Zvuk se šíří zvukovými vlnami. Tyto vlny se šíří nejen přes plyny a kapaliny, ale také přes pevné látky. Působení jakýchkoliv vln spočívá především v přenosu energie. V případě zvuku má přenos podobu nepatrných pohybů na molekulární úrovni.

V plynech a kapalinách zvuková vlna pohybuje molekulami ve směru svého pohybu, tedy ve směru vlnové délky. V pevných látkách se mohou zvukové vibrace molekul vyskytovat i ve směru kolmém na vlnu.

Zvukové vlny se šíří ze svých zdrojů všemi směry, jak je znázorněno na obrázku vpravo, který ukazuje, že kovový zvonek pravidelně naráží na jazyk. Tyto mechanické kolize způsobují vibrace zvonu. Energie vibrací se přenáší na molekuly okolního vzduchu a ty jsou odtlačovány od zvonu. V důsledku toho se ve vrstvě vzduchu přiléhající ke zvonu zvyšuje tlak, který se pak šíří ve vlnách všemi směry od zdroje.

Rychlost zvuku je nezávislá na hlasitosti nebo tónu. Všechny zvuky z rádia v místnosti, ať už hlasité nebo tiché, vysoké nebo nízké, dosáhnou posluchače současně.

Rychlost zvuku závisí na typu média, ve kterém se šíří, a jeho teplotě. V plynech se zvukové vlny šíří pomalu, protože jejich zředěná molekulární struktura nabízí malý odpor vůči kompresi. V kapalinách se rychlost zvuku zvyšuje a v pevných látkách je ještě rychlejší, jak ukazuje níže uvedený diagram v metrech za sekundu (m/s).

Vlnová dráha

Zvukové vlny se šíří vzduchem podobným způsobem, jak je znázorněno na obrázcích vpravo. Čela vln se pohybují od zdroje v určité vzdálenosti od sebe, určené frekvencí vibrací zvonu. Frekvence zvukové vlny je určena počítáním počtu vlnových čel procházejících daným bodem za jednotku času.

Čelo zvukové vlny se vzdaluje od vibrujícího zvonu.

V rovnoměrně ohřátém vzduchu se zvuk šíří konstantní rychlostí.

Druhá fronta následuje první ve vzdálenosti rovné vlnové délce.

Intenzita zvuku je největší blízko zdroje.

Grafické znázornění neviditelné vlny

Zvukové ozvučení hloubek

Sonarový paprsek zvukových vln snadno prochází oceánskou vodou. Princip sonaru je založen na skutečnosti, že zvukové vlny se odrážejí od dna oceánu; Toto zařízení se obvykle používá k určení vlastností podvodního terénu.

Elastické pevné látky

Zvuk se šíří v dřevěné desce. Molekuly většiny pevných látek jsou vázány do elastické prostorové mřížky, která se špatně stlačuje a zároveň urychluje průchod zvukových vln.

K základním zákonitostem šíření zvuku patří zákony jeho odrazu a lomu na hranicích různých médií, dále difrakce zvuku a jeho rozptylu za přítomnosti překážek a nehomogenit v médiu a na rozhraních mezi médii.

Rozsah šíření zvuku je ovlivněn faktorem zvukové pohltivosti, tedy nevratným přechodem energie zvukové vlny na jiné druhy energie, zejména teplo. Důležitým faktorem je také směr záření a rychlost šíření zvuku, která závisí na médiu a jeho konkrétním stavu.

Ze zdroje zvuku se akustické vlny šíří všemi směry. Pokud zvuková vlna prochází relativně malým otvorem, šíří se všemi směry a nešíří se v nasměrovaném paprsku. Například pouliční zvuky pronikající otevřeným oknem do místnosti jsou slyšet na všech místech, nejen naproti oknu.

Charakter šíření zvukových vln v blízkosti překážky závisí na vztahu mezi velikostí překážky a vlnovou délkou. Pokud je velikost překážky ve srovnání s vlnovou délkou malá, pak vlna obtéká tuto překážku a šíří se všemi směry.

Zvukové vlny, pronikající z jednoho média do druhého, se odchylují od svého původního směru, to znamená, že se lámou. Úhel lomu může být větší nebo menší než úhel dopadu. Záleží na tom, do kterého média zvuk proniká. Pokud je rychlost zvuku ve druhém prostředí větší, pak úhel lomu bude větší než úhel dopadu a naopak.

Při setkání s překážkou na své cestě se od ní zvukové vlny odrážejí podle přísně definovaného pravidla - úhel odrazu se rovná úhlu dopadu - s tím souvisí pojem echa. Pokud se zvuk odráží od několika povrchů v různých vzdálenostech, dochází k vícenásobným ozvěnám.

Zvuk se šíří ve formě rozbíhavé kulové vlny, která vyplňuje stále větší objem. S rostoucí vzdáleností vibrace částic média slábnou a zvuk se rozptýlí. Je známo, že pro zvýšení dosahu přenosu musí být zvuk soustředěn v daném směru. Když chceme být například slyšet, přiložíme si dlaně k ústům nebo použijeme megafon.

Velký vliv na rozsah šíření zvuku má difrakce, tedy ohyb zvukových paprsků. Čím heterogennější je médium, tím více je zvukový paprsek ohnut a tím kratší je dosah šíření zvuku.

Šíření zvuku

Zvukové vlny se mohou šířit ve vzduchu, plynech, kapalinách a pevných látkách. V bezvzduchovém prostoru vlny nevznikají. To lze snadno ověřit z jednoduché zkušenosti. Pokud je elektrický zvonek umístěn pod vzduchotěsným uzávěrem, ze kterého byl vzduch odveden, neuslyšíme žádný zvuk. Jakmile se ale uzávěr naplní vzduchem, ozve se zvuk.

Rychlost šíření oscilačních pohybů od částice k částici závisí na prostředí. V dávných dobách válečníci přikládali uši k zemi a detekovali tak nepřátelskou jízdu mnohem dříve, než se zdálo na dohled. A slavný vědec Leonardo da Vinci v 15. století napsal: „Když na moři spustíte díru trubky do vody a její druhý konec přiložíte k uchu, uslyšíte hluk lodí velmi daleko od tebe."

Rychlost zvuku ve vzduchu byla poprvé změřena v 17. století Milánskou akademií věd. Na jednom z kopců bylo instalováno dělo, na druhém pozorovací stanoviště. Čas byl zaznamenán jak v okamžiku výstřelu (zábleskem), tak v okamžiku příjmu zvuku. Na základě vzdálenosti mezi pozorovacím bodem a zbraní a času vzniku signálu již nebylo obtížné vypočítat rychlost šíření zvuku. Ukázalo se, že je to rovných 330 metrů za sekundu.

Rychlost zvuku ve vodě byla poprvé změřena v roce 1827 na Ženevském jezeře. Obě lodě byly od sebe vzdáleny 13 847 metrů. Na prvním byl pod dno zavěšen zvon a na druhém byl do vody spuštěn jednoduchý hydrofon (houkačka). Na prvním člunu došlo k zapálení střelného prachu současně s úderem na zvon, na druhém pozorovatel v okamžiku záblesku spustil stopky a začal čekat na zvukový signál zvonu. Ukázalo se, že zvuk se ve vodě šíří více než 4x rychleji než ve vzduchu, tzn. rychlostí 1450 metrů za sekundu.

Rychlost zvuku

Čím vyšší je elasticita média, tím vyšší je rychlost: v gumě 50, ve vzduchu 330, ve vodě 1450 a v oceli - 5000 metrů za sekundu. Kdybychom my, kteří jsme byli v Moskvě, mohli křičet tak hlasitě, že zvuk dorazí až do Petrohradu, pak bychom tam byli slyšet až po půl hodině, a kdyby se zvuk šířil na stejnou vzdálenost v oceli, pak by byl přijat za dvě minuty.

Rychlost šíření zvuku je ovlivněna stavem stejného média. Když říkáme, že se zvuk šíří ve vodě rychlostí 1450 metrů za sekundu, neznamená to, že v jakékoli vodě a za jakýchkoli podmínek. S rostoucí teplotou a slaností vody, stejně jako s rostoucí hloubkou, a tedy hydrostatickým tlakem, se rychlost zvuku zvyšuje. Nebo vezměme ocel. I zde rychlost zvuku závisí jak na teplotě, tak na kvalitativním složení oceli: čím více uhlíku obsahuje, tím je tvrdší a zvuk se v ní šíří rychleji.

Když na své cestě narazí na překážku, zvukové vlny se od ní odrážejí podle přísně definovaného pravidla: úhel odrazu se rovná úhlu dopadu. Zvukové vlny přicházející ze vzduchu se budou téměř úplně odrážet směrem nahoru od hladiny vody a zvukové vlny přicházející ze zdroje umístěného ve vodě se od ní budou odrážet dolů.

Zvukové vlny, pronikající z jednoho média do druhého, se odchylují od své původní polohy, tzn. lomené. Úhel lomu může být větší nebo menší než úhel dopadu. Záleží na tom, do jakého média zvuk proniká. Pokud je rychlost zvuku ve druhém prostředí větší než v prvním, pak bude úhel lomu větší než úhel dopadu a naopak.

Vzduchem se zvukové vlny šíří ve formě rozbíhavé kulové vlny, která vyplňuje stále větší objem, protože vibrace částic způsobené zdroji zvuku se přenášejí do vzdušniny. S rostoucí vzdáleností však vibrace částic slábnou. Je známo, že pro zvýšení dosahu přenosu musí být zvuk soustředěn v daném směru. Když chceme být lépe slyšet, přiložíme si dlaně k ústům nebo použijeme megafon. V tomto případě bude zvuk méně utlumen a zvukové vlny se budou šířit dále.

S narůstající tloušťkou stěny se zvyšuje lokalizace zvuku na nízkých středních frekvencích, ale „zákeřná“ koincidenční rezonance, která způsobuje škrcení lokalizace zvuku, se začíná projevovat na nižších frekvencích a pokrývá širší oblast.

Napadlo vás někdy, že zvuk je jedním z nejvýraznějších projevů života, akce a pohybu? A také o tom, že každý zvuk má svou „tvář“? A i se zavřenýma očima, aniž bychom cokoli viděli, můžeme jen podle zvuku tušit, co se kolem nás děje. Rozlišujeme hlasy kamarádů, slyšíme šustění, řev, štěkání, mňoukání atd. Všechny tyto zvuky známe z dětství a kterýkoli z nich snadno identifikujeme. Navíc i v absolutním tichu můžeme každý z uvedených zvuků slyšet svým vnitřním sluchem. Představte si to jako ve skutečnosti.

co je zvuk?

Zvuky vnímané lidským uchem jsou jedním z nejdůležitějších zdrojů informací o světě kolem nás. Hluk moře a větru, ptačí zpěv, lidské hlasy a zvířecí křik, hromy, zvuky pohybujících se uší, usnadňují přizpůsobení se měnícím se vnějším podmínkám.

