Проект по физике «Звуковые волны в природе и жизни человека»

Проект по физике

на тему:

«Звуковые волны в природе

и жизни человека»

                                      ученика 9 «Г» класса

                                  МБОУ СОШ №1

                                   Харламова Никиты

 г.Королев

1. Понятие звука
2. Звук в природе
3. Звук в жизни живых существ

1. Животные
2. Человек

1. Понятие звука

  Звук — физическое явление, представляющее собой распространение в виде упругих волн механических колебаний в твёрдой, жидкой или газообразной среде. Именно это определения носят волны, воспринимаемые органами чувств животных.

  Как и любая волна, звук характеризуется амплитудой и частотой.  Амплитуда характеризует громкость звука. Частота определяет тон, высоту.  Громкость звука сложным образом зависит от эффективного звукового давления, частоты и формы колебаний, а высота звука — не только от частоты, но и от величины звукового давления.

   Среди слышимых звуков следует особо выделить фонетические, речевые звуки и фонемы (из которых состоит устная речь) и музыкальные звуки (из которых состоит музыка). Музыкальные звуки содержат не один, а несколько тонов, а иногда и шумовые компоненты в широком диапазоне частот.

  Звуковые волны могут служить примером колебательного процесса. Всякое колебание связано с нарушением равновесного состояния системы и выражается в отклонении её характеристик от равновесных значений с последующим возвращением к исходному значению. Для звуковых колебаний такой характеристикой является давление в точке среды, а её отклонение — звуковым давлением.

Если произвести резкое смещение частиц упругой среды в одном месте, например с помощью поршня, то в этом месте увеличится давление. Благодаря упругим связям частиц давление передаётся на соседние частицы, которые, в свою очередь, воздействуют на следующие, и область повышенного давления как бы перемещается в упругой среде. За областью повышенного давления следует область пониженного давления, и, таким образом, образуется ряд чередующихся областей сжатия и разрежения, распространяющихся в среде в виде волны. Каждая частица упругой среды в этом случае будет совершать колебательные движения.

В жидких и газообразных средах, где отсутствуют значительные колебания плотности, акустические волны имеют продольный характер, то есть направление колебания частиц совпадает с направлением перемещения волны. В твёрдых телах, помимо продольных деформаций, возникают также упругие деформации сдвига, обусловливающие возбуждение поперечных (сдвиговых) волн; в этом случае частицы совершают колебания перпендикулярно направлению распространения волны. Скорость распространения продольных волн значительно больше скорости распространения сдвиговых волн.

Звук в физике

Колебательная скорость измеряется в м/с или см/с. В энергетическом отношении реальные колебательные системы характеризуются изменением энергии вследствие частичной её затраты на работу против сил трения и излучение в окружающее пространство. В упругой среде колебания постепенно затухают.

Если на колебательную систему с потерями действовать периодической силой, то возникают вынужденные колебания, характер которых в той или иной мере повторяет изменения внешней силы. Частота вынужденных колебаний не зависит от параметров колебательной системы. Напротив, амплитуда зависит от массы, механического сопротивления и гибкости системы. Такое явление, когда амплитуда колебательной скорости достигает максимального значения, называется механическим резонансом. При этом частота вынужденных колебаний совпадает с частотой собственных незатухающих колебаний механической системы. При частотах воздействия, значительно меньших резонансной, внешняя гармоническая сила уравновешивается практически только силой упругости. При частотах возбуждения, близких к резонансной, главную роль играют силы трения. При условии, когда частота внешнего воздействия значительно больше резонансной, поведение колебательной системы зависит от силы инерции или массы.

Скорость звука — скорость распространения звуковых волн в среде.

Как правило, в газах скорость звука меньше, чем в жидкостях. Скорость звука в воздухе зависит от температуры и в нормальных условиях составляет примерно 340 м/с.

