2. Dane INFORMACYJNE Nazwa Szkoły Zespół Szkół w Mosinie ID grupy 98/67_MF_G2 kompetencja Matematyczno-fizyczna Temat projektowy W świecie dźwięków i ciszy Semestr Rok szkolny II semestr 2010/2011

3. W świecie dźwięków i ciszy Gdyby ludzie rozmawiali tylko o tym, co rozumieją, zapadłaby nad światem wielka cisza. Albert Einstein

5. słuch to obok wzroku najlepiej wykształcony zmysł człowieka!

6. jak to się dzieje, że słyszymy?

7. co jest źródłem dźwięku?

8. czym jest dźwięk?

9. jakie wielkości opisują dźwięk?

10. jakie zjawiska obserwujemy podczas rozchodzenia się dźwięku? SPIS TREŚCI

11. Źródła dźwięków pobudzona do drgań struna gitary pobudzone do drgań struny głosowe pobudzone do drgań talerze i bębny perkusji SPIS TREŚCI

12. Źródła dźwięków ŹRÓDŁEM DŹWIĘKÓW SĄ DRGAJĄCE CIAŁA!!! Pobudzone do drgań widełki kamertonu pobudzona do drgań membrana głośnika --- Uderz w stół, a nożyce się odezwą --- SPIS TREŚCI

13. Czym jest dźwięk? DŹWIĘK TO ROZCHODZĄCA SIĘ W OŚRODKU SPRĘŻYSTYM FALA MECHANICZNA!!! Fala to rozchodzące się w ośrodku zaburzenie, zmiany jakiejś wielkości… Tym co zmienia się (zaburza) w przypadku dźwięku jest gęstość i ciśnienie ośrodka. SPIS TREŚCI

14. O co chodzi z tą falą? Meksykańska fala ze stadionów: Fala w ośrodku: ROZCHODZĄCE SIĘ ZABURZENIE = PRZEKAZYWANIE DRGAŃ SPIS TREŚCI

15. PODZIAŁ FAL DŹWIĘK JEST FALĄ PODŁUŻNĄ Fale podłużne - kierunek drgań cząsteczek ośrodka jest taki sam jak kierunek rozchodzenia się fali Fale poprzeczne - kierunek drgań cząsteczek ośrodka jest prostopadły do kierunku rozchodzenia się fali SPIS TREŚCI

16. Fala harmoniczna Najprostszym rodzajem fali jest fala harmoniczna , zwana też falą sinusoidalną, rozchodząca się w ośrodku jednowymiarowym (np. lince). Każdy punkt ośrodka wykonuje drgania harmoniczne (sinusoidalne) SPIS TREŚCI

17. Wielkości opisujące falę Dla fali harmonicznej można dobrze określić dwa ważne parametry: długość fali λ - odległość pomiędzy cząsteczkami które drgają tak samo okres fali T - czas wykonania jednego pełnego drgania w ruchu drgającym SPIS TREŚCI

18. Wielkości opisujące falę Częstotliwość drgań f – jest równa jest ilości drgań, jakie wykonują punkty ośrodka w ciągu jednostki czasu (najczęściej 1s). Częstotliwość jest odwrotnością okresu, jednostką częstotliwości jest 1 Hz: Prędkość fali v : SPIS TREŚCI

19. Wróćmy do dźwięku Ośrodek Prędkość dźwięku [m/s] stal 5100 beton 3800 woda 1490 powietrze 343 W jakim ośrodku dźwięk w ogóle nie może się rozchodzić ? W próżni i w ośrodkach idealnie sztywnych - bo tam drgania są niemożliwe, lub w ogóle nie ma cząsteczek, które mogłyby drgać! Prędkość dźwięku zależy od ośrodka w którym się rozchodzi: SPIS TREŚCI

20. Wróćmy do dźwięku Zakres częstotliwości słyszanych przez człowieka: 20 Hz – 20 000 Hz INFRADŹWIĘKI poniżej 20 Hz Słonie i wieloryby, które słyszą infradźwięki wykorzystują je do komunikacji na duże odległości. ULTRADŹWIĘKI powyżej 20 000 Hz Niektóre zwierzęta mogą emitować i słyszeć ultradźwięki, np. pies, delfin, wieloryb, czy nietoperz. WYKORZYSTYWANE W MEDYCYNIE!!! SPIS TREŚCI

21. Wielkości opisujące dźwięk OBIEKTYWNE SUBIEKTYWNE CZĘSTOTLIWOŚĆ NATĘŻENIE DŹWIĘKU WIDMO DŹWIĘKU WYSOKOŚĆ DŹWIĘKU GŁOŚNOŚĆ DŹWIĘKU BARWA DŹWIĘKU Związek pomiędzy obiektywnymi (fizycznymi wielkościami) i subiektywnymi cechami dźwięku: SPIS TREŚCI