Pokud například v horách spadl kámen a poblíž nebyl nikdo, kdo by slyšel zvuk jeho pádu, existoval ten zvuk nebo ne? Na otázku lze odpovědět stejnou měrou kladně i záporně, protože slovo „zvuk“ má dvojí význam. Proto je nutné se dohodnout. Proto je nutné se shodnout na tom, co je považováno za zvuk – fyzikální jev ve forma šíření zvukových vibrací vzduchem nebo vjem posluchače. První je v podstatě příčina, druhý je následek, zatímco první pojetí zvuku je objektivní, druhé je subjektivní. zvuk je ve skutečnosti proud energie proudící jako říční proud. Takový zvuk může změnit médium, kterým prochází, a sám se jím mění.“ V druhém případě zvukem rozumíme ty vjemy, které v posluchači vznikají, když zvuková vlna působí na mozek prostřednictvím sluchadla.Slyšením zvuku může člověk prožívat různé pocity.Širokou škálu emocí v nás vyvolává onen složitý komplex zvuků,který nazýváme hudbou.Zvuky tvoří základ řeči,která slouží jako hlavní prostředek komunikace v lidské společnosti. A konečně existuje forma zvuku zvaná hluk. Analýza zvuku z hlediska subjektivního vnímání je složitější než u objektivního posouzení.

Jak vytvořit zvuk?

Všechny zvuky mají společné to, že tělesa, která je generují, tedy zdroje zvuku, vibrují (i když nejčastěji jsou tyto vibrace okem neviditelné). Například zvuky hlasů lidí a mnoha zvířat vznikají v důsledku vibrací jejich hlasivek, zvuk dechových hudebních nástrojů, zvuk sirény, hvizd větru a zvuk hromu. vibracemi vzdušných hmot.

Na příkladu pravítka můžete doslova na vlastní oči vidět, jak se rodí zvuk. Jaký pohyb udělá pravítko, když jeden konec připevníme, druhý zatáhneme a uvolníme? Všimneme si, že jako by se třásl a váhal. Na základě toho usuzujeme, že zvuk vzniká krátkými nebo dlouhými vibracemi některých předmětů.

Zdrojem zvuku mohou být nejen vibrující předměty. Svištění kulek nebo granátů za letu, kvílení větru, řev proudového motoru se rodí z přestávek v proudění vzduchu, při kterých dochází i ke zředění a stlačení.

Také zvukové vibrační pohyby lze zaznamenat pomocí zařízení - ladičky. Jedná se o zakřivenou kovovou tyč namontovanou na noze na skříni rezonátoru. Pokud udeříte kladívkem do ladičky, ozve se zvuk. Vibrace větví ladičky jsou nepostřehnutelné. Lze je ale odhalit, když ke znějící ladičce přivedete malou kuličku zavěšenou na niti. Míč bude pravidelně odskakovat, což indikuje vibrace Cameronových větví.

V důsledku interakce zdroje zvuku s okolním vzduchem se částice vzduchu začnou stlačovat a expandovat v čase (nebo „téměř v čase“) s pohyby zdroje zvuku. Poté se vlivem vlastností vzduchu jako tekutého média přenášejí vibrace z jedné vzduchové částice na druhou.

K vysvětlení šíření zvukových vln

Výsledkem je, že vzduchem se na dálku přenášejí vibrace, tedy vzduchem se šíří zvuková nebo akustická vlna, nebo jednoduše zvuk. Zvuk, který se dostane do lidského ucha, zase vybudí ve svých citlivých oblastech vibrace, které vnímáme ve formě řeči, hudby, hluku atd. (v závislosti na vlastnostech zvuku daných povahou jeho zdroje) .

Šíření zvukových vln

Je možné vidět, jak zvuk „běží“? V průhledném vzduchu nebo vodě jsou vibrace samotných částic nepostřehnutelné. Ale můžete snadno najít příklad, který vám řekne, co se stane, když se zvuk šíří.

Nezbytnou podmínkou pro šíření zvukových vln je přítomnost hmotného prostředí.

Ve vakuu se zvukové vlny nešíří, protože tam nejsou žádné částice, které přenášejí interakci ze zdroje vibrací.

Na Měsíci proto kvůli nedostatku atmosféry vládne naprosté ticho. Ani pád meteoritu na jeho povrch není pro pozorovatele slyšitelný.

Rychlost šíření zvukových vln je dána rychlostí přenosu interakcí mezi částicemi.

Rychlost zvuku je rychlost šíření zvukových vln v médiu. V plynu se rychlost zvuku ukáže být řádově (přesněji o něco menší než) tepelná rychlost molekul, a proto se zvyšuje s rostoucí teplotou plynu. Čím větší je potenciální energie interakce mezi molekulami látky, tím větší je rychlost zvuku, tedy rychlost zvuku v kapalině, která zase převyšuje rychlost zvuku v plynu. Například v mořské vodě je rychlost zvuku 1513 m/s. U oceli, kde se mohou šířit příčné a podélné vlny, je jejich rychlost šíření různá. Příčné vlny se šíří rychlostí 3300 m/s, podélné vlny rychlostí 6600 m/s.

Rychlost zvuku v jakémkoli médiu se vypočítá podle vzorce:

kde β je adiabatická stlačitelnost média; ρ - hustota.

Zákony šíření zvukových vln

K základním zákonitostem šíření zvuku patří zákony jeho odrazu a lomu na hranicích různých médií, dále difrakce zvuku a jeho rozptylu za přítomnosti překážek a nehomogenit v médiu a na rozhraních mezi médii.

Rozsah šíření zvuku je ovlivněn faktorem zvukové pohltivosti, tedy nevratným přechodem energie zvukové vlny na jiné druhy energie, zejména teplo. Důležitým faktorem je také směr záření a rychlost šíření zvuku, která závisí na médiu a jeho konkrétním stavu.

Ze zdroje zvuku se akustické vlny šíří všemi směry. Pokud zvuková vlna prochází relativně malým otvorem, šíří se všemi směry a nešíří se v nasměrovaném paprsku. Například pouliční zvuky pronikající otevřeným oknem do místnosti jsou slyšet na všech místech, nejen naproti oknu.

Charakter šíření zvukových vln v blízkosti překážky závisí na vztahu mezi velikostí překážky a vlnovou délkou. Pokud je velikost překážky ve srovnání s vlnovou délkou malá, pak vlna obtéká tuto překážku a šíří se všemi směry.

Zvukové vlny, pronikající z jednoho média do druhého, se odchylují od svého původního směru, to znamená, že se lámou. Úhel lomu může být větší nebo menší než úhel dopadu. Záleží na tom, do jakého média zvuk proniká. Pokud je rychlost zvuku ve druhém prostředí větší, pak úhel lomu bude větší než úhel dopadu a naopak.

Při setkání s překážkou na své cestě se od ní zvukové vlny odrážejí podle přísně definovaného pravidla - úhel odrazu se rovná úhlu dopadu - s tím souvisí pojem echa. Pokud se zvuk odráží od několika povrchů v různých vzdálenostech, dochází k vícenásobným ozvěnám.

Zvuk se šíří ve formě rozbíhavé kulové vlny, která vyplňuje stále větší objem. S rostoucí vzdáleností vibrace částic média slábnou a zvuk se rozptýlí. Je známo, že pro zvýšení dosahu přenosu musí být zvuk soustředěn v daném směru. Když chceme být například slyšet, přiložíme si dlaně k ústům nebo použijeme megafon.

Velký vliv na rozsah šíření zvuku má difrakce, tedy ohyb zvukových paprsků. Čím heterogennější je médium, tím více je zvukový paprsek ohnut a tím kratší je dosah šíření zvuku.

Vlastnosti zvuku a jeho charakteristika

Hlavní fyzikální vlastnosti zvuku jsou frekvence a intenzita vibrací. Ovlivňují sluchové vnímání lidí.

Perioda oscilace je doba, během níž dojde k jedné úplné oscilaci. Jako příklad lze uvést kyvné kyvadlo, kdy se pohybuje z krajní levé polohy do krajní pravé a vrací se zpět do původní polohy.

Frekvence kmitů je počet úplných kmitů (period) za sekundu. Tato jednotka se nazývá hertz (Hz). Čím vyšší je frekvence vibrací, tím vyšší zvuk slyšíme, to znamená, že zvuk má vyšší výšku. Podle uznávaného mezinárodního systému jednotek se 1000 Hz nazývá kilohertz (kHz) a 1 000 000 se nazývá megahertz (MHz).

Rozložení frekvencí: slyšitelné zvuky – v rozmezí 15Hz-20kHz, infrazvuky – pod 15Hz; ultrazvuky - v rozmezí 1,5 (104 - 109 Hz; hyperzvuk - v rozmezí 109 - 1013 Hz.

Lidské ucho je nejcitlivější na zvuky o frekvencích mezi 2000 a 5000 kHz. Největší ostrost sluchu je pozorována ve věku 15-20 let. S věkem se sluch zhoršuje.

Pojem vlnová délka je spojen s periodou a frekvencí kmitů. Vlnová délka zvuku je vzdálenost mezi dvěma po sobě jdoucími kondenzacemi nebo redukcemi média. Na příkladu vln šířících se na hladině vody jde o vzdálenost mezi dvěma hřebeny.

Zvuky se také liší zabarvením. Hlavní tón zvuku je doprovázen vedlejšími tóny, které jsou vždy frekvenčně vyšší (alikvoty). Zabarvení je kvalitativní charakteristika zvuku. Čím více alikvotů je překryto hlavním tónem, tím „šťavnatější“ je zvuk hudebně.

Druhou hlavní charakteristikou je amplituda kmitů. Jde o největší odchylku od rovnovážné polohy při harmonických vibracích. Na příkladu kyvadla je jeho maximální výchylka do krajní levé polohy nebo do krajní pravé polohy. Amplituda vibrací určuje intenzitu (sílu) zvuku.

Síla zvuku, respektive jeho intenzita, je dána množstvím akustické energie protékající za jednu sekundu plochou jednoho centimetru čtverečního. V důsledku toho intenzita akustického vlnění závisí na velikosti akustického tlaku vytvářeného zdrojem v médiu.

Hlasitost zase souvisí s intenzitou zvuku. Čím větší je intenzita zvuku, tím je hlasitější. Tyto pojmy však nejsou rovnocenné. Hlasitost je měřítkem síly sluchového vjemu způsobeného zvukem. Zvuk stejné intenzity může u různých lidí vytvářet sluchové vjemy různé hlasitosti. Každý člověk má svůj vlastní práh sluchu.

Člověk přestává slyšet zvuky velmi vysoké intenzity a vnímá je jako pocit tlaku až bolesti. Tato intenzita zvuku se nazývá práh bolesti.

Vliv zvuku na lidské sluchové orgány

Lidské sluchové orgány jsou schopny vnímat vibrace s frekvencí od 15-20 hertzů do 16-20 tisíc hertzů. Mechanické vibrace s uvedenými frekvencemi se nazývají zvukové nebo akustické (akustika je nauka o zvuku) Lidské ucho je nejcitlivější na zvuky o frekvenci 1000 až 3000 Hz. Největší ostrost sluchu je pozorována ve věku 15-20 let. S věkem se sluch zhoršuje. U osoby do 40 let je největší citlivost v oblasti 3000 Hz, od 40 do 60 let - 2000 Hz, nad 60 let - 1000 Hz. V rozsahu do 500 Hz jsme schopni rozlišit pokles nebo zvýšení frekvence i o 1 Hz. Při vyšších frekvencích jsou naše sluchadla méně citlivá na takové malé změny frekvence. Takže po 2000 Hz můžeme rozlišit jeden zvuk od druhého pouze tehdy, když je rozdíl ve frekvenci alespoň 5 Hz. S menším rozdílem se nám zvuky budou zdát stejné. Neexistují však téměř žádná pravidla bez výjimek. Jsou lidé, kteří mají neobvykle jemný sluch. Nadaný hudebník dokáže rozpoznat změnu zvuku pouhým zlomkem vibrací.

