Relazione: Sorgenti sonore. Vibrazioni sonore

Prima di capire quali sono le fonti sonore, pensa a cos'è il suono? Sappiamo che la luce è radiazione. Riflettendo dagli oggetti, questa radiazione raggiunge i nostri occhi e possiamo vederla. Il gusto e l'olfatto sono piccole particelle del corpo che vengono percepite dai nostri rispettivi recettori. Che razza di animale è questo suono?

I suoni vengono trasmessi attraverso l'aria

Probabilmente hai visto come si suona la chitarra. Forse puoi farlo tu stesso. Un'altra cosa importante è il suono che producono le corde di una chitarra quando le pizzichi. Giusto. Ma se potessi mettere una chitarra nel vuoto e pizzicare le corde, rimarresti molto sorpreso dal fatto che la chitarra non emettesse alcun suono.

Tali esperimenti venivano condotti con un'ampia varietà di corpi e il risultato era sempre lo stesso: nello spazio senz'aria non si sentiva alcun suono. La conclusione logica segue che il suono viene trasmesso attraverso l'aria. Pertanto, il suono è qualcosa che accade alle particelle d'aria e ai corpi che producono il suono.

Sorgenti sonore: corpi oscillanti

Ulteriore. Come risultato di un'ampia varietà di numerosi esperimenti, è stato possibile stabilire che il suono deriva dalla vibrazione dei corpi. Le fonti del suono sono corpi che vibrano. Queste vibrazioni vengono trasmesse dalle molecole dell'aria e il nostro orecchio, percependo queste vibrazioni, le interpreta in sensazioni sonore che comprendiamo.

Non è difficile da controllare. Prendi un calice di vetro o cristallo e posizionalo sul tavolo. Toccatelo leggermente con un cucchiaio di metallo. Sentirai un suono lungo e sottile. Ora tocca il vetro con la mano e bussa di nuovo. Il suono cambierà e diventerà molto più breve.

Ora lasciamo che più persone avvolgano le mani attorno al bicchiere il più completamente possibile, insieme allo stelo, cercando di non lasciare una sola zona libera, tranne un punto molto piccolo dove colpire con un cucchiaio. Colpisci di nuovo il vetro. Difficilmente sentirai alcun suono, e quello che si sentirà sarà debole e molto breve. Cosa significa questo?

Nel primo caso, dopo l'impatto, il vetro oscillava liberamente, le sue vibrazioni si trasmettevano nell'aria e raggiungevano le nostre orecchie. Nel secondo caso la maggior parte delle vibrazioni venivano assorbite dalla nostra mano, ed il suono diventava molto più breve man mano che le vibrazioni del corpo diminuivano. Nel terzo caso, quasi tutte le vibrazioni del corpo venivano assorbite istantaneamente dalle mani di tutti i partecipanti e il corpo vibrava appena, e quindi non produceva quasi alcun suono.

Lo stesso vale per tutti gli altri esperimenti a cui puoi pensare e condurre. Le vibrazioni dei corpi, trasmesse alle molecole dell'aria, verranno percepite dalle nostre orecchie e interpretate dal cervello.

Vibrazioni sonore di diverse frequenze

Quindi il suono è vibrazione. Le sorgenti sonore ci trasmettono vibrazioni sonore attraverso l'aria. Perché allora non sentiamo tutte le vibrazioni di tutti gli oggetti? Perché le vibrazioni hanno frequenze diverse.

Il suono percepito dall'orecchio umano è costituito da vibrazioni sonore con una frequenza compresa tra circa 16 Hz e 20 kHz. I bambini sentono suoni con frequenze più elevate rispetto agli adulti e le gamme di percezione delle diverse creature viventi generalmente variano notevolmente.

Le orecchie sono uno strumento molto sottile e delicato che ci è stato donato dalla natura, quindi dovremmo prendercene cura, poiché non esiste alcun sostituto o analogo nel corpo umano.

Il mondo è pieno di un'ampia varietà di suoni: il ticchettio degli orologi e il ronzio dei motori, il fruscio delle foglie e l'ululato del vento, il canto degli uccelli e le voci delle persone. Le persone hanno iniziato a indovinare come nascono i suoni e cosa sono molto tempo fa. Anche l'antico filosofo ed enciclopedista greco Aristotele, sulla base delle osservazioni, spiegò correttamente la natura del suono, ritenendo che un corpo che suona crea compressione alternata e rarefazione dell'aria. L'anno scorso l'autore ha lavorato sul problema della natura del suono e ha completato un lavoro di ricerca: "Nel mondo dei suoni", in cui le frequenze sonore di una scala musicale sono state calcolate utilizzando un bicchiere d'acqua.

Il suono è caratterizzato da quantità: frequenza, lunghezza d'onda e velocità. È anche caratterizzato da ampiezza e volume. Pertanto, viviamo in un mondo diversificato di suoni e nella sua varietà di sfumature.

Alla fine della mia ricerca precedente, avevo una domanda fondamentale: esistono modi per determinare la velocità del suono in casa? Pertanto, possiamo formulare il problema: dobbiamo trovare modi o un modo per determinare la velocità del suono.