Громкость звука — субъективное восприятие силы звука (абсолютная величина слухового ощущения). Громкость главным образом зависит от звукового давления, амплитуды и частоты звуковых колебаний. Также на громкость звука влияют его спектральный состав, локализация в пространстве, тембр, длительность воздействия звуковых колебаний, индивидуальная чувствительность слухового анализатора человека и другие факторы.

Звук в природе

  Звуковые волны увидеть нельзя. Однако можно представить, как они будут выглядеть. Для этого вам нужно подойти к любому водоему. Если вы бросите камень в озеро или пруд, то вначале вы увидите углубление. Затем вода возвысится, и вследствие этого возникают на поверхности водоема волны, представляющие собой поочередно чередующиеся впадины и гребни. Они будут распространяться во все направления. На нашей планете есть места, известные за счёт феномена гула. Его описывают, как постоянное и низкочастотное гудение. Источник этого звука до сих пор не обнаружен. Город Талас в Нью-Мексико обладает таким аномальным источником звука. Удивительно, что этот гул слышат только 2% из местных жителей города, они говорят, что звук является чрезвычайно тревожным. В природе существует огромное количество звуков. Мы слышим раскаты грома. Зимой под нашими ногами хрустит снег. Если закричать в лесу, то мы услышим эхо. Оно тоже является примером звуковых явлений в природе. Даже каждая планета нашей Солнечной системы имеет свой звук. Луна звучит тревожно-печально, Юпитер — надрывно. Звуки Нептуна похожи на шум воды.

Звуки в жизни живых существ

В мире животных самым распространенным и совершенным способом общения можно считать звуковую сигнализацию. В высшей степени она развита у птиц и млекопитающих. Звуки, издаваемые зверями, чрезвычайно разнообразны. Это свисты, скрипы, вопли, визг, рычания, вой, тявканья, фырканья, шипения... Да, всех их, пожалуй, и не назвать, так как только часть из них мы способны слышать непосредственно. Большинство же звуковых сигналов животных нашему слуху недоступно, ибо относится к ультразвуковому диапазону частот. Правда, о существовании их мы можем догадываться, наблюдая за поведением тех или иных животных, однако для их обнаружения и распознавания требуется специальная аппаратура. Звуки в жизни зверей имеют огромное значение. Часто именно они обеспечивают возможность встречи самки с самцом в период размножения. Решение конфликтных вопросов между зверями тоже не обходится без специфических звуковых сигналов. Звуками животные предупреждают друг друга об опасности.

Слуховая система определяет возможность (или невозможность) восприятия и опознавания животным звукового сигнала. Кроме того, она представляет собой высоко специализированную систему, обеспечивающую среди окружающих животное звуков отбор их по степени важности для данной жизненной ситуации. При этом нельзя игнорировать и акустические свойства среды обитания того или иного вида животного. В процессе эволюции каждый биологический вид приспосабливается к вполне определенным условиям существования и в том числе к определенному звуковому окружению. В соответствии с этим у животных выработалась способность подбирать для внутривидового звукового общения определенный звуковой диапазон. Это дает им возможность извлекать из звукового сигнала информацию в наиболее полном объеме. Для понимания поведения зверей необходимо разбираться в их голосовых реакциях. Порой даже незначительные изменения в звуке, появление новых его оттенков могут указывать на изменение в настроении или намереньях животного. Известно, что особенности любого звукового сигнала обусловлены теми или иными его физическими свойствами.

