Fontes de som. Vibrações sonoras
O homem vive no mundo dos sons. O som para uma pessoa é uma fonte de informação. Ele avisa as pessoas do perigo. Som em forma de música, o canto dos pássaros nos dá prazer. Temos o prazer de ouvir uma pessoa com uma voz agradável. Os sons são importantes não só para os humanos, mas também para os animais, para os quais uma boa captação de som ajuda a sobreviver.
Somsão ondas mecânicas elásticas que se propagam em gases, líquidos, sólidos, que são invisíveis, mas percebidos pelo ouvido humano (a onda afeta o tímpano). A onda sonora é uma onda de compressão e rarefação longitudinal.
Causa do som- vibração (oscilações) dos corpos, embora essas vibrações sejam muitas vezes invisíveis aos nossos olhos.
GARFO- isto é placa de metal em forma de U, cujas extremidades podem oscilar após atingi-lo. Publicados diapasão O som é muito fraco e só pode ser ouvido a uma curta distância. Ressonador- uma caixa de madeira na qual um diapasão pode ser fixado, serve para amplificar o som. Nesse caso, a emissão sonora ocorre não apenas no diapasão, mas também na superfície do ressonador. No entanto, a duração do som do diapasão no ressonador será menor do que sem ele.
Se criarmos um vácuo, seremos capazes de distinguir sons? Robert Boyle colocou um relógio em um vaso de vidro em 1660. Quando ele bombeou o ar, ele não ouviu nenhum som. A experiência prova que é necessário um meio para propagar o som.
O som também pode se propagar em meios líquidos e sólidos. Sob a água você pode ouvir claramente os impactos das pedras. Coloque o relógio em uma extremidade da tábua de madeira. Ao colocar o ouvido na outra extremidade, você pode ouvir claramente o tique-taque do relógio.
A fonte do som é necessariamente um corpo oscilante. Por exemplo, uma corda de um violão não soa em seu estado normal, mas assim que a fazemos oscilar, surge uma onda sonora.
No entanto, a experiência mostra que nem todo corpo vibrante é uma fonte de som. Por exemplo, um peso suspenso em um fio não faz barulho. Fontes de som- corpos físicos que oscilam, ou seja, tremer ou vibrar a uma frequência de 16 a 20.000 vezes por segundo. Tais ondas são chamadas som.O corpo vibratório pode ser sólido, como uma corda ou a crosta terrestre, gasoso, como um jato de ar em instrumentos musicais de vento, ou líquido, como ondas na água.
As oscilações com frequência menor que 16 Hz são chamadas de infra-som. As oscilações com frequência superior a 20.000 Hz são chamadas de ultrassom.
Onda sonora(vibrações sonoras) são vibrações mecânicas de moléculas de uma substância (por exemplo, ar) transmitidas no espaço. Vamos imaginar como as ondas sonoras se propagam no espaço. Como resultado de algumas perturbações (por exemplo, como resultado de vibrações de um cone de alto-falante ou de uma corda de violão) que causam movimento e vibrações do ar em um determinado ponto do espaço, ocorre uma queda de pressão nesse local, pois o ar é comprimido durante o movimento, resultando em excesso de pressão empurrando as camadas de ar circundantes. Essas camadas são comprimidas, o que, por sua vez, cria novamente um excesso de pressão, afetando as camadas vizinhas de ar. Assim, como ao longo de uma cadeia, a perturbação inicial no espaço é transmitida de um ponto a outro. Este processo descreve o mecanismo de propagação da onda sonora no espaço. Um corpo que cria uma perturbação (vibração) do ar é chamado fonte sonora.
O conceito familiar para todos nós som" significa apenas um conjunto de vibrações sonoras percebidas pelo aparelho auditivo humano. Sobre quais vibrações uma pessoa percebe e quais não, falaremos mais adiante.
Características do som.
As vibrações sonoras, assim como todas as vibrações em geral, como é conhecido da física, são caracterizadas por amplitude (intensidade), frequência e fase.
Uma onda sonora pode percorrer uma grande variedade de distâncias. O tiro de canhão é ouvido a 10-15 km, o relincho de cavalos e o latido de cães - a 2-3 km, e o sussurro está a poucos metros de distância. Esses sons são transmitidos pelo ar. Mas não só o ar pode ser um condutor de som.
