Физика · конспекты
★0
Физика › 9 класс › Механические волны. Звук

Тема 24Звуковые волны

★★★
Термины темы — найди их в тексте:ЗвукколеблютсяИнфразвукУльтразвукВысотачастотойГромкостьамплитудойТембробертоныэхолот

Звенит колокольчик, гудит шмель, поёт струна — все они колеблются, и их колебания передаются воздуху.

Колокол колеблется и возбуждает в воздухе звуковую волну
Колокол колеблется и возбуждает в воздухе звуковую волну Иллюстрация: light-fizika.ru
Определение

Звук — продольная механическая волна с частотой примерно от 20 до 20 000 Гц.

  • Инфразвук — частоты ниже 20 Гц: его создают землетрясения и шторма, а слышат слоны и киты.
  • Ультразвук — частоты выше 20 000 Гц: его слышат летучие мыши и дельфины, а врачи используют в УЗИ.

Источники звука

Звучат колеблющиеся тела: струна, линейка, зажатая в тисках, камертон, голосовые связки.

Колеблющаяся линейка звучит. Звучащий камертон отталкивает лёгкий шарикКолеблющаяся линейка звучит. Звучащий камертон отталкивает лёгкий шарик
Колеблющаяся линейка звучит. Звучащий камертон отталкивает лёгкий шарик Иллюстрация: light-fizika.ru
Колебания камертона можно записать на закопчённой пластинке
Колебания камертона можно записать на закопчённой пластинке Иллюстрация: light-fizika.ru

Характеристики звука

  • Высота звука определяется частотой: чем больше частота, тем выше звук.
  • Громкость определяется амплитудой: чем больше амплитуда, тем громче звук. Громкость измеряют в децибелах (дБ).
  • Тембр — «окраска» звука. Его создают обертоны — колебания с частотами, в целое число раз бо́льшими частоты основного тона.
Чем больше частота, тем выше звук. Чем больше амплитуда, тем звук громчеЧем больше частота, тем выше звук. Чем больше амплитуда, тем звук громче
Чем больше частота, тем выше звук. Чем больше амплитуда, тем звук громче Иллюстрация: light-fizika.ru
Основной тон и обертоны. Камертон даёт чистый тон, а у голоса и скрипки форма колебаний сложная — это и есть тембрОсновной тон и обертоны. Камертон даёт чистый тон, а у голоса и скрипки форма колебаний сложная — это и есть тембр
Основной тон и обертоны. Камертон даёт чистый тон, а у голоса и скрипки форма колебаний сложная — это и есть тембр Иллюстрация: light-fizika.ru

Эхолокация

Летучие мыши и дельфины посылают ультразвук и по отражённому сигналу находят добычу и препятствия. Так же работает эхолот:

h=vt2,h=\frac{vt}{2},

где tt — время от посылки сигнала до приёма эха (сигнал проходит путь дважды).

Эхолокация у летучей мыши и кита. Эхолот измеряет глубину моряЭхолокация у летучей мыши и кита. Эхолот измеряет глубину моря
Эхолокация у летучей мыши и кита. Эхолот измеряет глубину моря Иллюстрация: light-fizika.ru
Пример решения

Эхо от дна вернулось через 2 с. Скорость звука в воде 1500 м/с. Найдите глубину.

h=1500⋅22=1500h=\dfrac{1500\cdot2}{2}=1500 м.

Образ для запоминания

Звук «три в одном»: частота — насколько высоко (писк комара или гул шмеля), амплитуда — насколько громко, обертоны — кто звучит (скрипка или флейта).

⚗ Мини-опыт

Включите звук и меняйте частоту и громкость. Как меняется вид колебаний на экране? Сравните чистый тон с «тоном скрипки» той же частоты. Найдите самую высокую частоту, которую вы ещё слышите.

▶ Симуляция PhET

На экране «Звук» включите динамик и меняйте частоту и амплитуду. Как выглядят сжатия и разрежения воздуха?

Волны. ВведениеОткрыть ↗

Симуляция: PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, лицензия CC BY-NC 4.0 (phet.colorado.edu); русский перевод интерфейса.

? Проверь себя

Ответь, не подглядывая в конспект: вспоминать — лучший способ запомнить.

1От чего зависит высота звука?
Больше частота — выше звук.
2Какой звук слышат летучие мыши, но не слышит человек?
Ультразвук — частоты выше 20 000 Гц.
3Чем различаются звуки одной и той же ноты на скрипке и на флейте?
Основной тон у одной ноты одинаковый.

✎ Задачи

А Уровень А по образцу: одна формула, один шаг

  1. Какой диапазон частот слышит человек?

    Ответ

    Примерно от 20 до 20 000 Гц.

    Как получилось?

  2. Комар машет крыльями с частотой 600 Гц, шмель — 200 Гц. Чей звук выше?

    Ответ

    Комара: его частота больше.

    Как получилось?

  3. Что определяет громкость звука?

    Ответ

    Амплитуда колебаний.

    Как получилось?

  4. Эхо от скалы вернулось через 4 с. Скорость звука 340 м/с. Найдите расстояние до скалы.

    Ответ

    s=340⋅42=680s=\dfrac{340\cdot4}{2}=680 м.

    Как получилось?

  5. Почему звук в воздухе — продольная волна?

    Ответ

    В газе есть только упругость при сжатии: частицы колеблются вдоль направления распространения, образуя сжатия и разрежения.

    Как получилось?

Б Уровень Б сам: несколько шагов, перевод единиц

  1. Длина звуковой волны в воздухе 0,68 м, скорость звука 340 м/с. Найдите частоту.

    Ответ

    ν=3400,68=500\nu=\dfrac{340}{0{,}68}=500 Гц.

    Как получилось?

  2. Эхолот принял отражённый сигнал через 0,8 с после посылки. Найдите глубину моря (v=1500v=1500 м/с).

    Ответ

    h=1500⋅0,82=600h=\dfrac{1500\cdot0{,}8}{2}=600 м.

    Как получилось?

  3. Звук какой наименьшей длины волны слышит человек (v=340v=340 м/с)?

    Ответ

    λ=34020 000=0,017\lambda=\dfrac{340}{20\,000}=0{,}017 м = 1,7 см.

    Как получилось?

↻ Закрепи

Карточки терминов

Нажми на карточку — она перевернётся. «Знаю» — карточка вернётся на повторение позже (через сутки, неделю, месяц), «Повторить» — скоро снова.

Звук
Продольная механическая волна с частотой примерно от 20 до 20 000 Гц.
Высота звука
Определяется частотой: больше частота — выше звук.
Громкость звука
Определяется амплитудой колебаний.
Тембр
«Окраска» звука; её создают обертоны.
Инфразвук и ультразвук
Инфразвук — ниже 20 Гц, ультразвук — выше 20 000 Гц.
Эхолот
h = vt/2: сигнал проходит путь дважды.

Экспресс-карта

Возьми лист и за 3 минуты нарисуй по памяти карту темы: в центре — тема, ветви — главные идеи, на ветвях — термины. Потом сравни.