Fondamenti teorici della dottrina del suono

Mondo dei suoni

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Gamma di suoni. Esistono indipendentemente dall'orecchio? Queste sono solo sensazioni soggettive, e quindi il mondo stesso tace, o è un riflesso della realtà reale nella nostra coscienza? In quest'ultimo caso, anche senza di noi il mondo risuonerà di una sinfonia di suoni.

La leggenda attribuisce inoltre a Pitagora (582-500 aC) la scoperta di rapporti numerici corrispondenti a diversi suoni musicali. Passando accanto a una fucina dove diversi operai forgiavano il ferro, Pitagora notò che i suoni erano nel rapporto tra quinta, quarta e ottava. Entrato nella fucina, si convinse che il martello che dava l'ottava, rispetto al martello più pesante, avesse un peso pari a 1/2 di quest'ultimo, il martello che dava la quinta avesse un peso pari a 2/3, e il martello che dava la quinta il quarto aveva un peso pari a 3/4 del martello pesante. Tornato a casa, Pitagora appese alle estremità delle corde con pesi proporzionali a 1/2: 2/3: 3/4 e avrebbe scoperto che le corde, quando colpite, producevano gli stessi intervalli musicali. Fisicamente la leggenda non regge alle critiche, l'incudine, colpita da martelli diversi, produce il proprio unico e identico tono, e le leggi della vibrazione delle corde non confermano la leggenda. Ma in ogni caso la leggenda parla degli antichi insegnamenti dell'armonia. I meriti dei Pitagorici nel campo della musica sono indubbi. Hanno avuto l'idea fruttuosa di misurare il tono di una corda che suona misurandone la lunghezza. Conoscevano il dispositivo "monocordo": una scatola fatta di assi di cedro con una corda tesa sul coperchio. Quando colpisci una corda, produce un tono specifico. Se dividi la corda in due sezioni, sostenendola con un picchetto triangolare al centro, produrrà un tono più alto. Sembra così simile al tono principale che, se suonati simultaneamente, quasi si fondono in un unico tono. La relazione tra due toni nella musica è un intervallo. Quando il rapporto della lunghezza della corda è 1/2:1, l'intervallo viene chiamato ottava. Gli intervalli di quinta e quarta noti a Pitagora si ottengono spostando il pirolo del monocordo in modo da separare rispettivamente 2/3 o 3/4 delle corde.

Quanto al numero sette, è associato a un'idea ancora più antica e misteriosa di persone di natura semireligiosa e semimistica. Molto probabilmente, tuttavia, ciò è dovuto alla divisione astronomica del mese lunare in quattro settimane di sette giorni. Questo numero appare da migliaia di anni in varie leggende. Quindi lo troviamo in un antico papiro, scritto dall'egiziano Ahmes nel 2000 a.C. Questo curioso documento si intitola: “Istruzioni per acquisire la conoscenza di tutte le cose segrete”. Tra le altre cose, troviamo lì un misterioso problema chiamato “scale”. Si tratta di una scala di numeri che rappresentano le potenze del numero sette: 7, 49, 343, 2401, 16.807 Sotto ogni numero c'è un'immagine geroglifica: gatto, topo, orzo, misura. Papyrus non fornisce alcun indizio su questo problema. Gli interpreti moderni del papiro Ahmes decifrano la condizione del problema nel modo seguente: sette persone hanno sette gatti, ogni gatto mangia sette topi, ogni topo può mangiare sette spighe d'orzo, da ogni spiga possono crescere sette misure di grano. Quanto grano risparmieranno i gatti? Perché non un problema di contenuto produttivo, proposto 40 secoli fa?

La moderna scala musicale europea ha sette toni, ma non sempre e non tutti i popoli avevano una scala a sette toni. Ad esempio, nell'antica Cina veniva utilizzata una scala di cinque toni. Ai fini dell'uniformità dell'accordatura, l'altezza di questo tono di riferimento deve essere rigorosamente dichiarata da un accordo internazionale. Dal 1938, come tono fondamentale è stato adottato un tono corrispondente alla frequenza di 440 Hz (440 vibrazioni al secondo). Diversi toni che suonano contemporaneamente formano un accordo musicale. Le persone con la cosiddetta altezza assoluta possono sentire i singoli toni in un accordo.

Naturalmente conosci soprattutto la struttura dell'orecchio umano. Ricordiamolo brevemente. L'orecchio è costituito da tre parti: 1) l'orecchio esterno, che termina con il timpano; 2) l'orecchio medio, che, con l'ausilio di tre ossicini uditivi: martello, incudine e staffa, trasmette le vibrazioni del timpano all'orecchio interno; 3) l'orecchio interno, o labirinto, è costituito dai canali semicircolari e dalla coclea. La coclea è un apparato di ricezione del suono. L'orecchio interno è pieno di fluido (linfa), messo in movimento oscillatorio dai colpi della staffa sulla membrana, che stringe la finestra ovale nella capsula ossea del labirinto. Sul setto che divide la coclea in due parti, per tutta la sua lunghezza, le fibre nervose più fini di lunghezza gradualmente crescente si trovano in file trasversali.

Il mondo dei suoni è reale! Ma, ovviamente, non si dovrebbe pensare che questo mondo susciti esattamente le stesse sensazioni in tutti. Chiedere se le altre persone percepiscono i suoni esattamente nello stesso modo in cui li percepisci tu non è un modo scientifico di porre la domanda.

