Научно-исследовательский проект "Откуда берётся звук и как его слышит человеческое ухо"

Моу «Чойская СОШ»

Научно - исследовательский проект

ОТКУДА БЕРЕТСЯ ЗВУК И КАК ЕГО СЛЫШИТ ЧЕЛОВЕЧЕСКОЕ УХО.

Авторы: Дернова Диана, Макрушина Екатерина, Субботина Дарья.

Руководитель: Петрунина Н.В..

с. Чоя 2018

                       Оглавление                                                                                   стр

Введение………………………………………………………………………………4

1.     Теоретическая часть…………………………………………………………...6

1. Теоритические сведения о природе звука……………………………….6
2. Источники, классификация и характеристика звука……………………7
3. Как мы слышим?........................................................................................8

2. Экспериментальная часть……………….……………… …………..……...13

1. Эксперимент №1 «Как возникает звук?»  ………………….…………..13
2. Эксперимент №2 «Звук передаётся в разных средах» . ………………13
3. Эксперимент №3 «Можно ли увидеть звук?»…….………………..…..14
4. Эксперимент №4 «Характеристика звука».…………………………….14
5. Эксперимент №5 «Как спрятать звук?»……..……….…………………15

3. Заключение ……………………………………………………………..……16
4. Использованная литература и интернет ресурсы…………..……………  17

Паспорт исследовательской работы

 «Откуда берется звук и как его слышит человеческое ухо».

Авторы – Дернова Диана, Макрушина Екатерина, Субботина Дарья.

Руководитель проекта: учитель начальных классов  Петрунина Н.В.
 Возраст обучающихся:  10 лет.
Тип проекта: информационный.

По продолжительности: 3 недели.

Объектом исследования является звук.

Предметом исследования явилась возможность использования знаний о звуке в учебной и игровой деятельности.

Техническое обеспечение проекта:

Программа PowerPoint установленная на компьютере, настенный экран, колонки, проектор.

Введение:

Каждый звук - кусочек мира.

В каждом звуке - целый мир.

В звуках - вся моя квартира,

В звуках - тысячи квартир.

В звуках - улица большая

И огромная страна…

Звукам нет конца и краю

В звуках - Он! Оно! Она!

Звуки в радости и в скуке,

Звуки - свет и звуки - тень.

День заканчивают звуки,

                                            Звуки начинают день.

                                                                                              Сергей Олексяк

Мы учимся в четвертом классе. Любим всё новое и необычное.

Представленный нами проект является нашей первой работой в области физики.

В повседневной жизни мы окружены звуками и различными шумами. Они помогают нам понять, что происходит вокруг. Звуки очень разнообразны и здесь возникает множество вопросов: Откуда берется звук и что требуется для его распространения? Каким образом мы воспринимает звуки?  Эти вопросы послужили поводом для изучения данной темы.

Актуальность.

Звуки - часть нашей жизни. Мы применяем звуки не задумываясь. Нам захотелось узнать, как появляются звуки, какие звуки нас окружают. Нам  стало интересно: все ли звуки мы слышим?

Цель проекта — ответить на вопрос: как появляется звук, какие звуки нас окружают, как слышит человек.

Задачи проекта:

Изучить информацию о звуке.

Выяснить, как появляется звук.

Узнать, как мы слышим звуки.

Найти информацию о том, какие звуки бывают.

Исследовать звук опытным путем.

Гипотеза:

 Звук образуется, когда что – то дрожит. Дрожание предметов вызывает дрожание воздуха. Оно распространяется в виде волны. Волны разные - звуки разные.

                                 План исследовательской работы:

 1. Выбор темы.

 2. Определение цели и задач.

 3. Составление плана работы.

 4.Сбор материала по теме исследования.

 5. Эксперименты.

6.Подведение итогов.

7.Определение выводов.

Методы исследования:

1.        Чтение книг по теме исследования.

2.        Поиск информации в Интернете.

3. Провести эксперименты, чтобы узнать больше о разных звуках.