22. Ton Częstotliwość Hz posłuchaj a 440 c 262 Częstotliwość i wysokość dźwięku Większość zwykłych dźwięków jest mieszaniną wielu tonów. Potrafimy je wyodrębniać!!! Często mówi się o częstotliwości dźwięku jakby było oczywiste, że jest ona jasno określona. W rzeczywistości tylko jeden typ dźwięku ma dobrze określoną (dokładnie "pojedynczą") częstotliwość. Dźwięk ten nazywa się tonem . Najpopularniejszym tonem, do którego stroi się wszystkie instrumenty jest dźwięk „a” o częstotliwości 440 Hz. Kliknij i posłuchaj SPIS TREŚCI

23. Natężenie i głośność dźwięku Natężenie fali dźwiękowej I - energia fali dźwiękowej dzielona przez czas i powierzchnię , przez którą ta energia przenika: W praktyce stosuje się poziom natężenia dźwięku L – logarytmiczna miara natężenia dźwięku w stosunku do pewnej umownie przyjętej wartości odniesienia, wyrażana w decybelach (dB). Wielkość ta wyznaczana jest ze wzoru: SPIS TREŚCI

24. Natężenie i głośność dźwięku ZE WZGLĘDU NA DUŻE LICZBY NIE UŻYWA SIĘ SKALI W PASKALACH TYLKO DECYBELACH!!! SPIS TREŚCI

25. Natężenie i głośność dźwięku Głośność to cecha subiektywna wyrażona w fonach! 20 - 30 fonów : cichy szelest liści, szum lodówki 50 fonów - cicha mowa 70 fonów - uczniowie szkoły podstawowej w czasie przerwie międzylekcyjnej 90 fonów - ruch uliczny w godzinach szczytu tuż przy ruchliwej trasie 100 -110 fonów - głośna dyskoteka, fortissimo orkiestry 120 fonów - granica bólu. SPIS TREŚCI

26. Widmo i barwa dźwięku Widmo dźwięku – zależność amplitudy od częstotliwości Barwa dźwięku to subiektywnie określana cecha dźwięku zależna głównie od widma jego częstotliwości, tzn. od tego, z jakich dźwięków prostych składa się analizowany dźwięk. Pozwala nam rozróżniać dźwięki pochodzące z różnych źródeł, np. z różnych instrumentów muzycznych lub różne głosy ludzkie. Dźwięki zawierające mało tonów harmonicznych określamy jako głuche, płaskie, bezbarwne. Dźwięki zawierające dużo wysokich tonów harmonicznych oceniamy jako przenikliwe, ostre, metaliczne. Oprócz widma, na barwę dźwięku wpływa również jego dynamika, tj. szybkość narastania i zanikania. SPIS TREŚCI

27. Widmo i barwa dźwięku Widmo tonu Widmo ciągłe SPIS TREŚCI

29. załamanie

30. interferencja SPIS TREŚCI

31. Załamanie fali dźwiękowej zachodzi podczas przechodzenia z jednego ośrodka do drugiego, zmienia się wtedy prędkość fali. SPIS TREŚCI

32. Interferencja fal dźwiękowYCH czyli nakładanie się fal SPIS TREŚCI

33. Interferencja fal dźwiękowYCH Kliknij i posłuchaj dla 2 tonów: 440Hz i 445 Hz Zjawisko dudnień powstaje wtedy, gdy jednocześnie słuchamy dźwięków nieznacznie różniących się częstotliwościami. SPIS TREŚCI

34. Rezonans Film umieściliśmy w internecie SPIS TREŚCI

35. Efekt dopplera Dźwięk wydawany przez motocykl wydaje się coraz wyższy wraz z przybliżaniem się pojazdu do obserwatora i coraz niższy wraz z oddalaniem. Wiąże się to z ruchem źródła dźwięku względem obserwatora, co powoduje pozorną zmianę częstotliwości fal. Bardzo ciekawe zjawisko związane z rozchodzeniem się fal dźwiękowych nosi nazwę efektu Dopplera! Polega ono na pozornej zmianie częstotliwości dźwięku spowodowanej ruchem źródła dźwięku, albo odbiornika względem siebie. SPIS TREŚCI

37. dźwięk wchodzi do kanału usznego,

38. powietrze uderza w błonę bębenkową,

39. kosteczki słuchowe przenoszą drgania do ślimaka,

40. ze ślimaka przez nerw słuchowy informacja trafia do mózgu. SPIS TREŚCI

41. Jak słyszymy? mini słowniczek soundwave - fala dźwiękowa outer ear - ucho zewnętrzne ear cannal - kanał słuchowy eardrum (tympanic membrane) - błona bębenenkowa to vibrate - wibrować middle ear - ucho środkowe pressure - ciśnienie inner ear - ucho wewnętrzne malleus - młoteczek incus - kowadełko stapes -strzemiączko cochlea - ślimak brain - mózg acoustics - akustyka Link Zapraszamy do obejrzenia krótkiego filmu w języku angielskim o tym jak słyszymy. Na rysunku obok mamy przetłumaczone podstawowe pojęcia z budowy narządu słuchu. SPIS TREŚCI