1. 2. Sorgenti sonore. Vibrazioni sonore

Il mondo dei suoni che ci circonda è vario: le voci delle persone e della musica, il canto degli uccelli e il ronzio delle api, il tuono durante un temporale e il rumore della foresta nel vento, il suono delle auto che passano, degli aeroplani, ecc.

Ciò che tutti i suoni hanno in comune è che i corpi che li generano, cioè le sorgenti del suono, vibrano.

Un righello metallico elastico fissato in una morsa emetterà un suono se la sua parte libera, la cui lunghezza è selezionata in un certo modo, viene portata in movimento oscillatorio. In questo caso le vibrazioni della sorgente sonora sono evidenti.

Ma non tutti i corpi oscillanti sono sorgenti sonore. Ad esempio, una massa oscillante sospesa su un filo o su una molla non emette alcun suono. Un righello di metallo smetterà di suonare anche se lo si sposta verso l'alto in una morsa e quindi si allunga l'estremità libera in modo che la sua frequenza di vibrazione diventi inferiore a 20 Hz.

La ricerca ha dimostrato che l'orecchio umano è in grado di percepire come suono le vibrazioni meccaniche dei corpi che si verificano con una frequenza compresa tra 20 Hz e 20.000 Hz. Pertanto, le vibrazioni le cui frequenze rientrano in questo intervallo sono chiamate suono.

Le vibrazioni meccaniche la cui frequenza supera i 20.000 Hz sono chiamate ultrasoniche, mentre le vibrazioni con frequenze inferiori a 20 Hz sono chiamate infrasoniche.

Va notato che i limiti indicati della gamma sonora sono arbitrari, poiché dipendono dall'età delle persone e dalle caratteristiche individuali del loro apparecchio acustico. Di solito, con l'età, il limite superiore della frequenza dei suoni percepiti diminuisce in modo significativo: alcune persone anziane possono sentire suoni con frequenze non superiori a 6000 Hz. I bambini, al contrario, possono percepire suoni la cui frequenza è leggermente superiore a 20.000 Hz.

Alcuni animali sentono vibrazioni con frequenze superiori a 20.000 Hz o inferiori a 20 Hz.

Il mondo è pieno di un'ampia varietà di suoni: il ticchettio degli orologi e il ronzio dei motori, il fruscio delle foglie e l'ululato del vento, il canto degli uccelli e le voci delle persone. Le persone hanno iniziato a indovinare come nascono i suoni e cosa sono molto tempo fa. Hanno notato, ad esempio, che il suono viene creato dai corpi che vibrano nell'aria. Anche l'antico filosofo ed enciclopedista greco Aristotele, sulla base delle osservazioni, spiegò correttamente la natura del suono, ritenendo che un corpo che suona crea compressione alternata e rarefazione dell'aria. Pertanto, una corda vibrante comprime o rarefa l'aria e, grazie all'elasticità dell'aria, questi effetti alternati vengono trasmessi ulteriormente nello spazio: da strato a strato si formano onde elastiche. Quando raggiungono il nostro orecchio, colpiscono i timpani e provocano la sensazione del suono.

Udendo, una persona percepisce le onde elastiche con una frequenza che va da circa 16 Hz a 20 kHz (1 Hz - 1 vibrazione al secondo). In conformità a ciò, le onde elastiche in qualsiasi mezzo, le cui frequenze rientrano nei limiti specificati, sono chiamate onde sonore o semplicemente suono. Nell'aria ad una temperatura di 0° C e ad una pressione normale, il suono viaggia ad una velocità di 330 m/s.

La fonte del suono nei gas e nei liquidi può non essere solo corpi vibranti. Ad esempio, un proiettile e una freccia fischiano in volo, il vento ulula. E il ruggito di un aereo a turbogetto consiste non solo nel rumore delle unità operative: ventola, compressore, turbina, camera di combustione, ecc., Ma anche nel rumore della corrente a getto, del vortice, dei flussi d'aria turbolenti che si verificano quando si scorre intorno al aerei ad alta velocità. Un corpo che scorre rapidamente nell'aria o nell'acqua sembra interrompere il flusso che gli scorre attorno e genera periodicamente regioni di rarefazione e compressione nel mezzo. Di conseguenza, vengono generate onde sonore.

Nello studio del suono sono importanti anche i concetti di tono e timbro del suono. Qualsiasi suono reale, sia esso una voce umana o il suono di uno strumento musicale, non è una semplice vibrazione armonica, ma una peculiare miscela di molte vibrazioni armoniche con un certo insieme di frequenze. Quello con la frequenza più bassa è chiamato tono fondamentale, gli altri - sovratoni. Il diverso numero di sfumature inerenti a un particolare suono gli conferisce una colorazione speciale: il timbro. La differenza tra un timbro e l'altro è determinata non solo dal numero, ma anche dall'intensità degli armonici che accompagnano il suono del tono principale. Per timbro distinguiamo facilmente i suoni di un violino e di un pianoforte, di una chitarra e di un flauto e riconosciamo le voci di persone familiari.

1. 4. Intonazione e timbro del suono

Facciamo suonare due corde diverse su una chitarra o una balalaika. Sentiremo suoni diversi: uno è più basso, l'altro è più alto. I suoni della voce di un uomo sono più bassi dei suoni della voce di una donna, i suoni del basso sono più bassi di quelli del tenore e i suoni del soprano sono più alti del contralto.