Vnější ucho se skládá z boltce a zvukovodu, které jej spojují s bubínkem. Hlavní funkcí vnějšího ucha je určovat směr zdroje zvuku. Zvukovod, což je dvoucentimetrová trubice zužující se dovnitř, chrání vnitřní části ucha a plní roli rezonátoru. Zvukovod končí ušním bubínkem, membránou, která vibruje pod vlivem zvukových vln. Právě zde, na vnější hranici středního ucha, dochází k přeměně objektivního zvuku na subjektivní. Za ušním bubínkem jsou tři malé propojené kůstky: kladívko, incus a třmínek, přes které se přenášejí vibrace do vnitřního ucha.

Tam se ve sluchovém nervu přeměňují na elektrické signály. Malá dutina, kde se nachází kladívko, incus a stapes, je naplněna vzduchem a propojena s dutinou ústní Eustachovou trubicí. Díky tomu je udržován stejný tlak na vnitřní a vnější stranu bubínku. Obvykle je Eustachova trubice uzavřena a otevírá se pouze při náhlé změně tlaku (zívání, polykání), aby se vyrovnala. Pokud je člověku uzavřena Eustachova trubice, například kvůli nachlazení, tlak se nevyrovnává a člověk pociťuje bolest v uších. Dále se vibrace přenášejí z bubínku do oválného okénka, které je začátkem vnitřního ucha. Síla působící na bubínek se rovná součinu tlaku a plochy bubínku. Ale skutečné záhady sluchu začínají u oválného okna. Zvukové vlny se šíří tekutinou (perilymfou), která vyplňuje hlemýžď. Tento orgán vnitřního ucha ve tvaru hlemýždě je tři centimetry dlouhý a je po celé délce rozdělen přepážkou na dvě části. Zvukové vlny dosáhnou přepážky, obejdou ji a poté se šíří téměř do stejného místa, kde se přepážky poprvé dotkly, ale na druhé straně. Přepážka kochley se skládá z hlavní membrány, která je velmi silná a těsná. Zvukové vibrace vytvářejí na jejím povrchu vlnité vlnění, přičemž ve velmi specifických oblastech membrány leží hřebeny pro různé frekvence. Mechanické vibrace se přeměňují na elektrické ve speciálním orgánu (Cortiho orgán), umístěném nad horní částí hlavní membrány. Nad Cortiho orgánem je tektoriální membrána. Oba tyto orgány jsou ponořeny do tekutiny zvané endolymfa a od zbytku hlemýždě jsou odděleny Reissnerovou membránou. Chloupky vyrůstající z Cortiho orgánu téměř pronikají tektoriální membránou, a když se objeví zvuk, dostanou se do kontaktu - zvuk je přeměněn, nyní je zakódován ve formě elektrických signálů. Kůže a kosti lebky hrají významnou roli při zlepšování naší schopnosti vnímat zvuky díky své dobré vodivosti. Pokud například přiložíte ucho ke kolejnici, pohyb blížícího se vlaku lze detekovat dlouho předtím, než se objeví.

Vliv zvuku na lidské tělo

Během posledních desetiletí prudce vzrostl počet různých typů automobilů a dalších zdrojů hluku, rozšíření přenosných rádií a magnetofonů, často zapnutých na vysokou hlasitost, a vášeň pro hlasitou populární hudbu. Bylo zjištěno, že ve městech se každých 5-10 let zvyšuje hladina hluku o 5 dB (decibelů). Je třeba mít na paměti, že pro vzdálené lidské předky byl hluk poplašným signálem, naznačujícím možnost nebezpečí. Současně se rychle aktivoval sympatiko-nadledvinový a kardiovaskulární systém, výměna plynů a změnily se další typy metabolismu (zvýšila se hladina krevního cukru a cholesterolu), čímž se tělo připravilo na boj nebo útěk. Ačkoli u moderního člověka tato funkce sluchu ztratila takový praktický význam, „vegetativní reakce boje o existenci“ zůstaly zachovány. Již krátkodobý hluk o 60-90 dB tak způsobuje zvýšení sekrece hormonů hypofýzy, stimuluje tvorbu řady dalších hormonů, zejména katecholaminů (adrenalin a noradrenalin), zvyšuje se činnost srdce, zužují se cévy, a krevní tlak (TK) se zvyšuje. Bylo zjištěno, že nejvýraznější zvýšení krevního tlaku je pozorováno u pacientů s hypertenzí a lidí s dědičnou predispozicí k ní. Pod vlivem hluku je narušena mozková činnost: mění se charakter elektroencefalogramu, snižuje se ostrost vnímání a duševní výkonnost. Bylo zaznamenáno zhoršení trávení. Je známo, že dlouhodobé vystavení hlučnému prostředí vede ke ztrátě sluchu. V závislosti na individuální citlivosti lidé hodnotí hluk různě jako nepříjemný a rušivý. Přitom hudbu a řeč, která posluchače zaujme, i při 40-80 dB, lze poměrně snadno tolerovat. Sluch obvykle vnímá vibrace v rozsahu 16-20 000 Hz (oscilace za sekundu). Je důležité zdůraznit, že nepříjemné následky má nejen nadměrný hluk ve slyšitelné oblasti vibrací: ultra- a infrazvuk v oblastech, které lidský sluch nevnímá (nad 20 tis. Hz a pod 16 Hz), způsobuje i nervové napětí, malátnost, závratě, změny činnosti vnitřních orgánů, zejména nervového a kardiovaskulárního systému. Bylo zjištěno, že obyvatelé oblastí nacházejících se v blízkosti velkých mezinárodních letišť mají výrazně vyšší výskyt hypertenze než ti, kteří žijí v klidnější části stejného města. Nadměrný hluk (nad 80 dB) ovlivňuje nejen sluchové orgány, ale i další orgány a systémy (oběhový, trávicí, nervový atd.). atd.), jsou narušeny životně důležité procesy, energetický metabolismus začíná převládat nad metabolismem plastů, což vede k předčasnému stárnutí organismu.

S těmito pozorováními a objevy se začaly objevovat metody cíleného působení na člověka. Mysl a chování člověka můžete ovlivnit různými způsoby, z nichž jeden vyžaduje speciální vybavení (technotronické techniky, zombifikace.).

Zvuková izolace

Stupeň protihlukové ochrany budov je dán především přípustnými hlukovými normami pro prostory pro daný účel. Normalizovanými parametry konstantního hluku v návrhových bodech jsou hladiny akustického tlaku L, dB, oktávová frekvenční pásma s geometrickými středními frekvencemi 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Hz. Pro přibližné výpočty je povoleno používat hladiny hluku LA, dBA. Normalizované parametry nekonstantního hluku v návrhových bodech jsou ekvivalentní hladiny zvuku LA eq, dBA a maximální hladiny zvuku LA max, dBA.

Přípustné hladiny akustického tlaku (ekvivalentní hladiny akustického tlaku) jsou standardizovány SNiP II-12-77 „Ochrana hluku“.

Je třeba vzít v úvahu, že přípustné hladiny hluku z vnějších zdrojů v prostorách jsou stanoveny za předpokladu zajištění standardního větrání prostor (pro obytné prostory, oddělení, učebny - s otevřenými větracími otvory, příčky, úzká okenní křídla).

Vzduchová neprůzvučnost je útlum zvukové energie, která je přenášena přes kryt.

Regulovanými parametry zvukové izolace obvodových konstrukcí bytových a veřejných budov, jakož i pomocných budov a areálů průmyslových podniků jsou index vzduchové neprůzvučnosti obvodové konstrukce Rw, dB a index snížené hladiny kročejového hluku pod stropem. .

Hluk. Hudba. Mluvený projev.

Z hlediska vnímání zvuků sluchovými orgány je lze rozdělit především do tří kategorií: hluk, hudba a řeč. Jedná se o různé oblasti zvukových jevů, které mají informace specifické pro člověka.

Hluk je nesystematická kombinace velkého množství zvuků, tedy sloučení všech těchto zvuků do jednoho nesouladného hlasu. Hluk je považován za kategorii zvuků, které člověka ruší nebo obtěžují.

Lidé snesou jen určitou míru hluku. Pokud ale uběhne hodina nebo dvě a hluk neustává, pak se dostaví napětí, nervozita až bolest.

Zvuk může člověka zabít. Ve středověku byla dokonce taková poprava, kdy člověka dali pod zvon a začali ho bít. Zvonění zvonů muže postupně zabilo. Ale to bylo ve středověku. V dnešní době se objevila nadzvuková letadla. Pokud takové letadlo letí nad městem ve výšce 1000-1500 metrů, pak prasknou okna v domech.

Hudba je ve světě zvuků zvláštním fenoménem, ​​ale na rozdíl od řeči nesděluje přesné sémantické ani jazykové významy. Emoční nasycení a příjemné hudební asociace začínají již v raném dětství, kdy dítě ještě verbálně komunikuje. Rytmy a zpěvy ho spojují s matkou, zpěv a tanec jsou prvkem komunikace ve hrách. Role hudby v lidském životě je tak velká, že jí medicína v posledních letech přisuzuje léčivé vlastnosti. Pomocí hudby můžete normalizovat biorytmy a zajistit optimální úroveň činnosti kardiovaskulárního systému. Ale stačí si pamatovat, jak vojáci jdou do bitvy. Píseň byla od nepaměti nepostradatelným atributem pochodu vojáka.

Infrazvuk a ultrazvuk

Můžeme něco, co vůbec neslyšíme, nazvat zvukem? Tak co když neslyšíme? Jsou tyto zvuky nepřístupné nikomu a ničemu jinému?

Například zvuky s frekvencí pod 16 hertzů se nazývají infrazvuk.

Infrazvuk jsou elastické vibrace a vlny s frekvencemi ležícími pod rozsahem frekvencí slyšitelných pro člověka. Typicky je 15-4 Hz považováno za horní hranici infrazvukového rozsahu; Tato definice je podmíněná, protože při dostatečné intenzitě dochází ke sluchovému vjemu i na frekvencích několika Hz, i když tónová povaha vjemu mizí a rozlišitelné jsou pouze jednotlivé cykly kmitů. Dolní frekvenční limit infrazvuku je nejistý. Jeho současná oblast studia sahá až na asi 0,001 Hz. Rozsah infrazvukových frekvencí tedy pokrývá asi 15 oktáv.

Infrazvukové vlny se šíří ve vzduchu a vodě a také v zemské kůře. Infrazvuky zahrnují také nízkofrekvenční vibrace velkých konstrukcí, zejména vozidel a budov.

A přestože naše uši takové vibrace „nechytají“, člověk je stále nějak vnímá. Zároveň zažíváme nepříjemné a někdy rušivé pocity.

