Познание природы звука

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

Познание природы звука

Хардин Е.Е. 1
1МБОУ "Лицей №1"
Тырцева С.А. 1
1МБОУ "Лицей №1"
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

Моя мама и бабушка имеют музыкальное образование: бабушка - преподаватель в музыкальной школе, мама окончила музыкальную школу, часто поёт. Звуки музыки живут в нашем доме. Вокруг меня - и другие звуки: все, что нас окружает, издаёт звук. Я знаю, что такое звук и как он появляется, знаю, что звуки бывают разные. А когда прочитал книгу «Учебное пособие. 365 научных экспериментов», стало интересно проверить природу звука опытным путём. Помимо описания опытов, в книге есть проблемные вопросы под заголовком «А знаешь ли ты?», на которые я смог самостоятельно ответить только при помощи опыта и наблюдения.

Думаю, что приобретение новых знаний опытным путём актуальнодля меня и моих сверстников. К такому выводу я пришёл, когда провёл опрос одноклассников о звуке и его возникновении.

Цель исследования: изучение опытным путём природы звука (причина возникновения и распространения, высота тона, резонанс). (Приложение 1-5.1,5.2)

Задачи (на уровне плана работы):

Провести опрос сверстников о природе звука, проанализировать результаты и сделать вывод об актуальности проблемы.

Изучить описание опытов [4].

Подготовить необходимое оборудование.

Провести опыты.

Провести эксперимент (Приложение 1-7.1,7.2).

Сделать вывод по цели исследования.

Объект: звук.

Предмет исследования: природа звука

Методы: изучение информационных материалов, опрос, опыт, наблюдение, анализ и обобщение, эксперимент.

Гипотеза: если произвести целенаправленные действия (Приложение 1 – 1.6), то можно познать природу звука научным методом

Практическая значимость:

- для меня – приобретение нового знания и навыка в проведении опытов;

- для сверстников – знакомство с акустическим явлением (Приложение 1- 1);

- для учителей – возможность использования материала в учебной деятельности

Образовательный продукт: результаты опытов, эксперимент (воспроизведение мелодии «В траве сидел кузнечик»).

Основная часть

Из теории вопроса о природе звука [5].

Первые наблюдения по акустике были проведены в VI веке до нашей эры. Древнегреческий философ и математик 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. А теоретический вопрос о скорости звука впервые рассмотрел английский физик, математик и астроном Ньютон.

Что же такое звук? Как же создать звук? Крикнуть, чем- нибудь постучать, ногами потопать, мячом похлопать, посвистеть, сыграть на музыкальном инструменте. Значит, звук создается колебанием каких – либо предметов.

Итак, звук - это упругие волны, которые распространяются в среде и создают в ней механические колебания. Причина звука - вибрация тел. Она может распространяться в разной среде: если приложить ухо к рельсам, можно услышать шум приближающегося поезда; нырнув в воду, можно отчетливо слышать, как стучат друг о друга камни, как звучит во время прибоя галька. Но там, где нет воздуха, например, в космосе, звук не распространяется: нечему передавать вибрацию.

Источники звука: 1) естественные: звуки речи людей, жужжание насекомых, голоса птиц, животных, звуки природы (грохот грома, шелест листьев, легкий плеск воды); 2) искусственные: звуки музыкальных инструментов, работающих устройств, механизмов, транспорта.

Виды звуков по форме и характеру ударной волны: 1) звуковые удары - выстрел, взрыв, электрическая искра, удар каких - либо тяжелых предметов;

2) шумы - шелест листьев, треск при ломке дерева, речь людей; 3) музыкальные звуки - звуки, издаваемые музыкальными инструментами, певцами.

Основные характеристики звука, которые влияют на слух людей: частота колебаний - это число полных колебаний за одну секунду (эту единицу называют Герцем - Гц); интенсивность колебаний: чем больше амплитуда колебаний, тем громче звук, а измеряется в децибелах (дБ).

Как распространяется звук? Распространение звука можно сравнить с распространением волны по воде. Только вместо брошенного в воду камня имеется колеблющееся тело, а вместо поверхности воды – воздух. Звук распространяется с различной скоростью: в воздухе звук за одну секунду пролетает 330 метров; в воде - 1500 метров в секунду; в твердых поверхностях, - 4000 метров. Звук хорошо отражается от твердых поверхностей. Если громкий звук не встречает на своем пути преград, то, отражаясь от какого-либо твердого тела, он возвращается обратно. Это явление называется эхом - звуковым резонансом. Если вы, находясь в 330 метрах от стены стадиона, крикнете, то через одну секунду этот звук достигнет стены, и еще через одну секунду звук вернется к вам, и вы услышите эхо.