       I. Теоретическая часть

1.1.Теоретические сведения о природе звука

       С рождения человек слышит различные звуки, которые служат источником информации об окружающем его мире. Что же такое звук?

       Люди давно стали догадываться о том, как звуки рождаются, живут и «умирают». Звуки начали изучать ещё в далёкой древности. Наука о звуке называется – акустика.  Первые наблюдения по акустике были проведены в VI веке до нашей эры. Пифагор установил связь между высотой тона и длиной струны или трубы издающей звук. В IV в. до н.э. древнегреческий философ и ученый Аристотель верно представил, как распространяется звук в воздухе. Необыкновенно искусны были мастера, изготавливавшие музыкальные инструменты, и музыканты, игравшие на них.

       Мир звуков окружает нас и сейчас и со всех сторон. В наше время на человека в течение дня воздействуют самые разнообразные звуки. Да и сами мы любим пошуметь.

      В детской энциклопедии «Я познаю мир. Физика» автор – составитель Ал. А. Леонович очень доступно рассказал о звуке.

      Как же создать звук? Да очень просто – крикнуть, вот и все дела! Можно еще чем – нибудь постучать, например, молотком по гвоздю или кулаком в дверь. Или гаечным ключом по батарее отопления – все вокруг услышат. Ногами потопать, мячом похлопать. Посвистеть, в трубу подудеть. Или линейкой подребезжать.

       На примере линейки можно буквально увидеть глазами, как рождается звук. Какое движение совершает линейка, когда мы закрепим один её конец, оттянем другой и отпустим его? Мы заметим, что он как будто бы затрепетал, заколебался. Звук создается коротким или долгим колебанием каких – то предметов (рис.1).

Рис.1.

      Итак, звук – это упругие волны, распространяющиеся в среде и создающие в ней механические колебания. Среда может быть твердой, жидкой, газообразной. Можно сказать, что звук - это вибрация. Причина звука – вибрация тел, хотя эти колебания не заметны для нашего глаза. Она может распространяться в воздухе, в воде или дереве. И даже передаваться по нитке. Там, где нет воздуха, например, в космосе, звук не распространяется, там нечему передавать вибрацию.

1.2. Источники, классификация и характеристики звука

 Таблица 1.

Источники звука могут быть искусственными и естественными.

           На официальном сайте журнала «Наука и образование» мы нашли определение термина «Классификация звуков».

Таблица 2

Какие бывают звуки

           Основными характеристиками звука являются частота и интенсивность колебаний, которые влияют на слух людей. Частота колебаний – это число полных колебаний за одну секунду. Эту единицу называют Герцем (Гц). Громкость звука измеряется в децибелах.

  1.3. Как мы слышим?                    

          Узнать окружающий мир нам помогают органы чувств. Люди слышат звуки ушами. Ухо – это приемник звуковой волны (рис 2).

Рис.2.

Слух — способность биологических организмов воспринимать звуки органами слуха. В основе возникновения звука лежат механические колебания упругих тел. В слое воздуха, непосредственно примыкающем к поверхности колеблющего тела, возникает сгущение (сжатие) и разрежения. Эти сжатия и разрежения чередуются во времени и распространяются в стороны в виде упругой продольной волны, которая достигает уха и вызывает вблизи него периодические колебания давления, воздействующие на слуховой анализатор.

Обычный человек способен слышать звуковые колебания в диапазоне частот от 16–20 Гц до 15–20 кГц. Способность различать звуковые частоты сильно зависит от конкретного человека: его возраста, пола, подверженности слуховым болезням, тренированности и усталости слуха.

У человека органом слуха является ухо, которое воспринимает звуковые импульсы, а также отвечает за положение тела в пространстве и способность удерживать равновесие. Это парный орган, который размещается в височных костях черепа, ограничиваясь снаружи ушными раковинами. Он представлен тремя отделами: наружным, средним и внутренним ухом, каждый из которых, выполняет свои конкретные функции.