Dlouho bylo zjištěno, že některá zvířata zažívají pocit nebezpečí mnohem dříve než lidé. S předstihem reagují na vzdálený hurikán nebo blížící se zemětřesení. Na druhou stranu vědci zjistili, že při katastrofických událostech v přírodě dochází k infrazvuku – nízkofrekvenčním vibracím vzduchu. Vznikly tak hypotézy, že zvířata díky svému bystrému čichu vnímají takové signály dříve než lidé.

Bohužel infrazvuk je generován mnoha stroji a průmyslovými instalacemi. Pokud se to stane řekněme v autě nebo letadle, tak piloti nebo řidiči po nějaké době začnou být nervózní, rychleji se unaví, a to může být příčinou nehody.

Infrazvukové stroje vydávají hluk a je pak těžší na nich pracovat. A všichni kolem to budou mít těžké. Není lepší, když větrání v obytném domě „bzučí“ infrazvukem. Zdá se to být neslyšitelné, ale lidé jsou podráždění a mohou dokonce onemocnět. Speciální „test“, kterým musí projít každé zařízení, vám umožní zbavit se nepříznivého infrazvuku. Pokud „fonuje“ v infrazvukové zóně, nebude mít přístup k lidem.

Jak se nazývá velmi vysoký zvuk? Takové skřípání, které je našim uším nedostupné? Tohle je ultrazvuk. Ultrazvuk jsou elastické vlny s frekvencemi přibližně (1,5 – 2) (104 Hz (15 – 20 kHz) až 109 Hz (1 GHz), oblast frekvenčních vln od 109 do 1012 – 1013 Hz se obvykle nazývá hyperzvuk. , ultrazvuk je vhodně rozdělen do 3 rozsahů: nízkofrekvenční ultrazvuk (1,5 (104 - 105 Hz), středofrekvenční ultrazvuk (105 - 107 Hz), vysokofrekvenční ultrazvuk (107 - 109 Hz).Každý z těchto rozsahů je charakterizován svými vlastními specifickými charakteristikami generace, příjmu, šíření a aplikace.

Ultrazvuk je svou fyzikální podstatou elastické vlny a v tomto se neliší od zvuku, proto je frekvenční hranice mezi zvukem a ultrazvukovým vlněním libovolná. V důsledku vyšších frekvencí, a tedy krátkých vlnových délek, dochází k řadě rysů šíření ultrazvuku.

Vzhledem ke krátké vlnové délce ultrazvuku je jeho povaha dána především molekulární strukturou prostředí. Ultrazvuk se v plynu, a zejména ve vzduchu, šíří s vysokým útlumem. Kapaliny a pevné látky jsou zpravidla dobrými vodiči ultrazvuku, útlum v nich je mnohem menší.

Lidské ucho není schopno vnímat ultrazvukové signály. Mnohá ​​zvířata to však volně přijímají. Jde mimo jiné o nám tak známé psy. Ale bohužel, psi nemohou „štěkat“ ultrazvukem. Ale netopýři a delfíni mají úžasnou schopnost vysílat i přijímat ultrazvuk.

Hyperzvuk jsou elastické vlny s frekvencemi od 109 do 1012 – 1013 Hz. Svou fyzikální podstatou se hyperzvuk neliší od zvuku a ultrazvukových vln. Díky vyšším frekvencím, a tedy kratším vlnovým délkám než v oblasti ultrazvuku, nabývají mnohem významnějších interakcí hyperzvuku s kvazičásticemi v médiu - s vodivými elektrony, tepelnými fonony atd. Hyperzvuk je také často reprezentován jako proudění kvazičástic - fononů.

Frekvenční rozsah hyperzvuku odpovídá frekvencím elektromagnetických kmitů v rozsahu decimetrů, centimetrů a milimetrů (tzv. ultravysoké frekvence). Frekvence 109 Hz ve vzduchu za normálního atmosférického tlaku a pokojové teploty by měla být řádově stejná jako volná dráha molekul ve vzduchu za stejných podmínek. Elastické vlny se však mohou v prostředí šířit pouze tehdy, je-li jejich vlnová délka znatelně větší než volná dráha částic v plynech nebo větší než meziatomové vzdálenosti v kapalinách a pevných látkách. Proto se hypersonické vlny nemohou šířit v plynech (zejména ve vzduchu) za normálního atmosférického tlaku. V kapalinách je útlum hyperzvuku velmi vysoký a rozsah šíření je krátký. Hyperzvuk se poměrně dobře šíří v pevných látkách – monokrystalech, zejména při nízkých teplotách. Ale i za takových podmínek je hyperzvuk schopen urazit vzdálenost pouze 1, maximálně 15 centimetrů.

Zvuk jsou mechanické vibrace šířící se v elastických prostředích – plynech, kapalinách a pevných látkách, vnímané orgány sluchu.

Pomocí speciálních nástrojů můžete vidět šíření zvukových vln.

Zvukové vlny mohou škodit lidskému zdraví a naopak pomáhají léčit neduhy, záleží na typu zvuku.

Ukazuje se, že existují zvuky, které lidské ucho nevnímá.

Bibliografie

Peryshkin A. V., Gutnik E. M. Fyzika 9. třída

Kasyanov V. A. Fyzika 10. třída

Leonov A. A „Prozkoumávám svět“ Det. encyklopedie. Fyzika

Kapitola 2. Akustický hluk a jeho vliv na člověka

Účel: Studovat účinky akustického hluku na lidské tělo.

Úvod

Svět kolem nás je úžasný svět zvuků. Kolem nás zní hlasy lidí a zvířat, hudba a zvuk větru a zpěv ptáků. Lidé přenášejí informace řečí a vnímají je sluchem. Pro zvířata je zvuk neméně důležitý a v některých ohledech ještě důležitější, protože jejich sluch je akutněji vyvinutý.

Zvuk jsou z hlediska fyziky mechanické vibrace, které se šíří v elastickém prostředí: vodě, vzduchu, pevných látkách atd. Schopnost člověka vnímat zvukové vibrace a naslouchat jim se odráží v názvu studia zvuku – akustika (z řeckého akustikos - slyšitelný, sluchový). K vnímání zvuku v našich sluchových orgánech dochází v důsledku periodických změn tlaku vzduchu. Zvukové vlny s velkou amplitudou změn akustického tlaku vnímá lidské ucho jako hlasité zvuky a s malou amplitudou změn akustického tlaku - jako tiché zvuky. Hlasitost zvuku závisí na amplitudě vibrací. Hlasitost zvuku závisí také na jeho délce a na individuálních vlastnostech posluchače.

Vysokofrekvenční zvukové vibrace se nazývají zvuky s vysokým tónem, nízkofrekvenční zvukové vibrace se nazývají zvuky nízké výšky.

Lidské sluchové orgány jsou schopny vnímat zvuky o frekvencích v rozmezí přibližně 20 Hz až 20 000 Hz. Podélné vlny v médiu s frekvencí změny tlaku menší než 20 Hz se nazývají infrazvuk a s frekvencí vyšší než 20 000 Hz - ultrazvuk. Lidské ucho nevnímá infrazvuk a ultrazvuk, tedy neslyší. Je třeba poznamenat, že uvedené hranice zvukového rozsahu jsou libovolné, protože závisí na věku lidí a individuálních vlastnostech jejich zvukového zařízení. Obvykle se s věkem horní hranice frekvence vnímaných zvuků výrazně snižuje - někteří starší lidé mohou slyšet zvuky s frekvencemi nepřesahujícími 6 000 Hz. Děti naopak mohou vnímat zvuky, jejichž frekvence je o něco vyšší než 20 000 Hz.

Některá zvířata slyší vibrace s frekvencemi vyššími než 20 000 Hz nebo nižšími než 20 Hz.

Předmětem studia fyziologické akustiky je samotný orgán sluchu, jeho stavba a působení. Architektonická akustika studuje šíření zvuku v místnostech, vliv velikostí a tvarů na zvuk a vlastnosti materiálů, kterými jsou pokryty stěny a stropy. To se týká sluchového vnímání zvuku.

Nechybí ani hudební akustika, která studuje hudební nástroje a podmínky, aby zněly co nejlépe. Fyzikální akustika se zabývá studiem samotných zvukových vibrací a v poslední době zahrnuje vibrace, které leží za hranicemi slyšitelnosti (ultraakustika). Široce používá různé metody pro přeměnu mechanických vibrací na elektrické a naopak (elektroakustika).

Historický odkaz

Zvuky se začaly zkoumat již ve starověku, protože lidé se vyznačují zájmem o vše nové. První akustická pozorování byla provedena v 6. století před naším letopočtem. Pythagoras vytvořil spojení mezi výškou tónu a dlouhou strunou nebo píšťalou, která zvuk vydává.

Ve 4. století př. n. l. Aristoteles jako první správně pochopil, jak se zvuk šíří vzduchem. Řekl, že znějící těleso způsobuje kompresi a řídnutí vzduchu, ozvěnu vysvětlil odrazem zvuku od překážek.

V 15. století Leonardo da Vinci formuloval princip nezávislosti zvukových vln na různých zdrojích.

V roce 1660 experimenty Roberta Boyla prokázaly, že vzduch je vodič zvuku (zvuk se nešíří ve vakuu).

V letech 1700-1707 Paměti Josepha Saveura o akustice zveřejnila pařížská akademie věd. V těchto vzpomínkách Saveur zkoumá fenomén dobře známý varhanním konstruktérům: pokud dvě píšťaly varhan vydávají současně dva zvuky, jen mírně odlišné ve výšce, pak je slyšet periodické zesilování zvuku, podobné bubnování. . Saveur vysvětlil tento jev periodickou shodou vibrací obou zvuků. Pokud například jeden ze dvou zvuků odpovídá 32 vibracím za sekundu a druhý odpovídá 40 vibracím, pak se konec čtvrté vibrace prvního zvuku shoduje s koncem páté vibrace druhého zvuku, a tedy zvuk je zesílen. Od varhanních píšťal Saveur přešel k experimentálnímu studiu vibrací strun, pozorování uzlů a antinodů vibrací (tato jména, která ve vědě stále existují, zavedl on), a také si všiml, že když je struna excitována, spolu s hlavní tón, ostatní tóny zní, délka vln, které jsou ½, 1/3, ¼,. z toho hlavního. Tyto noty nazval nejvyššími harmonickými tóny a toto jméno bylo předurčeno zůstat ve vědě. Nakonec se Saveur jako první pokusil určit hranici vnímání vibrací jako zvuků: pro nízké zvuky označil limit 25 vibrací za sekundu a pro vysoké zvuky - 12 800. Pak Newton na základě těchto experimentálních prací Saveur , provedl první výpočet vlnové délky zvuku a došel k závěru, dnes již dobře známému ve fyzice, že pro každou otevřenou trubku je vlnová délka vydávaného zvuku rovna dvojnásobku délky trubky.

