Dom Ortopedia W jaki sposób dźwięk rozchodzi się w powietrzu? Gdzie dźwięk rozchodzi się szybciej?

Ortopedia

W jaki sposób dźwięk rozchodzi się w powietrzu? Gdzie dźwięk rozchodzi się szybciej?

Dźwięk przemieszcza się poprzez fale dźwiękowe. Fale te rozchodzą się nie tylko przez gazy i ciecze, ale także przez ciała stałe. Działanie wszelkich fal polega głównie na przekazywaniu energii. W przypadku dźwięku transfer przybiera formę drobnych ruchów na poziomie molekularnym.

W gazach i cieczach fala dźwiękowa przemieszcza cząsteczki w kierunku swojego ruchu, czyli w kierunku długości fali. W ciałach stałych drgania dźwiękowe cząsteczek mogą występować także w kierunku prostopadłym do fali.

Fale dźwiękowe rozchodzą się ze swoich źródeł we wszystkich kierunkach, jak pokazano na rysunku po prawej stronie, na którym widać metalowy dzwonek okresowo zderzający się z językiem. Te mechaniczne zderzenia powodują, że dzwonek wibruje. Energia wibracji przekazywana jest cząsteczkom otaczającego powietrza, które są odpychane od dzwonu. W efekcie wzrasta ciśnienie w warstwie powietrza sąsiadującej z dzwonem, które następnie rozchodzi się falami we wszystkich kierunkach od źródła.

Prędkość dźwięku jest niezależna od głośności i tonu. Wszystkie dźwięki z radia w pomieszczeniu, głośne lub ciche, wysokie lub niskie, docierają do słuchacza w tym samym czasie.

Prędkość dźwięku zależy od rodzaju ośrodka, w którym się rozchodzi i jego temperatury. W gazach fale dźwiękowe rozchodzą się powoli, ponieważ ich rzadka struktura molekularna zapewnia niewielką odporność na ściskanie. W cieczach prędkość dźwięku wzrasta, a w ciałach stałych staje się jeszcze większa, jak pokazano na poniższym wykresie w metrach na sekundę (m/s).

Ścieżka fal

Fale dźwiękowe rozchodzą się w powietrzu w sposób podobny do pokazanego na diagramach po prawej stronie. Czoła fal oddalają się od źródła w pewnej odległości od siebie, określonej przez częstotliwość drgań dzwonu. Częstotliwość fali dźwiękowej wyznacza się poprzez zliczenie liczby frontów fal przechodzących przez dany punkt w jednostce czasu.

Czoło fali dźwiękowej oddala się od wibrującego dzwonka.

W równomiernie ogrzanym powietrzu dźwięk rozchodzi się ze stałą prędkością.

Drugi front podąża za pierwszym w odległości równej długości fali.

Natężenie dźwięku jest największe w pobliżu źródła.

Graficzne przedstawienie niewidzialnej fali

Dźwiękowe sondowanie głębin

Wiązka fal dźwiękowych sonaru z łatwością przechodzi przez wodę oceanu. Zasada działania sonaru opiera się na fakcie, że fale dźwiękowe odbijają się od dna oceanu; To urządzenie jest zwykle używane do określania podwodnych cech terenu.

Elastyczne ciała stałe

Dźwięk rozchodzi się po drewnianej płycie. Cząsteczki większości ciał stałych są związane w elastyczną siatkę przestrzenną, która jest słabo skompresowana i jednocześnie przyspiesza przechodzenie fal dźwiękowych.

Do podstawowych praw propagacji dźwięku należą prawa jego odbicia i załamania na granicach różnych ośrodków, a także dyfrakcji dźwięku i jego rozpraszania w obecności przeszkód i niejednorodności ośrodka oraz na granicy ośrodków.

Na zasięg propagacji dźwięku wpływa współczynnik pochłaniania dźwięku, czyli nieodwracalne przejście energii fali dźwiękowej na inny rodzaj energii, w szczególności ciepło. Istotnym czynnikiem jest także kierunek promieniowania i prędkość rozchodzenia się dźwięku, która zależy od ośrodka i jego specyficznego stanu.

Ze źródła dźwięku fale akustyczne rozchodzą się we wszystkich kierunkach. Jeśli fala dźwiękowa przechodzi przez stosunkowo mały otwór, wówczas rozprzestrzenia się we wszystkich kierunkach i nie rozchodzi się w wiązce skierowanej. Na przykład dźwięki uliczne przenikające przez otwarte okno do pokoju są słyszalne ze wszystkich punktów, a nie tylko naprzeciwko okna.

Charakter propagacji fal dźwiękowych w pobliżu przeszkody zależy od zależności pomiędzy wielkością przeszkody a długością fali. Jeśli rozmiar przeszkody jest mały w porównaniu z długością fali, wówczas fala opływa tę przeszkodę, rozprzestrzeniając się we wszystkich kierunkach.

Fale dźwiękowe przenikające z jednego ośrodka do drugiego odchylają się od pierwotnego kierunku, to znaczy ulegają załamaniu. Kąt załamania może być większy lub mniejszy niż kąt padania. To zależy od tego, w jakie medium wnika dźwięk. Jeżeli prędkość dźwięku w drugim ośrodku jest większa, wówczas kąt załamania będzie większy niż kąt padania i odwrotnie.

Kiedy na swojej drodze napotykają przeszkodę, fale dźwiękowe odbijają się od niej według ściśle określonej zasady – kąt odbicia jest równy kątowi padania – z tym wiąże się pojęcie echa. Jeżeli dźwięk odbija się od kilku powierzchni w różnych odległościach, pojawia się wielokrotne echa.

Dźwięk rozchodzi się w postaci rozbieżnej fali sferycznej, która wypełnia coraz większą objętość. Wraz ze wzrostem odległości wibracje cząstek ośrodka słabną, a dźwięk zanika. Wiadomo, że aby zwiększyć zasięg transmisji, dźwięk musi być skoncentrowany w danym kierunku. Kiedy chcemy na przykład, żeby nas usłyszano, przykładamy dłonie do ust lub używamy megafonu.

Dyfrakcja, czyli załamanie promieni dźwiękowych, ma ogromny wpływ na zasięg propagacji dźwięku. Im bardziej niejednorodne medium, tym bardziej wiązka dźwięku jest zakrzywiona i tym samym krótszy jest zasięg propagacji dźwięku.

Rozchodzenie się dźwięku

Fale dźwiękowe mogą rozchodzić się w powietrzu, gazach, cieczach i ciałach stałych. Fale nie powstają w przestrzeni pozbawionej powietrza. Łatwo to sprawdzić na podstawie prostego doświadczenia. Jeśli pod hermetyczną nasadką, z której zostało usunięte powietrze, umieścimy dzwonek elektryczny, nie usłyszymy żadnego dźwięku. Ale gdy tylko nasadka napełni się powietrzem, pojawia się dźwięk.

Szybkość propagacji ruchów oscylacyjnych od cząstki do cząstki zależy od ośrodka. W starożytności wojownicy przykładali uszy do ziemi i w ten sposób wykrywali kawalerię wroga znacznie wcześniej, niż pojawiła się w zasięgu wzroku. A słynny naukowiec Leonardo da Vinci napisał w XV wieku: „Jeśli będąc na morzu, opuścisz otwór rury do wody i przyłożysz jej drugi koniec do ucha, usłyszysz bardzo hałas statków daleko od ciebie.”

Prędkość dźwięku w powietrzu została po raz pierwszy zmierzona w XVII wieku przez Akademię Nauk w Mediolanie. Na jednym ze wzgórz zainstalowano armatę, a na drugim umieszczono punkt obserwacyjny. Czas rejestrowano zarówno w momencie oddania strzału (przez lampę błyskową), jak i w momencie odebrania dźwięku. Na podstawie odległości punktu obserwacyjnego od działa oraz czasu powstania sygnału obliczenie prędkości rozchodzenia się dźwięku nie było już trudne. Okazało się, że wynosi 330 metrów na sekundę.

Prędkość dźwięku w wodzie została po raz pierwszy zmierzona w 1827 roku na Jeziorze Genewskim. Obie łodzie znajdowały się w odległości 13 847 metrów od siebie. Na pierwszym pod dnem zawieszono dzwonek, na drugim zaś zanurzono w wodzie prosty hydrofon (róg). Na pierwszej łodzi w chwili uderzenia w dzwon podpalono proch strzelniczy, na drugiej obserwator w momencie błysku uruchomił stoper i zaczął czekać na sygnał dźwiękowy z dzwonu. Okazało się, że dźwięk rozchodzi się w wodzie ponad 4 razy szybciej niż w powietrzu, czyli tj. z prędkością 1450 metrów na sekundę.

Prędkość dźwięku

Im wyższa elastyczność medium, tym większa prędkość: w gumie 50, w powietrzu 330, w wodzie 1450 i stali - 5000 metrów na sekundę. Gdybyśmy my, którzy byliśmy w Moskwie, potrafili krzyczeć tak głośno, że dźwięk dotarłby do Petersburga, to usłyszeliby nas tam dopiero po pół godzinie, a gdyby dźwięk rozchodził się na tę samą odległość w stali, to zostałby odebrany za dwie minuty.

Na prędkość rozchodzenia się dźwięku wpływa stan tego samego ośrodka. Kiedy mówimy, że dźwięk rozchodzi się w wodzie z prędkością 1450 metrów na sekundę, nie oznacza to, że w jakiejkolwiek wodzie i w każdych warunkach. Wraz ze wzrostem temperatury i zasolenia wody, a także wraz ze wzrostem głębokości, a co za tym idzie ciśnienia hydrostatycznego, prędkość dźwięku wzrasta. Albo weźmy stal. Tutaj również prędkość dźwięku zależy zarówno od temperatury, jak i składu jakościowego stali: im więcej zawiera węgla, tym jest twardsza i tym szybciej rozchodzi się w niej dźwięk.

Kiedy na swojej drodze napotykają przeszkodę, fale dźwiękowe odbijają się od niej według ściśle określonej zasady: kąt odbicia jest równy kątowi padania. Fale dźwiękowe pochodzące z powietrza zostaną niemal całkowicie odbite od powierzchni wody w górę, natomiast fale dźwiękowe pochodzące ze źródła znajdującego się w wodzie zostaną odbite od niej w dół.

Fale dźwiękowe przenikające z jednego ośrodka do drugiego odchylają się od swojego pierwotnego położenia, tj. załamany. Kąt załamania może być większy lub mniejszy niż kąt padania. Zależy to od tego, do jakiego ośrodka dociera dźwięk. Jeżeli prędkość dźwięku w drugim ośrodku jest większa niż w pierwszym, wówczas kąt załamania będzie większy niż kąt padania i odwrotnie.

W powietrzu fale dźwiękowe rozchodzą się w postaci rozbieżnej fali sferycznej, która wypełnia coraz większą objętość, w miarę przenoszenia drgań cząstek wywołanych przez źródła dźwięku do masy powietrza. Jednak wraz ze wzrostem odległości wibracje cząstek słabną. Wiadomo, że aby zwiększyć zasięg transmisji, dźwięk musi być skoncentrowany w danym kierunku. Kiedy chcemy, żeby nas lepiej słyszano, przykładamy dłonie do ust lub używamy megafonu. W takim przypadku dźwięk będzie mniej tłumiony, a fale dźwiękowe będą podróżować dalej.

Wraz ze wzrostem grubości ścianki wzrasta lokalizacja dźwięku przy niskich częstotliwościach średnich, ale „podstępny” rezonans koincydencji, który powoduje zadławienie lokalizacji dźwięku, zaczyna objawiać się przy niższych częstotliwościach i obejmuje większy obszar.

Czy kiedykolwiek pomyślałeś, że dźwięk jest jednym z najbardziej uderzających przejawów życia, działania i ruchu? A także o tym, że każdy dźwięk ma swoje „twarz”? I nawet z zamkniętymi oczami, nic nie widząc, możemy jedynie zgadywać na podstawie dźwięku, co dzieje się wokół nas. Potrafimy rozróżnić głosy znajomych, usłyszeć szelest, ryk, szczekanie, miauczenie itp. Wszystkie te dźwięki znamy z dzieciństwa i każdy z nich z łatwością potrafimy zidentyfikować. Co więcej, nawet w absolutnej ciszy możemy usłyszeć każdy z wymienionych dźwięków naszym wewnętrznym słuchem. Wyobraź sobie to tak, jak w rzeczywistości.

Co to jest dźwięk?