Colocando o ouvido nos trilhos, você pode ouvir o barulho de um trem se aproximando muito mais cedo e a uma distância maior. Isso significa que o metal conduz o som mais rápido e melhor que o ar. A água também conduz bem o som. Tendo mergulhado na água, você pode ouvir claramente como as pedras batem umas nas outras, como as pedrinhas farfalham durante o surf.
A propriedade da água - para conduzir bem o som - é amplamente utilizada para reconhecimento no mar durante a guerra, bem como para medir as profundezas do mar.
Uma condição necessária para a propagação das ondas sonoras é a presença de um ambiente material. No vácuo, as ondas sonoras não se propagam, pois não há partículas transmitindo interação da fonte de vibrações.
Portanto, na Lua, devido à ausência de atmosfera, reina o silêncio completo. Mesmo a queda de um meteorito em sua superfície não é audível para o observador.
Com relação às ondas sonoras, é muito importante mencionar uma característica como a velocidade de propagação.
O som viaja em velocidades diferentes em cada meio.
A velocidade do som no ar é de aproximadamente 340 m/s.
A velocidade do som na água é 1500 m/s.
A velocidade do som nos metais, no aço, é de 5000 m/s.
No ar quente, a velocidade do som é maior do que no ar frio, o que leva a uma mudança na direção de propagação do som.
Afinação, tom e volume
Os sons são diferentes. Para caracterizar o som, são introduzidas quantidades especiais: intensidade, altura e timbre do som.
A intensidade do som depende da amplitude das oscilações: quanto maior a amplitude das oscilações, mais alto o som. Além disso, a percepção da intensidade do som pelo nosso ouvido depende da frequência das vibrações na onda sonora. Ondas de frequência mais alta são percebidas como mais altas.
A unidade de volume do som é 1 Bel (em homenagem a Alexander Graham Bell, o inventor do telefone). A intensidade de um som é 1 B se sua potência for 10 vezes o limiar de audibilidade.
Na prática, o volume é medido em decibéis (dB).
1 dB = 0,1 B. 10 dB - sussurro; 20–30 dB - padrão de ruído em instalações residenciais;
50 dB - conversação de volume médio;
70 dB - ruído de máquina de escrever;
80 dB - o ruído de um motor de caminhão em funcionamento;
120 dB - ruído de um trator em funcionamento a uma distância de 1 m
130 dB - limiar de dor.
O som acima de 180 dB pode até causar uma ruptura do tímpano.
frequência do som A onda angular determina o tom. Quanto maior a frequência de vibração da fonte sonora, maior o som produzido por ela. As vozes humanas são divididas em várias faixas de acordo com seu tom.
Sons de diferentes x fontes é um conjunto de oscilações harmônicas de diferentes frequências. A maioria dos componenteso último período (frequência mais baixa) é chamado de tom fundamental. O resto dos componentes de som são harmônicos. Um conjunto desses componentes cria uma corku, timbre do som. A totalidade de tons nas vozes de pessoas diferentes é pelo menos um pouco, mas diferente,isso define o tomª voz.
Segundo a lenda, Pitágo p todos arranjou sons musicais em sequência, quebrandoesta série em partes - oitavas, - e
oitava - em 12 partes (7 principaisnovo e 5 semitons). Existem 10 oitavas no total, geralmente 7-8 oitavas são usadas ao executar obras musicais. Sons com frequência superior a 3000 Hz não são usados como tons musicais, são muito ásperos e penetrantes.
Antes de entender o que são fontes sonoras, pense no que é som? Sabemos que a luz é radiação. Refletida de objetos, essa radiação entra em nossos olhos e podemos vê-la. O paladar e o olfato são pequenas partículas do corpo que são percebidas pelos nossos respectivos receptores. Que tipo de som é esse animal?
Os sons são transmitidos pelo ar
Você deve ter visto como a guitarra é tocada. Talvez você mesmo saiba como fazê-lo. É importante que as cordas façam um som diferente no violão quando são puxadas. Tudo bem. Mas se você pudesse colocar o violão no vácuo e puxar as cordas, ficaria muito surpreso que o violão não fizesse nenhum som.
Tais experimentos foram realizados com uma variedade de corpos, e o resultado foi sempre o mesmo - nenhum som foi ouvido no espaço sem ar. Disto segue uma conclusão lógica que o som é transmitido pelo ar. Portanto, o som é algo que acontece com partículas de substâncias do ar e corpos produtores de som.
