипотезу. Ознакомившись с данной темой и погрузившись в неё, я нашел способы визуализации звука. Мне захотелось провести опыты дома, зафиксировать их на видео, а затем показать их друзьям и тем самым удивить одноклассников.

Актуальность темы исследования: обусловлена обобщением накопленного опыта и продвижением знаний по основному вопросу между одноклассниками.

Объект исследования: звук как физическое явление.

Предмет исследования: свойства и особенности звука, с помощью которых возможно доказательство того, что звук можно увидеть.

Цель: исследование звуковых волн и проведение эксперимента, позволяющего увидеть звук.

Задачи:

- найти научное доказательство, что звук можно увидеть;

- провести опыты самостоятельно;

- сделать выводы на основе полученных данных;

- провести опрос в классе, на тему: сколько людей считают, что звук можно увидеть, как это сделать, а также выяснить у одноклассников, насколько актуальна для них данная тема;

- провести опыт в классе, либо показать одноклассникам видеосъёмку проведенных опытов в домашних условиях.

Гипотеза: я предположил, что звук можно увидеть с помощью определенных устройств и подручных средств.

В своей работе я использовал следующие методы исследования:

Методы эмпирического уровня:

- опрос и анкетирование одноклассников. Необходимо выяснить их мнение по следующим вопросам: можно ли увидеть звук и если да, то каким образом, а также насколько актуальна данная тема для ребят.

- фотографирование и видеосъемкапроводимых в домашних условиях опытов. Необходимо зафиксировать опыты на фото и видео, чтобы в дальнейшем продемонстрировать собранный материал своим одноклассникам.

Методы экспериментально-теоретического уровня:

- эксперимент в классе для доказательства того, что звук можно увидеть и расширение кругозора одноклассников;

- анализ – используется для описания выводов.

Методы теоретического уровня: изучение и обобщение среди одноклассников.

Графические методы:

Составление диаграмм для наглядного отображения результатов исследования.

Практическая значимость моей работы состоит в том, что она может быть использована школьниками для повышения образовательного уровня, а учителем физики для объяснения тем и проведения занимательного урока по данному материалу.

1. Теоретические сведения о звуке.

1.1. Что мы знаем о звуке?

С рождения человек слышит различные звуки, которые служат источником информации об окружающем его мире. Что же такое звук? Люди давно стали догадываться о том, как звуки рождаются, живут и «умирают» и начали изучать его ещё в далёкой древности.

Наука о звуке называется – акустика. Первые наблюдения по акустике были проведены в VI веке до нашей эры. Пифагор установил связь между высотой тона и длиной струны или трубы издающей звук.

В IV в. до н.э. древнегреческий философ и ученый Аристотель верно представил, как распространяется звук в воздухе.

Мир звуков окружает нас и сейчас и со всех сторон. В наше время на человека в течение дня воздействуют самые разнообразные звуки. Да и сами мы любим пошуметь.

Как же создать звук? Да очень просто – крикнуть, вот и все дела! Можно еще чем-нибудь постучать, например, молотком по гвоздю или кулаком в дверь. Или гаечным ключом по батарее отопления – все вокруг услышат. Посвистеть, в трубу подудеть. Или линейкой подребезжать. На примере линейки можно буквально увидеть глазами, как рождается звук (Приложение 1, рис.1). Какое движение совершает линейка, когда мы закрепим один её конец, оттянем другой и отпустим его? Мы заметим, что он как будто бы затрепетал, заколебался. Звук создается коротким или долгим колебанием каких – то предметов.

Итак, звук – это упругие волны, распространяющиеся в среде и создающие в ней механические колебания. Среда может быть твердой, жидкой, газообразной.

Основными характеристиками звука являются частота и интенсивность колебаний, которые влияют на слух людей. Частота колебаний – это число полных колебаний за одну секунду. Эту единицу называют Герцем (Гц). Громкость звука измеряется в децибелах.