Dźwięki odbierane przez ludzkie ucho są jednym z najważniejszych źródeł informacji o otaczającym nas świecie. Szum morza i wiatru, śpiew ptaków, głosy ludzkie i krzyki zwierząt, grzmoty, odgłosy poruszających się uszu ułatwiają przystosowanie się do zmieniających się warunków zewnętrznych.

Jeśli na przykład kamień spadł w góry, a w pobliżu nie było nikogo, kto mógłby usłyszeć odgłos jego upadku, czy dźwięk ten istniał, czy nie? Na to pytanie można odpowiedzieć zarówno pozytywnie, jak i negatywnie w równym stopniu, ponieważ słowo „dźwięk” ma podwójne znaczenie. Dlatego należy się zgodzić. Dlatego należy zgodzić się co do tego, co uważa się za dźwięk - zjawisko fizyczne w forma rozchodzenia się drgań dźwięku w powietrzu lub odczucie słuchacza. Pierwsza jest zasadniczo przyczyną, druga jest skutkiem, pierwsze pojęcie dźwięku jest obiektywne, drugie subiektywne. W pierwszym przypadku dźwięk jest tak naprawdę strumieniem energii płynącym jak nurt rzeki. Dźwięk taki może zmienić ośrodek, przez który przechodzi, i sam ulega przez nie zmianie”. W drugim przypadku przez dźwięk rozumiemy te wrażenia, które powstają u słuchacza, gdy fala dźwiękowa działa na mózg poprzez aparat słuchowy. Słysząc dźwięk, człowiek może doświadczyć różnych uczuć. Złożony zespół dźwięków, które nazywamy muzyką, wywołuje w nas różnorodne emocje. Dźwięki stanowią podstawę mowy, która służy jako główny środek komunikacji w społeczeństwie ludzkim. I wreszcie istnieje forma dźwięku zwana hałasem. Analiza dźwięku z punktu widzenia subiektywnej percepcji jest bardziej złożona niż w przypadku oceny obiektywnej.

Jak stworzyć dźwięk?

Cechą wspólną wszystkich dźwięków jest to, że ciała je generujące, czyli źródła dźwięku, wibrują (choć najczęściej te wibracje są niewidoczne dla oka). Na przykład dźwięki głosów ludzi i wielu zwierząt powstają w wyniku wibracji ich strun głosowych, dźwięku dętych instrumentów muzycznych, dźwięku syreny, świstu wiatru i dźwięku grzmotu. poprzez drgania mas powietrza.

Na przykładzie linijki możesz dosłownie zobaczyć na własne oczy, jak rodzi się dźwięk. Jaki ruch wykonuje linijka gdy zapinamy jeden koniec, pociągamy za drugi i puszczamy? Zauważymy, że wydawał się drżeć i wahać się. Na tej podstawie wnioskujemy, że dźwięk powstaje w wyniku krótkich lub długich wibracji niektórych obiektów.

Źródłem dźwięku mogą być nie tylko drgające przedmioty. Świst kul lub pocisków w locie, wycie wiatru, ryk silnika odrzutowego rodzą się w wyniku przerw w przepływie powietrza, podczas których dochodzi również do rozrzedzenia i kompresji.

Również ruchy wibracyjne dźwięku można zaobserwować za pomocą urządzenia - kamertonu. Jest to zakrzywiony metalowy pręt zamontowany na nóżce skrzynki rezonatora. Jeśli uderzysz kamerton młotkiem, zabrzmi. Wibracje gałęzi kamertonu są niezauważalne. Można je jednak wykryć, przykładając małą kulkę zawieszoną na nitce do kamertonu brzmiącego. Piłka będzie okresowo się odbijać, co wskazuje na wibracje gałęzi Camerona.

W wyniku interakcji źródła dźwięku z otaczającym powietrzem cząsteczki powietrza zaczynają się ściskać i rozszerzać w czasie (lub „prawie w czasie”) wraz z ruchami źródła dźwięku. Następnie, ze względu na właściwości powietrza jako ośrodka płynnego, drgania przenoszone są z jednej cząsteczki powietrza na drugą.

W kierunku wyjaśnienia propagacji fal dźwiękowych

Dzięki temu wibracje przenoszone są przez powietrze na odległość, czyli dźwięk lub fala akustyczna, czyli po prostu dźwięk, rozchodzi się w powietrzu. Dźwięk docierając z kolei do ludzkiego ucha wzbudza w jego wrażliwych obszarach drgania, które odbieramy przez nas w postaci mowy, muzyki, hałasu itp. (w zależności od właściwości dźwięku podyktowanych naturą jego źródła) .

Propagacja fal dźwiękowych

Czy można zobaczyć jak dźwięk „biegnie”? W przezroczystym powietrzu lub wodzie drgania samych cząstek są niezauważalne. Ale możesz łatwo znaleźć przykład, który powie ci, co się dzieje, gdy dźwięk się rozchodzi.

Warunkiem koniecznym propagacji fal dźwiękowych jest obecność ośrodka materialnego.

W próżni fale dźwiękowe nie rozchodzą się, ponieważ nie ma tam cząstek, które przenoszą interakcję ze źródła wibracji.

Dlatego z powodu braku atmosfery na Księżycu panuje całkowita cisza. Nawet upadek meteorytu na jego powierzchnię nie jest słyszalny dla obserwatora.

Szybkość propagacji fal dźwiękowych zależy od prędkości przenoszenia oddziaływań pomiędzy cząsteczkami.

Prędkość dźwięku to prędkość rozchodzenia się fal dźwiękowych w ośrodku. W gazie prędkość dźwięku okazuje się być rzędu (dokładniej nieco mniejszej) prędkości termicznej cząsteczek i dlatego wzrasta wraz ze wzrostem temperatury gazu. Im większa jest energia potencjalna interakcji między cząsteczkami substancji, tym większa jest prędkość dźwięku, a zatem prędkość dźwięku w cieczy, która z kolei przekracza prędkość dźwięku w gazie. Na przykład w wodzie morskiej prędkość dźwięku wynosi 1513 m/s. W stali, gdzie mogą rozprzestrzeniać się fale poprzeczne i podłużne, ich prędkość propagacji jest różna. Fale poprzeczne rozchodzą się z prędkością 3300 m/s, a fale podłużne z prędkością 6600 m/s.

Prędkość dźwięku w dowolnym ośrodku oblicza się ze wzoru:

gdzie β jest ściśliwością adiabatyczną ośrodka; ρ - gęstość.

Prawa rozchodzenia się fal dźwiękowych

Fale dźwiękowe przenikające z jednego ośrodka do drugiego odchylają się od pierwotnego kierunku, to znaczy ulegają załamaniu. Kąt załamania może być większy lub mniejszy niż kąt padania. Zależy to od tego, do jakiego ośrodka dociera dźwięk. Jeżeli prędkość dźwięku w drugim ośrodku jest większa, wówczas kąt załamania będzie większy niż kąt padania i odwrotnie.

Właściwości dźwięku i jego charakterystyka

Głównymi właściwościami fizycznymi dźwięku są częstotliwość i intensywność wibracji. Wpływają na percepcję słuchową człowieka.

Okres oscylacji to czas, w którym następuje jedno pełne oscylowanie. Można podać przykład wahadła wahadłowego, które przemieszcza się ze skrajnie lewego położenia do skrajnie prawego i powraca do swojego pierwotnego położenia.

Częstotliwość oscylacji to liczba pełnych oscylacji (okresów) na sekundę. Jednostka ta nazywa się hercem (Hz). Im wyższa częstotliwość wibracji, tym wyższy dźwięk słyszymy, to znaczy dźwięk ma wyższą wysokość. Zgodnie z przyjętym międzynarodowym systemem jednostek 1000 Hz nazywane jest kilohercem (kHz), a 1 000 000 nazywa się megahercem (MHz).

Rozkład częstotliwości: dźwięki słyszalne – w zakresie 15 Hz-20 kHz, infradźwięki – poniżej 15 Hz; ultradźwięki - w granicach 1,5 (104 - 109 Hz; hiperdźwięki - w granicach 109 - 1013 Hz.

Ucho ludzkie jest najbardziej wrażliwe na dźwięki o częstotliwościach od 2000 do 5000 kHz. Największą ostrość słuchu obserwuje się w wieku 15-20 lat. Z wiekiem słuch się pogarsza.

Pojęcie długości fali jest związane z okresem i częstotliwością oscylacji. Długość fali dźwięku to odległość pomiędzy dwiema kolejnymi kondensacjami lub rozrzedzeniami ośrodka. Na przykładzie fal rozchodzących się po powierzchni wody jest to odległość pomiędzy dwoma grzbietami.

Dźwięki różnią się także barwą. Głównemu tonowi dźwięku towarzyszą tony wtórne, które zawsze mają wyższą częstotliwość (alikwoty). Barwa jest jakościową cechą dźwięku. Im więcej alikwotów nałożonych jest na ton główny, tym „bardziej soczysty” jest dźwięk muzycznie.

Drugą główną cechą jest amplituda oscylacji. Jest to największe odchylenie od położenia równowagi podczas drgań harmonicznych. Na przykładzie wahadła jego maksymalne odchylenie występuje w skrajnie lewym lub skrajnym prawym położeniu. Amplituda drgań określa intensywność (siła) dźwięku.

Siła dźwięku, czyli jego intensywność, zależy od ilości energii akustycznej przepływającej w ciągu jednej sekundy przez powierzchnię jednego centymetra kwadratowego. W konsekwencji intensywność fal akustycznych zależy od wielkości ciśnienia akustycznego wytwarzanego przez źródło w ośrodku.

Głośność jest z kolei powiązana z intensywnością dźwięku. Im większe jest natężenie dźwięku, tym jest on głośniejszy. Jednakże pojęcia te nie są równoważne. Głośność jest miarą siły wrażenia słuchowego wywołanego dźwiękiem. Dźwięk o tej samej intensywności może powodować u różnych osób wrażenia słuchowe o różnej głośności. Każda osoba ma swój własny próg słyszenia.

Osoba przestaje słyszeć dźwięki o bardzo dużym natężeniu i odbiera je jako uczucie ucisku, a nawet bólu. To natężenie dźwięku nazywa się progiem bólu.

Wpływ dźwięku na narządy słuchu człowieka

Ludzki narząd słuchu jest w stanie odbierać wibracje o częstotliwości od 15-20 herców do 16-20 tysięcy herców. Drgania mechaniczne o wskazanych częstotliwościach nazywane są dźwiękowymi lub akustycznymi (akustyka to nauka o dźwięku).Ucho ludzkie jest najbardziej wrażliwe na dźwięki o częstotliwości od 1000 do 3000 Hz. Największą ostrość słuchu obserwuje się w wieku 15-20 lat. Z wiekiem słuch się pogarsza. U osoby do 40 roku życia największa czułość występuje w zakresie 3000 Hz, od 40 do 60 roku życia – 2000 Hz, powyżej 60 roku życia – 1000 Hz. W zakresie do 500 Hz jesteśmy w stanie wyróżnić spadek lub wzrost częstotliwości nawet o 1 Hz. Przy wyższych częstotliwościach nasze aparaty słuchowe stają się mniej wrażliwe na tak niewielkie zmiany częstotliwości. Zatem po 2000 Hz możemy odróżnić jeden dźwięk od drugiego tylko wtedy, gdy różnica częstotliwości wynosi co najmniej 5 Hz. Przy mniejszej różnicy dźwięki będą nam się wydawać takie same. Jednak prawie nie ma reguł bez wyjątków. Są ludzie, którzy mają niezwykle dobry słuch. Utalentowany muzyk jest w stanie wykryć zmianę w dźwięku już po ułamku wibracji.

Ucho zewnętrzne składa się z małżowiny usznej i przewodu słuchowego, które łączą je z błoną bębenkową. Główną funkcją ucha zewnętrznego jest określenie kierunku źródła dźwięku. Kanał słuchowy, będący dwucentymetrową rurką zwężającą się do wewnątrz, chroni wewnętrzne części ucha i pełni rolę rezonatora. Kanał słuchowy kończy się błoną bębenkową – błoną, która wibruje pod wpływem fal dźwiękowych. To właśnie tutaj, na zewnętrznej granicy ucha środkowego, następuje przemiana dźwięku obiektywnego w subiektywny. Za błoną bębenkową znajdują się trzy małe, połączone ze sobą kości: młotek, kowadełko i strzemię, przez które wibracje przenoszone są do ucha wewnętrznego.