Ухо человека - это приемник звуковой волны. Мы слышим звук, если частота колебаний предмета больше 20 тыс., но не меньше 16 тыс. колебаний в секунду. Чем больше частота колебаний, тем выше звук, который мы слышим. Звук с частотой ниже 16 Гц. называется инфразвуком, а с частотой выше 16 Гц. - ультразвуком. Эти звуки мы не слышим: инфразвуки слишком низки для нас, а ультразвуки слишком высоки. Инфразвуквоспринимают кошки, собаки, киты. А дельфины, летучие мыши способны слышать ультразвуки. Например, за 15 часов до шторма животные успевают укрыться в море: дельфины уплывают за скалы, киты уходят в открытое море, пингвины ложатся на снег. Нередко бывали случаи, когда собаки предупреждали своих хозяев о приближающемся землетрясении.

Инфразвук и ультразвук используют в разных областях науки. Звуком измеряют глубину моря, сваривают металл, сверлят стекло. Ультразвук имеет большое значение в медицине: ультразвуковые аппараты позволяют своевременно диагностировать злокачественные опухоли и инородные тела в тканях; в ортопедии проводится сварка и резка костей; УЗИ применяется в глазной хирургии, при простудных заболеваниях.

Мы можем различать высоту звука - его тон. Чем больше звуковые волны по размаху, тем громче звук. Например, 10 дБ – шепот; 20 дБ - шелест страниц; 40 дБ - тихий разговор или шелест листьев при тихом ветре; 50 дБ - разговор средней громкости; 70 дБ - шум пишущей машинки; 80 дБ- шум работающего двигателя грузового автомобиля; 100 дБ - громкий автомобильный сигнал на расстоянии 57 м; 120 дБ - шум работающего трактора на расстоянии 1 м; 160 дБ - звук самолета при взлете.

Звук и шум не одно и то же. Громкие звуки разных частот, которые сливаются в нестройное звучание, называются шумом.Все, что звучит громче спокойного разговора, для организма уже нагрузка. Порог болевого ощущения - 130 дб., при 200 дб наступает смерть. Допустимый шум для человека: в дневное время-55 дб, ночью -40 дб.Непрерывный шум постепенно разрушает здоровье: человек быстро переутомляется и становится раздражительным, забывчивым, чаще страдает от слабости и головокружения [5].

Мы живём в мире звуков, поэтому знать и понимать природу звука как явления интересного, сложного необходимо, т.к. использование звуковых и ультразвуковых волн находит все большее применение в жизни человека.

Результаты опроса одноклассников о природе звука в объеме программы начальной школы являются доказательством актуальности настоящей работы.

2.2. Результаты опроса (13 человек - ученики 2 класса).

Таблица №1

Что такое звук?

Ответы учащихся

Как возникает звук?

Ответы учащихся

*это музыка

*шум какой-то

* то, что мы слушаем

*эхо или что-нибудь

такое

*какое-то звучание

* то, что я слышу

* вибрация звуковых волн

* часть речи

* то, что обозначается в

квадратных скобках

*громкость, мелодия

* то, что мы слышим, но не видим

* волны, которые распространяются в воздухе

* то, что идёт из динамика

* извлекается из какого-то предмета

* что-то обо что-то соприкасается

* делаешь шорох

* ты чем-то стукнул

* говоришь или играешь на инструменте

* что-то падает или музыка играет *кто-то говорит

* при столкновении предметов

*мы его произносим

*говорю - извлекаю звук

*появляется из микрофона

*барабанные перепонки передают звук мозгу

*люди говорят-так появляется звук, волна

* регулируешь громкость

Выводы (Приложение 2-1,2)

- 2 чел. (15%) знают природу звука;

- 9 чел. (70%) определяют звук как слуховое явление;

- 2 чел. (15%) воспринимают звук как произносительный элемент речи

- 9 чел. (70%) причину возникновения звука объясняют на бытовом уровне;

- 4 чел. (30%) причину возникновения звука называют неверно

Опытно-экспериментальная часть

Если в воздухе двигается какой-нибудь объект, то воздушное пространство пульсирует, и эта вибрация создаёт звуковые волны. Если предмет редко содрогается, то получается низкий звук, а при частых колебаниях звук получается высокий [2]. Сила звука зависит от резонанса (Приложение 1-6). Чтобы проверить эти положения, под руководством родителей провел опыты (Приложение 1 – 7.1).

2.3.1. Опыт № 1. «Пружинящая линейка» [4].

Цель: понять причину возникновения и распространения звука

Оборудование: пластмассовая или металлическая длинная линейка, стол

Ход опыта:

Взял линейку, поместил её так, чтобы половина лежала на столе, а другая половина - вне стола.

Крепко прижал находящийся на столе конец линейки одной рукой, а другой рукой оттянул второй конец линейки (вне стола).

Отпустил и прислушался к звуку.

Вывод: когда предмет вибрирует в воздухе, частицы ударяются друг о друга и производят звук.