Zdroje zvuku a jejich povaha

Všechny zvuky mají společné to, že tělesa, která je generují, tedy zdroje zvuku, vibrují. Každý zná zvuky, které vznikají při pohybu kůže natažené přes buben, vlnách mořského příboje a větvích kymácejících se větrem. Všechny se od sebe liší. „Zabarvení“ každého jednotlivého zvuku striktně závisí na pohybu, díky kterému vzniká. Pokud je tedy vibrační pohyb extrémně rychlý, zvuk obsahuje vysokofrekvenční vibrace. Méně rychlý oscilační pohyb vytváří zvuk s nižší frekvencí. Různé experimenty ukazují, že jakýkoli zdroj zvuku nutně vibruje (ačkoli nejčastěji tyto vibrace nejsou okem patrné). Například zvuky hlasů lidí a mnoha zvířat vznikají v důsledku vibrací jejich hlasivek, zvuk dechových hudebních nástrojů, zvuk sirény, hvizd větru a zvuk hromu. vibracemi vzdušných hmot.

Ne každé kmitající těleso je ale zdrojem zvuku. Například kmitající závaží zavěšené na niti nebo pružině nevydává zvuk.

Frekvence, při které se oscilace opakují, se měří v hertzech (nebo cyklech za sekundu); 1Hz je frekvence takového periodického kmitu, perioda je 1s. Všimněte si, že frekvence je vlastnost, která nám umožňuje rozlišit jeden zvuk od druhého.

Výzkum ukázal, že lidské ucho je schopno vnímat jako zvuk mechanické vibrace těles vyskytující se o frekvenci od 20 Hz do 20 000 Hz. Při velmi rychlých, více než 20 000 Hz nebo velmi pomalých, méně než 20 Hz, zvukových vibracích neslyšíme. Proto potřebujeme speciální nástroje pro záznam zvuků, které leží mimo frekvenční rozsah vnímaný lidským uchem.

Jestliže rychlost oscilačního pohybu určuje frekvenci zvuku, pak jeho velikost (velikost místnosti) určuje hlasitost. Pokud se takové kolo otáčí vysokou rychlostí, objeví se vysokofrekvenční tón, pomalejší rotace vytvoří tón s nižší frekvencí. Navíc, čím menší jsou zuby kola (jak je znázorněno tečkovanou čarou), tím slabší je zvuk a čím větší jsou zuby, to znamená, že čím více nutí desku se vychylovat, tím je zvuk hlasitější. Můžeme si tedy všimnout další vlastnosti zvuku – jeho hlasitosti (intenzity).

Nelze nezmínit takovou vlastnost zvuku, jako je kvalita. Kvalita úzce souvisí se strukturou, která se může pohybovat od příliš složité až po extrémně jednoduchou. Tón ladičky podporovaný rezonátorem má velmi jednoduchou strukturu, protože obsahuje pouze jednu frekvenci, jejíž hodnota závisí pouze na konstrukci ladičky. V tomto případě může být zvuk ladičky silný i slabý.

Je možné vytvářet složité zvuky, takže například mnoho frekvencí obsahuje zvuk varhanního akordu. Dokonce i zvuk mandolíny je poměrně složitý. Je to dáno tím, že napnutá struna kmitá nejen s hlavní (jako ladička), ale i s jinými frekvencemi. Vytvářejí přídavné tóny (harmonické), jejichž frekvence jsou celočíselněkrát vyšší než frekvence základního tónu.

Pojem frekvence není vhodné aplikovat na hluk, i když můžeme mluvit o některých oblastech jeho frekvencí, protože právě ty odlišují jeden hluk od druhého. Šumové spektrum již nemůže být reprezentováno jednou nebo více čarami, jako v případě monochromatického signálu nebo periodické vlny obsahující mnoho harmonických. Je vyobrazen jako celý pruh

Frekvenční struktura některých zvuků, zejména hudebních, je taková, že všechny podtóny jsou harmonické ve vztahu k základnímu tónu; v takových případech se říká, že zvuky mají výšku (určenou frekvencí základního tónu). Většina zvuků není tak melodická, nemají celočíselný vztah mezi frekvencemi charakteristickým pro hudební zvuky. Tyto zvuky mají podobnou strukturu jako hluk. Shrneme-li tedy, co bylo řečeno, můžeme říci, že zvuk se vyznačuje hlasitostí, kvalitou a výškou.

Co se stane se zvukem poté, co k němu dojde? Jak se dostane například k našemu uchu? Jak je distribuován?

Zvuk vnímáme sluchem. Mezi znejícím tělesem (zdrojem zvuku) a uchem (přijímačem zvuku) se nachází látka, která přenáší zvukové vibrace ze zdroje zvuku do přijímače. Nejčastěji je touto látkou vzduch. Zvuk se nemůže šířit v prostoru bez vzduchu. Stejně jako vlny nemohou existovat bez vody. Experimenty tento závěr potvrzují. Uvažujme o jednom z nich. Umístěte zvonek pod zvonek vzduchového čerpadla a zapněte jej. Poté začnou odčerpávat vzduch. Jak se vzduch řídne, zvuk se stává slyšitelnějším a slabším a nakonec téměř úplně zmizí. Když začnu znovu pouštět vzduch pod zvonek, zvuk zvonu je opět slyšet.

Zvuk se samozřejmě nešíří jen vzduchem, ale i jinými tělesy. To lze ověřit i experimentálně. I zvuk tak slabý jako tikot kapesních hodinek ležících na jednom konci stolu je zřetelně slyšet, když člověk přiloží ucho na druhý konec stolu.

Je dobře známo, že zvuk se přenáší na velké vzdálenosti po zemi a zejména po železničních kolejích. Přiložením ucha k zábradlí nebo zemi uslyšíte zvuk dalekého vlaku nebo tulák cválajícího koně.

Pokud pod vodou narazíme kamenem na kámen, zvuk nárazu zřetelně uslyšíme. V důsledku toho se zvuk šíří i ve vodě. Ryby slyší kroky a hlasy lidí na břehu, to je rybářům dobře známé.

Experimenty ukazují, že různé pevné látky vedou zvuk různými způsoby. Elastická tělesa jsou dobrými vodiči zvuku. Většina kovů, dřeva, plynů a kapalin jsou elastická tělesa, a proto dobře vedou zvuk.

Měkká a porézní tělesa jsou špatnými vodiči zvuku. Když jsou například hodinky v kapse, jsou obklopeny měkkou látkou a neslyšíme jejich tikání.

Mimochodem, šíření zvuku v pevných látkách souvisí s tím, že experiment se zvonem umístěným pod kapotou dlouho nepůsobil příliš přesvědčivě. Faktem je, že experimentátoři zvon dostatečně neizolovali a zvuk byl slyšet, i když pod kapotou nebyl žádný vzduch, protože vibrace se přenášely různými spoji instalace.

V roce 1650 Athanasius Kirch'er a Otto Hücke na základě pokusu se zvonem došli k závěru, že k šíření zvuku není potřeba vzduch. A jen o deset let později Robert Boyle přesvědčivě dokázal opak. Zvuk ve vzduchu je například přenášen podélnými vlnami, tj. střídajícími se kondenzacemi a řídnutími vzduchu přicházejícího ze zdroje zvuku. Jelikož je ale prostor kolem nás na rozdíl od dvourozměrného povrchu vody trojrozměrný, pak se zvukové vlny šíří nikoli ve dvou, ale ve třech směrech – ve formě rozbíhajících se koulí.

Zvukové vlny, stejně jako jakékoli jiné mechanické vlny, se nešíří prostorem okamžitě, ale určitou rychlostí. Nejjednodušší pozorování nám to umožňují ověřit. Například při bouřce nejprve vidíme blesky a až po nějaké době slyšíme hromy, ačkoli vibrace vzduchu, které vnímáme jako zvuk, nastávají současně se zábleskem blesku. Faktem je, že rychlost světla je velmi vysoká (300 000 km/s), takže můžeme předpokládat, že záblesk vidíme v okamžiku, kdy k němu dojde. A zvuk hromu, vznikající současně s bleskem, vyžaduje poměrně znatelný čas, abychom urazili vzdálenost od místa svého vzniku k pozorovateli stojícímu na zemi. Pokud například slyšíme hrom více než 5 sekund poté, co spatříme blesk, můžeme dojít k závěru, že bouřka je od nás vzdálena alespoň 1,5 km. Rychlost zvuku závisí na vlastnostech prostředí, ve kterém se zvuk šíří. Vědci vyvinuli různé metody pro určení rychlosti zvuku v jakémkoli prostředí.

Rychlost zvuku a jeho frekvence určují vlnovou délku. Při pozorování vln v jezírku si všimneme, že vyzařující kruhy jsou někdy menší a někdy větší, jinými slovy, vzdálenost mezi hřebeny nebo koryty vln se může lišit v závislosti na velikosti objektu, který je vytvořil. Když držíme ruku dostatečně nízko nad hladinou vody, cítíme každé šplouchnutí, které kolem nás projde. Čím větší je vzdálenost mezi po sobě jdoucími vlnami, tím méně často se jejich hřebeny dotýkají našich prstů. Tento jednoduchý experiment umožňuje dospět k závěru, že v případě vln na vodní hladině pro danou rychlost šíření vln odpovídá vyšší frekvence menší vzdálenosti mezi hřebeny vln, tedy kratším vlnám, a naopak vyšší frekvence. nižší frekvence odpovídá delším vlnám.

Totéž platí pro zvukové vlny. Skutečnost, že zvuková vlna prochází určitým bodem v prostoru, lze posoudit podle změny tlaku v tomto bodě. Tato změna zcela opakuje vibrace membrány zdroje zvuku. Člověk slyší zvuk, protože zvuková vlna vyvíjí různý tlak na bubínek jeho ucha. Jakmile se hřeben zvukové vlny (nebo oblast vysokého tlaku) dostane do našeho ucha. Cítíme tlak. Pokud po sobě dostatečně rychle jdou oblasti zvýšeného tlaku zvukové vlny, pak bubínek našeho ucha rychle vibruje. Pokud za sebou hřebeny zvukové vlny výrazně zaostávají, bude ušní bubínek vibrovat mnohem pomaleji.

Rychlost zvuku ve vzduchu je překvapivě konstantní hodnota. Již jsme viděli, že frekvence zvuku přímo souvisí se vzdáleností mezi vrcholy zvukové vlny, to znamená, že existuje určitý vztah mezi frekvencí zvuku a vlnovou délkou. Tento vztah můžeme vyjádřit následovně: vlnová délka se rovná rychlosti dělené frekvencí. Jiný způsob, jak to vyjádřit, je, že vlnová délka je nepřímo úměrná frekvenci, s koeficientem úměrnosti rovným rychlosti zvuku.

Jak se zvuk stane slyšitelným? Když zvukové vlny vstoupí do zvukovodu, rozvibrují bubínek, střední ucho a vnitřní ucho. Vzduchové vlny, které vstupují do tekutiny vyplňující hlemýžď, ovlivňují vlasové buňky uvnitř Cortiho orgánu. Sluchový nerv přenáší tyto impulsy do mozku, kde se přeměňují na zvuky.

Měření hluku

Hluk je nepříjemný nebo nežádoucí zvuk nebo soubor zvuků, které narušují vnímání užitečných signálů, ruší ticho, působí škodlivě nebo dráždivě na lidský organismus, snižují jeho výkonnost.