Можно сказать, что звук - это вибрация. Причина звука – вибрация тел, хотя эти колебания не заметны для нашего глаза. Она может распространяться в воздухе, в воде или дереве. И даже передаваться по нитке. Там, где нет воздуха, например, в космосе, звук не распространяется, там нечему передавать вибрацию.

1.2.Способы увидеть звук. Предложения известных ученых

Я нашел в интернете несколько исследований великих учёных о том, как можно увидеть звук. Все очень интересные и завораживающие.

Звуковые фигуры Хладни (Приложение 1, рисунок 2).

Немецкий физик Эрнст Хладни в XVIII веке нашел свой способ «рисовать» звуком. Он использовал металлическую пластину с насыпанным на нее песком. Водя по краю этой пластины смычком, он заставлял металл колебаться. В результате этого, песок на поверхности складывался в разнообразные узоры. Если использовать разноцветный песок или его аналоги, можно создавать целые абстрактные полотна2.

Звуковые фигуры Хладни – это фигуры, образуемые скоплением мелких частиц (например, песка), вблизи узловых линий на поверхности упругой колеблющейся пластинки.

Труба Рубенса (Приложение 1, рисунок 3).

Труба Рубенса иллюстрирует стоячую волну, которая формируется при использовании постоянной частоты. Она представляет собой отрезок трубы с перфорацией. С одного конца к трубе подсоединяется источник горючего газа, с другого – динамик. В статичном положении газ в трубе горит ровно, и высота пламени во всех отверстиях одинакова. Но при включении динамика, проходящая по трубе звуковая волна, вызывает перепады давления. Там, где давление повышено, наружу просачивается больше газа, и высота пламени, соответственно, будет больше.Свое название изобретение получило в честь Генриха Рубенса, который создал первую трубу: ее длина равнялась 4 м, и в ней присутствовало 200 отверстий с шагом 2 см3.

2. Практическая часть.

2.1. Как все начиналось.

Перед началом своей проектно-исследовательской деятельности, я решил провести анкетирование среди одноклассников и выяснить, что думают мои сверстники по данной теме. Мне было интересно узнать, интересна ли ребятам данная тема, как они считают можно ли звук увидеть, знают ли какие-то способы, подтверждающие это. Я разработал анкету (Приложение 2) и провел анкетирование в классе. По итогам опроса, я выяснил, что 84% моих одноклассников считают, что звук действительно можно увидеть, но способов, с помощью которых звук можно увидеть 89% ребят не знают. На вопрос: «Интересна ли Вам данная тема» 68% моих одноклассников ответили положительно, а остальным 32 % тема интересной не показалась.

Проанализировав проведенное анкетирование, для более наглядного восприятия его результатов я составил диаграммы (Приложение 2, рисунки 1,2.3).

По итогам проделанной работы я сделал следующие выводы:

- мои сверстники считают, что звук можно увидеть, но не знают как, поэтому я наглядно им это продемонстрирую;

-данная информация была бы им интересна, поэтому тема проектно-исследовательской работы мною выбрана правильно.

2.2. Мои исследования, анализ результатов.

Существует очень много способов увидеть звук. Я провел несколько опытов, наблюдая за тем, как меняется частота, волна звука.

Опыт 1. С помощью него я убедился, что звук – это вибрация. Для этого нужно закрыть пищевой пленкой миску, а затем насыпать сверху кондитерские шарики. Для эксперимента также подойдут крупинки соли или сахара. Чтобы увидеть вибрацию нужно наклониться к миске и произнести звук ррррр… или нннннн... Когда звуковые волны достигают пленки, они заставляют ее вибрировать. Это можно заметить по тому, как подпрыгивают шарики. Подобное явление происходит из-за того, что звук – это вибрация и чем выше частота звука, тем сильнее вибрируют шарики (Приложение 3, рисунок 1).