Da cosa dipende l'altezza del suono?

Possiamo concludere che l'altezza del suono dipende dalla frequenza di vibrazione: maggiore è la frequenza di vibrazione della sorgente sonora, più alto sarà il suono prodotto.

Un tono puro è il suono di una sorgente che oscilla ad una frequenza.

I suoni provenienti da altre fonti (ad esempio i suoni di vari strumenti musicali, le voci delle persone, il suono di una sirena e molti altri) rappresentano un insieme di vibrazioni di frequenze diverse, cioè un insieme di toni puri.

La frequenza più bassa (cioè la più piccola) di un suono così complesso è chiamata frequenza fondamentale, e il suono corrispondente di una certa altezza è chiamato tono fondamentale (a volte chiamato semplicemente tono). L'altezza di un suono complesso è determinata proprio dall'altezza della sua nota fondamentale.

Tutti gli altri toni di un suono complesso sono chiamati sovratoni. Gli armonici determinano il timbro di un suono, cioè la sua qualità che ci permette di distinguere i suoni di alcune fonti dai suoni di altre. Ad esempio, distinguiamo facilmente il suono di un pianoforte da quello di un violino, anche se questi suoni hanno la stessa altezza, cioè la stessa frequenza fondamentale. La differenza tra questi suoni è dovuta a un diverso insieme di sovratoni.

Pertanto, l'altezza di un suono è determinata dalla frequenza del suo tono fondamentale: maggiore è la frequenza del tono fondamentale, più alto è il suono.

Il timbro di un suono è determinato dalla totalità dei suoi armonici.

1. 5. Perché ci sono suoni diversi?

I suoni differiscono tra loro per volume, altezza e timbro. L'intensità del suono dipende in parte dalla distanza dell'orecchio dell'ascoltatore dall'oggetto che suona e in parte dall'ampiezza della vibrazione di quest'ultimo. La parola ampiezza indica la distanza che un corpo percorre da un punto estremo all'altro durante le sue oscillazioni. Maggiore è questa distanza, più forte sarà il suono.

L'altezza di un suono dipende dalla velocità o dalla frequenza di vibrazione del corpo. Più vibrazioni fa un oggetto in un secondo, più alto sarà il suono che produce.

Tuttavia, due suoni che sono esattamente uguali in volume e intonazione possono differire l'uno dall'altro. La musicalità di un suono dipende dal numero e dalla forza degli armonici presenti in esso. Se una corda di violino viene fatta vibrare per tutta la sua lunghezza in modo che non si verifichino ulteriori vibrazioni, si sentirà il tono più basso che è in grado di produrre. Questo tono è chiamato tono principale. Tuttavia, se su di esso si verificano ulteriori vibrazioni delle singole parti, appariranno ulteriori note più alte. In armonia con il tono principale, creeranno uno speciale suono di violino. Queste note più alte rispetto al tono principale sono chiamate sovratoni. Determinano il timbro di un suono particolare.

1. 6. Riflessione e propagazione dei disturbi.

Un disturbo di una parte di un tubo di gomma allungato o di una molla si muove lungo la sua lunghezza. Quando un disturbo raggiunge l'estremità del tubo, si riflette indipendentemente dal fatto che l'estremità del tubo sia fissa o libera. L'estremità trattenuta viene tirata bruscamente verso l'alto e quindi riportata nella posizione originale. La cresta formata sul tubo si sposta lungo il tubo fino alla parete, dove viene riflessa. In questo caso l'onda riflessa ha la forma di una depressione, cioè si trova al di sotto della posizione media del tubo, mentre l'antinodo originario era al di sopra. Qual è la ragione di questa differenza? Immagina l'estremità di un tubo di gomma fissato al muro. Poiché è fisso, non può muoversi. La forza verso l'alto dell'impulso in arrivo tende a costringerlo a muoversi verso l'alto. Tuttavia, poiché non può muoversi, deve esserci una forza uguale e contraria verso il basso emanata dal supporto e applicata all'estremità del tubo di gomma, e quindi l'impulso riflesso si trova con l'antinodo verso il basso. La differenza di fase tra l'impulso riflesso e quello originale è di 180°.

1. 7. Onde stazionarie

Quando la mano che tiene il tubo di taglio si muove su e giù e la frequenza del movimento aumenta gradualmente, si raggiunge un punto in cui si ottiene un unico antinodo. Un ulteriore aumento della frequenza di vibrazione del braccio porterà alla formazione di un doppio antinodo. Se misuri la frequenza dei movimenti delle mani, vedrai che la loro frequenza è raddoppiata. Poiché è difficile muovere la mano più velocemente, è meglio usare un vibratore meccanico.

Le onde prodotte sono chiamate onde stazionarie o stazionarie. Si formano perché l'onda riflessa si sovrappone a quella incidente.

In questo studio ci sono due onde: incidente e riflessa. Hanno la stessa frequenza, ampiezza e lunghezza d'onda, ma viaggiano in direzioni opposte. Queste sono onde viaggianti, ma interferiscono tra loro e creano quindi onde stazionarie. Ciò ha le seguenti conseguenze: a) tutte le particelle in ciascuna metà della lunghezza d'onda oscillano in fase, cioè si muovono tutte nella stessa direzione contemporaneamente; b) ciascuna particella ha un'ampiezza diversa dall'ampiezza della particella successiva; c) la differenza di fase tra le vibrazioni delle particelle di una semionda e le vibrazioni delle particelle della semionda successiva è 180°. Ciò significa semplicemente che deviano il più possibile in direzioni opposte allo stesso tempo, oppure, se si trovano nella posizione centrale, iniziano a muoversi in direzioni opposte.