V hlučných oblastech mnoho lidí pociťuje příznaky nemoci z hluku: zvýšenou nervovou vzrušivost, únavu a vysoký krevní tlak.

Hladina hluku se měří v jednotkách,

Vyjadřování stupně tlakových zvuků, decibelů. Tento tlak není vnímán donekonečna. Hladina hluku 20-30 dB je pro člověka prakticky neškodná - jedná se o přirozený hluk na pozadí. Pokud jde o hlasité zvuky, je zde přípustný limit přibližně 80 dB. Už zvuk 130 dB působí v člověku bolest a 150 se pro něj stává nesnesitelným.

Akustický hluk jsou náhodné zvukové vibrace různé fyzikální povahy, charakterizované náhodnými změnami amplitudy a frekvence.

Když se šíří zvuková vlna, skládající se z kondenzace a řídnutí vzduchu, mění se tlak na bubínek. Jednotka pro tlak je 1 N/m2 a jednotka pro akustický výkon je 1 W/m2.

Práh sluchu je minimální hlasitost zvuku, kterou člověk vnímá. U různých lidí je to různé, a proto se běžně za práh sluchu považuje akustický tlak rovný 2x10"5 N/m2 při 1000 Hz, což odpovídá výkonu 10"12 W/m2. Právě s těmito hodnotami se porovnává naměřený zvuk.

Například akustický výkon motorů při vzletu proudového letadla je 10 W/m2, to znamená, že prahovou hodnotu překračuje 1013krát. Je nepohodlné pracovat s tak velkým počtem. O zvucích různé hlasitosti říkají, že jeden je hlasitější než druhý ne tolikrát, ale tolik jednotek. Jednotka hlasitosti se nazývá Bel - podle vynálezce telefonu A. Bela (1847-1922). Hlasitost se měří v decibelech: 1 dB = 0,1 B (Bel). Vizuální znázornění vztahu intenzity zvuku, akustického tlaku a úrovně hlasitosti.

Vnímání zvuku závisí nejen na jeho kvantitativních charakteristikách (tlak a výkon), ale také na jeho kvalitě – frekvenci.

Stejný zvuk na různých frekvencích se liší v hlasitosti.

Někteří lidé neslyší vysokofrekvenční zvuky. U starších lidí se tak horní hranice vnímání zvuku snižuje na 6000 Hz. Neslyší například pištění komára nebo trylek cvrčka, které vydávají zvuky o frekvenci asi 20 000 Hz.

Slavný anglický fyzik D. Tyndall popisuje jednu ze svých procházek s kamarádem takto: „Luky po obou stranách cesty se hemžily hmyzem, který podle mých uší plnil vzduch svým ostrým bzučením, ale můj přítel neslyšel cokoliv z toho – hudba hmyzu přeletěla hranice jeho sluchu.“ !

Hladiny hluku

Hlasitost – hladina energie ve zvuku – se měří v decibelech. Šepot se rovná přibližně 15 dB, šelest hlasů ve studentské třídě dosahuje přibližně 50 dB a hluk z ulice při hustém provozu je přibližně 90 dB. Hluky nad 100 dB mohou být pro lidské ucho nesnesitelné. Hluky kolem 140 dB (například zvuk vzlétajícího tryskového letadla) mohou být pro ucho bolestivé a poškodit ušní bubínek.

U většiny lidí se sluchová ostrost s věkem snižuje. To se vysvětluje tím, že ušní kůstky ztrácejí svou původní pohyblivost, a proto se vibrace nepřenášejí do vnitřního ucha. Kromě toho mohou ušní infekce poškodit bubínek a negativně ovlivnit fungování kůstek. Pokud zaznamenáte jakékoli problémy se sluchem, měli byste se okamžitě poradit s lékařem. Některé typy hluchoty jsou způsobeny poškozením vnitřního ucha nebo sluchového nervu. Ztráta sluchu může být také způsobena neustálým vystavením hluku (například v továrně) nebo náhlými a velmi hlasitými výbuchy zvuku. Při používání osobních stereo přehrávačů byste měli být velmi opatrní, protože přílišná hlasitost může také způsobit hluchotu.

Přípustný hluk v prostorách

K hladinám hluku stojí za zmínku, že takový koncept není z hlediska legislativy pomíjivý a neregulovaný. Na Ukrajině tak stále platí hygienické normy pro přípustný hluk v obytných a veřejných budovách a v obytných oblastech, přijaté v dobách SSSR. Podle tohoto dokumentu nesmí hladina hluku v obytných prostorách překročit 40 dB ve dne a 30 dB v noci (od 22:00 do 8:00).

Hluk často nese důležité informace. Automobilový nebo motocyklový závodník pozorně poslouchá zvuky, které vydává motor, podvozek a další části jedoucího vozidla, protože jakýkoli cizí hluk může být předzvěstí nehody. Hluk hraje významnou roli v akustice, optice, výpočetní technice a medicíně.

co je hluk? Je chápán jako náhodné komplexní vibrace různé fyzikální povahy.

Problém hluku je tu už dlouho. Již v dávných dobách způsoboval zvuk kol na dlážděných ulicích mnohým nespavost.

Nebo snad problém nastal ještě dříve, když se sousedé v jeskyni začali hádat, protože jeden z nich při výrobě kamenného nože nebo sekery příliš hlasitě klepal?

Hluk v životním prostředí se neustále zvyšuje. Jestliže v roce 1948 při průzkumu obyvatel velkých měst odpovědělo 23 % respondentů kladně na otázku, zda je obtěžuje hluk v jejich bytě, pak v roce 1961 to bylo již 50 %. V posledním desetiletí se hladina hluku ve městech zvýšila 10-15krát.

Hluk je druh zvuku, i když se mu často říká „nežádoucí zvuk“. Hlučnost tramvaje se přitom podle odborníků odhaduje na 85-88 dB, trolejbusu - 71 dB, autobusu s výkonem motoru více než 220 koní. S. - 92 dB, méně než 220 l. S. - 80-85 dB.

Vědci z Ohio State University dospěli k závěru, že lidé, kteří jsou pravidelně vystavováni hlasitým zvukům, mají 1,5krát vyšší pravděpodobnost vzniku akustického neuromu než ostatní.

Akustický neurom je benigní nádor, který způsobuje ztrátu sluchu. Vědci vyšetřili 146 pacientů s neuromem akustiky a 564 zdravých lidí. Všichni byli dotázáni, jak často se setkávají s hlasitými zvuky o síle alespoň 80 decibelů (dopravní hluk). Dotazník zohledňoval hluk spotřebičů, motorů, hudby, dětský křik, hluk při sportovních akcích, v barech a restauracích. Účastníci studie byli také dotázáni, zda používají prostředky na ochranu sluchu. Ti, kteří pravidelně poslouchali hlasitou hudbu, měli 2,5krát zvýšené riziko vzniku akustického neuromu.

Pro osoby vystavené technickému hluku – 1,8krát. Pro lidi, kteří pravidelně poslouchají křik dětí, je hluk na stadionech, v restauracích nebo barech 1,4krát vyšší. Při nošení chráničů sluchu není riziko vzniku akustického neuromu větší než u lidí, kteří nejsou hluku vůbec vystaveni.

Vliv akustického hluku na člověka

Vliv akustického hluku na člověka se liší:

A. Škodlivý

Hluk vede k rozvoji benigního nádoru

Dlouhodobý hluk nepříznivě ovlivňuje orgán sluchu, natahuje ušní bubínek, a tím snižuje citlivost na zvuk. Vede k narušení činnosti srdce a jater, k vyčerpání a přetížení nervových buněk. Zvuky a zvuky vysoké síly ovlivňují sluchadlo, nervová centra a mohou způsobit bolest a šok. Tak funguje hluková zátěž.

Umělé zvuky způsobené člověkem. Negativně ovlivňují nervový systém člověka. Jedním z nejškodlivějších městských hluků je hluk motorových vozidel na hlavních dálnicích. Dráždí nervový systém, takže člověka trápí úzkost a cítí se unavený.

B. Příznivý

Mezi užitečné zvuky patří šum listí. Šplouchání vln má uklidňující vliv na naši psychiku. Tiché šumění listí, šumění potůčku, lehké šplouchání vody a zvuk příboje jsou člověku vždy příjemné. Uklidňují ho a zbavují stresu.

C. Léčivý

Terapeutický účinek na člověka pomocí zvuků přírody vznikl mezi lékaři a biofyziky, kteří pracovali s astronauty již na počátku 80. let dvacátého století. V psychoterapeutické praxi se přírodní zvuky využívají jako pomůcka při léčbě různých onemocnění. Psychoterapeuti také používají takzvaný „bílý šum“. Jde o jakési syčení, nejasně připomínající zvuk vln bez šplouchání vody. Lékaři věří, že „bílý šum“ vás uklidňuje a ukolébá.

Vliv hluku na lidský organismus

Jsou to ale hlukem pouze sluchové orgány?

Studenti jsou vyzváni, aby to zjistili přečtením následujících tvrzení.

1. Hluk způsobuje předčasné stárnutí. Ve třiceti případech ze sta hluk snižuje délku života lidí ve velkých městech o 8–12 let.

2. Neurózami způsobenými zvýšenou hladinou hluku trpí každá třetí žena a každý čtvrtý muž.

3. Nemoci jako gastritida, žaludeční a střevní vředy se nejčastěji vyskytují u lidí žijících a pracujících v hlučném prostředí. Pro popové hudebníky jsou žaludeční vředy nemocí z povolání.

4. Dostatečně silný hluk po 1 minutě může způsobit změny v elektrické aktivitě mozku, která se stává podobnou elektrické aktivitě mozku u pacientů s epilepsií.

5. Hluk tlumí nervový systém, zvláště když se opakuje.

6. Vlivem hluku dochází k trvalému poklesu frekvence a hloubky dýchání. Někdy se objeví srdeční arytmie a hypertenze.

7. Vlivem hluku se mění metabolismus sacharidů, tuků, bílkovin a solí, což se projevuje změnami v biochemickém složení krve (snižuje se hladina krevního cukru).

Nadměrný hluk (nad 80 dB) postihuje nejen sluchové orgány, ale i další orgány a systémy (oběhový, trávicí, nervový atd.), jsou narušeny životně důležité procesy, začíná převládat energetický metabolismus nad metabolismem plastů, což vede k předčasnému stárnutí z těla .

PROBLÉM S HLUČEM

Velké město je vždy doprovázeno hlukem z dopravy. Za posledních 25–30 let se ve velkých městech po celém světě zvýšil hluk o 12–15 dB (tj. hlasitost hluku se zvýšila 3–4krát). Pokud je ve městě letiště, jako je tomu v Moskvě, Washingtonu, Omsku a řadě dalších měst, vede to k mnohonásobnému překročení maximální přípustné úrovně zvukových podnětů.

A přesto je silniční doprava hlavním zdrojem hluku ve městě. Právě ta způsobuje v hlavních ulicích měst hluk až 95 dB na stupnici zvukoměru. Hladina hluku v obytných místnostech se zavřenými okny směrem k dálnici je pouze o 10-15 dB nižší než na ulici.