Звуки в жизни человека

Человек, как и животные, способен улавливать звуковые волны. Обычный человек способен слышать звуковые колебания в диапазоне частот от 16—20 Гц до 15—20 кГц. Звук ниже диапазона слышимости человека называют инфразвуком; выше: до 1 ГГц, — ультразвуком, от 1 ГГц — гиперзвуком. Человек научился использовать звук и в науке, и в искусстве. Ученые научились использовать звук для эхолокации, как это делают морские обитатели. Они могут определить глубину морского дна, объем какого-либо объекта. За все свое существование человек сделал много музыкальных инструментов, способных создавать звуковые волны разной амплитуды и частоты. Эти искусственные волны называются мелодией. Как обнаружили психологи, мелодия с ритмом 60 ударов в минуту, действует на человека как медитация, она вполне способная отвлечь любого человека от любой проблемы, замедляя мозговую деятельность. Если слушать такую музыку, активно улучшается память, трудоспособность, спокойствие и уверенность в себе. Все объясняется тем, что человеческий мозг просто прекращает лишнюю выработку энергии, которая уходит на те самые негативные эмоции, которые мешают правильно думать, сбивают с толку и заставляют лишний раз нервничать. Так же прослушивание классической музыки способствует запоминанию информации. В борьбе с бессонными ночами может спасти «Грустный вальс» Сибелиуса, а пьесы Чайковского просто творят чудеса. Музыка влияет не только на нравственное и эмоциональное состояние человека, но и на работу внутренних органов, таких как сердца и на активность артериального давления. Для тех, кто хочет активно увеличить свое давление, стоит слушать музыку поэнергичней, ну а для стабилизации сердечного ритма, рекомендуется прослушивание спокойной мелодии. Музыка может даже влиять на матерей, которые кормят своих детей. В ходе экспериментов было обнаружено, что у тех мам, которые слушали определенный период времени классическую музыку, молока прибавилось на 25 %, а у тех женщин, которые слушали мелодии современных ритмов, уменьшилось более чем на 10%. Без всякого сомнения доказано, что звуки колокола, включающие в себя резонансное ультразвуковое излучение, за несколько секунд убивают возбудителей желтухи, тифозные палочки и вирусы гриппа, что под давлением некоторых типов музыки увеличивает свое ход протоплазма клеток растений... Применение определённых музыкальных звуков также употребляется для лечения сахарного диабета. Было обнаружено, что между уровнем сахара в крови и психическим состоянием существует прямая связь. После хорошего концерта человек испытывает снижение слуха. Не стоит, грешить именно на рок - концерты или хард-рок (как в танцевальном, так и в гитарном смысле этого слова) - вечеринки. Любая громкая музыка, и вообще, звук, приводят к недолговременной частичной потере слуха. Все звуки, которые мы слышим, на нас влияют. Прибавляют настроения или раздражают, пугают или зачаровывают. И это говоря о кратковременных звуках, а что уже говорить о песнях, которые мы слушаем каждый день? Многие спорят о том, какую стоит слушать музыку, а какую нет, соглашаясь лишь в том, что классика успокаивает.

Влияние разных стилей музыки на человека

Влияние рока

После ряда исследований ученых было доказано, что люди, слушающие рок, имеют высокий уровень IQ. Причем этот показатель выше даже чем у тех людей, которые слушают классику. Но вместе с тем неоднократно можно услышать о том, что от рок-музыки может свариться яйцо, если его положить возле колонок на рок - концерте, а также о том, что структура воды под звучанием данной музыки приобретает не очень красивые формы, а значит, и на организм рок влияет не положительно. Хотя это только предположения.

Влияние поп-музыки

Согласно исследованиям ученых, попсу любят слушать те, кто часто не прочь повеселиться, оторваться в заведениях. Но эти люди, несмотря на тусовочную жизнь, трудолюбивые. Психологи не советуют слушать попсу при плохом настроении, так как она может еще больше нагнетать.

Влияние классики

Считается, что люди, которые слушают классическую музыку, непринужденные, творческие натуры, однако малообщительные. Данная музыка успокаивает, приводит чувства и эмоции в гармонию, отгоняет грусть.

Влияние репа

Реп возбуждает у человека активность, однако вместе с ней и негативные эмоции, так как в большинстве случаев эта музыка депрессивная. Однако это касается не всех песен, а потому точно определить её влияние непросто. Можно только сказать, что уровень IQ у людей, слушающих реп, проигрывает со многими другими стилями.

Вывод

Звук тесно связан с жизнью любого живого существа. Он помогает в создании колоний у животных, предупреждает об опасности. Все это облегчает существование любого существа, на какой бы эволюционной планке оно бы не находилось.