Alcune particelle non si muovono (hanno ampiezza nulla) perché le forze che agiscono su di esse sono sempre uguali e opposte. Questi punti sono chiamati punti nodali o nodi, e la distanza tra due nodi successivi è la metà della lunghezza d'onda, cioè 1\2 λ.

Il movimento massimo avviene in punti e l'ampiezza di questi punti è doppia dell'ampiezza dell'onda incidente. Questi punti sono chiamati antinodi e la distanza tra due antinodi successivi è la metà della lunghezza d'onda. La distanza tra il nodo e l'antinodo successivo è un quarto della lunghezza d'onda, cioè 1\4λ.

Un'onda stazionaria è diversa da un'onda viaggiante. In un'onda viaggiante: a) tutte le particelle hanno la stessa ampiezza di oscillazione; b) ogni particella non è in fase con la successiva.

1. 8. Tubo di risonanza.

Il tubo risonante è un tubo stretto nel quale si creano le vibrazioni della colonna d'aria. Per modificare la lunghezza della colonna d'aria vengono utilizzati vari metodi, ad esempio modificando il livello dell'acqua nel tubo. L'estremità chiusa del tubo è un nodo perché l'aria a contatto con esso è stazionaria. L'estremità aperta del tubo è sempre un antinodo, poiché qui l'ampiezza delle vibrazioni è massima. C'è un nodo e un antinodo. La lunghezza del tubo è circa un quarto della lunghezza dell'onda stazionaria.

Per dimostrare che la lunghezza della colonna d'aria è inversamente proporzionale alla frequenza dell'onda, è necessario utilizzare una serie di diapason. È preferibile utilizzare un piccolo altoparlante collegato a un generatore di frequenza audio calibrato anziché un diapason a frequenza fissa. Al posto dei tubi dell'acqua viene utilizzato un lungo tubo con un pistone, poiché ciò facilita la selezione della lunghezza delle colonne d'aria. Una sorgente sonora costante è posta vicino all'estremità del tubo e le lunghezze di risonanza della colonna d'aria sono ottenute per frequenze di 300 Hz, 350 Hz, 400 Hz, 450 Hz, 500 Hz, 550 Hz e 600 Hz.

Quando si versa l'acqua in una bottiglia, viene prodotto un certo tono sonoro poiché l'aria nella bottiglia inizia a vibrare. L'altezza di questo tono aumenta al diminuire del volume dell'aria nella bottiglia. Ogni bottiglia ha una certa frequenza naturale e quando si soffia sul collo aperto della bottiglia si può produrre anche un suono.

All'inizio della guerra del 1939-1945. i proiettori erano puntati sugli aerei che utilizzavano apparecchiature che operavano nella gamma audio. Per impedire loro di concentrarsi, alcuni equipaggi lanciarono bottiglie vuote dagli aerei quando furono colti dai riflettori. Il ricevitore percepiva forti rumori di bottiglie che cadevano e i riflettori perdevano la messa a fuoco

1. 9. Strumenti musicali a fiato.

I suoni prodotti dagli strumenti a fiato dipendono dalle onde stazionarie che si formano nei tubi. Il tono dipende dalla lunghezza del tubo e dal tipo di vibrazione dell'aria nel tubo.

Ad esempio, una canna d'organo aperta. L'aria viene soffiata nel tubo attraverso il foro e colpisce una sporgenza tagliente. Ciò fa vibrare l'aria nel tubo. Poiché entrambe le estremità del tubo sono aperte, a ciascuna estremità è sempre presente un antinodo. Il tipo più semplice di oscillazione è quello in cui è presente un antinodo a ciascuna estremità e un nodo al centro. Queste sono vibrazioni fondamentali e la lunghezza del tubo è circa la metà della lunghezza d'onda. Frequenza fondamentale =c/2l, dove c è la velocità del suono e l è la lunghezza del tubo.

Una canna d'organo chiusa ha un tappo all'estremità, il che significa che l'estremità della canna è chiusa. Ciò significa che c'è sempre un nodo a questa estremità. È del tutto ovvio che: a) la frequenza fondamentale di un tubo chiuso è la metà della frequenza fondamentale di un tubo aperto della stessa lunghezza; b) con la canna chiusa si possono formare solo armonici dispari. Pertanto, la gamma tonale di una pipa aperta è maggiore di quella di una pipa chiusa.

Le condizioni fisiche modificano il suono degli strumenti musicali. Un aumento della temperatura provoca un aumento della velocità del suono nell'aria e, quindi, un aumento della frequenza fondamentale. Anche la lunghezza del tubo aumenta leggermente, provocando una diminuzione della frequenza. Quando suonano un organo, ad esempio in una chiesa, gli artisti chiedono che il riscaldamento sia acceso in modo che l'organo possa suonare alla sua temperatura normale. Gli strumenti a corda hanno controlli della tensione delle corde. Un aumento della temperatura porta ad una certa espansione della corda e ad una diminuzione della tensione.