Hlučnost automobilů závisí na mnoha důvodech: na značce vozu, jeho provozuschopnosti, rychlosti, kvalitě povrchu vozovky, výkonu motoru atd. Hluk motoru se prudce zvyšuje při startování a zahřívání. Když se vůz pohybuje první rychlostí (do 40 km/h), je hluk motoru 2krát vyšší než hluk, který vytváří při druhé rychlosti. Když auto prudce zabrzdí, výrazně se zvýší i hluk.

Byla odhalena závislost stavu lidského těla na úrovni okolního hluku. Byly zaznamenány určité změny ve funkčním stavu centrálního nervového a kardiovaskulárního systému způsobené hlukem. Koronární onemocnění srdce, hypertenze a zvýšená hladina cholesterolu v krvi jsou častější u lidí žijících v hlučných oblastech. Hluk výrazně narušuje spánek, snižuje jeho trvání a hloubku. Doba usínání se prodlužuje o hodinu i více a po probuzení se lidé cítí unavení a bolí je hlava. To vše časem přechází v chronickou únavu, oslabuje imunitní systém, přispívá ke vzniku nemocí, snižuje výkonnost.

Nyní se věří, že hluk může zkrátit délku života člověka téměř o 10 let. Duševně nemocných kvůli přibývajícím zvukovým podnětům přibývá, hluk působí zvláště silně na ženy. Obecně se ve městech zvýšil počet nedoslýchavých, nejčastějšími jevy se staly bolesti hlavy a zvýšená podrážděnost.

HLUKOVÁ ZÁTĚŽ

Zvuk a silný hluk ovlivňují sluchadlo, nervová centra a mohou způsobit bolest a šok. Tak funguje hluková zátěž. Tiché šumění listí, šumění potůčku, ptačí hlasy, lehké šplouchání vody a zvuk příboje jsou člověku vždy příjemné. Uklidňují ho a zbavují stresu. To se používá ve zdravotnických zařízeních, v místnostech psychologické pomoci. Přirozené zvuky přírody jsou stále vzácnější, zcela mizí nebo jsou přehlušeny průmyslovými, dopravními a jinými zvuky.

Dlouhodobý hluk nepříznivě ovlivňuje sluchový orgán, snižuje citlivost na zvuk. Vede k narušení činnosti srdce a jater, k vyčerpání a přetížení nervových buněk. Oslabené buňky nervového systému nemohou dostatečně koordinovat práci různých tělesných systémů. Zde dochází k narušení jejich činnosti.

Již víme, že hluk 150 dB je pro člověka škodlivý. Ne nadarmo se ve středověku popravovalo pod zvonem. Řev zvonů trýznil a pomalu zabíjel.

Každý člověk vnímá hluk jinak. Hodně záleží na věku, temperamentu, zdravotním stavu a podmínkách prostředí. Hluk má akumulační účinek, to znamená, že akustické podráždění, které se hromadí v těle, stále více utlumuje nervový systém. Hluk má zvláště škodlivý vliv na neuropsychickou aktivitu těla.

Hluky způsobují funkční poruchy kardiovaskulárního systému; má škodlivý účinek na vizuální a vestibulární analyzátory; snížit reflexní aktivitu, která často způsobuje nehody a zranění.

Hluk je zákeřný, jeho škodlivé účinky na organismus se objevují neviditelně, neznatelně, poškození organismu není okamžitě zjištěno. Lidské tělo je navíc proti hluku prakticky bezbranné.

Lékaři stále častěji mluví o nemoci z hluku, která postihuje především sluch a nervový systém. Zdrojem hlukové zátěže může být průmyslový podnik nebo doprava. Těžké sklápěče a tramvaje produkují obzvláště hlasitý hluk. Hluk působí na nervový systém člověka, a proto jsou ve městech a podnicích přijímána opatření na ochranu před hlukem. Železniční a tramvajové tratě a silnice, po kterých prochází nákladní doprava, je potřeba přesunout z centrálních částí měst do řídce osídlených oblastí a vytvořit kolem nich zelené plochy, které dobře pohlcují hluk. Letadla by neměla létat nad městy.

ZVUKOVÁ IZOLACE

Zvuková izolace pomáhá předcházet škodlivým účinkům hluku

Snížení hladiny hluku je dosaženo stavebními a akustickými opatřeními. Ve vnějších obvodových pláštích budov mají okna a balkonové dveře výrazně menší zvukovou izolaci než samotná stěna.

Stupeň protihlukové ochrany budov je dán především přípustnými hlukovými normami pro prostory pro daný účel.

BOJUJTE PROTI AKUSTICKÉMU HLUKU

Laboratoř akustiky MNIIP zpracovává sekce „Akustická ekologie“ jako součást projektové dokumentace. Probíhají projekty na odhlučnění prostor, protihluková opatření, výpočty protihlukových systémů a akustická měření. Přestože v běžných místnostech lidé stále více chtějí akustický komfort – dobrou ochranu před hlukem, srozumitelnou řeč a absenci tkz. akustické fantomy - negativní zvukové obrazy tvořené někt. V návrzích určených k dodatečnému potírání decibelů se střídají minimálně dvě vrstvy – „tvrdé“ (sádrokarton, sádrovláknitá) Také akustický design by měl zaujímat své skromné ​​místo uvnitř. K potlačení akustického hluku se používá frekvenční filtrování.

MĚSTO A ZELENÁ MÍSTA

Pokud chráníte svůj domov před hlukem stromy, pak bude užitečné vědět, že zvuky nejsou pohlcovány listím. Zvukové vlny při dopadu na kmen se zlomí a směřují dolů do půdy, kde jsou absorbovány. Smrk je považován za nejlepšího strážce ticha. I podél nejrušnější dálnice můžete žít v klidu, pokud svůj domov ochráníte řadou zelených jedlí. A bylo by hezké vysadit poblíž kaštany. Jeden vzrostlý kaštan vyčistí od výfukových plynů automobilů prostor vysoký až 10 m, široký až 20 m a dlouhý až 100 m. Kaštan navíc na rozdíl od mnoha jiných stromů téměř bez poškození „zdraví“ rozkládá toxické plyny. “

Význam krajinářských úprav městských ulic je velký - hustá výsadba křovin a lesních pásů chrání před hlukem, snižuje jej o 10-12 dB (decibelů), snižuje koncentraci škodlivých částic ve vzduchu ze 100 na 25 %, snižuje rychlost větru od 10 až 2 m/s, snížit koncentraci plynů z automobilů až o 15 % na jednotku objemu vzduchu, vzduch zvlhčit, snížit jeho teplotu, t.j. učinit ho přijatelnějším pro dýchání.

Zelené plochy také pohlcují zvuk, čím vyšší jsou stromy a čím je jejich výsadba hustší, tím méně zvuku je slyšet.

Zelené plochy v kombinaci s trávníky a záhony působí blahodárně na lidskou psychiku, zklidňují zrak a nervový systém, jsou zdrojem inspirace a zvyšují výkonnost lidí. Největší umělecká a literární díla, objevy vědců, vznikly pod blahodárným vlivem přírody. Tak vznikly největší hudební výtvory Beethovena, Čajkovského, Strausse a dalších skladatelů, obrazy úžasných ruských krajinářů Šiškina, Levitana a díla ruských a sovětských spisovatelů. Není náhodou, že sibiřské vědecké centrum bylo založeno mezi zelenými plochami Priobského lesa. Zde, ve stínu městského hluku a obklopeni zelení, naši sibiřští vědci úspěšně provádějí svůj výzkum.

Zelenost měst jako Moskva a Kyjev je vysoká; v posledně jmenovaném je například 200krát více výsadeb na obyvatele než v Tokiu. V hlavním městě Japonska byla během 50 let (1920-1970) zničena asi polovina všech zelených ploch nacházejících se v okruhu deseti kilometrů od centra. Ve Spojených státech bylo za posledních pět let ztraceno téměř 10 tisíc hektarů centrálních městských parků.

← Hluk má škodlivý vliv na zdraví člověka, především zhoršením sluchu a stavu nervového a kardiovaskulárního systému.

← Hluk lze měřit pomocí speciálních přístrojů - zvukoměrů.

← Proti škodlivým účinkům hluku je nutné bojovat kontrolou hladiny hluku a také používáním zvláštních opatření ke snížení hladiny hluku.

>>Fyzika: Zvuk v různých prostředích

Aby se zvuk šířil, je zapotřebí elastické médium. Ve vakuu se zvukové vlny nemohou šířit, protože tam není nic, co by vibrovalo. To lze ověřit jednoduchou zkušeností. Umístíme-li elektrický zvonek pod skleněný zvonek, pak při odčerpávání vzduchu zpod zvonu zjistíme, že zvuk ze zvonu bude slábnout a slábnout, až úplně ustane.

Zvuk v plynech. Je známo, že při bouřce nejprve vidíme záblesk blesku a teprve po nějaké době slyšíme dunění hromu (obr. 52). K tomuto zpoždění dochází, protože rychlost zvuku ve vzduchu je mnohem menší než rychlost světla přicházejícího z blesku.

Rychlost zvuku ve vzduchu poprvé změřil v roce 1636 francouzský vědec M. Mersenne. Při teplotě 20 °C se rovná 343 m/s, tzn. 1235 km/h. Všimněte si, že právě na tuto hodnotu klesá rychlost střely vypálené z kulometu Kalašnikov (PK) na vzdálenost 800 m. Počáteční rychlost střely je 825 m/s, což výrazně převyšuje rychlost zvuku ve vzduchu. Člověk, který slyší výstřel nebo hvizd kulky, se tedy nemusí obávat: tato kulka ho již minula. Kulka předběhne zvuk výstřelu a dosáhne své oběti dříve, než zvuk dorazí.

Rychlost zvuku závisí na teplotě média: s rostoucí teplotou vzduchu se zvyšuje a s klesající teplotou vzduchu klesá. Při 0 °C je rychlost zvuku ve vzduchu 331 m/s.

Zvuk se v různých plynech šíří různou rychlostí. Čím větší je hmotnost molekul plynu, tím nižší je rychlost zvuku v něm. Při teplotě 0 °C je tedy rychlost zvuku ve vodíku 1284 m/s, v heliu - 965 m/s a v kyslíku - 316 m/s.

Zvuk v kapalinách. Rychlost zvuku v kapalinách je obvykle větší než rychlost zvuku v plynech. Rychlost zvuku ve vodě poprvé změřili v roce 1826 J. Colladon a J. Sturm. Své pokusy prováděli na Ženevském jezeře ve Švýcarsku (obr. 53). Na jednom člunu zapálili střelný prach a zároveň udeřili na zvon spuštěný do vody. Zvuk tohoto zvonu, pomocí speciálního rohu, rovněž spuštěného do vody, byl zachycen na další lodi, která se nacházela ve vzdálenosti 14 km od první. Na základě časového intervalu mezi zábleskem světla a příchodem zvukového signálu byla určena rychlost zvuku ve vodě. Při teplotě 8 °C to bylo přibližně 1440 m/s.