Решение проблемного вопроса. Можешь ли ты извлечь более высокие и более низкие звуки, двигая линейку? Почему это происходит? [4].

Ответ: Да. Я продвинул линейку вперёд, а затем назад. При продвижении линейки вперёдчастота колебаний чаще, а звук выше. При продвижении линейки назадчастота колебаний реже, а звук ниже. Такова природа высоких и низких звуков.

2.3.2. Опыт №2. «Музыкальные бутылки» [4].

Цель: понять, как получаются звуки разной высоты

Оборудование: одинаковые стеклянные бутылки, вода, ложка;

Ход опыта:

Поставил бутылки в ряд.

Налил в бутылки воду: в первую немного, во вторую больше, в третью ещё больше, в четвертую больше, чем в третью и т.д.

Взял ложку, ударил по бутылкам по очереди одну за другой. Прислушался к звукам.

Вывод: чем больше воды в бутылке, значит, в ней больше вес, который вибрирует (Приложение 1-1.5), тем ниже будет звук; чем меньше воды в бутылке, значит, в ней меньше вес, который вибрирует, и звук выше.

Решение проблемного вопроса. Сможешь ли ты придумать свою мелодию или сыграть ту, что ты знаешь?» [4]

Ответ: Да, в эксперименте мне помогла мама. Мы воспроизвели мелодию. Для этого расставили бутылки в порядке от той, что производит самый низкий звук, в некоторые бутылки добавляли воды, из некоторых отливали воду. (Приложение 3 - 1)

2.3.3. Опыт №3 «Музыкальные бокалы [4].

Цель: узнать, как резонирует звук

Оборудование: 2 хрустальных бокала, вода

Ход опыта:

Поставил на стол 2 бокала.

Провёл пальцем по краю одного бокала. Прислушался к звуку.

Смочил палец водой и провёл по краю второго бокала несколько раз.

Налил немного воды в бокал и повторил действие 3.

Вывод: звук обладает свойством, которое называется резонансом: даже слабый звук, попадая внутрь чего-либо, отскакивает от поверхностей, и его громкость усиливается.

Иллюстрация (видеоряд): природа этого опыта использована талантливыми людьми (Приложение 3 - 2).

3. Заключение

Итак, в соответствии с поставленными задачами я научным методом убедился:

звук появляется и распространяется из-за вибрации воздуха;

высота тона зависит от массы тела: чем больше масса тела, тем ниже звук, а чем меньше масса тела, тем звук выше;

когда звук попадает внутрь объекта, он многократно отражается от его поверхности, поэтому громкость его усиливается за счёт резонанса.

Выводы:

- задачи выполнены, благодаря книге;

- гипотеза верна: познать природу звука научным методом возможно, если произвести целенаправленные действия (опыты);

- практическая значимость для меня и сверстников очевидна: мы приобрели знание опытным путём, что можно проверить повторным опросом;

- предмет и объект данной работы имеют перспективу: изучение других свойств звука как акустического явления.

Список использованных источников

Интернет – ресурсы:

1.1 ru.m.Wiktionary.org

1.2 tolkslovar.ru

1.3 www.ee> helilaine

1.4 ru.m.wikipedia.org

1.5 kartaslov.ru

1.6 thedifferance.ru

1.7 «Oxford Languages»

Большая энциклопедия школьника. - Москва: «Махаон», 2011.

Словарь русского языка. В 4 –х т./РАН; под ред. А.П. Евгеньевой. – М.: рус. яз.; Полиграфресурсы, 1999 (электронная версия).

Учебное пособие. 365 научных экспериментов». Изд. «Hinkler», 2010.

Я познаю мир: детская энциклопедия: Физика/ сост. А.А. Леонович. Под общ. Ред. О.Г. Хинн. - М.: АСТ-ЛТД, 1998.

 

Приложение 1.

Глоссарий (словарь терминов)

Акустика - наука о физической природе звука и проблемах, связанных с его возникновением (1.4)

Вибрация - колебательные движения, дрожание (1.5)

Звук – это:

3.1слуховое ощущение, которое вызывается действием механических колебаний окружающей среды; то, что мы слышим, воспринимаем органом слуха;

3.2 физ. колебательное движение частиц воздуха или иной среды;

муз. тон определённой высоты, в отличие от шума;

произносительный элемент речи (3).

Опыт - основной метод исследования, целенаправленные действия, при реализации которых подтверждается или опровергается гипотеза (1.6)

Природа- это:

5.1рождение, происхождение (1.1);

5.2 перен. – сущность, основные качества, свойства чего-либо (1.2);

Резонанс - совпадение частот издающего звук объекта и принимающего его (1.3).

Эксперимент-это:

7.1 научный опыт

7.2 опыт, попытка сделать, предпринять что-н (1.7)

Приложение 2.

Диаграмма

Просмотров работы: 21