Почему мы слышим звуки?

Муниципальный конкурс проектно-исследовательских работ

младших школьников «Я – исследователь»

Направление: физическое

Исследовательская работа

Тема: «Почему мы слышим звуки?»

(Исследование звуковых волн)

Авторы: Исмаилов Дмитрий Николаевич,

Ревенко Артём Александрович,

учащиеся 4 класса МБОУ ООШ № 5

г.Шатуры

Руководитель: Столчнева Мария Дмитриевна,

учитель начальных классов

2012 г.

Содержание

Введение.

Глава 1. Удивительный мир звуков

1.1.Из истории звука.

1.2.Что такое звук?

1.3.Звук и слух. Строение уха. Почему надо беречь уши? 1.4.Распространение звука.

1.5. Ультразвуки и инфразвуки. Эхолокация в природе.

Глава 2. Моё исследование.

2.1.Образование звука.

2.2.Исследование характеристик звука: высоты, тембра, громкости .

2.3.Звуковые явления. (Опыт. Влияние громкости на неживые предметы; на живые существа).

Заключение.

Список литературы.

Приложение 1.

Приложение 2.

Введение

Пытаются шептать клочки афиш,

     Пытается кричать железо крыш,

     И в трубах петь пытается вода

     И так мычат бессильно провода.

     Е. Евтушенко

Мы живем в удивительном мире звуков. Они окружают нас повсюду. Мы слышим шум ветра и шелест листьев, журчание ручья и грохот грома, звук музыкального инструмента, пение соловья и стрекотание кузнечика, скрип двери  и шум моторов.

Что такое звук? Как он возникает? Чем один звук отличается от других?

Почему мы слышим звуки? Все эти вопросы заинтересовали меня. И  я решил провести исследование.

В связи с этим я поставил перед собой цель: исследовать природу звуковых волн.

Объектом  изучения стали звуковые волны, а предметом моего исследования: их физические свойства.

Гипотеза: колебания звуковых волн влияют на неживые предметы и живые существа.

Задачи: 

1. изучить литературу и подобрать материал о звуке;
2. определить методы, с помощью которых можно исследовать звуковые волны;
3. установить, как образуется и распространяется звук;
4. изучить строение уха;
5. изучить физические свойства звука: высоту, тембр, громкости;
6. выяснить, как громкость звука влияет на неживые предметы и живые существа;
7. подготовить необходимые материалы;
8. провести опыты и эксперименты, проанализировать полученные результаты и сделать выводы.

Методы:

1. обзор и анализ литературы;

1. поведение экспериментов, опытов;
2. работа со словарем, литературой, интернет-ресурсами;
3. наблюдение в естественных условиях (сбор показаний), опрос;
4. анализ различных источников информации, их сравнение с полученными результатами, обобщение.

Свое исследование я проводил в своем классе и дома на протяжении 4 месяцев, с октября. Сначала я подобрал литературу, изучил ее. Затем подобрал доступное мне оборудование для исследования. После я приступил к исследованию.

Глава 1. Удивительный мир звуков

1.1.Из истории звука

В глубокой древности звук казался людям удивительным, таинственным порождением сверхъестественных сил. Они верили, что звуки могут укрощать диких животных, сдвигать скалы и горы, преграждать путь воде, вызывать дождь, творить другие чудеса. В Древнем Египте, заметив удивительное воздействие музыки на человека, ни один праздник не обходился без ритуальных песнопений. Древние индийцы раньше других овладели высокой музыкальной культурой. Они разработали и широко использовали нотную грамоту задолго до того, как она появилась в Европе. Понять и изучить звук люди стремились с незапамятных времен. Греческий ученый и философ Пифагор, доказал, что низкие тона в музыкальных инструментах присуще длинным струнам. При укорочении струны вдвое звук ее повысится на целую октаву. Открытие Пифагора положило начало науки об акустики. Первые звуковые приборы были созданы в театрах Древней Греции и Рима: актеры вставляли в свои маски маленькие рупоры для усиления звука. Известно также применение звуковых приборов в египетских храмах, где были «шепчущие» статуи богов.

1.2.Что такое звук?

С первого класса я уже знал, что «звуки издают предметы и живые существа. Звуки мы можем передать голосом. Он бежит невидимой волной. У нас есть чудесные приборы, которые улавливают эту волну. Эти приборы уши. Внутри наше ухо очень сложное. Оно боится шума, резких, громких звуков. Уши надо беречь.

Иногда звук добегает до какого-нибудь препятствия (например, до горы, леса) и, обратно. Тогда мы слышим эхо»^[1].

Что же такое звук?

Проведу два простых опыта.

Опыт 1. Приложу  ладонь к своей гортани, произнесу какой – либо гласный звук. Гортань начинает дрожать, колебаться.  Эти колебания хорошо ощущаются ладонью. Я их не вижу, но слышу.