Na hranici mezi dvěma různými médii se část zvukové vlny odráží a část postupuje dále. Při přechodu zvuku ze vzduchu do vody se 99,9 % zvukové energie odráží zpět, ale tlak ve zvukové vlně přenášené do vody je téměř 2krát větší. Sluchové ústrojí ryb na to přesně reaguje. Proto jsou například výkřiky a zvuky nad hladinou vody jistým způsobem, jak zastrašit mořský život. Člověka, který se ocitne pod vodou, tyto výkřiky neohluší: při ponoření do vody mu v uších zůstanou vzduchové „zátky“, které ho ochrání před přetížením zvukem.

Když zvuk přejde z vody do vzduchu, 99,9 % energie se znovu odrazí. Ale pokud se při přechodu ze vzduchu do vody akustický tlak zvýšil, nyní naopak prudce klesá. Z tohoto důvodu se například zvuk, který vzniká pod vodou, když jeden kámen narazí na druhý, nedostane k člověku ve vzduchu.

Toto chování zvuku na hranici mezi vodou a vzduchem dalo našim předkům základ k tomu, aby považovali podmořský svět za „svět ticha“. Odtud pochází výraz: „Němý jako ryba“. Leonardo da Vinci však také navrhl poslouchat zvuky pod vodou tak, že přiložíte ucho k veslu spuštěnému do vody. Pomocí této metody se můžete ujistit, že ryby jsou skutečně docela upovídané.

Zvuk v pevných látkách. Rychlost zvuku v pevných látkách je větší než v kapalinách a plynech. Pokud přiložíte ucho ke kolejnici, po dopadu na druhý konec kolejnice uslyšíte dva zvuky. Jeden z nich se k vašemu uchu dostane po železnici, druhý vzduchem.

Země má dobrou zvukovou vodivost. Proto byli za starých časů při obléhání do hradeb pevnosti umístěni „posluchači“, kteří podle zvuku přenášeného zemí mohli určit, zda nepřítel kopá do hradeb nebo ne. S přiložením uší k zemi také sledovali blížící se nepřátelskou jízdu.

Pevné látky dobře vedou zvuk. Lidé, kteří ztratili sluch, jsou díky tomu někdy schopni tančit na hudbu, která se k jejich sluchovým nervům nedostává vzduchem a zevním uchem, ale podlahou a kostmi.

1. Proč při bouřce nejprve vidíme blesky a teprve potom slyšíme hromy? 2. Na čem závisí rychlost zvuku v plynech? 3. Proč člověk stojící na břehu řeky neslyší zvuky vznikající pod vodou? 4. Proč byli „sluchači“, kteří v dávných dobách sledovali výkopové práce nepřítele, často slepí?

Experimentální úkol . Umístěte náramkové hodinky na jeden konec desky (nebo dlouhé dřevěné pravítko) a na druhý konec položte ucho. Co slyšíš? Vysvětlete jev.

S.V. Gromov, N.A. Rodina, Fyzika 8. tř

Odeslali čtenáři z internetových stránek

Plánování fyziky, plány hodin fyziky, školní osnovy, učebnice a knihy fyziky pro 8. ročník, kurzy a úkoly fyziky pro 8. ročník

Obsah lekce poznámky k lekci podpůrná rámcová lekce prezentace akcelerační metody interaktivní technologie Praxe úkoly a cvičení autotest workshopy, školení, případy, questy domácí úkoly diskuze otázky řečnické otázky studentů Ilustrace audio, videoklipy a multimédia fotografie, obrázky, grafika, tabulky, diagramy, humor, anekdoty, vtipy, komiksy, podobenství, rčení, křížovky, citáty Doplňky abstraktyčlánky triky pro zvídavé jesličky učebnice základní a doplňkový slovník pojmů ostatní Zkvalitnění učebnic a lekcíopravovat chyby v učebnici aktualizace fragmentu v učebnici, prvky inovace v lekci, nahrazení zastaralých znalostí novými Pouze pro učitele perfektní lekce kalendářní plán na rok, metodická doporučení, diskusní pořady Integrované lekce

Pokud se zvuková vlna ve své cestě nesetká s překážkami, šíří se rovnoměrně všemi směry. Ne každá překážka se pro ni ale stává bariérou.

Když narazí na překážku na své cestě, zvuk se může ohýbat kolem ní, odrážet se, lámat nebo pohlcovat.

Difrakce zvuku

Můžeme mluvit s člověkem stojícím za rohem budovy, za stromem nebo za plotem, ačkoli ho nevidíme. Slyšíme to, protože zvuk je schopen se kolem těchto předmětů ohnout a proniknout do oblasti za nimi.

Schopnost vlny ohnout se kolem překážky se nazývá difrakce .

K difrakci dochází, když vlnová délka zvuku překročí velikost překážky. Nízkofrekvenční zvukové vlny jsou poměrně dlouhé. Například při frekvenci 100 Hz se rovná 3,37 m. S klesající frekvencí se délka ještě zvětšuje. Proto se zvuková vlna snadno ohýbá kolem předmětů, které jsou s ní srovnatelné. Stromy v parku nám vůbec neruší sluch, protože průměry jejich kmenů jsou mnohem menší než délka zvukové vlny.

Zvukové vlny díky difrakci pronikají trhlinami a otvory v překážce a šíří se za nimi.

Položme do dráhy zvukové vlny plochou obrazovku s otvorem.

V případě, že vlnová délka zvuku ƛ mnohem větší než průměr otvoru D nebo jsou tyto hodnoty přibližně stejné, pak za otvorem zvuk dosáhne všech bodů v oblasti, která je za obrazovkou (oblast zvukového stínu). Přední strana odcházející vlny bude vypadat jako polokoule.

Li ƛ je jen o málo menší než průměr štěrbiny, pak se hlavní část vlny šíří rovně a malá část se mírně rozbíhá do stran. A v případě kdy ƛ mnohem méně D , celá vlna půjde vpřed.

Odraz zvuku

Pokud zvuková vlna narazí na rozhraní mezi dvěma médii, jsou možné různé možnosti jejího dalšího šíření. Zvuk se může od rozhraní odrážet, může se pohybovat na jiné médium bez změny směru nebo se může lámat, to znamená pohybovat se a měnit svůj směr.

Předpokládejme, že se v dráze zvukové vlny objeví překážka, jejíž velikost je mnohem větší než vlnová délka, například strmý útes. Jak se bude chovat zvuk? Protože nemůže tuto překážku obejít, odrazí se od ní. Za překážkou je zóna akustického stínu .

Zvuk odražený od překážky se nazývá echo .

Povaha odrazu zvukové vlny může být různá. Záleží na tvaru odrazné plochy.

Odraz nazývá se změna směru zvukové vlny na rozhraní mezi dvěma různými médii. Při odrazu se vlna vrací do prostředí, ze kterého přišla.

Pokud je povrch plochý, zvuk se od něj odráží stejně, jako se paprsek světla odráží v zrcadle.

Zvukové paprsky odražené od konkávního povrchu jsou soustředěny do jednoho bodu.

Konvexní povrch rozptyluje zvuk.

Efekt disperze je dán konvexními sloupy, velkými lištami, lustry atd.

Zvuk nepřechází z jednoho média do druhého, ale odráží se od něj, pokud se hustoty média výrazně liší. Zvuk, který se objevuje ve vodě, se tedy nepřenáší do vzduchu. Odražený od rozhraní zůstává ve vodě. Člověk stojící na břehu řeky tento zvuk neuslyší. To je vysvětleno velkým rozdílem vlnových impedancí vody a vzduchu. V akustice je vlnová impedance rovna součinu hustoty prostředí a rychlosti zvuku v něm. Vzhledem k tomu, že vlnový odpor plynů je výrazně menší než vlnový odpor kapalin a pevných látek, při dopadu zvukové vlny na hranici vzduchu a vody se odrazí.

Ryby ve vodě zvuk objevující se nad vodní hladinou neslyší, ale dokáží zřetelně rozlišit zvuk, jehož zdrojem je těleso vibrující ve vodě.

Lom zvuku

Změna směru šíření zvuku se nazývá lom světla . K tomuto jevu dochází, když zvuk prochází z jednoho média do druhého a jeho rychlost šíření v těchto prostředích je různá.

Poměr sinusového úhlu dopadu k sinu úhlu odrazu je roven poměru rychlostí šíření zvuku v médiích.

Kde i - úhel dopadu,

r - úhel odrazu,

v 1 - rychlost šíření zvuku v prvním prostředí,

v 2 – rychlost šíření zvuku v druhém prostředí,

n - index lomu.

Lom zvuku se nazývá lom světla .

Pokud zvuková vlna nedopadá kolmo k povrchu, ale pod úhlem jiným než 90°, pak se lomená vlna odchýlí od směru dopadající vlny.

Lom zvuku lze pozorovat nejen na rozhraní mezi médii. Zvukové vlny mohou měnit svůj směr v heterogenním prostředí – atmosféře, oceánu.

V atmosféře je lom způsoben změnami teploty vzduchu, rychlosti a směru pohybu vzduchových hmot. A v oceánu se objevuje díky heterogenitě vlastností vody – různému hydrostatickému tlaku v různých hloubkách, různých teplotách a různé salinitě.

Absorpce zvuku

Když zvuková vlna narazí na povrch, část její energie se pohltí. A kolik energie může médium absorbovat, lze určit na základě znalosti koeficientu absorpce zvuku. Tento koeficient ukazuje, kolik energie zvukových vibrací pohltí 1 m2 překážky. Má hodnotu od 0 do 1.

Jednotka měření zvukové pohltivosti se nazývá sabin . Své jméno dostal podle amerického fyzika Wallace Clement Sabin, zakladatel architektonické akustiky. 1 sabin je energie, kterou pohltí 1 m 2 povrchu, jehož absorpční koeficient je 1. To znamená, že takový povrch musí pohltit absolutně veškerou energii zvukové vlny.

Dozvuk

Wallace Sabin

Vlastnost materiálů pohlcovat zvuk je široce využívána v architektuře. Při studiu akustiky přednáškového sálu, který je součástí Foggova muzea, Wallace Clement Sabin dospěl k závěru, že existuje vztah mezi velikostí sálu, akustickými podmínkami, typem a plochou materiálů pohlcujících zvuk a doba dozvuku .

Dozvuk nazývat proces odrazu zvukové vlny od překážek a její postupný útlum po vypnutí zdroje zvuku. V uzavřeném prostoru se zvuk může opakovaně odrážet od stěn a předmětů. V důsledku toho vznikají různé echo signály, z nichž každý zní jakoby samostatně. Tento efekt se nazývá dozvukový efekt .

Nejdůležitější vlastností místnosti je doba dozvuku , kterou Sabin zadal a vypočítal.

Kde PROTI - objem místnosti,

A – obecná pohltivost zvuku.

Kde a i - koeficient zvukové pohltivosti materiálu,

S i - plocha každého povrchu.

Pokud je doba dozvuku dlouhá, zvuky jakoby „bloudí“ po sále. Navzájem se překrývají, přehluší hlavní zdroj zvuku a sál se rozbuší. S krátkou dobou dozvuku stěny rychle pohlcují zvuky a jsou matné. Každá místnost proto musí mít svůj přesný výpočet.

Na základě svých výpočtů Sabin rozmístil materiály pohlcující zvuk tak, aby byl snížen „echo efekt“. A Boston Symphony Hall, na jejímž vzniku byl akustickým poradcem, je dodnes považován za jeden z nejlepších sálů na světě.