Опыт 2. Помещаю акустическую колонку в глубокую емкость, в моём случае – это кастрюля. Туго натягиваю сверху прозрачную пищевую пленку, чтобы получилось подобие барабана. Сверху плёнки, по центру насыпаю соль, либо цветные кондитерские шарики, чтобы визуально было более заметно, как звук воздействует на них. Включаю колонку, постепенно увеличивая частоту. На чистоте 60-70Hz шарики начинают приобретать различные узоры. Чем выше частота, тем сильнее шарики, либо крупицы соли начинают подпрыгивать. Это происходит, потому что звук от колонки доходит до пленки, и тем самым она начинает вибрировать вместе с шариками, либо частичками соли, т. к. звук – это вибрация (Приложение 3, рисунок 2).

Опыт 3. Переворачиваю колонку динамиком вверх. Сверху ставлю на динамик колонки стеклянный стакан с тонким дном. Внутрь стакана насыпаю кондитерские шарики и включаю колонку. На частоте 60 Hz стакан начинает двигаться по кругу. Чем выше частота, тем быстрее начинает вращаться стакан и шарики, находящиеся в нем. Когда я включаю колонку, на которой стоит стакан, мембрана динамика начинает быстро вибрировать, то есть «бить» стакан. Звуковые волны доходят до стакана, и он начинает вращаться, а шарики, находящиеся внутри подпрыгивают. Я попробовал этот эксперимент до частоты 150 Hz. (Приложение 3, рисунок 3).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Всю свою жизнь здоровый человек слышит различные звуки, которые служат нам источником информации об окружающем мире. Причиной всех звуков является вибрация (колебания) тел, хотя обычно такие колебания незаметны. Используя полученные мною знания, проведенные опыты и исследования, а также опыт ученных, я смог увидеть движение звуковых волн4.

Мое исследование помогло мне узнать, что звук можно не только услышать, но и увидеть, и почувствовать, ведь очень важно слышать и различать различные звуки.

Итак, Что такое звук? Это колебания, которые исходят от различных тел, предметов.

Почему мы слышим звуки?

Любой звучащий предмет дрожит, вибрирует, создает колебания, которые распространяются в воздухе звуковыми волнами, достигают барабанной перепонки, далее сигнал поступает в мозг, и мы слышим звук.

Почему знания о звуке так важны для человека?

С помощью слуха люди общаются, получают информацию об окружающем мире на протяжении всей жизни.

В заключении своей работы, я могу уверенно сказать, что моя гипотеза подтвердилась. Вначале я предположил, что звук можно увидеть с помощью определенных устройств и подручных средств. Но проверив эти предположения на практике, и исследовав свойства и особенности звуковых волн, я убедился в том, что звук действительно можно увидеть.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Википедия (свободная энциклопедия) – [электронный ресурс]

1. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%B2%D1%83%D0%BA

2.https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D1%80%D1%83%D0%B1%D0%B0_%D0%A0%D1%83%D0%B1%D0%B5%D0%BD%D1%81%D0%B0

3.https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%B8%D0%B3%D1%83%D1%80%D1%8B_%D0%A5%D0%BB%D0%B0%D0%B4%D0%BD%D0%B8

4. Клюкин И. И. Удивительный мир звука. – Л.: Судостроение, 1978;

5. Российская электронная школа (информационно-образовательная среда) – [электронный ресурс]

https://resh.edu.ru/subject/lesson/2585/start/

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

р ис.1

р ис.2

 

рис.3

Приложение 2

Анкетирование на тему «Можно ли увидеть звук».

1. Как вы считаете, можно ли увидеть звук?

А) Да

Б) Нет

2. Знаете ли вы способы, с помощью которых можно увидеть звук? Если да, опишите их.

А) Да

Б) Нет

3. Интересна ли вам данная тема?

А) Да

Б) Нет

рис.1

рис.2

рис.3

П
риложение 3

р ис.1

рис.2

рис.3

1https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%B2%D1%83%D0%BA

2https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%B8%D0%B3%D1%83%D1%80%D1%8B_%D0%A5%D0%BB%D0%B0%D0%B4%D0%BD%D0%B8

3https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D1%80%D1%83%D0%B1%D0%B0_%D0%A0%D1%83%D0%B1%D0%B5%D0%BD%D1%81%D0%B0

4Клюкин И. И. Удивительный мир звука. – Л.: Судостроение, 1978;

Просмотров работы: 542