Tam, w nerwie słuchowym, zostają one zamienione na sygnały elektryczne. Mała jama, w której znajduje się młoteczek, kowadło i strzemiączek, jest wypełniona powietrzem i połączona z jamą ustną trąbką Eustachiusza. Dzięki temu drugiemu utrzymuje się równy nacisk na wewnętrzną i zewnętrzną stronę błony bębenkowej. Zwykle trąbka Eustachiusza jest zamknięta, a otwiera się dopiero w momencie nagłej zmiany ciśnienia (ziewanie, połykanie) w celu jego wyrównania. Jeśli trąbka Eustachiusza jest zamknięta, na przykład z powodu przeziębienia, wówczas ciśnienie nie zostaje wyrównane i osoba odczuwa ból w uszach. Następnie wibracje przenoszone są z błony bębenkowej do okienka owalnego, które stanowi początek ucha wewnętrznego. Siła działająca na błonę bębenkową jest równa iloczynowi ciśnienia i powierzchni błony bębenkowej. Ale prawdziwe tajemnice słuchu zaczynają się od owalnego okienka. Fale dźwiękowe przemieszczają się przez płyn (perylimfę) wypełniający ślimak. Ten narząd ucha wewnętrznego, mający kształt ślimaka, ma trzy centymetry długości i jest podzielony na całej długości przegrodą na dwie części. Fale dźwiękowe docierają do przegrody, okrążają ją, a następnie rozchodzą się niemal w to samo miejsce, w którym po raz pierwszy dotknęły przegrodę, tyle że po drugiej stronie. Przegroda ślimaka składa się z głównej błony, która jest bardzo gruba i szczelna. Wibracje dźwięku tworzą na jego powierzchni fale przypominające fale, z prążkami dla różnych częstotliwości leżącymi w bardzo specyficznych obszarach membrany. Drgania mechaniczne zamieniane są na elektryczne w specjalnym organie (organie Cortiego), umieszczonym nad górną częścią membrany głównej. Nad narządem Cortiego znajduje się błona tectorialna. Obydwa te narządy zanurzone są w płynie zwanym endolimfą i oddzielone są od reszty ślimaka błoną Reissnera. Włosy wyrastające z narządu Cortiego niemal przenikają przez błonę tektorialną, a gdy pojawia się dźwięk, wchodzą w kontakt – dźwięk jest przetwarzany, teraz jest kodowany w postaci sygnałów elektrycznych. Skóra i kości czaszki odgrywają znaczącą rolę w poprawie naszej zdolności odbierania dźwięków ze względu na ich dobrą przewodność. Na przykład, jeśli przyłożysz ucho do szyny, ruch nadjeżdżającego pociągu można wykryć na długo przed jego pojawieniem się.

Wpływ dźwięku na organizm człowieka

W ciągu ostatnich dziesięcioleci gwałtownie wzrosła liczba różnego rodzaju samochodów i innych źródeł hałasu, rozpowszechnienie się przenośnych radioodbiorników i magnetofonów, często włączanych z dużą głośnością, a także zamiłowanie do głośnej muzyki popularnej. Odnotowano, że w miastach co 5-10 lat poziom hałasu wzrasta o 5 dB (decybeli). Należy pamiętać, że dla odległych przodków człowieka hałas był sygnałem alarmowym, wskazującym na możliwość niebezpieczeństwa. Jednocześnie szybko aktywował się układ współczulno-nadnerczowy, sercowo-naczyniowy, wymiana gazowa, zmieniły się inne rodzaje metabolizmu (wzrósł poziom cukru i cholesterolu we krwi), przygotowując organizm do walki lub ucieczki. Chociaż u współczesnego człowieka ta funkcja słuchu straciła tak praktyczne znaczenie, zachowały się „wegetatywne reakcje walki o byt”. Tym samym nawet krótkotrwały hałas o natężeniu 60-90 dB powoduje wzrost wydzielania hormonów przysadki mózgowej, stymulując produkcję wielu innych hormonów, zwłaszcza katecholamin (adrenaliny i noradrenaliny), wzmaga się praca serca, zwężają się naczynia krwionośne, i ciśnienie krwi (BP) wzrasta. Zauważono, że najbardziej wyraźny wzrost ciśnienia krwi obserwuje się u pacjentów z nadciśnieniem tętniczym i osobami z dziedziczną predyspozycją do niego. Pod wpływem hałasu aktywność mózgu zostaje zakłócona: zmienia się charakter elektroencefalogramu, zmniejsza się ostrość percepcji i sprawność umysłowa. Stwierdzono pogorszenie trawienia. Wiadomo, że długotrwałe narażenie na hałaśliwe otoczenie prowadzi do utraty słuchu. W zależności od indywidualnej wrażliwości ludzie różnie oceniają hałas jako nieprzyjemny i przeszkadzający. Jednocześnie muzyka i mowa, które interesują słuchacza, nawet przy 40-80 dB, są stosunkowo łatwo tolerowane. Zazwyczaj słuch odbiera wibracje w zakresie 16-20 000 Hz (oscylacje na sekundę). Należy podkreślić, że nieprzyjemne konsekwencje wywołuje nie tylko nadmierny hałas w słyszalnym zakresie drgań: ultra- i infradźwięki w zakresach niesłyszalnych dla ludzkiego słuchu (powyżej 20 tys. Hz i poniżej 16 Hz) powodują także napięcie nerwowe, złe samopoczucie, zawroty głowy, zmiany w czynności narządów wewnętrznych, zwłaszcza układu nerwowego i sercowo-naczyniowego. Stwierdzono, że mieszkańcy obszarów położonych w pobliżu głównych międzynarodowych portów lotniczych charakteryzują się wyraźnie większą częstością występowania nadciśnienia tętniczego w porównaniu z mieszkańcami spokojniejszej części tego samego miasta. Nadmierny hałas (powyżej 80 dB) wpływa nie tylko na narządy słuchu, ale także na inne narządy i układy (krążeniowy, trawienny, nerwowy itp.). itp.), procesy życiowe zostają zakłócone, metabolizm energetyczny zaczyna dominować nad metabolizmem plastycznym, co prowadzi do przedwczesnego starzenia się organizmu.

Dzięki tym obserwacjom i odkryciom zaczęły pojawiać się metody ukierunkowanego oddziaływania na ludzi. Na umysł i zachowanie człowieka można wpływać na różne sposoby, a jeden z nich wymaga specjalnego sprzętu (techniki technotroniczne, zombifikacja).

Izolacja akustyczna

O stopniu ochrony akustycznej budynków decydują przede wszystkim dopuszczalne normy akustyczne dla pomieszczeń o danym przeznaczeniu. Znormalizowanymi parametrami stałego hałasu w punktach projektowych są poziomy ciśnienia akustycznego L, dB, pasma częstotliwości oktawowych o średnich geometrycznych częstotliwościach 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Hz. Do przybliżonych obliczeń można stosować poziomy dźwięku LA, dBA. Znormalizowane parametry hałasu niestałego w punktach projektowych to równoważne poziomy dźwięku LA eq, dBA i maksymalne poziomy dźwięku LA max, dBA.

Dopuszczalne poziomy ciśnienia akustycznego (równoważne poziomy ciśnienia akustycznego) są znormalizowane przez SNiP II-12-77 „Ochrona przed hałasem”.

Należy wziąć pod uwagę, że dopuszczalne poziomy hałasu ze źródeł zewnętrznych w pomieszczeniach ustala się pod warunkiem zapewnienia standardowej wentylacji pomieszczeń (dla pomieszczeń mieszkalnych, oddziałów, sal lekcyjnych - z otwartymi nawiewami, ryglami, wąskimi skrzydłami okiennymi).

Izolacja akustyczna powietrza to tłumienie energii akustycznej przenoszonej przez obudowę.

Regulowane parametry izolacyjności akustycznej konstrukcji otaczających budynki mieszkalne i użyteczności publicznej, a także budynków pomocniczych i pomieszczeń przedsiębiorstw przemysłowych to wskaźnik izolacyjności akustycznej konstrukcji otaczającej Rw, dB oraz wskaźnik zmniejszonego poziomu hałasu uderzeniowego pod stropem .

Hałas. Muzyka. Przemówienie.

Z punktu widzenia percepcji dźwięków przez narządy słuchu można je podzielić głównie na trzy kategorie: hałas, muzykę i mowę. Są to różne obszary zjawisk dźwiękowych, które zawierają informacje specyficzne dla danej osoby.

Hałas to niesystematyczne połączenie dużej liczby dźwięków, to znaczy połączenie wszystkich tych dźwięków w jeden niezgodny głos. Hałas jest kategorią dźwięków, które przeszkadzają lub denerwują człowieka.

Ludzie tolerują tylko określoną ilość hałasu. Ale jeśli minie godzina lub dwie, a hałas nie ustanie, pojawia się napięcie, nerwowość, a nawet ból.

Dźwięk może zabić człowieka. W średniowieczu zdarzały się nawet takie egzekucje, gdy kogoś podstawiono pod dzwon i zaczęto go bić. Stopniowo bicie dzwonów zabijało mężczyznę. Ale to było w średniowieczu. Obecnie pojawiły się samoloty naddźwiękowe. Jeśli taki samolot przeleci nad miastem na wysokości 1000-1500 metrów, wówczas okna w domach pękną.

Muzyka jest zjawiskiem szczególnym w świecie dźwięków, jednak w odróżnieniu od mowy nie przekazuje precyzyjnych znaczeń semantycznych i językowych. Nasycenie emocjonalne i przyjemne skojarzenia muzyczne zaczynają się już we wczesnym dzieciństwie, kiedy dziecko ma jeszcze komunikację werbalną. Rytmy i przyśpiewki łączą go z mamą, a śpiew i taniec są elementem komunikacji w zabawach. Rola muzyki w życiu człowieka jest tak wielka, że w ostatnich latach medycyna przypisuje jej właściwości lecznicze. Za pomocą muzyki można normalizować biorytmy i zapewnić optymalny poziom aktywności układu sercowo-naczyniowego. Ale trzeba tylko pamiętać, jak żołnierze wyruszają na bitwę. Od niepamiętnych czasów pieśń była nieodzownym atrybutem marszu żołnierskiego.

Infradźwięki i ultradźwięki

Czy coś, czego w ogóle nie słyszymy, możemy nazwać dźwiękiem? A co jeśli nie usłyszymy? Czy te dźwięki są niedostępne dla kogokolwiek lub czegokolwiek innego?

Na przykład dźwięki o częstotliwości poniżej 16 herców nazywane są infradźwiękami.

Infradźwięki to drgania sprężyste i fale o częstotliwościach leżących poniżej zakresu częstotliwości słyszalnych dla człowieka. Zazwyczaj za górną granicę zakresu infradźwięków przyjmuje się 15–4 Hz; Definicja ta jest warunkowa, ponieważ przy wystarczającej intensywności percepcja słuchowa zachodzi również przy częstotliwościach kilku Hz, chociaż tonalny charakter wrażenia zanika i rozróżnialne stają się tylko pojedyncze cykle oscylacji. Dolna granica częstotliwości infradźwięków jest niepewna. Jego obecny obszar badań rozciąga się do około 0,001 Hz. Zatem zakres częstotliwości infradźwięków obejmuje około 15 oktaw.

Fale infradźwiękowe rozchodzą się w powietrzu, wodzie i skorupie ziemskiej. Infradźwięki obejmują także drgania o niskiej częstotliwości dużych konstrukcji, w szczególności pojazdów i budynków.

I choć nasze uszy nie „łapią” takich wibracji, to jednak człowiek i tak je odbiera. Jednocześnie doświadczamy nieprzyjemnych, a czasem niepokojących wrażeń.

Już dawno zauważono, że niektóre zwierzęta poczucie zagrożenia odczuwają znacznie wcześniej niż ludzie. Reagują z wyprzedzeniem na odległy huragan lub zbliżające się trzęsienie ziemi. Z drugiej strony naukowcy odkryli, że podczas katastrofalnych wydarzeń w przyrodzie powstają infradźwięki – wibracje powietrza o niskiej częstotliwości. Dało to podstawę do hipotez, że zwierzęta dzięki wyostrzonemu węchowi odbierają takie sygnały wcześniej niż ludzie.

Niestety infradźwięki generowane są przez wiele maszyn i instalacji przemysłowych. Jeśli zdarzy się to np. w samochodzie czy samolocie, to po pewnym czasie piloci czy kierowcy stają się niespokojni, szybciej się męczą i to może być przyczyną wypadku.