Capitolo 2. Parte pratica

2. 1. Metodo per determinare la velocità del suono utilizzando un tubo risonante.

Il dispositivo è mostrato in figura. Il tubo risonante è un tubo lungo e stretto A collegato al serbatoio B tramite un tubo di gomma. C'è acqua in entrambi i tubi. Quando B viene sollevato, la lunghezza della colonna d'aria in A diminuisce, mentre quando B viene abbassato, la lunghezza della colonna d'aria in A aumenta. Posiziona un diapason oscillante sopra A quando la lunghezza della colonna d'aria in A è praticamente zero. Non sentirai alcun suono. Man mano che la lunghezza della colonna d'aria in LA aumenta, sentirai il suono intensificarsi, raggiungere il massimo e poi iniziare a svanire. Ripetere questa procedura, regolando B in modo che la lunghezza della colonna d'aria in A produca il massimo suono. Quindi misurare la lunghezza l1 della colonna d'aria.

Si sente un suono forte perché la frequenza naturale di una colonna d'aria di lunghezza l1 è uguale alla frequenza naturale del diapason, e quindi la colonna d'aria vibra all'unisono con essa. Hai trovato la prima posizione di risonanza. Infatti la lunghezza dell’aria oscillante è leggermente maggiore della colonna d’aria in A.

Se ometti. Ad un livello ancora più basso, in modo che la lunghezza della colonna d'aria aumenti, troverete un'altra posizione in cui il suono raggiunge la massima forza. Determinare con precisione questa posizione e misurare la lunghezza l2 della colonna d'aria. Questa è la seconda posizione di risonanza. Come prima, l'apice si trova all'estremità aperta del tubo e il nodo si trova sulla superficie dell'acqua. Ciò si può ottenere solo nel caso mostrato in figura, nel qual caso la lunghezza della colonna d'aria nel tubo è di circa 3\4 lunghezze d'onda (3\4 λ).

Sottraendo le due misure si ottiene:

3\4 λ - 1\4 λ = l2 - l1, quindi 1\2 λ = l2 - l1.

Quindi, c = ν λ = ν 2 (l2 - l1), dove ν è la frequenza del diapason. Questo è un modo rapido e abbastanza accurato per determinare la velocità del suono nell'aria.

2. 2. Esperimento e calcoli.

Per determinare la velocità dell'onda sonora sono stati utilizzati i seguenti strumenti e apparecchiature:

Treppiede universale;

Tubo di vetro a pareti spesse, sigillato ad un'estremità, lungo 1,2 metri;

Diapason, frequenza 440 Hz, nota “LA”;

Martello;

Bottiglia d'acqua;

Metro.

Avanzamento dello studio:

1. Ho assemblato un treppiede sul quale ho attaccato gli anelli di aggancio.

2. Posiziona il tubo di vetro su un treppiede.

3. Aggiungendo acqua al tubo ed eccitando le onde sonore su un diapason, creò onde stazionarie nel tubo.

4. Sperimentalmente, ho raggiunto un'altezza della colonna d'acqua tale che le onde sonore nel tubo di vetro sono state amplificate in modo da osservare la risonanza nel tubo.

5. Misurata la prima lunghezza dell'estremità del tubo priva di acqua - l2 = 58 cm = 0,58 m

6. Aggiungere nuovamente acqua al tubo. (Ripetere i passaggi 3, 4, 5) – l1 = 19 cm = 0,19 m

7. Calcoli eseguiti utilizzando la formula: c = ν λ = ν 2 (l2 - l1),

8. s = 440 Hz * 2 (0,58 m - 0,19 m) = 880 * 0,39 = 343,2 m\s

Il risultato dello studio è la velocità del suono = 343,2 m/s.

2. 3. Conclusioni della parte pratica

Utilizzando l'attrezzatura selezionata, determinare la velocità del suono nell'aria. Abbiamo confrontato il risultato ottenuto con il valore della tabella – 330 m/s. Il valore risultante è approssimativamente uguale al valore tabulato. Le discrepanze erano dovute ad errori di misurazione, la seconda ragione: il valore della tabella è dato ad una temperatura di 00°C, e nell'appartamento la temperatura dell'aria = 240°C.

Pertanto, è possibile applicare il metodo proposto per determinare la velocità del suono utilizzando un tubo risonante.

Conclusione.

La capacità di calcolare e determinare le caratteristiche del suono è molto utile. Come risulta dallo studio, le caratteristiche del suono: volume, ampiezza, frequenza, lunghezza d'onda: questi valori sono inerenti a determinati suoni e da essi possiamo determinare quale suono sentiamo in questo momento. Siamo ancora una volta di fronte a uno schema matematico del suono. Ma anche se è possibile calcolare la velocità del suono, essa dipende dalla temperatura della stanza e dallo spazio in cui si verifica il suono.

Pertanto, lo scopo dello studio è stato raggiunto.

L'ipotesi della ricerca è stata confermata, ma in futuro sarà necessario tenere conto degli errori di misurazione.

Sulla base di ciò sono stati completati gli obiettivi della ricerca:

Sono stati studiati i fondamenti teorici di questo problema;

Sono stati identificati dei modelli;

Le misurazioni necessarie sono state completate;

Sono stati eseguiti calcoli della velocità del suono;

I risultati dei calcoli ottenuti sono stati confrontati con i dati tabellari esistenti;

Viene fornita una valutazione dei risultati ottenuti.