Fontes sonoras - corpos vibratórios
Mais longe. Como resultado de uma ampla variedade de numerosos experimentos, foi possível estabelecer que o som surge devido à vibração dos corpos. As fontes sonoras são corpos que vibram. Essas vibrações são transmitidas por moléculas de ar e nosso ouvido, percebendo essas vibrações, as interpreta em sensações sonoras que são compreensíveis para nós.
Não é difícil verificar isso. Pegue um copo ou taça de cristal e coloque-o sobre a mesa. Bata levemente com uma colher de metal. Você ouvirá um som longo e fino. Agora toque no vidro com a mão e toque novamente. O som mudará e ficará muito mais curto.
E agora deixe várias pessoas envolverem os braços ao redor do copo o mais completamente possível, junto com a perna, tentando não deixar uma única área livre, exceto por um lugar muito pequeno para bater com uma colher. Bata no vidro novamente. Você dificilmente ouvirá qualquer som, e o que será será fraco e muito curto. O que diz?
No primeiro caso, após o impacto, o vidro oscilou livremente, suas vibrações foram transmitidas pelo ar e chegaram aos nossos ouvidos. No segundo caso, a maioria das vibrações foi absorvida pela nossa mão, e o som ficou muito mais curto, à medida que as vibrações do corpo diminuíram. No terceiro caso, quase todas as vibrações do corpo foram instantaneamente absorvidas pelas mãos de todos os participantes e o corpo quase não oscilou e, consequentemente, quase nenhum som foi emitido.
O mesmo vale para todos os outros experimentos que você pode pensar e executar. As vibrações dos corpos, transmitidas às moléculas do ar, serão percebidas pelos nossos ouvidos e interpretadas pelo cérebro.
Vibrações sonoras de diferentes frequências
Então som é vibração. As fontes sonoras transmitem vibrações sonoras através do ar para nós. Por que, então, não ouvimos todas as vibrações de todos os objetos? Porque as vibrações vêm em diferentes frequências.
O som percebido pelo ouvido humano são vibrações sonoras com frequência de aproximadamente 16 Hz a 20 kHz. As crianças ouvem sons de frequências mais altas do que os adultos, e as faixas de percepção de vários seres vivos geralmente diferem muito.
As orelhas são uma ferramenta muito delicada e delicada que nos foi dada pela natureza, por isso você deve cuidar dela, pois não há substituto ou análogo no corpo humano.
Som, como lembramos, são ondas longitudinais elásticas. E as ondas são geradas por objetos oscilantes.
Exemplos de fontes de som: régua oscilante, uma extremidade da qual é presa, cordas vibrantes, membrana do alto-falante.
Mas nem sempre os objetos oscilantes geram um som audível ao ouvido - se a frequência de suas oscilações estiver abaixo de 16 Hz, eles geram infra-som, e se mais de 20 kHz, então ultrassom.
Ultra-som e infra-som - do ponto de vista da física, as mesmas vibrações elásticas do meio como o som comum, mas o ouvido não é capaz de percebê-las, pois essas frequências estão muito distantes da frequência de ressonância da membrana timpânica (a membrana simplesmente não pode oscilar com tal frequência).
Sons de alta frequência são sentidos mais sutis, sons de baixa frequência mais atrevidos.
Se um sistema oscilatório realiza oscilações harmônicas de mesma frequência, seu som é chamado de tom puro. Normalmente as fontes sonoras emitem sons de várias frequências ao mesmo tempo - então a frequência mais baixa é chamada tom principal, e os demais são chamados conotações. Os sobretons determinam timbre som - é por causa deles que podemos distinguir facilmente um piano de um violino, mesmo quando sua frequência fundamental é a mesma.
Volume o som é uma sensação subjetiva que permite comparar sons como “mais alto” e “menos alto”. A sonoridade depende de muitos fatores - é a frequência, a duração, as características individuais do ouvinte. Mas, acima de tudo, depende da pressão sonora, que está diretamente relacionada à amplitude das vibrações do objeto que emite o som.
A unidade de medida do volume é chamada Sonhe.
Em problemas práticos, geralmente é usada uma quantidade, chamada nível de volume ou nível de pressão sonora. Este valor é medido em branco [B] ou, mais frequentemente, decibel [dB].
Este valor é logaritmicamente relacionado à pressão sonora - ou seja, um aumento de 10 vezes na pressão aumenta o nível de volume em 1 dB.