Maszyny infradźwiękowe hałasują i wtedy trudniej jest na nich pracować. I wszyscy wokół będą mieli trudności. Nie lepiej, jeśli wentylacja w budynku mieszkalnym „brzęczy” infradźwiękami. Wydaje się, że jest to niesłyszalne, ale ludzie denerwują się, a nawet mogą zachorować. Specjalny „test”, który musi przejść każde urządzenie, pozwala pozbyć się przeciwności losu infradźwięków. Jeśli „fonuje” w strefie infradźwięków, nie będzie miał dostępu do ludzi.

Jak nazywa się bardzo wysoki dźwięk? Taki pisk niedostępny dla naszych uszu? To jest ultradźwięki. Ultradźwięki to fale sprężyste o częstotliwościach od około (1,5 – 2)(104 Hz (15 – 20 kHz) do 109 Hz (1 GHz), zakres fal o częstotliwości od 109 do 1012 – 1013 Hz nazywany jest zwykle hiperdźwiękami. USG wygodnie dzieli się na 3 zakresy: ultradźwięki niskiej częstotliwości (1,5 (104 - 105 Hz), ultradźwięki średniej częstotliwości (105 - 107 Hz), ultradźwięki wysokiej częstotliwości (107 - 109 Hz). Każdy z tych zakresów jest scharakteryzowany poprzez swoje specyficzne cechy wytwarzania, odbioru, rozmnażania i zastosowania.

Ze swej natury fizycznej ultradźwięki są falami sprężystymi i pod tym względem nie różnią się od dźwięku, dlatego granica częstotliwości między dźwiękiem a falami ultradźwiękowymi jest dowolna. Jednak ze względu na wyższe częstotliwości, a co za tym idzie, krótkie fale, występuje szereg cech propagacji ultradźwięków.

Ze względu na krótką długość fali ultradźwięków, o jego charakterze decyduje przede wszystkim budowa molekularna ośrodka. Ultradźwięki w gazie, a zwłaszcza w powietrzu, rozchodzą się z dużym tłumieniem. Ciecze i ciała stałe są z reguły dobrymi przewodnikami ultradźwięków, tłumienie w nich jest znacznie mniejsze.

Ucho ludzkie nie jest w stanie odbierać fal ultradźwiękowych. Jednak wiele zwierząt akceptuje to swobodnie. Są to między innymi psy, które są nam tak dobrze znane. Ale niestety psy nie mogą „szczekać” za pomocą ultradźwięków. Ale nietoperze i delfiny mają niesamowitą zdolność zarówno do emitowania, jak i odbierania ultradźwięków.

Hiperdźwięki to fale sprężyste o częstotliwościach od 109 do 1012 – 1013 Hz. Ze względu na swoją fizyczną naturę hiperdźwięki nie różnią się od dźwięku i fal ultradźwiękowych. Ze względu na wyższe częstotliwości, a co za tym idzie krótsze długości fal niż w dziedzinie ultradźwięków, znacznie większe stają się oddziaływania hiperdźwięków z kwazicząstkami w ośrodku - z elektronami przewodzącymi, fononami termicznymi itp. Hiperdźwięk jest często przedstawiany również jako przepływ kwazicząstek - fononów.

Zakres częstotliwości hiperdźwięków odpowiada częstotliwościom oscylacji elektromagnetycznych w zakresie decymetrowym, centymetrowym i milimetrowym (tzw. Częstotliwości ultrawysokie). Częstotliwość 109 Hz w powietrzu przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym i temperaturze pokojowej powinna być tego samego rzędu wielkości, co swobodna droga cząsteczek w powietrzu w tych samych warunkach. Jednak fale sprężyste mogą rozchodzić się w ośrodku tylko wtedy, gdy ich długość fali jest zauważalnie większa niż droga swobodna cząstek w gazach lub większa niż odległości międzyatomowe w cieczach i ciałach stałych. Dlatego fale hipersoniczne nie mogą rozprzestrzeniać się w gazach (w szczególności w powietrzu) przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym. W cieczach tłumienie hiperdźwięków jest bardzo duże, a zasięg propagacji krótki. Hiperdźwięki stosunkowo dobrze rozchodzą się w ciałach stałych – monokryształach, zwłaszcza w niskich temperaturach. Ale nawet w takich warunkach hiperdźwięk jest w stanie pokonać odległość zaledwie 1, maksymalnie 15 centymetrów.

Dźwięk to drgania mechaniczne rozchodzące się w ośrodkach sprężystych - gazach, cieczach i ciałach stałych, odbierane przez narząd słuchu.

Za pomocą specjalnych przyrządów można zobaczyć propagację fal dźwiękowych.

Fale dźwiękowe mogą zaszkodzić zdrowiu człowieka i odwrotnie, pomóc w leczeniu dolegliwości, zależy to od rodzaju dźwięku.

Okazuje się, że istnieją dźwięki, których ludzkie ucho nie odbiera.

Bibliografia

Peryshkin A. V., Gutnik E. M. Fizyka 9. klasa

Kasyanov V. A. Fizyka 10. klasa

Leonow A. A „Odkrywam świat” Det. encyklopedia. Fizyka

Rozdział 2. Hałas akustyczny i jego wpływ na człowieka

Cel: Badanie wpływu hałasu akustycznego na organizm ludzki.

Wstęp

Otaczający nas świat to wspaniały świat dźwięków. Wokół nas słychać głosy ludzi i zwierząt, muzykę i szum wiatru oraz śpiew ptaków. Ludzie przekazują informacje za pomocą mowy i odbierają je za pomocą słuchu. Dla zwierząt dźwięk jest nie mniej ważny, a pod pewnymi względami nawet ważniejszy, ponieważ ich słuch jest lepiej rozwinięty.

Z fizycznego punktu widzenia dźwięk to drgania mechaniczne rozchodzące się w ośrodku sprężystym: wodzie, powietrzu, ciałach stałych itp. Zdolność człowieka do odbierania wibracji dźwięku i słuchania ich znajduje odzwierciedlenie w nazwie nauki o dźwięku - akustyka (z greckiego akustikos - słyszalny, słuchowy). Wrażenie dźwięku w naszych narządach słuchu powstaje na skutek okresowych zmian ciśnienia powietrza. Fale dźwiękowe o dużej amplitudzie zmian ciśnienia akustycznego odbierane są przez ucho ludzkie jako dźwięki głośne, a przy małej amplitudzie zmian ciśnienia akustycznego – jako dźwięki ciche. Głośność dźwięku zależy od amplitudy drgań. Głośność dźwięku zależy również od czasu jego trwania i indywidualnych cech słuchacza.

Wibracje dźwiękowe o wysokiej częstotliwości nazywane są dźwiękami o wysokiej częstotliwości, wibracje dźwiękowe o niskiej częstotliwości nazywane są dźwiękami o niskiej częstotliwości.

Ludzki narząd słuchu jest w stanie odbierać dźwięki o częstotliwościach w zakresie od około 20 Hz do 20 000 Hz. Fale podłużne w ośrodku o częstotliwości zmian ciśnienia mniejszej niż 20 Hz nazywane są infradźwiękami, a o częstotliwości większej niż 20 000 Hz - ultradźwiękami. Ucho ludzkie nie odbiera infradźwięków i ultradźwięków, czyli nie słyszy. Należy zauważyć, że wskazane granice zakresu dźwięku są arbitralne, ponieważ zależą od wieku ludzi i indywidualnych cech ich aparatu dźwiękowego. Zazwyczaj wraz z wiekiem górna granica częstotliwości odbieranych dźwięków znacznie się zmniejsza – niektóre starsze osoby słyszą dźwięki o częstotliwościach nieprzekraczających 6000 Hz. Natomiast dzieci potrafią odbierać dźwięki o częstotliwości nieco wyższej niż 20 000 Hz.

Niektóre zwierzęta słyszą wibracje o częstotliwości większej niż 20 000 Hz lub mniejszej niż 20 Hz.

Przedmiotem badań akustyki fizjologicznej jest sam narząd słuchu, jego budowa i działanie. Akustyka architektoniczna bada rozchodzenie się dźwięku w pomieszczeniach, wpływ rozmiarów i kształtów na dźwięk oraz właściwości materiałów, którymi pokryte są ściany i sufity. Odnosi się to do słuchowej percepcji dźwięku.

Istnieje również akustyka muzyczna, która bada instrumenty muzyczne i warunki, w których brzmią najlepiej. Akustyka fizyczna zajmuje się badaniem samych wibracji dźwięku, a ostatnio objęła także drgania leżące poza granicami słyszalności (ultraakustyka). Szeroko wykorzystuje różnorodne metody przetwarzania drgań mechanicznych na elektryczne i odwrotnie (elektroakustyka).

Odniesienie historyczne

Dźwięki zaczęto badać już w starożytności, ponieważ człowieka cechuje zainteresowanie wszystkim, co nowe. Pierwsze obserwacje akustyczne przeprowadzono w VI wieku p.n.e. Pitagoras ustalił związek między wysokością tonu a długą struną lub rurą, która wytwarza dźwięk.

W IV wieku p.n.e. Arystoteles jako pierwszy poprawnie zrozumiał, w jaki sposób dźwięk rozchodzi się w powietrzu. Mówił, że dźwięczne ciało powoduje kompresję i rozrzedzenie powietrza, a echo tłumaczył odbiciem dźwięku od przeszkód.

W XV wieku Leonardo da Vinci sformułował zasadę niezależności fal dźwiękowych od różnych źródeł.

W 1660 roku eksperymenty Roberta Boyle'a wykazały, że powietrze jest przewodnikiem dźwięku (dźwięk nie rozchodzi się w próżni).

W latach 1700-1707 Wspomnienia Josepha Saveura na temat akustyki zostały opublikowane przez Paryską Akademię Nauk. W swoich wspomnieniach Saveur bada zjawisko dobrze znane projektantom organów: jeśli dwie piszczałki organów wydają jednocześnie dwa dźwięki, różniące się tylko nieznacznie wysokością, wówczas słychać okresowe wzmocnienia dźwięku, podobne do uderzenia bębna . Saveur wyjaśnił to zjawisko okresową zbieżnością wibracji obu dźwięków. Jeżeli np. jednemu z dwóch dźwięków odpowiada 32 drganiom na sekundę, a drugiemu 40 drganiom, to koniec czwartej wibracji pierwszego dźwięku zbiega się z końcem piątej wibracji drugiego dźwięku i tym samym dźwięk jest wzmacniany. Od piszczałek organowych Saveur przeszedł do eksperymentalnych badań drgań strun, obserwując węzły i antywęzły drgań (te nazwy, które do dziś istnieją w nauce, wprowadził on), a także zauważył, że gdy struna jest wzbudzona, wraz z nuta główna, brzmią inne nuty, których długość fal wynosi ½, 1/3, ¼,. od głównego. Nazwał te nuty najwyższymi tonami harmonicznymi i nazwa ta miała pozostać w nauce. Wreszcie Saveur jako pierwszy podjął próbę określenia granicy percepcji wibracji jako dźwięków: dla niskich dźwięków wskazał granicę 25 wibracji na sekundę, a dla wysokich dźwięków - 12 800. Następnie Newton, opierając się na tych eksperymentalnych pracach Saveura , dokonał pierwszego obliczenia długości fali dźwięku i doszedł do wniosku, obecnie dobrze znanego w fizyce, że dla każdej otwartej rury długość fali emitowanego dźwięku jest równa dwukrotności długości rury.

Źródła dźwięku i ich natura

Cechą wspólną wszystkich dźwięków jest to, że ciała, które je wytwarzają, czyli źródła dźwięku, wibrują. Każdy zna dźwięki powstające w wyniku ruchu skóry naciągniętej na bębnie, fal morskich i gałęzi kołysanych przez wiatr. Wszystkie różnią się od siebie. „Zabarwienie” każdego pojedynczego dźwięku jest ściśle zależne od ruchu, w wyniku którego powstaje. Jeśli więc ruch wibracyjny jest niezwykle szybki, dźwięk zawiera wibracje o wysokiej częstotliwości. Mniej szybki ruch oscylacyjny wytwarza dźwięk o niższej częstotliwości. Różne eksperymenty wskazują, że każde źródło dźwięku koniecznie wibruje (chociaż najczęściej te wibracje nie są zauważalne dla oka). Na przykład dźwięki głosów ludzi i wielu zwierząt powstają w wyniku wibracji ich strun głosowych, dźwięku dętych instrumentów muzycznych, dźwięku syreny, świstu wiatru i dźwięku grzmotu. poprzez drgania mas powietrza.