Come risultato del lavoro: o Imparato a determinare la velocità del suono utilizzando un tubo risonante; o Ho riscontrato il problema delle diverse velocità del suono a diverse temperature, quindi cercherò di approfondire questo problema nel prossimo futuro.

Sorgenti sonore. Vibrazioni sonore

L'uomo vive in un mondo di suoni. Il suono per gli esseri umani è una fonte di informazioni. Avverte le persone del pericolo. Suono sotto forma di musica, il canto degli uccelli ci dà piacere. Ci piace ascoltare una persona con una voce piacevole. I suoni sono importanti non solo per gli esseri umani, ma anche per gli animali, per i quali un buon rilevamento del suono li aiuta a sopravvivere.

Suono – sono onde elastiche meccaniche che si propagano nei gas, nei liquidi e nei solidi.

Motivo del suono - vibrazioni (oscillazioni) dei corpi, sebbene queste vibrazioni siano spesso invisibili ai nostri occhi.

Sorgenti sonore - corpi fisici che vibrano, cioè tremare o vibrare ad una certa frequenza
da 16 a 20.000 volte al secondo. Il corpo vibrante può essere solido, ad esempio una corda
o la crosta terrestre, gassosa, ad esempio, una corrente d'aria negli strumenti musicali a fiato
o liquido, ad esempio, onde sull'acqua.

Volume

Il volume dipende dall'ampiezza delle vibrazioni nell'onda sonora. L'unità di volume del suono è 1 Bel (in onore di Alexander Graham Bell, l'inventore del telefono). In pratica, il volume viene misurato in decibel (dB). 1 dB = 0,1 B.

10dB - sussurro;

20–30 dB – norme sul rumore nei locali residenziali;
50dB– conversazione a volume medio;
80 d B – il rumore del motore di un camion acceso;
130dB- soglia del dolore

Un suono più forte di 180 dB può persino causare la rottura del timpano.

Suoni alti rappresentato da onde ad alta frequenza, ad esempio il canto degli uccelli.

Suoni bassi Si tratta di onde a bassa frequenza, come il suono del motore di un grosso camion.

Onde sonore

Onde sonore- Queste sono onde elastiche che fanno sì che una persona provi il suono.

Un’onda sonora può percorrere un’ampia varietà di distanze. Si sentono gli spari per 10-15 km, i nitriti di cavalli e i cani che abbaiano per 2-3 km e i sussurri solo per pochi metri. Questi suoni vengono trasmessi attraverso l'aria. Ma non solo l’aria può essere un conduttore del suono.

Avvicinando l'orecchio ai binari è possibile sentire il rumore di un treno in avvicinamento molto prima e a una distanza maggiore. Ciò significa che il metallo conduce il suono più velocemente e meglio dell’aria. Anche l'acqua conduce bene il suono. Dopo esserti tuffato in acqua, puoi sentire chiaramente le pietre che sbattono l'una contro l'altra, il rumore dei ciottoli durante la risacca.

La proprietà dell'acqua di condurre bene il suono è ampiamente utilizzata per la ricognizione in mare durante la guerra, nonché per misurare la profondità del mare.

Una condizione necessaria per la propagazione delle onde sonore è la presenza di un mezzo materiale. Nel vuoto le onde sonore non si propagano perché non ci sono particelle che trasmettono l'interazione dalla fonte di vibrazione.

Pertanto, a causa della mancanza di atmosfera, sulla Luna regna il silenzio completo. Anche la caduta di un meteorite sulla sua superficie non è udibile dall'osservatore.

In ciascun mezzo, il suono viaggia a velocità diverse.

Velocità del suono nell'aria- circa 340 m/s.

Velocità del suono nell'acqua- 1500 metri al secondo.

Velocità del suono nei metalli, nell'acciaio- 5000 metri al secondo.

Nell'aria calda la velocità del suono è maggiore che nell'aria fredda, il che porta ad un cambiamento nella direzione di propagazione del suono.

FORCHETTA

- Questo Piastra metallica a forma di U, le cui estremità possono vibrare dopo essere state colpite.

Pubblicato Diapason il suono è molto debole e si sente solo a breve distanza.
Risonatore- una scatola di legno su cui è possibile attaccare un diapason serve per amplificare il suono.
In questo caso, l'emissione del suono avviene non solo dal diapason, ma anche dalla superficie del risuonatore.
Tuttavia, la durata del suono di un diapason su un risonatore sarà più breve che senza di esso.

E X O

Un suono forte, riflesso dagli ostacoli, ritorna alla fonte del suono dopo alcuni istanti e noi lo sentiamo eco.

Moltiplicando la velocità del suono per il tempo trascorso dalla sua origine al suo ritorno, è possibile determinare il doppio della distanza dalla sorgente sonora all'ostacolo.
Questo metodo per determinare la distanza dagli oggetti viene utilizzato in ecolocalizzazione.

Alcuni animali, come i pipistrelli,
utilizzare anche il fenomeno della riflessione del suono utilizzando il metodo dell'ecolocalizzazione

L'ecolocalizzazione si basa sulla proprietà della riflessione del suono.