O som de folhear um jornal é de cerca de 20 dB, um despertador é de 80 dB, o som de um avião decolando é de 100-120 dB (à beira da dor).
Uma das aplicações incomuns do som (mais precisamente, ultra-som) é ecolocalização. Você pode fazer um som e medir o tempo após o qual o eco virá. Quanto maior a distância até o obstáculo, maior o atraso. Normalmente, esse método de medição de distâncias é usado debaixo d'água, mas os morcegos o usam diretamente no ar.
A distância de ecolocalização é definida da seguinte forma:
2r=vt, onde v é a velocidade do som no meio, t é o tempo de atraso antes do eco, r é a distância até o obstáculo.
Perguntas.
1. Conte-nos sobre os experimentos descritos nas figuras 70-73. Que conclusão se segue deles?
No primeiro experimento (Fig. 70), uma régua de metal presa em um torno faz um som quando vibra.
No segundo experimento (Fig. 71), pode-se observar as vibrações da corda, que também emite um som.
No terceiro experimento (Fig. 72) observa-se o som de um diapasão.
No quarto experimento (Fig. 73), as vibrações do diapasão são "registradas" em uma placa fuliginosa. Todos esses experimentos demonstram a natureza oscilatória da origem do som. O som vem das vibrações. No quarto experimento, isso também pode ser observado visualmente. A ponta da agulha deixa um rastro na forma próxima a uma sinusóide. Nesse caso, o som não surge do nada, mas é gerado por fontes sonoras: uma régua, uma corda, um diapasão.
2. Que propriedade comum possuem todas as fontes sonoras?
Qualquer fonte de som é obrigada a oscilar.
3. Vibrações mecânicas de quais frequências são chamadas de som e por quê?
As vibrações sonoras são chamadas de vibrações mecânicas com frequências de 16 Hz a 20.000 Hz, porque. nesta faixa de frequência eles são percebidos por uma pessoa.
4. Que vibrações são chamadas de ultrassônicas? infrassônico?
As oscilações com frequências acima de 20.000 Hz são chamadas de ultrassônicas e aquelas com frequências abaixo de 16 Hz são chamadas de infrassônicas.
5. Conte-nos sobre como medir a profundidade do mar usando a ecolocalização.
Exercícios.
1. Ouvimos o som do bater das asas de um mosquito voador. mas um pássaro voando não. Por quê?
A frequência de oscilação das asas de um mosquito é de 600 Hz (600 golpes por segundo), um pardal é de 13 Hz e o ouvido humano percebe sons a partir de 16 Hz.
Com a ajuda desta videoaula, você pode aprender o tópico “Fontes de som. Vibrações sonoras. Afinação, tom, volume. Nesta lição, você aprenderá o que é som. Também consideraremos as faixas de vibrações sonoras percebidas pela audição humana. Vamos determinar qual pode ser a fonte do som e quais as condições necessárias para sua ocorrência. Estudaremos também características do som como pitch, timbre e loudness.
O tópico da lição é dedicado a fontes sonoras, vibrações sonoras. Também falaremos sobre as características do som - tom, volume e timbre. Antes de falar do som, das ondas sonoras, lembremos que as ondas mecânicas se propagam em meios elásticos. Parte das ondas mecânicas longitudinais, que é percebida pelos órgãos auditivos humanos, é chamada de som, ondas sonoras. O som são ondas mecânicas que são percebidas pelos órgãos auditivos humanos, que causam sensações sonoras. .
Experimentos mostram que o ouvido humano, os órgãos auditivos humanos percebem vibrações com frequências de 16 Hz a 20.000 Hz. É essa faixa que chamamos de faixa de som. Claro, existem ondas cuja frequência é inferior a 16 Hz (infrassom) e superior a 20.000 Hz (ultrassom). Mas essa faixa, essas seções não são percebidas pelo ouvido humano.
Arroz. 1. Alcance de audição do ouvido humano
Como dissemos, as áreas de infra-som e ultra-som não são percebidas pelos órgãos auditivos humanos. Embora possam ser percebidos, por exemplo, por alguns animais, insetos.