Jednak nie każde ciało oscylujące jest źródłem dźwięku. Na przykład oscylujący ciężarek zawieszony na nitce lub sprężynie nie wydaje dźwięku.

Częstotliwość powtarzania się oscylacji jest mierzona w hercach (lub cyklach na sekundę); 1 Hz to częstotliwość takiej okresowej oscylacji, okres wynosi 1 s. Należy pamiętać, że częstotliwość jest właściwością, która pozwala nam odróżnić jeden dźwięk od drugiego.

Badania wykazały, że ucho ludzkie jest w stanie odbierać jako dźwięk drgania mechaniczne ciał występujące z częstotliwością od 20 Hz do 20 000 Hz. Przy bardzo szybkich, powyżej 20 000 Hz lub bardzo wolnych, mniejszych niż 20 Hz, wibracjach dźwięku nie słyszymy. Dlatego potrzebne są specjalne instrumenty, które pozwolą na rejestrację dźwięków leżących poza zakresem częstotliwości odbieranych przez ludzkie ucho.

Jeśli prędkość ruchu oscylacyjnego określa częstotliwość dźwięku, to jego wielkość (wielkość pomieszczenia) określa głośność. Jeśli takie koło będzie obracane z dużą prędkością, pojawi się dźwięk o wysokiej częstotliwości, wolniejszy obrót spowoduje wygenerowanie dźwięku o niższej częstotliwości. Co więcej, im mniejsze zęby koła (jak pokazano linią przerywaną), tym słabszy dźwięk, a im większe zęby, czyli im bardziej wymuszają ugięcie tarczy, tym dźwięk jest głośniejszy. W ten sposób możemy zauważyć inną cechę dźwięku - jego głośność (intensywność).

Nie sposób nie wspomnieć o takiej właściwości dźwięku, jak jakość. Jakość jest ściśle powiązana ze strukturą, która może wahać się od zbyt złożonej do niezwykle prostej. Ton kamertonu wspomaganego przez rezonator ma bardzo prostą budowę, gdyż zawiera tylko jedną częstotliwość, której wartość zależy wyłącznie od konstrukcji kamertonu. W takim przypadku dźwięk kamertonu może być zarówno mocny, jak i słaby.

Możliwe jest tworzenie skomplikowanych dźwięków, dlatego na przykład wiele częstotliwości zawiera dźwięk akordu organowego. Nawet dźwięk struny mandoliny jest dość złożony. Dzieje się tak dlatego, że naciągnięta struna wibruje nie tylko z częstotliwością główną (jak kamerton), ale także z innymi częstotliwościami. Generują dodatkowe tony (harmoniczne), których częstotliwości są liczbą całkowitą wielokrotnie większą niż częstotliwość tonu podstawowego.

Pojęcie częstotliwości nie jest właściwe w odniesieniu do hałasu, chociaż możemy mówić o pewnych obszarach jego częstotliwości, ponieważ to one odróżniają jeden hałas od drugiego. Widma szumu nie można już przedstawić za pomocą jednej lub kilku linii, jak ma to miejsce w przypadku sygnału monochromatycznego lub fali okresowej zawierającej wiele harmonicznych. Jest przedstawiany jako cały pasek

Struktura częstotliwości niektórych dźwięków, zwłaszcza muzycznych, jest taka, że wszystkie alikwoty są harmoniczne w stosunku do tonu podstawowego; w takich przypadkach mówi się, że dźwięki mają wysokość (określoną na podstawie częstotliwości tonu podstawowego). Większość dźwięków nie jest tak melodyjna, nie mają całkowitego związku między częstotliwościami charakterystycznego dla dźwięków muzycznych. Dźwięki te mają strukturę podobną do hałasu. Dlatego podsumowując to, co zostało powiedziane, możemy powiedzieć, że dźwięk charakteryzuje się głośnością, jakością i wysokością.

Co dzieje się z dźwiękiem po jego wystąpieniu? Jak na przykład dociera do naszego ucha? Jak jest dystrybuowany?

Dźwięk odbieramy za pomocą ucha. Pomiędzy korpusem brzmiącym (źródłem dźwięku) a uchem (odbiornikiem dźwięku) znajduje się substancja, która przenosi wibracje dźwiękowe ze źródła dźwięku do odbiornika. Najczęściej tą substancją jest powietrze. Dźwięk nie może rozchodzić się w przestrzeni pozbawionej powietrza. Tak jak fale nie mogą istnieć bez wody. Eksperymenty potwierdzają ten wniosek. Rozważmy jeden z nich. Umieść dzwonek pod dzwonkiem pompy powietrza i włącz go. Następnie zaczynają wypompowywać powietrze. W miarę jak powietrze staje się rozrzedzone, dźwięk staje się coraz słabszy, aż w końcu prawie całkowicie zanika. Kiedy ponownie zaczynam wpuszczać powietrze pod dzwonek, dźwięk dzwonka znów staje się słyszalny.

Oczywiście dźwięk rozchodzi się nie tylko w powietrzu, ale także w innych ciałach. Można to również sprawdzić eksperymentalnie. Nawet dźwięk tak słaby jak tykanie zegarka kieszonkowego leżącego na jednym końcu stołu można wyraźnie usłyszeć, gdy przyłoży się ucho do drugiego końca stołu.

Powszechnie wiadomo, że dźwięk przenoszony jest na duże odległości po podłożu, a zwłaszcza po szynach kolejowych. Przykładając ucho do szyny lub ziemi, usłyszysz odgłos daleko jadącego pociągu lub tupot galopującego konia.

Jeśli pod wodą uderzymy kamieniem o kamień, wyraźnie usłyszymy dźwięk uderzenia. W związku z tym dźwięk rozchodzi się również w wodzie. Ryby słyszą kroki i głosy ludzi na brzegu, rybacy to dobrze wiedzą.

Eksperymenty pokazują, że różne ciała stałe przewodzą dźwięk w różny sposób. Ciała sprężyste są dobrymi przewodnikami dźwięku. Większość metali, drewna, gazów i cieczy to ciała elastyczne i dlatego dobrze przewodzą dźwięk.

Ciała miękkie i porowate są słabymi przewodnikami dźwięku. Kiedy np. mamy zegarek w kieszeni, jest on otoczony miękkim materiałem i nie słyszymy jego tykania.

Swoją drogą propagacja dźwięku w ciałach stałych wiąże się z tym, że eksperyment z dzwonkiem umieszczonym pod maską przez długi czas nie wydawał się zbyt przekonujący. Faktem jest, że eksperymentatorzy nie izolowali dzwonka wystarczająco dobrze, a dźwięk był słyszalny nawet wtedy, gdy pod maską nie było powietrza, ponieważ wibracje przenoszone były przez różne połączenia instalacji.

W 1650 roku Athanasius Kirch'er i Otto Hücke na podstawie eksperymentu z dzwonkiem doszli do wniosku, że do rozchodzenia się dźwięku nie jest potrzebne powietrze. Zaledwie dziesięć lat później Robert Boyle w przekonujący sposób udowodnił coś przeciwnego. Na przykład dźwięk w powietrzu przenoszony jest przez fale podłużne, czyli naprzemienne kondensacje i rozrzedzenia powietrza pochodzące ze źródła dźwięku. Ale ponieważ otaczająca nas przestrzeń, w przeciwieństwie do dwuwymiarowej powierzchni wody, jest trójwymiarowa, wówczas fale dźwiękowe rozchodzą się nie w dwóch, ale w trzech kierunkach - w postaci rozbieżnych kul.

Fale dźwiękowe, podobnie jak inne fale mechaniczne, nie rozchodzą się w przestrzeni natychmiast, ale z określoną prędkością. Najprostsze obserwacje pozwalają nam to zweryfikować. Na przykład podczas burzy najpierw widzimy błyskawicę, a dopiero po pewnym czasie słyszymy grzmot, chociaż wibracje powietrza, które odbieramy jako dźwięk, występują jednocześnie z błyskawicą. Faktem jest, że prędkość światła jest bardzo duża (300 000 km/s), więc możemy założyć, że widzimy błysk w momencie jego wystąpienia. A dźwięk grzmotu, powstający jednocześnie z błyskawicą, wymaga dość zauważalnego czasu, abyśmy przebyli odległość od miejsca jego powstania do stojącego na ziemi obserwatora. Na przykład, jeśli usłyszymy grzmot dłużej niż 5 sekund po zobaczeniu błyskawicy, możemy stwierdzić, że burza jest od nas co najmniej 1,5 km. Prędkość dźwięku zależy od właściwości ośrodka, w którym dźwięk się rozchodzi. Naukowcy opracowali różne metody określania prędkości dźwięku w dowolnym środowisku.

Prędkość dźwięku i jego częstotliwość określają długość fali. Obserwując fale w stawie zauważamy, że promieniujące kręgi są czasami mniejsze, a czasami większe, innymi słowy, odległość pomiędzy grzbietami fal lub dolinami fal może się różnić w zależności od wielkości obiektu, który je utworzył. Trzymając rękę odpowiednio nisko nad powierzchnią wody, możemy poczuć każdy plusk, który nas mija. Im większa odległość pomiędzy kolejnymi falami, tym rzadziej ich grzbiety będą dotykać naszych palców. To proste doświadczenie pozwala stwierdzić, że w przypadku fal na powierzchni wody, dla danej prędkości rozchodzenia się fali, wyższej częstotliwości odpowiada mniejsza odległość między grzbietami fal, czyli fale krótsze i odwrotnie, niższa częstotliwość odpowiada dłuższym falom.

To samo dotyczy fal dźwiękowych. To, że fala dźwiękowa przechodzi przez określony punkt przestrzeni, można ocenić na podstawie zmiany ciśnienia w tym punkcie. Zmiana ta całkowicie powtarza drgania membrany źródła dźwięku. Osoba słyszy dźwięk, ponieważ fala dźwiękowa wywiera zmienny nacisk na błonę bębenkową jego ucha. Gdy tylko grzbiet fali dźwiękowej (lub obszar wysokiego ciśnienia) dotrze do naszego ucha. Czujemy presję. Jeśli obszary o podwyższonym ciśnieniu fali dźwiękowej podążają za sobą wystarczająco szybko, wówczas błona bębenkowa naszego ucha szybko wibruje. Jeśli grzbiety fali dźwiękowej są znacznie opóźnione względem siebie, błona bębenkowa będzie wibrować znacznie wolniej.

Prędkość dźwięku w powietrzu jest zaskakująco stałą wartością. Widzieliśmy już, że częstotliwość dźwięku jest bezpośrednio związana z odległością między grzbietami fali dźwiękowej, to znaczy istnieje pewna zależność między częstotliwością dźwięku a długością fali. Możemy wyrazić tę zależność w następujący sposób: długość fali równa się prędkości podzielonej przez częstotliwość. Można to ująć inaczej: długość fali jest odwrotnie proporcjonalna do częstotliwości, a współczynnik proporcjonalności jest równy prędkości dźwięku.

Jak dźwięk staje się słyszalny? Kiedy fale dźwiękowe dostają się do kanału słuchowego, powodują wibracje błony bębenkowej, ucha środkowego i ucha wewnętrznego. Dostając się do płynu wypełniającego ślimak, fale powietrza wpływają na komórki rzęsate znajdujące się wewnątrz narządu Cortiego. Nerw słuchowy przekazuje te impulsy do mózgu, gdzie przekształcane są w dźwięki.

Pomiar hałasu

Hałas to nieprzyjemny lub niepożądany dźwięk lub zespół dźwięków, które zakłócają percepcję użytecznych sygnałów, zakłócają ciszę, działają szkodliwie lub drażniąco na organizm ludzki, zmniejszając jego wydajność.

W hałaśliwych miejscach wiele osób doświadcza objawów choroby hałasowej: zwiększonej pobudliwości nerwowej, zmęczenia i wysokiego ciśnienia krwi.

Poziom hałasu mierzony jest w jednostkach,

Wyrażanie stopnia dźwięków ciśnienia, decybeli. To ciśnienie nie jest odczuwane w nieskończoność. Poziom hałasu na poziomie 20-30 dB jest praktycznie nieszkodliwy dla człowieka - jest to naturalny hałas tła. Jeśli chodzi o głośne dźwięki, dopuszczalny limit wynosi tutaj około 80 dB. Dźwięk o natężeniu 130 dB już powoduje u człowieka ból, a 150 staje się dla niego nie do zniesienia.

Hałas akustyczny to przypadkowe drgania dźwięku o różnym charakterze fizycznym, charakteryzujące się przypadkowymi zmianami amplitudy i częstotliwości.