Наружное ухо состоит из ушной раковины и наружного слухового прохода. Ушная раковина у живых организмов работает как приемник звуковых волн, которые затем передаются во внутреннюю часть слухового аппарата. Значение ушной раковины у человека намного меньше, чем у животных, поэтому у человека она практически неподвижна.

Складки человеческой ушной раковины вносят в поступающий в слуховой проход звук небольшие частотные искажения, зависящие от горизонтальной и вертикальной локализации звука. Таким образом, мозг получает дополнительную информацию для уточнения местоположения источника звука. Этот эффект иногда используется в акустике, в том числе для создания ощущения объёмного звука при использовании наушников или слуховых аппаратов. Наружный слуховой проход заканчивается слепо: от среднего уха он отделен барабанной перепонкой. Уловленные ушной раковиной звуковые волны ударяются в барабанную перепонку и вызывают ее колебания. В свою очередь, колебания барабанной перепонки передаются в среднее ухо. Звучат только дрожащие предметы. Почему не все дрожащие предметы звучат? Например, если потрясти рукой, то ничего не услышишь. Дело в том, что наше ухо слышит звук только в том случае, если частота колебаний предмета больше 20, но меньше 16 тыс. колебаний в секунду. Причем чем больше частота колебаний, тем выше звук, который мы слышим.

Основной частью среднего уха является барабанная полость — небольшое пространство объемом около 1см³, находящееся в височной кости. Здесь находятся три слуховые косточки: молоточек, наковальня и стремечко — они соединяются между собой и с внутренним ухом (окно преддверия), они передают звуковые колебания из наружного уха во внутреннее, одновременно усиливая их. Полость среднего уха связана с носоглоткой посредством евстахиевой трубы, через которую выравнивается среднее давление воздуха внутри и снаружи от барабанной перепонки.

Внутреннее ухо из-за своей замысловатой формы называется лабиринтом. Костный лабиринт состоит из преддверия, улитки и полукружных каналов, но непосредственное отношение к слуху имеет только улитка, внутри которой находится перепончатый канал, заполненный жидкостью, на нижней стенке которого расположен рецепторный аппарат слухового анализатора, покрытый волосковыми клетками. Волосковые клетки улавливают колебания жидкости, заполняющей канал. Каждая волосковая клетка настроена на определенную звуковую частоту.

Слуховой орган человека работает следующим образом. Ушные раковины улавливают колебания звуковой волны и направляют их в слуховой проход. По нему колебания направляются в среднее ухо и, достигнув барабанной перепонки, вызывают ее колебания. Через систему слуховых косточек колебания передаются дальше – во внутреннее ухо (звуковые колебания передаются перепонке овального окна). Колебания перепонки вызывают движение жидкости в улитке, она, в свою очередь, заставляет колебаться базальную мембрану. При движении волоконец волоски рецепторных клеток касаются покровной мембраны. В рецепторах возникает возбуждение, которое по слуховому нерву в конечном итоге передается в головной мозг, где через средний и промежуточный мозг возбуждение попадает в слуховую зону коры больших полушарий, расположенную в височных долях. Здесь происходит окончательное различение характера звука, его тона, ритма, силы, высоты и его смысла.

         Звук с частотой ниже 16 Гц. называется инфразвуком, а с частотой выше 20000 Гц. - ультразвуком. И тот, и другой мы не слышим. Инфразвуки слишком низки для нас, а ультразвуки – слишком высоки.

          Инфразвук воспринимают кошки, собаки, киты. А дельфины, летучие мыши способны слышать ультразвуки. Инфразвук и ультразвук используют в разных областях науки. (рис.3).

                                                                   Рис.3.

         Мы можем различать высоту звука – его тон. Чем больше звуковые волны по размаху, тем громче звук (рис.4).

                                                             Рис.3.

На практике громкость измеряют в децибелах.

