IX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
«Оживление» звуком или Как можно увидеть звук?
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Люди и животные живут в мире звуков, поэтому меня всегда интересовала эта тема. Звук является определенным и очень важным источником информации. Порой звуки предостерегают об опасности, а также бывают в виде музыки, пения птиц, шума моря и доставляют нам удовольствие.
Звуки начали изучать еще в далекой древности - Пифагор, Аристотель, Леонардо да Винчи. Но только знаменитый ученый физик Исаак Ньютон (1643-1727) первый предположил, что звук распространяется в виде волны.
Я знаю, что у звука есть громкость, высота, тембр, волна, скорость и колебания, с помощью которых мы его слышим. Громкость звука измеряется в децибелах ( дБ- десятая часть Белла), в честь изобретателя телефона Александра Белла, а скорость в м/c. Интересен факт, что в воздухе и в воде звук распространяется с разной скоростью. Получается, что звук имеет множество характеристик и особенностей, которые нам описывает физика.
Таким образом, я задумался о том, что если звук можно измерить и он распространяется в виде волновых колебаний, то, возможно, есть способ его увидеть. Итак, как же возможно увидеть невидимое и неосязаемое? С этим интересным вопросом я обратился к родителям, учителю, одноклассникам. Изучил много информации в интернете и научной литературе.
Как оказалось такой способ есть!
Гипотеза: если в физике можно многое увидеть, измерить и объяснить, то смогу ли я не только услышать звук, но и увидеть его?
Цель исследования: выяснить, можно ли увидеть звук.
Задачи:
1. Опытным путем получить звуковую картину различной музыки.
2. Продемонстрировать одноклассникам способ получения изображения звука.
3.Изучить литературу и информацию из сети интернет.
Актуальность работы заключается в том, что многие одноклассники не представляют, что звук можно не только услышать, но и увидеть. Кроме того, обучающиеся уже в первом классе могут знакомится с первоначальными сведениями по физике, и я могу помочь ребятам в этом.
Практическая значимость. Мы не можем представить нашу жизнь без звуков. С помощью звуков происходит общение и получение информации. А так как звук распространяется в виде волн (звуковых колебаний) с разной скоростью и громкостью, то становится интересным глубже изучить эту тему и увидеть этот занимательный процесс.
Методы исследования:
- поисковой;
- наблюдение;
- анализ.
Оборудование:
1. Крахмал;
2. Миска с водой;
3. Ложка;
4. Динамик;
5. Краска;
6. Фартук, шапочка, перчатки;
7. Пищевая пленка;
8. Компьютер, как источник музыки.
1. Основная часть
Теоретическая часть
1.1.Что мы знаем о звуке?
Раскаты грома, музыка, шум прибоя, человеческая речь и все остальное, что мы слышим - это звук. А что такое "звук"? В действительности все, что мы привыкли считать звуком - это всего лишь одна из разновидностей колебаний (воздуха), которые могут воспринимать наш мозг и органы слуха.
Звуки начали изучать еще в далекой древности. Первые наблюдения по акустике были проведены в VI веке до н.э. Пифагором. Аристотель первый правильно объяснил как распространяется звук в воздухе. Знаменитый физик Исаак Ньютон открыл, что звук распространяется в виде звуковых волн.
Итак, какая же природа у звука?
Все звуки, распространяемые в воздухе, представляют собой вибрации звуковой волны. Она возникает посредством колебания объекта и расходится от её источника во всех направлениях.
Звуковые волны – это механические колебания, которые, распространяясь и взаимодействуя с органом слуха, воспринимаются человеком. Какие предметы могут создать звуковые волны? Источники звуковых волн могут быть естественные (шум листьев, моря, пение птиц) и искусственные ( колокол, струны гитары). Самые интересные звуковые волны – музыкальные звуки и шумы. Для настройки музыкальных предметов, был изобретен камертон. Этот прибор способен издавать звук одной частоты.
Уровень звука принято измерять в децибелах, что составляет десятую часть Белла. Бел назван в честь американского ученого Александра Белла.
Интересен факт, что звук не может распространяться в пространстве, где нет вещества, например в вакууме. В космосе на больших пустых участках между звездами и планетами, молекул нет, поэтому звука в космосе не существует. Но с помощью специальных инструментов шум космоса можно услышать.
1.2. Неньютоновская и ньютоновская жидкости.