Kiedy fala dźwiękowa, składająca się z kondensacji i rozrzedzenia powietrza, rozchodzi się, zmienia się ciśnienie w błonie bębenkowej. Jednostką ciśnienia jest 1 N/m2, a jednostką mocy akustycznej jest 1 W/m2.

Próg słyszenia to minimalna głośność dźwięku, jaką odbiera dana osoba. Jest on różny dla różnych osób i dlatego umownie za próg słyszalności uważa się ciśnienie akustyczne równe 2x10"5 N/m2 przy 1000 Hz, co odpowiada mocy 10"12 W/m2. To z tymi wartościami porównywany jest zmierzony dźwięk.

Przykładowo moc akustyczna silników podczas startu samolotu odrzutowego wynosi 10 W/m2, czyli przekracza próg 1013 razy. Praca z tak dużymi liczbami jest niewygodna. O dźwiękach o różnej głośności mówi się, że jeden jest głośniejszy od drugiego nie tyle razy, ile o tyle jednostek. Jednostka głośności nosi nazwę Bel – od nazwiska wynalazcy telefonu A. Bela (1847-1922). Głośność mierzy się w decybelach: 1 dB = 0,1 B (Bel). Wizualna reprezentacja związku natężenia dźwięku, ciśnienia akustycznego i poziomu głośności.

Odbiór dźwięku zależy nie tylko od jego cech ilościowych (ciśnienie i moc), ale także od jego jakości – częstotliwości.

Ten sam dźwięk na różnych częstotliwościach różni się głośnością.

Niektórzy ludzie nie słyszą dźwięków o wysokiej częstotliwości. Zatem u osób starszych górna granica percepcji dźwięku spada do 6000 Hz. Nie słyszą np. pisku komara czy trylu świerszcza, które wydają dźwięki o częstotliwości około 20 000 Hz.

Słynny angielski fizyk D. Tyndall tak opisuje jeden ze swoich spacerów z przyjacielem: „Łąki po obu stronach drogi roiły się od owadów, które według moich uszu napełniały powietrze swoim ostrym brzęczeniem, ale mój przyjaciel nie słyszał cokolwiek z tego – muzyka owadów przeleciała poza granice jego słuchu.”!

Poziomy hałasu

Głośność – poziom energii dźwięku – mierzony jest w decybelach. Szept wynosi około 15 dB, szelest głosów w klasie studenckiej sięga około 50 dB, a hałas uliczny w czasie dużego natężenia ruchu wynosi około 90 dB. Hałasy powyżej 100 dB mogą być nie do zniesienia dla ludzkiego ucha. Hałasy o natężeniu około 140 dB (takie jak odgłos startującego odrzutowca) mogą być bolesne dla ucha i uszkodzić błonę bębenkową.

U większości ludzi ostrość słuchu zmniejsza się wraz z wiekiem. Wyjaśnia to fakt, że kości ucha tracą swoją pierwotną ruchliwość, dlatego wibracje nie są przenoszone na ucho wewnętrzne. Ponadto infekcje ucha mogą uszkodzić błonę bębenkową i negatywnie wpłynąć na funkcjonowanie kosteczek słuchowych. W przypadku wystąpienia jakichkolwiek problemów ze słuchem należy natychmiast zgłosić się do lekarza. Niektóre rodzaje głuchoty są spowodowane uszkodzeniem ucha wewnętrznego lub nerwu słuchowego. Ubytek słuchu może być również spowodowany ciągłym narażeniem na hałas (na przykład w hali produkcyjnej) lub nagłymi i bardzo głośnymi wybuchami dźwięku. Należy zachować szczególną ostrożność podczas korzystania z osobistych odtwarzaczy stereo, ponieważ nadmierna głośność może również spowodować głuchotę.

Dopuszczalny hałas na terenie obiektu

W odniesieniu do poziomu hałasu warto zauważyć, że koncepcja taka nie jest efemeryczna i nieuregulowana z punktu widzenia legislacji. Tym samym na Ukrainie nadal obowiązują normy sanitarne dotyczące dopuszczalnego hałasu w budynkach mieszkalnych i użyteczności publicznej oraz na terenach mieszkalnych, przyjęte jeszcze w czasach ZSRR. Zgodnie z tym dokumentem w pomieszczeniach mieszkalnych poziom hałasu nie może przekraczać 40 dB w dzień i 30 dB w nocy (w godzinach 22:00–8:00).

Często hałas niesie ze sobą ważne informacje. Kierowca samochodu lub motocykla uważnie słucha dźwięków wydawanych przez silnik, podwozie i inne części poruszającego się pojazdu, ponieważ każdy obcy hałas może być zwiastunem wypadku. Hałas odgrywa znaczącą rolę w akustyce, optyce, technologii komputerowej i medycynie.

Co to jest hałas? Rozumie się przez to losowe złożone wibracje o różnej naturze fizycznej.

Problem z hałasem występuje już od dłuższego czasu. Już w starożytności odgłos kół na brukowanych uliczkach powodował u wielu bezsenność.

A może problem pojawił się jeszcze wcześniej, kiedy sąsiedzi w jaskini zaczęli się kłócić, bo jeden z nich za głośno pukał, wyrabiając kamienny nóż lub topór?

Zanieczyszczenie hałasem środowiska stale wzrasta. O ile w 1948 r. podczas badań mieszkańców dużych miast 23% respondentów odpowiedziało twierdząco na pytanie, czy przeszkadza im hałas w mieszkaniu, to w 1961 r. odsetek ten wynosił już 50%. W ciągu ostatniej dekady poziom hałasu w miastach wzrósł 10-15 razy.

Hałas to rodzaj dźwięku, chociaż często nazywany jest „niepożądanym dźwiękiem”. Jednocześnie zdaniem ekspertów hałas tramwaju szacuje się na 85–88 dB, trolejbusu na 71 dB, a autobusu o mocy silnika ponad 220 KM. Z. - 92 dB, niecałe 220 l. Z. - 80-85 dB.

Naukowcy z Ohio State University doszli do wniosku, że u osób regularnie narażonych na głośne dźwięki 1,5 razy częściej niż inne osoby zapada na nerwiak nerwu słuchowego.

Nerwiak słuchu to łagodny nowotwór powodujący utratę słuchu. Naukowcy przebadali 146 pacjentów z nerwiakiem nerwu słuchowego i 564 zdrowe osoby. Wszystkich zapytano, jak często spotykają się z głośnymi dźwiękami o natężeniu co najmniej 80 decybeli (hałas uliczny). W ankiecie uwzględniono hałas urządzeń, silników, muzykę, krzyki dzieci, hałas na imprezach sportowych, w barach i restauracjach. Uczestników badania zapytano także, czy stosują środki ochrony słuchu. U osób, które regularnie słuchały głośnej muzyki, ryzyko rozwoju nerwiaka słuchu było 2,5-krotnie wyższe.

Dla osób narażonych na hałas techniczny – 1,8 razy. Dla osób, które regularnie słuchają krzyków dzieci, hałas na stadionach, w restauracjach czy barach jest 1,4 razy większy. W przypadku noszenia środków ochrony słuchu ryzyko rozwoju nerwiaka słuchu nie jest większe niż u osób w ogóle nienarażonych na hałas.

Wpływ hałasu akustycznego na człowieka

Wpływ hałasu akustycznego na człowieka jest zróżnicowany:

A. Szkodliwe

Hałas prowadzi do rozwoju łagodnego guza

Długotrwały hałas niekorzystnie wpływa na narząd słuchu, rozciągając błonę bębenkową, zmniejszając tym samym wrażliwość na dźwięk. Prowadzi to do uszkodzenia serca i wątroby, wyczerpania i przeciążenia komórek nerwowych. Dźwięki i hałasy o dużej mocy wpływają na aparat słuchowy, ośrodki nerwowe i mogą powodować ból i wstrząs. Tak działa zanieczyszczenie hałasem.

Sztuczne, sztuczne dźwięki. Negatywnie wpływają na ludzki układ nerwowy. Jednym z najbardziej szkodliwych dźwięków miejskich jest hałas pojazdów mechanicznych poruszających się po głównych autostradach. Podrażnia układ nerwowy, więc człowiek dręczy niepokój i czuje się zmęczony.

B. Korzystny

Do przydatnych dźwięków zalicza się szum liści. Plusk fal działa uspokajająco na naszą psychikę. Cichy szelest liści, szmer strumienia, lekki plusk wody i szum fal są zawsze przyjemne dla człowieka. Uspokajają go i łagodzą stres.

C. Lecznicze

Terapeutyczne działanie dźwięków natury na człowieka zrodziło się wśród lekarzy i biofizyków pracujących z astronautami już na początku lat 80. XX wieku. W praktyce psychoterapeutycznej naturalne odgłosy wykorzystywane są jako pomoc w leczeniu różnych chorób. Psychoterapeuci posługują się także tzw. „białym szumem”. Jest to rodzaj syczenia, niejasno przypominającego szum fal bez plusku wody. Lekarze uważają, że „biały szum” uspokaja i kołysze do snu.

Wpływ hałasu na organizm człowieka

Ale czy hałas wpływa tylko na narządy słuchu?

Zachęcamy uczniów, aby dowiedzieli się o tym, czytając poniższe stwierdzenia.

1. Hałas powoduje przedwczesne starzenie się. W trzydziestu przypadkach na sto hałas skraca oczekiwaną długość życia ludzi w dużych miastach o 8-12 lat.

2. Co trzecia kobieta i co czwarty mężczyzna cierpi na nerwice spowodowane podwyższonym poziomem hałasu.

3. Choroby takie jak zapalenie błony śluzowej żołądka, wrzody żołądka i jelit najczęściej występują u osób żyjących i pracujących w hałaśliwym otoczeniu. Dla muzyków popowych wrzody żołądka są chorobą zawodową.

4. Wystarczająco silny hałas już po 1 minucie może spowodować zmiany w aktywności elektrycznej mózgu, która staje się podobna do aktywności elektrycznej mózgu u pacjentów z padaczką.

5. Hałas działa depresyjnie na układ nerwowy, zwłaszcza gdy się powtarza.

6. Pod wpływem hałasu następuje trwałe zmniejszenie częstotliwości i głębokości oddychania. Czasami pojawiają się zaburzenia rytmu serca i nadciśnienie.

7. Pod wpływem hałasu następuje zmiana metabolizmu węglowodanów, tłuszczów, białek i soli, co objawia się zmianami w składzie biochemicznym krwi (spadek poziomu cukru we krwi).

Nadmierny hałas (powyżej 80 dB) wpływa nie tylko na narządy słuchu, ale także na inne narządy i układy (krążeniowy, trawienny, nerwowy itp.), procesy życiowe zostają zakłócone, metabolizm energetyczny zaczyna przeważać nad metabolizmem plastycznym, co prowadzi do przedwczesnego starzenia się ciała.

PROBLEM Z HAŁASEM

Dużemu miastu zawsze towarzyszy hałas uliczny. W ciągu ostatnich 25-30 lat w największych miastach na całym świecie hałas wzrósł o 12-15 dB (tj. głośność hałasu wzrosła 3-4 razy). Jeśli na terenie miasta znajduje się lotnisko, jak ma to miejsce w Moskwie, Waszyngtonie, Omsku i szeregu innych miast, prowadzi to do wielokrotnych przekroczeń maksymalnego dopuszczalnego poziomu bodźców dźwiękowych.

Jednak głównym źródłem hałasu w mieście jest transport drogowy. To właśnie powoduje hałas dochodzący do 95 dB w skali miernika poziomu dźwięku na głównych ulicach miast. Poziom hałasu w pomieszczeniach mieszkalnych z zamkniętymi oknami wychodzącymi na autostradę jest tylko o 10-15 dB niższy niż na ulicy.

Hałas samochodów zależy od wielu powodów: marki samochodu, jego sprawności, prędkości, jakości nawierzchni, mocy silnika itp. Hałas silnika gwałtownie wzrasta po uruchomieniu i nagrzaniu. Kiedy samochód porusza się z pierwszą prędkością (do 40 km/h), hałas silnika jest 2 razy większy niż hałas, jaki wytwarza przy drugiej prędkości. Gdy samochód gwałtownie hamuje, hałas również znacznie wzrasta.