    10 дБ – шепот;

    20–30 дБ – норма шума в жилых помещениях;

    40 дБ – тихий разговор;

    50 дБ – разговор средней громкости;

    70 дБ – шум пишущей машинки;

    80 дБ – шум работающего двигателя грузового автомобиля;

    100 дБ – громкий автомобильный сигнал на расстоянии 5–7 м;

    120 дБ – шум работающего трактора на расстоянии 1 м;

    130 дБ – порог болевого ощущения.

    Все, что звучит громче спокойного разговора, для организма уже нагрузка. Непрерывный шум постепенно разрушает здоровье. Человек, постоянно подвергающийся воздействию шума, быстро переутомляется и становится раздражительным, забывчивым, чаще страдает от слабости и головокружения. Вот почему педагоги призывают нас не шуметь в школе и вести себя спокойно.

II.Экспериментальная часть

Мы  проделали несложные опыты, чтобы лучше понять - что же такое звук?

1.1 Эксперимент № 1- «Как возникает звук?»

Цель: понять причину возникновения звука.

Материал: Длинная линейка, натянутая струна, наше горло.

      Один конец линейки прижимается к столу, а за свободный конец дергаем – возникает звук. Выясняем, что происходит в это время с линейкой. (Она дрожит, колеблется). Если коснутся линейки рукой - дрожание останавливается (звук прекращается).

               Мы прикладывали руки к горлу и говорили –горло дрожало.

Линейка, струна, горло дрожали и заставляли дрожать воздух вокруг себя. Эти колебания воздуха достигли наших  ушей, и мы слышали  звуки.

Вывод: звук - это колебания, которые распространяются пространстве.

1.2 Эксперимент № 2- «Звук передается в разных средах»

Цель: доказать, что звук распространяется в разных средах.

Опыт первый. Для этого опыта нужна нить и спичечные коробки. В коробочках  мы сделали отверстие. Продели через них нитку и завязали внутри коробка узел, что бы нитка не выскользнула. То есть через коробки прошла длинная нить. Для демонстрации этого опыта нужно два человека.

         Каждый взял по коробку и отошел друг от друга подальше, чтобы нитка натянулась. Один из нас говорил в отверстие коробочки, а другой услышал это в своей коробочке.

Вывод: Звук передается через нитку.

Опыт второй. Один из нас стучал по трубам в классе, другой слушал в соседнем классе.

Второй участник эксперимента слышал стук.

Вывод: Звук распространяется в металлах, то есть в твердых предметах.

Опыт третий. Один участник эксперимента приложил ухо к стенке банки, наполненной водой, другой услышал всплеск брошенного в нее камушка. Если, купаясь в реке, опустить голову в воду так, чтобы погрузились и уши, можно услышать голоса людей на берегу.

       Вывод: звук распространяется в воде, то есть в жидкостях.

Вывод по эксперименту №2: Звук распространяется в твердой, жидкой, газообразной среде.

1.3 Эксперимент № 3 – «Можно ли увидеть звук?»

 Опыт первый. Мы привязали нитку к кусочку бумаги. Поднес её к колонкам и включили громко музыку. Листочек задрожал от колебаний воздуха.  

Опыт второй. Свернули лист бумаги и стали дудеть – почувствовали вибрацию бумаги.  

Вывод по эксперименту №3: Звуковая  волна заставила дрожать листочек бумаги.  Сам звук мы не видим. Мы видим работу звуковых волн.

1.4 Эксперимент № 4- характеристики звука.

Опыт первый. Звучащая бутылка.

        Нужно взять бутылку и подуть в горлышко. Слышится низкий звук. Если наполнить водой бутылку до половины и еще раз подуть, то звук станет более высоким. Это значит, что «сыграна» другая музыкальная нота. Когда я дую через горлышко бутылки, воздух внутри бутылки начинает вибрировать, и появляется звук. Чем больше высота столба воздуха в бутылке, тем ниже получается звук, который можно из неё «выдуть».

Опыт второй. Как усилить звук?

      Нужно взять большой лист бумаги, свернуть его в конус, узкий конец приставить ко рту и говорить. Звук станет громче.