Разберемся, почему они имеют такие названия. Исааком Ньютоном был создан закон вязкого трения жидкостей. В конце XVII века ученый обратил внимание, что быстро грести вёслами гораздо тяжелее, нежели если делать это медленно. Он сформулировал закон, согласно которому вязкость жидкости увеличивается пропорционально силе воздействия на неё. Следовательно, ньютоновская жидкость это вязкая жидкость, подчиняющаяся в своём течении закону вязкого трения Ньютона. А неньютоновская жидкость та, при течении которой её вязкость зависит от градиента скорости. К ним можно отнести масляные краски, зубную пасту.Чем сильнее воздействовать на обычную жидкость, тем быстрее она станет менять свою форму. Но вот если воздействовать на неньютоновскую жидкость механическими усилиями, то данная жидкость станет вести совсем иным образом, она станет проявлять свойства твердого вещества. «Связь между атомами и молекулами в данной жидкости будет укрепляться с увеличением силы воздействия на эту жидкость.
Ярким примером неньютоновской жидкости является «Зыбучий песок».
Зыбучие пески опасны тем, что они могут засасывать в себя все, что в них попадает. Стань на такой песок - и начнешь тонуть в нем, но если же быстро ударить по зыбучему песку, то он сразу же затвердеет.
Практическая часть
1.3. Исследование «Я вижу звук».
Для проведения данного исследования мне необходимо приготовить неньютоновскую жидкость из воды и крахмала и «оживить» ее при помощи звука.
Ход исследования заключался в следующем:
Приготовили все необходимые инструменты, посуду и приборы, а также ингредиенты для приготовления жидкости (приложение № 1).
Готовим неньютоновскую жидкость из крахмала и воды (приложения № 2, 3, 4, 5). Добавляем в нее пищевой краситель для цвета (приложение № 5). Перемешиваем до однородности (приложение № 7). Неньютоновская жидкость готова (приложение № 8).
Переворачиваем колонку динамиком вверх и покрываем пищевой пленкой (приложение № 9).
Выливаем неньютоновскую жидкость на динамик (приложение № 10).
Включаем музыку.
Для своего эксперимента я выбрал три музыкальных произведения разных стилей с целью получения различных изображений звуков:
- П.И.Чайковский «Вальс цветов» (приложение № 11);
- Барбарики «Что такое Доброта» (приложение № 12);
- рок-группа Queen – «The Show Must Go On» (приложение № 13).
Наблюдаем, как неньтоновская жидкость поднимается в виде волн под музыку, образуя разные рисунки, в зависимости от звучащего произведения.
Во время звучания классической музыки П.И. Чайковского рисунок получается красивым, грациозным, утонченным, похожим на цветок розы (приложение № 11).
При звучании детской песенки изображение вышло игривым и милым. Оно получилось похожим на смешного мультяшного инопланетянина, который пытается сбежать из динамика (приложение № 12).
Когда звучит рок музыка, то изображение получается хаотичным, угловатым, беспорядочным, острым (приложение № 13).
Таким образом, мне удалось, не просто поймать изображение звука, но и запечатлеть разнообразные картины, в зависимости от воспроизводимой из динамика музыки. Каждый рисунок получился по-своему интересным и занимательным.
2. Заключение
Моё исследование носило практический характер. Я познакомился с историей звука, узнал, что существуют такие жидкости как ньютоновская и неньютоновская, изучил интересный процесс «оживления» звуком.
Когда мы включаем колонку, на которой лежит неньютоновская жидкость, мембрана начинает быстро вибрировать, то есть «ударять» неньютоновскую жидкость. Она, подпрыгнув, затвердевает. Но ненадолго: спустя некоторое время неньютоновская жидкость перестает быть твердой, и «башенки», которые возводила наша колонка, начинают «плавиться».
Мне удалось, не просто поймать изображение звука, но и запечатлеть разнообразные картины, в зависимости от воспроизводимой из динамика музыки. Каждый рисунок получился по-своему интересным и занимательным. Так я не только услышал, но и увидел звуки!
Библиографический список
Клюкин И. И. Удивительный мир звука. – Л.: Судостроение, 1978;
Перельман Я.И.: Занимательная физика. - М.: Наука, 1979;
Яворский Б. М., Детлаф А. А. Справочник по физике. – М.: Наука, 1982;
Энциклопедический словарь юного физика /Сост. В. А. Чуянов. – 2-е изд., испр. и доп.- М.: Педагогика, 1991г.
Интернет-ресурсы
http://www.simplescience.ru/ book3/32;
http://www.labh.ru;
http://www.phys-encyclopedia.net;
http://ru.wikipedia.org .
Приложение 1
Приложение 2
Приложение 3
Приложение 4
Приложение 5
Приложение 5
Приложение 6
Приложение 7
Приложение 8
Приложение 9
Приложение 10
Приложение 11
Приложение 12
Приложение 13