Wykazano zależność stanu organizmu człowieka od poziomu hałasu otoczenia. Stwierdzono pewne zmiany w stanie funkcjonalnym ośrodkowego układu nerwowego i układu krążenia spowodowane hałasem. Choroba niedokrwienna serca, nadciśnienie i podwyższony poziom cholesterolu we krwi częściej występują u osób mieszkających w hałaśliwych obszarach. Hałas znacząco zakłóca sen, skracając jego czas trwania i głębokość. Czas zasypiania wydłuża się o godzinę lub więcej, a po przebudzeniu ludzie czują się zmęczeni i odczuwają ból głowy. Z biegiem czasu wszystko to zamienia się w chroniczne zmęczenie, osłabia układ odpornościowy, przyczynia się do rozwoju chorób i zmniejsza wydajność.

Obecnie uważa się, że hałas może skrócić długość życia człowieka o prawie 10 lat. Coraz więcej osób choruje psychicznie na skutek nasilających się bodźców dźwiękowych, a hałas szczególnie silnie oddziałuje na kobiety. Ogólnie rzecz biorąc, w miastach wzrosła liczba osób niedosłyszących, a najczęstszymi zjawiskami stały się bóle głowy i wzmożona drażliwość.

ZANIECZYSZCZENIE HAŁASEM

Dźwięk i hałas o dużej mocy wpływają na aparat słuchowy, ośrodki nerwowe i mogą powodować ból i wstrząs. Tak działa zanieczyszczenie hałasem. Cichy szelest liści, szmer strumienia, głosy ptaków, lekki plusk wody i szum fal są zawsze przyjemne dla człowieka. Uspokajają go i łagodzą stres. Jest stosowany w placówkach medycznych, w pokojach pomocy psychologicznej. Naturalne odgłosy natury stają się coraz rzadsze, zanikają całkowicie lub są zagłuszane przez hałas przemysłowy, transportowy i inne.

Długotrwały hałas niekorzystnie wpływa na narząd słuchu, zmniejszając wrażliwość na dźwięk. Prowadzi to do uszkodzenia serca i wątroby, wyczerpania i przeciążenia komórek nerwowych. Osłabione komórki układu nerwowego nie są w stanie w wystarczającym stopniu koordynować pracy różnych układów organizmu. To tu powstają zakłócenia w ich działalności.

Wiemy już, że hałas o natężeniu 150 dB jest szkodliwy dla człowieka. Nie bez powodu w średniowieczu odbywały się egzekucje pod dzwonem. Ryk dzwonów dręczył i powoli zabijał.

Każdy człowiek inaczej odbiera hałas. Wiele zależy od wieku, temperamentu, stanu zdrowia i warunków środowiskowych. Hałas ma działanie kumulacyjne, czyli kumulujące się w organizmie podrażnienia akustyczne, coraz bardziej osłabiają układ nerwowy. Hałas ma szczególnie szkodliwy wpływ na neuropsychiczną aktywność organizmu.

Hałas powoduje zaburzenia czynnościowe układu sercowo-naczyniowego; ma szkodliwy wpływ na analizatory wzrokowe i przedsionkowe; zmniejszają aktywność odruchową, która często jest przyczyną wypadków i urazów.

Hałas jest podstępny, jego szkodliwy wpływ na organizm następuje w sposób niezauważalny, niezauważalny, uszkodzenia organizmu nie są od razu wykrywane. Poza tym organizm ludzki jest praktycznie bezbronny wobec hałasu.

Coraz częściej lekarze mówią o chorobach związanych z hałasem, które atakują przede wszystkim słuch i układ nerwowy. Źródłem hałasu może być przedsiębiorstwo przemysłowe lub transport. Ciężkie wywrotki i tramwaje wytwarzają szczególnie głośny hałas. Hałas wpływa na układ nerwowy człowieka, dlatego w miastach i przedsiębiorstwach podejmowane są środki ochrony przed hałasem. Linie kolejowe i tramwajowe oraz drogi, po których przebiega transport towarowy, wymagają przeniesienia z centralnych części miast na tereny słabo zaludnione i utworzone wokół nich tereny zielone dobrze pochłaniające hałas. Samoloty nie powinny latać nad miastami.

WYGŁOSZENIA

Izolacja akustyczna pomaga uniknąć szkodliwych skutków hałasu

Obniżenie poziomu hałasu osiąga się poprzez działania konstrukcyjne i akustyczne. W zewnętrznych przegrodach budowlanych okna i drzwi balkonowe mają znacznie mniejszą izolację akustyczną niż sama ściana.

O stopniu ochrony akustycznej budynków decydują przede wszystkim dopuszczalne normy akustyczne dla pomieszczeń o danym przeznaczeniu.

ZWALCZ HAŁAS AKUSTYCZNY

Laboratorium Akustyki MNIIP opracowuje działy „Ekologia akustyczna” w ramach dokumentacji projektowej. Prowadzone są projekty wygłuszenia obiektów, kontroli hałasu, obliczeń systemów nagłośnienia oraz pomiarów akustycznych. Choć w zwykłych pomieszczeniach ludzie coraz częściej pragną komfortu akustycznego – dobrej ochrony przed hałasem, zrozumiałej mowy i braku tzw. fantomy akustyczne – tworzone przez niektóre negatywne obrazy dźwiękowe. W projektach mających dodatkowo zwalczać decybele, naprzemiennie co najmniej dwie warstwy - „twarde” (płyta gipsowo-kartonowa, włókno gipsowe) Również akustyka powinna zajmować swoją skromną niszę we wnętrzu. Filtrowanie częstotliwości służy do zwalczania hałasu akustycznego.

MIASTO I ZIELONE MIEJSCA

Jeśli chronisz swój dom przed hałasem powodowanym przez drzewa, warto wiedzieć, że dźwięki nie są pochłaniane przez liście. Uderzając w pień, fale dźwiękowe rozbijają się i kierują do gleby, gdzie są pochłaniane. Świerk uważany jest za najlepszego strażnika ciszy. Nawet na najbardziej ruchliwej autostradzie możesz żyć spokojnie, jeśli zabezpieczysz swój dom rzędem zielonych jodeł. I byłoby miło posadzić w pobliżu kasztany. Jeden dojrzały kasztanowiec oczyszcza ze spalin samochodowych przestrzeń o wysokości do 10 m, szerokości do 20 m i długości do 100 m. Co więcej, w przeciwieństwie do wielu innych drzew, kasztan rozkłada toksyczne gazy prawie bez szkody dla swojego „zdrowia”. ”

Znaczenie kształtowania krajobrazu ulic miejskich jest ogromne - gęste nasadzenia krzewów i pasów leśnych chronią przed hałasem, redukując go o 10-12 dB (decybeli), zmniejszają stężenie szkodliwych cząstek w powietrzu od 100 do 25%, zmniejszają prędkość wiatru z 10 do 2 m/s, zmniejszyć stężenie gazów z samochodów do 15% na jednostkę objętości powietrza, zwiększyć wilgotność powietrza, obniżyć jego temperaturę, czyli uczynić go bardziej zdatnym do oddychania.

Tereny zielone również pochłaniają dźwięk; im wyższe drzewa i im gęstsze są ich posadzenie, tym mniej dźwięku słychać.

Przestrzenie zielone w połączeniu z trawnikami i rabatami kwiatowymi korzystnie wpływają na psychikę człowieka, uspokajają wzrok i układ nerwowy, są źródłem inspiracji i zwiększają wydajność człowieka. Największe dzieła sztuki i literatury, odkrycia naukowców powstały pod dobroczynnym wpływem natury. Tak powstały największe dzieła muzyczne Beethovena, Czajkowskiego, Straussa i innych kompozytorów, obrazy wspaniałych rosyjskich artystów pejzażu Szyszkina, Lewitana oraz dzieła pisarzy rosyjskich i radzieckich. To nie przypadek, że syberyjskie centrum naukowe powstało wśród zielonych terenów lasu Priobsky. Tutaj, w cieniu miejskiego zgiełku i w otoczeniu zieleni, nasi syberyjscy naukowcy z sukcesem prowadzą swoje badania.

Zazielenienie takich miast jak Moskwa i Kijów jest wysokie; w tym ostatnim na przykład przypada 200 razy więcej nasadzeń na mieszkańca niż w Tokio. W stolicy Japonii na przestrzeni 50 lat (1920-1970) zniszczeniu uległa około połowa wszystkich terenów zielonych zlokalizowanych w promieniu dziesięciu kilometrów od centrum. W Stanach Zjednoczonych w ciągu ostatnich pięciu lat utracono prawie 10 tys. hektarów parków miejskich w centrum miasta.

← Hałas ma szkodliwy wpływ na zdrowie człowieka, przede wszystkim poprzez pogarszanie się słuchu oraz stan układu nerwowego i sercowo-naczyniowego.

← Pomiar hałasu można przeprowadzić za pomocą specjalnych przyrządów – mierników poziomu dźwięku.

← Należy zwalczać szkodliwe skutki hałasu poprzez kontrolę poziomu hałasu, a także stosowanie specjalnych środków ograniczających poziom hałasu.

>>Fizyka: Dźwięk w różnych środowiskach

Aby dźwięk mógł się rozchodzić, potrzebny jest ośrodek elastyczny. W próżni fale dźwiękowe nie mogą się rozchodzić, ponieważ nie ma tam nic, co mogłoby wibrować. Można to sprawdzić na podstawie prostego doświadczenia. Jeśli pod dzwonkiem szklanym umieścimy dzwonek elektryczny, to w miarę wypompowywania powietrza spod dzwonu okaże się, że dźwięk dzwonka będzie coraz słabszy, aż do całkowitego ustania.

Dźwięk w gazach. Wiadomo, że podczas burzy najpierw widzimy błyskawicę, a dopiero po pewnym czasie słychać grzmot (ryc. 52). Opóźnienie to występuje, ponieważ prędkość dźwięku w powietrzu jest znacznie mniejsza niż prędkość światła pochodzącego od pioruna.

Prędkość dźwięku w powietrzu po raz pierwszy zmierzyła w 1636 roku francuski naukowiec M. Mersenne. W temperaturze 20°C wynosi ona 343 m/s, tj. 1235 kilometrów na godzinę. Należy pamiętać, że do tej wartości prędkość pocisku wystrzelonego z karabinu maszynowego Kałasznikow (PK) maleje na dystansie 800 m. Prędkość początkowa pocisku wynosi 825 m/s, co znacznie przewyższa prędkość dźwięku w powietrzu. Dlatego osoba, która słyszy odgłos wystrzału lub gwizd kuli, nie musi się martwić: ta kula już go minęła. Pocisk wyprzedzi dźwięk wystrzału i dotrze do ofiary, zanim nadejdzie dźwięk.

Prędkość dźwięku zależy od temperatury ośrodka: wraz ze wzrostem temperatury powietrza wzrasta, a wraz ze spadkiem temperatury powietrza maleje. W temperaturze 0°C prędkość dźwięku w powietrzu wynosi 331 m/s.

Dźwięk rozchodzi się z różną prędkością w różnych gazach. Im większa masa cząsteczek gazu, tym mniejsza jest w nim prędkość dźwięku. Zatem w temperaturze 0°C prędkość dźwięku w wodorze wynosi 1284 m/s, w helu – 965 m/s, a w tlenie – 316 m/s.

Dźwięk w cieczach. Prędkość dźwięku w cieczach jest zwykle większa niż prędkość dźwięku w gazach. Prędkość dźwięku w wodzie po raz pierwszy zmierzyli w 1826 roku J. Colladon i J. Sturm. Swoje eksperymenty przeprowadzali na Jeziorze Genewskim w Szwajcarii (ryc. 53). Na jednej łodzi podpalili proch i jednocześnie uderzyli w opuszczony do wody dzwon. Dźwięk tego dzwonu, za pomocą specjalnego rogu, również opuszczonego do wody, został uchwycony na innej łodzi, która znajdowała się w odległości 14 km od pierwszego. Na podstawie czasu pomiędzy błyskiem światła a pojawieniem się sygnału dźwiękowego wyznaczono prędkość dźwięku w wodzie. W temperaturze 8°C wynosiła ona około 1440 m/s.

Na granicy dwóch różnych ośrodków część fali dźwiękowej zostaje odbita, a część wędruje dalej. Kiedy dźwięk przechodzi z powietrza do wody, 99,9% energii dźwięku jest odbijane z powrotem, ale ciśnienie fali dźwiękowej przekazywanej do wody jest prawie 2 razy większe. Narząd słuchu ryb dokładnie na to reaguje. Dlatego np. krzyki i hałasy nad powierzchnią wody to pewny sposób na odstraszenie życia morskiego. Te krzyki nie ogłuszą osoby, która znajdzie się pod wodą: po zanurzeniu w wodzie w uszach pozostaną „zatyczki” powietrzne, co uchroni go przed przeciążeniem dźwiękiem.