Опыт третий.  Приложить руку к горлу и произнести звуки Б, Р, Л, Н, Д, Г. Голосовые звуки дрожат, вибрируют, звуки получаются звонкие.

      Приложить руку к горлу и произнести звуки П, Т, С, Ц, К. Голосовые звуки не дрожат, не вибрируют, звуки получаются глухие.

         Выводы по эксперименту №4: звуки могут быть разной высоты: высокие – низкие; звуки могут быть иметь разную силу звучания громкие – тихие; звуки могут быть разные по звонкости, яркости: звонкие, глухие.  

1.5 Эксперимент № 5-  «Как спрятать звук?».

Мы взяли металлическую банку и положили в неё предметы и потрясли. Затем банку обмотали тканью, и звук стал тише.

Выводы по эксперименту №5: звук можно ослаблять с помощью материалов, которые поглощают волны – заставляют молчать.

III. Заключение

         Таким образом, при сборе информации и проведенных экспериментах мы  выяснили, что звук – это вибрация. И источники звука – предметы, которые колеблются, т.е. дрожат или вибрируют. Наша гипотеза подтвердилась.

       В ходе нашей работы мы узнали много интересного и нового о звуке.

         Опытным путем мы определили, что сам звук мы не видим. Мы видим работу звуковых волн.

        Звуки могут быть разной высоты: высокие – низкие; звуки могут быть разные по звонкости, яркости: звонкие, глухие; звуки могут быть иметь разную силу звучания: громкие – тихие.   Оказывается, есть звуки, которые человек не слышит. Человек способен уловить звук с частотой от 16 до 20000 Гц. Звук с частотой ниже 16 Гц. называется инфразвуком, а с частотой выше 20000 Гц. - ультразвуком.

        Оказывается, что звуком измеряют глубину моря, сваривают металл, сверлят стекло, лечат людей, даже стирают белье.

       Сильный звук может повредить слух. Непрерывная шумовая нагрузка постепенно разрушает здоровье.

      Нам  было очень интересно заниматься исследованием.

      Мы будем использовать полученные знания в дальнейшей учебе.

      Эта тема была интересной  и мы в дальнейшем планируем глубже изучить её, разобраться о влиянии различных звуков на живых существ: человека, животных, растений.

IV. Использованная литература и интернет ресурсы

1.Где, что и когда? Энциклопедия для любознательных. М.: Махаон,2012.

2. В. МЕРКУЛОВ. В МИРЕ ЗВУКОВ. КАК ДОБЫВАЕТСЯ ИСТИНА… http://www.nkj.ru/archive/articles/10236/

3. http://scibio.ru/fizika/mekhanika/kolebaniya/klassifikatsiya_zvukov.html

4. http://koi.tspu.ru/koi_books/sedokova/6.3.1.htm

5. http://class-fizika.narod.ru/9_26.htm классная физика

6. http://class-fizika.spb.ru/index.php/opit/708-op-svu4

7.http://www.dudochnik.ru/anatomiya-muzyki/zvuk-istochnik-vospriyatie-osoznanie/chto-takoe-zvuk/

8.Физика: Большой справочник для школьников и поступающих в вузы/ Ю.И.Дик, В.А.Ильин, Д.А. Исаев и др. – 2 –е изд.-М.: Дрофа,1999.

9 .Я познаю мир. Физика: Дет. энцикл. / Авт. – сост. Ал. А. Леонович. – М.: ООО «Издательство АСТ»,2003.

10.https://im0-tub ru.yandex.net/i?id=a1058b034232185e2b5c2117049b451f&n=13

11. https://lektsii.org/16-67713.html

12. «Уникальная иллюстрированная энциклопедия почемучек и отчегочек для очень любознательных детей», Астрель, Москва 2012;

13. «Современная детская энциклопедия», Эксмо, Москва, 2012;

14. «Большая энциклопедия школьника», Махаон, Москва, 2013;

15. «Большая иллюстрированная энциклопедия школьника», издание второе, обновленное и добавленное, Махаон, Москва, 2010