O que ? As fontes sonoras podem ser quaisquer corpos que oscilem com a frequência sonora (de 16 a 20.000 Hz)
Arroz. 2. Uma régua oscilante presa em um torno pode ser uma fonte de som
Vamos nos voltar para a experiência e ver como uma onda sonora é formada. Para fazer isso, precisamos de uma régua de metal, que prendemos em um torno. Agora, agindo sobre a régua, podemos observar vibrações, mas não ouvimos nenhum som. E, no entanto, uma onda mecânica é criada em torno da régua. Observe que quando a régua se move para um lado, uma vedação de ar se forma aqui. Do outro lado, há também um selo. Entre essas vedações, forma-se um vácuo de ar. Onda longitudinal - esta é uma onda sonora, consistindo de selos e descargas de ar. A frequência de vibração da régua neste caso é menor que a frequência de áudio, então não ouvimos essa onda, esse som. Com base na experiência que acabamos de observar, no final do século XVIII foi criado um instrumento chamado diapasão.
Arroz. 3. Propagação de ondas sonoras longitudinais de um diapasão
Como vimos, o som surge como resultado de vibrações do corpo com uma frequência sonora. As ondas sonoras se propagam em todas as direções. Deve haver um meio-termo entre o aparelho auditivo humano e a fonte das ondas sonoras. Este meio pode ser gasoso, líquido, sólido, mas deve ser partículas capazes de transmitir vibrações. O processo de transmissão das ondas sonoras deve necessariamente ocorrer onde há matéria. Se não houver substância, não ouviremos nenhum som.
Para que o som exista:
1. Fonte de som
2. Quarta-feira
3. Aparelho auditivo
4. Frequência 16-20000Hz
5. Intensidade
Agora vamos passar a discutir as características do som. O primeiro é o lance. tom de som - característica, que é determinada pela frequência de oscilação. Quanto maior a frequência do corpo que produz vibrações, mais alto será o som. Vamos voltar novamente para a régua, presa em um torno. Como já dissemos, vimos as vibrações, mas não ouvimos o som. Se agora o comprimento da régua for menor, ouviremos o som, mas será muito mais difícil ver as vibrações. Olhe para a linha. Se agirmos sobre isso agora, não ouviremos nenhum som, mas observaremos vibrações. Se encurtarmos a régua, ouviremos um som de certo tom. Podemos diminuir ainda mais o comprimento da régua, então ouviremos o som de tom ainda mais alto (frequência). Podemos observar a mesma coisa com diapasões. Se pegarmos um diapasão grande (também chamado de diapasão de demonstração) e batermos nas pernas de tal diapasão, podemos observar a oscilação, mas não ouviremos o som. Se pegarmos outro diapasão, ao tocá-lo, ouviremos um certo som. E o próximo diapasão, um diapasão real, que é usado para afinar instrumentos musicais. Produz um som correspondente à nota la, ou, como dizem, 440 Hz.
A próxima característica é o timbre do som. Timbre chamado de cor do som. Como essa característica pode ser ilustrada? Timbre é a diferença entre dois sons idênticos tocados por instrumentos musicais diferentes. Todos vocês sabem que temos apenas sete notas. Se ouvirmos a mesma nota A, tirada no violino e no piano, então as distinguiremos. Podemos dizer imediatamente qual instrumento criou esse som. É esta característica - a cor do som - que caracteriza o timbre. Deve-se dizer que o timbre depende de quais vibrações sonoras são reproduzidas, além do tom fundamental. O fato é que vibrações sonoras arbitrárias são bastante complexas. Eles consistem em um conjunto de vibrações individuais, eles dizem espectro de vibração. É a reprodução de vibrações adicionais (sobretons) que caracteriza a beleza do som de uma determinada voz ou instrumento. Timbreé uma das principais e marcantes manifestações do som.
Outra característica é o volume. A intensidade do som depende da amplitude das vibrações. Vamos dar uma olhada e ter certeza de que o volume está relacionado com a amplitude das vibrações. Então, vamos pegar um diapasão. Vamos fazer o seguinte: se você bater o diapasão fracamente, então a amplitude de oscilação será pequena e o som ficará quieto. Se agora o diapasão for atingido com mais força, o som será muito mais alto. Isso se deve ao fato de que a amplitude das oscilações será muito maior. A percepção do som é uma coisa subjetiva, depende de como é o aparelho auditivo, como é o bem-estar da pessoa.
Lista de literatura adicional:
Você conhece o som? // Quantum. - 1992. - Nº 8. - C. 40-41. Kikoin A. K. Sobre sons musicais e suas fontes // Kvant. - 1985. - No. 9. - S. 26-28. Manual básico de física. Ed. G.S. Landsberg. T. 3. - M., 1974.