Kiedy dźwięk przechodzi z wody do powietrza, 99,9% energii zostaje ponownie odbite. Ale jeśli podczas przejścia z powietrza do wody ciśnienie akustyczne wzrosło, teraz wręcz przeciwnie, gwałtownie maleje. Z tego właśnie powodu dźwięk powstający pod wodą, gdy jeden kamień uderza w drugi, nie dociera do osoby znajdującej się w powietrzu.

To zachowanie dźwięku na granicy wody i powietrza dało naszym przodkom podstawę do uznania podwodnego świata za „świat ciszy”. Stąd powiedzenie: „Niemy jak ryba”. Jednak Leonardo da Vinci zasugerował także słuchanie podwodnych dźwięków poprzez przyłożenie ucha do wiosła opuszczonego do wody. Stosując tę metodę, możesz mieć pewność, że ryby rzeczywiście są dość gadatliwe.

Dźwięk w ciałach stałych. Prędkość dźwięku w ciałach stałych jest większa niż w cieczach i gazach. Jeśli przyłożysz ucho do poręczy, po uderzeniu w drugi koniec szyny usłyszysz dwa dźwięki. Jeden z nich dotrze do Waszych uszu koleją, drugi samolotem.

Ziemia ma dobrą przewodność dźwięku. Dlatego w dawnych czasach podczas oblężenia w murach twierdzy umieszczano „słuchaczy”, którzy na podstawie dźwięku przenoszonego przez ziemię mogli określić, czy wróg wkopuje się w mury, czy nie. Przystawiając uszy do ziemi, monitorowali także zbliżanie się kawalerii wroga.

Ciała stałe dobrze przewodzą dźwięk. Dzięki temu osoby, które utraciły słuch, czasami potrafią tańczyć do muzyki, która dociera do ich nerwów słuchowych nie przez powietrze i ucho zewnętrzne, ale przez podłogę i kości.

1. Dlaczego podczas burzy najpierw widzimy błyskawicę, a dopiero potem słyszymy grzmot? 2. Od czego zależy prędkość dźwięku w gazach? 3. Dlaczego osoba stojąca na brzegu rzeki nie słyszy dźwięków dochodzących pod wodą? 4. Dlaczego „słuchacze”, którzy w starożytności monitorowali prace wykopaliskowe wroga, często były osobami niewidomymi?

Zadanie eksperymentalne . Umieść zegarek na jednym końcu deski (lub długiej drewnianej linijki), a na drugim końcu umieść ucho. Co słyszysz? Wyjaśnij zjawisko.

S.V. Gromov, N.A. Rodina, ósma klasa fizyki

Nadesłane przez czytelników ze stron internetowych

Planowanie fizyki, plany lekcji fizyki, program szkolny, podręczniki i książki do fizyki dla klasy 8, zajęcia i zadania z fizyki dla klasy 8

Treść lekcji notatki z lekcji ramka wspomagająca prezentację lekcji metody przyspieszania technologie interaktywne Ćwiczyć zadania i ćwiczenia autotest warsztaty, szkolenia, case'y, zadania prace domowe dyskusja pytania retoryczne pytania uczniów Ilustracje pliki audio, wideo i multimedia fotografie, obrazy, grafiki, tabele, diagramy, humor, anegdoty, dowcipy, komiksy, przypowieści, powiedzenia, krzyżówki, cytaty Dodatki streszczenia artykuły sztuczki dla ciekawskich szopki podręczniki podstawowy i dodatkowy słownik terminów inne Udoskonalanie podręczników i lekcjipoprawianie błędów w podręczniku aktualizacja fragmentu podręcznika, elementy innowacji na lekcji, wymiana przestarzałej wiedzy na nową Tylko dla nauczycieli doskonałe lekcje plan kalendarza na rok, zalecenia metodyczne, program dyskusji Zintegrowane Lekcje

Jeśli fala dźwiękowa nie napotyka na swojej drodze przeszkód, rozchodzi się równomiernie we wszystkich kierunkach. Jednak nie każda przeszkoda staje się dla niej barierą.

Po napotkaniu przeszkody na swojej drodze dźwięk może się wokół niej zagiąć, zostać odbity, załamany lub pochłonięty.

Dyfrakcja dźwięku

Możemy rozmawiać z osobą stojącą za rogiem budynku, za drzewem czy za płotem, chociaż jej nie widzimy. Słyszymy go, ponieważ dźwięk jest w stanie zagiąć się wokół tych obiektów i przedostać się do obszaru za nimi.

Nazywa się zdolność fali do zaginania się wokół przeszkody dyfrakcja .

Dyfrakcja występuje, gdy długość fali dźwięku przekracza rozmiar przeszkody. Fale dźwiękowe o niskiej częstotliwości są dość długie. Na przykład przy częstotliwości 100 Hz jest ona równa 3,37 m. Wraz ze spadkiem częstotliwości długość staje się jeszcze większa. Dlatego fala dźwiękowa łatwo zagina się wokół porównywalnych z nią obiektów. Drzewa w parku w ogóle nie przeszkadzają nam w słyszeniu dźwięków, ponieważ średnica ich pni jest znacznie mniejsza niż długość fali dźwiękowej.

Dzięki dyfrakcji fale dźwiękowe przenikają przez pęknięcia i dziury w przeszkodzie i rozchodzą się za nimi.

Umieśćmy płaski ekran z dziurą na drodze fali dźwiękowej.

W przypadku, gdy długość fali dźwięku ƛ znacznie większa niż średnica otworu D , lub te wartości są w przybliżeniu równe, wówczas za otworem dźwięk dotrze do wszystkich punktów obszaru znajdującego się za ekranem (obszar cienia dźwiękowego). Przód wychodzącej fali będzie wyglądał jak półkula.

Jeśli ƛ jest tylko nieznacznie mniejsza od średnicy szczeliny, wówczas główna część fali rozchodzi się prosto, a niewielka część odchyla się nieco na boki. A w przypadku kiedy ƛ o wiele mniej D , cała fala popłynie w kierunku do przodu.

Odbicie dźwięku

Jeżeli fala dźwiękowa trafi na styk dwóch mediów, możliwe są różne opcje jej dalszej propagacji. Dźwięk może zostać odbity od interfejsu, może przejść do innego ośrodka bez zmiany kierunku lub może zostać załamany, czyli poruszony, zmieniając swój kierunek.

Załóżmy, że na drodze fali dźwiękowej pojawia się przeszkoda, której rozmiar jest znacznie większy niż długość fali, na przykład stromy klif. Jak będzie się zachowywał dźwięk? Ponieważ nie może ominąć tej przeszkody, zostanie od niej odbity. Za przeszkodą jest strefa cienia akustycznego .

Nazywa się dźwięk odbity od przeszkody Echo .

Charakter odbicia fali dźwiękowej może być inny. Zależy to od kształtu powierzchni odblaskowej.

Odbicie nazywa się zmianą kierunku fali dźwiękowej na styku dwóch różnych mediów. Po odbiciu fala wraca do ośrodka, z którego przyszła.

Jeśli powierzchnia jest płaska, dźwięk odbija się od niej w taki sam sposób, jak promień światła odbija się w lustrze.

Promienie dźwiękowe odbite od wklęsłej powierzchni skupiają się w jednym punkcie.

Wypukła powierzchnia rozprasza dźwięk.

Efekt dyspersji dają wypukłe kolumny, duże listwy, żyrandole itp.

Dźwięk nie przechodzi z jednego ośrodka na drugi, ale zostaje od niego odbity, jeśli gęstość ośrodków znacznie się różni. Tym samym dźwięk pojawiający się w wodzie nie przenosi się do powietrza. Odbity od powierzchni styku pozostaje w wodzie. Osoba stojąca na brzegu rzeki nie usłyszy tego dźwięku. Wyjaśnia to duża różnica w impedancji fal wody i powietrza. W akustyce impedancja falowa jest równa iloczynowi gęstości ośrodka i prędkości dźwięku w nim. Ponieważ opór falowy gazów jest znacznie mniejszy niż opór falowy cieczy i ciał stałych, fala dźwiękowa uderzająca w granicę powietrza i wody zostaje odbita.

Ryby w wodzie nie słyszą dźwięku pojawiającego się nad powierzchnią wody, ale wyraźnie odróżniają dźwięk, którego źródłem jest drgające ciało w wodzie.

Załamanie dźwięku

Zmiana kierunku rozchodzenia się dźwięku nazywa się refrakcja . Zjawisko to występuje, gdy dźwięk przemieszcza się z jednego ośrodka do drugiego, a prędkość jego rozchodzenia się w tych środowiskach jest różna.

Stosunek sinusa kąta padania do sinusa kąta odbicia jest równy stosunkowi prędkości rozchodzenia się dźwięku w ośrodkach.

Gdzie I - kąt padania,

R – kąt odbicia,

v 1 – prędkość rozchodzenia się dźwięku w ośrodku pierwszym,

v 2 – prędkość rozchodzenia się dźwięku w ośrodku drugim,

N - współczynnik załamania światła.

Załamanie dźwięku nazywa się refrakcja .

Jeżeli fala dźwiękowa nie pada prostopadle do powierzchni, ale pod kątem innym niż 90°, wówczas fala załamana będzie odchylać się od kierunku fali padającej.

Załamanie dźwięku można zaobserwować nie tylko na styku ośrodków. Fale dźwiękowe mogą zmieniać swój kierunek w niejednorodnym ośrodku - atmosferze, oceanie.

W atmosferze załamanie światła spowodowane jest zmianami temperatury powietrza, prędkości i kierunku ruchu mas powietrza. A w oceanie pojawia się ze względu na niejednorodność właściwości wody - różne ciśnienie hydrostatyczne na różnych głębokościach, różne temperatury i różne zasolenie.

Pochłanianie dźwięku

Kiedy fala dźwiękowa napotyka powierzchnię, część jej energii zostaje pochłonięta. Znając współczynnik pochłaniania dźwięku, można określić, ile energii może pochłonąć ośrodek. Współczynnik ten pokazuje, ile energii drgań dźwiękowych pochłania 1 m2 przeszkody. Ma wartość od 0 do 1.

Jednostka miary pochłaniania dźwięku nazywa się Sabin . Swoją nazwę zawdzięcza amerykańskiemu fizykowi Wallace Clement Sabin, twórca akustyki architektonicznej. 1 sabin to energia pochłaniana przez 1 m 2 powierzchni, której współczynnik absorpcji wynosi 1. Oznacza to, że taka powierzchnia musi całkowicie pochłonąć całą energię fali dźwiękowej.

Pogłos

Wallace'a Sabina

Właściwość materiałów do pochłaniania dźwięku jest szeroko wykorzystywana w architekturze. Badając akustykę Sali Wykładowej będącej częścią Muzeum Fogga, Wallace Clement Sabin stwierdził, że istnieje związek pomiędzy wielkością sali, warunkami akustycznymi, rodzajem i powierzchnią materiałów dźwiękochłonnych oraz czas pogłosu .

Pogłos nazywamy proces odbijania się fali dźwiękowej od przeszkód i jej stopniowego tłumienia po wyłączeniu źródła dźwięku. W zamkniętej przestrzeni dźwięk może wielokrotnie odbijać się od ścian i przedmiotów. W rezultacie powstają różne sygnały echa, z których każdy brzmi jakby osobno. Efekt ten nazywa się efekt pogłosu .

Najważniejszą cechą pokoju jest czas pogłosu , które Sabin wprowadził i obliczył.

Gdzie V – kubatura pomieszczenia,

A – ogólne pochłanianie dźwięku.

Gdzie ja – współczynnik pochłaniania dźwięku przez materiał,

S - powierzchnia każdej powierzchni.

Jeśli czas pogłosu jest długi, dźwięki wydają się „wędrować” po sali. Nakładają się na siebie, zagłuszają główne źródło dźwięku, a sala nabiera rozgłosu. Dzięki krótkiemu czasowi pogłosu ściany szybko pochłaniają dźwięki i stają się matowe. Dlatego każdy pokój musi mieć własne dokładne obliczenia.

Na podstawie swoich obliczeń Sabin ułożył materiały dźwiękochłonne w taki sposób, aby zredukować „efekt echa”. A Boston Symphony Hall, przy tworzeniu której był konsultantem akustycznym, do dziś uważana jest za jedną z najlepszych sal na świecie.