Suono: onda meccanica in esecuzione SU e trasferisce energia.
Tuttavia, la potenza della conversazione simultanea di tutte le persone del globo non è certo superiore alla potenza di un'auto Moskvich!

Ultrasuoni.

· Le vibrazioni con frequenze superiori a 20.000 Hz sono chiamate ultrasuoni. Gli ultrasuoni sono ampiamente utilizzati nella scienza e nella tecnologia.

· Il liquido bolle quando passa un'onda ultrasonica (cavitazione). In questo caso si verifica il colpo d'ariete. Gli ultrasuoni possono strappare pezzi dalla superficie del metallo e frantumare i solidi. Gli ultrasuoni possono essere utilizzati per mescolare liquidi immiscibili. Ecco come si preparano le emulsioni in olio. Sotto l'influenza degli ultrasuoni, avviene la saponificazione dei grassi. I dispositivi di lavaggio sono progettati secondo questo principio.

· Ampiamente usato ultrasuoni in idroacustica. Gli ultrasuoni ad alta frequenza vengono assorbiti molto debolmente dall'acqua e possono diffondersi per decine di chilometri. Se incontrano il fondale, un iceberg o un altro corpo solido sul loro cammino, si riflettono e producono un'eco di grande potenza. Un ecoscandaglio ad ultrasuoni è progettato secondo questo principio.

In metallo ultrasuoni si diffonde praticamente senza assorbimento. Utilizzando il metodo di localizzazione ad ultrasuoni è possibile rilevare i più piccoli difetti all'interno di una parte di grande spessore.

· L'effetto schiacciante degli ultrasuoni viene utilizzato per la produzione di saldatori ad ultrasuoni.

Onde ultrasoniche, inviati dalla nave, vengono riflessi dall'oggetto affondato. Il computer rileva l'ora in cui appare l'eco e determina la posizione dell'oggetto.

· Gli ultrasuoni sono utilizzati in medicina e biologia per l'ecolocalizzazione, per l'identificazione e il trattamento di tumori e alcuni difetti nei tessuti corporei, in chirurgia e traumatologia per il taglio di tessuti molli e ossei durante varie operazioni, per la saldatura di ossa rotte, per la distruzione di cellule (ultrasuoni ad alta potenza).

Gli infrasuoni e il loro impatto sull'uomo.

Le vibrazioni con frequenze inferiori a 16 Hz sono chiamate infrasuoni.

In natura, gli infrasuoni si verificano a causa del movimento vorticoso dell'aria nell'atmosfera o come risultato delle vibrazioni lente di vari corpi. Gli infrasuoni sono caratterizzati da un debole assorbimento. Pertanto, si diffonde su lunghe distanze. Il corpo umano reagisce dolorosamente alle vibrazioni infrasoniche. Sotto influenze esterne causate da vibrazioni meccaniche o onde sonore a frequenze di 4-8 Hz, una persona avverte il movimento degli organi interni e ad una frequenza di 12 Hz - un attacco di mal di mare.

· Massima intensità vibrazioni infrasoniche creare macchine e meccanismi dotati di ampie superfici che eseguono vibrazioni meccaniche a bassa frequenza (infrasuoni di origine meccanica) o flussi turbolenti di gas e liquidi (infrasuoni di origine aerodinamica o idrodinamica).

Domande.

1. Raccontare gli esperimenti illustrati nelle Figure 70-73. Quale conclusione ne consegue?

Nel primo esperimento (Fig. 70), un righello di metallo serrato in una morsa emette un suono quando vibra.
Nel secondo esperimento (Fig. 71) si possono osservare le vibrazioni della corda, che produce anche il suono.
Nel terzo esperimento (Fig. 72), si osserva il suono di un diapason.
Nel quarto esperimento (Fig. 73), le vibrazioni del diapason vengono “registrate” su una piastra affumicata. Tutti questi esperimenti dimostrano la natura oscillatoria dell'apparenza del suono. Il suono si verifica a causa delle vibrazioni. Anche nel quarto esperimento lo si può osservare chiaramente. La punta dell'ago lascia una traccia sotto forma di sinusoide. In questo caso il suono non appare dal nulla, ma è generato da fonti sonore: un righello, una corda, un diapason.

2. Quale proprietà comune hanno tutte le sorgenti sonore?

Qualsiasi sorgente sonora vibra necessariamente.

3. Vibrazioni meccaniche di quali frequenze sono chiamate vibrazioni sonore e perché?

Le vibrazioni sonore sono vibrazioni meccaniche con frequenze da 16 Hz a 20.000 Hz, perché in questa gamma di frequenze vengono percepiti dagli esseri umani.

4. Quali vibrazioni sono chiamate ultrasoniche? infrasonico?

Le vibrazioni con frequenze superiori a 20.000 Hz sono chiamate ultrasoniche e con frequenze inferiori a 16 Hz - infrasoniche.

5. Raccontaci come misurare la profondità del mare utilizzando l'ecolocalizzazione.

Esercizi.

1. Udiamo il suono del battito delle ali di una zanzara volante. ma nessun uccello in volo. Perché?

La frequenza di vibrazione delle ali di una zanzara è di 600 Hz (600 battiti al secondo), quella di un passero è di 13 Hz e l'orecchio umano percepisce i suoni a 16 Hz.