42. Jak słyszymy? CIEKAWOSTKA Ucho uchu nierówne to co dla jednych jest słyszalne, dla innych będzie ciszą. SPIS TREŚCI

43. Czy można zobaczyć dźwięk? Odpowiedź, choć zaskakująca, brzmi: TAK – MOŻEMY ZOBACZYĆ DŹWIĘK!!! link Tuba Rubensa - długa rura z wywierconymi od góry otworkami, podłączona jest szczelnie z obydwu stron - z jednej do źródła palnego gazu (na przykład propanu), z drugiej strony szczelnie przylega do głośnika. Rurę (zwaną tubą) wypełnia się gazem a gaz ulatniający się przez wywiercone otwory - należy podpalić: WŁĄCZ GŁOŚNIKI!! SPIS TREŚCI

44. Czy można zobaczyć dźwięk? link Drugim efektownym eksperymentem z falami dźwiękowymi jest doświadczenie ukazujące Figury Chladniego . Tym razem fale dźwiękowe mogą rozchodzić się nie tylko wzdłuż jednego kierunku, tak jak w Tubie Rubensa , lecz w dwóch - wzdłuż i wszerz płaszczyzny. Drgającym ośrodkiem jest płyta posypana solą. I znów - dla konkretnych częstotliwości dźwięku powstanie fala stojąca . Drobinki soli drgają na całej płycie oprócz miejsc, w których fala jest nieruchoma - węzłów fali . Tworzą niesamowite kształty!!! WŁĄCZ GŁOŚNIKI!! SPIS TREŚCI

45. Planowanie eksperymentu My też postanowiliśmy zobaczyć dźwięk!!! Ponieważ nie mogliśmy bawić się ogniem, wykorzystaliśmy nasz zestaw CoachLab II+. Wykorzystamy fakt, że lokalne zmiany ciśnienia można zamienić na sygnał elektryczny! Ten fakt wykorzystany jest np. w mikrofonie! Zjawisko odwrotne wykorzystuje się w głośnikach! SPIS TREŚCI

46. Przeprowadzenie eksperymentu Do konsoli CoachLab II+ podłączamy czujnik ciśnienia. Otwieramy ćwiczenie ZOBACZYĆ DŹWIĘK. Ustawiamy parametry pomiaru, a następnie uruchamiamy pomiar. Badaliśmy dźwięk kamertonu oraz wypowiadane przez każdego z nas samogłoski. SPIS TREŚCI

47. wyniki eksperymentu Na ekranie uzyskujemy wykres zależności lokalnych zmian ciśnienia od czasu: SPIS TREŚCI

48. Opracowanie wyników Sam wynik zmian ciśnienia jest dla nas mało interesujący, ale za pomocą funkcji transformata Fouriera programu Coach możemy uzyskać widmo zarejestrowanego przez nas dźwięku: SPIS TREŚCI

49. ZAWODY!!! Szybko odkryliśmy, że możemy urządzić zawody, kto z nas wypowie „najczyściej” samogłoskę „a”, czyli widmo rejestrowanego sygnału powinno być zbliżone do widma tonu. SPIS TREŚCI

50. Najlepszy i najgorszy wynik Nie powiemy czyje to wykresy!!! Zdradzimy tylko, że najlepszy wynik to dziewczyna, a najgorszy to chłopak:D SPIS TREŚCI

52. Przy wyjaśnianiu wielu pojęć i zjawisk Internet okazał się fantastycznym źródłem informacji, szczególnie zamieszczone animacje i filmy.

53. Poznaliśmy nazwy i wyjaśnienie wielu zjawisk fizycznych, z którymi mamy na co dzień do czynienia, np. efekt Dopplera, czy rezonans.

54. Odbyliśmy ciekawą podróż w głąb ludzkiego ucha, dowiadując się jak to się dzieje, że słyszymy.

56. Źródła http://pl.wikipedia.org http://supermozg.gazeta.pl/ Acoustics and Vibration Animations http://fizykon.org/akustyka/spis_akustyka.htm http://www.iwiedza.net http://www.youtube.com/ Przy przygotowaniu prezentacji korzystaliśmy z: SPIS TREŚCI

57. AUTORZY Mirela Baranowska Agnieszka Bączyk Szymon Bączyk Jakub Brożek Jagoda Janik Zuzanna Kurnatowska Adam Leśniewicz Marianna Leszczyńska Aneta Kaczmarek Maja Kujawa Karolina Staszak Damian Przybylski Weronika Woźnikiewicz pod opieką Pana Dariusza Madeja. SPIS TREŚCI