Опыт 2.Зажму в тисках длинную стальную линейку. Если над тисками будет выступать большая часть линейки, то, вызвав ее колебания, мы не услышим порождаемые ею волны. Но если укоротить выступающую часть линейки и тем самым увеличить частоту ее колебаний, то мы обнаружим, что линейка начнет звучать.

Исходя из опытов, я сделал вывод, что звук получается в результате колебаний. Эти волны, распространяясь в воздухе, а также внутри жидкостей и твердых тел, невидимы. Однако при определенных условиях их можно услышать.

 Упругие волны, способные вызвать у человека слуховые ощущения, называются звуковыми волнами или просто звуком.

 В толковом словаре Ожегова говорится, что «звук^[2] – это то, что слышится, воспринимается слухом: физическое явление, вызываемое колебательными движениями частиц воздуха или другой среды».

Рассмотрю примеры, поясняющие физическую сущность звука. Струна музыкального инструмента передает свои колебания окружающим частицам воздуха. Эти колебания будут распространяться все дальше и дальше, а достигнув уха, вызовут колебания барабанной перепонки. Я услышу звук. В каждой среде в результате взаимодействия между частицами колебания передаются все новым и новым частицам, т.е. в среде распространяются звуковые волны.

Наука, изучающая звуковые волны, называется акустикой. Акустика имеет несколько разновидностей. Так физическая акустика занимается изучением самих звуковых колебаний. Электроакустика, или техническая акустика, занимается получением, передачи, приемом и записью звуков при помощи электрических приборов. Архитектурная акустика изучает распространение звука в помещениях. Музыкальная акустика исследует природу музыкальных звуков, а также музыкальные настрой и системы. Гидроакустика (морская акустика) занимается изучением явлений, происходящих в водной среде, связанных с излучением, приемом и распространением акустических волн. Атмосферная акустика изучает звуковые процессы в атмосфере, в частности распространение звуковых волн, условие сверхдальнего распространения звука. Физиологическая акустика исследует возможности органов слуха, их устройство и действие. Она изучает образование звуков органами речи и восприятие звуков органами слуха, а также вопросы анализа и синтеза речи. Биологическая акустика рассматривает вопросы звукового и ультразвукового общения животных.

Обратившись к литературе, я узнал, что, как и любая волна, звук характеризуется амплитудой и спектром частот. Обычно человек слышит звуки, передаваемые по воздуху, в диапазоне частот от 16—20 Гц^[3] до 15—20 кГц. 20 Гц – это, пожалуй, раскаты грома, а 18 000 Гц – тончайший комариный писк.

Звук ниже диапазона слышимости человека называют инфразвуком; выше: до 1 ГГц, — ультразвуком, от 1 ГГц — гиперзвуком. Среди слышимых звуков следует также особо выделить фонетические, речевые звуки и фонемы (из которых состоит устная речь) и музыкальные звуки (из которых состоит музыка).

Вывод: звук – это упругие волны, распространяющиеся в упругой среде. Человек слышит звук в диапазоне от 16-20 Гц до 15-20 кГц. Есть ультразвуки – до 1 ГГц, гиперзвуки от 1 ГГц, инфразвуки – до 16-20 Гц. Акустика изучает звуковые колебания.

1.3.Звук и слух. Строение уха. Почему надо беречь уши?

Передо мной стали вопросы: из чего состоит ухо?  Почему в ушах образуется сера? Почему надо беречь уши?

Наблюдая за своими родными и близкими, я понял, что мы все по-разному слышим одни и те же звуки, для кого-то они кажутся тихими, а для других наоборот - громкими. Оказывается, человеческое ухо наиболее чувствительно к звукам с частотой от 1000 до 3000 Гц. Наибольшая острота слуха наблюдается в возрасте 15-20 лет. С возрастом слух ухудшается. У человека до 40 лет наибольшая чувствительность находится в области 3000 Гц, от 40 до 60 лет - 2000 Гц, старше 60 лет - 1000 Гц. Звуки могут отличаться один от другого по тембру. Основной тон звука сопровождается, как правило, второстепенными тонами, которые всегда выше по частоте и предают основному звуку дополнительную окраску. Они называются обертонами. Чем больше обертонов налагается на основной тон, тем «богаче» звук в музыкальном отношении. Органы слуха благодаря своему замечательному устройству легко отличают одно колебание от другого, голос близкого или знакомого человека от голосов других людей. Потому, как говорит человек, мы судим о его настроении, состоянии, переживаниях.

Природа, наделяя живые существа слухом, проявила немалую изобретательность. Органы, воспринимающие звук, расположены у них на участках весьма различных, а подчас и неожиданных: у кузнечика и сверчка, к примеру, на голенях передних ножек, у саранчи - на брюшке, у комаров - на усиках-антеннах. У позвоночных органы слуха в процессе эволюции заняли почетное место по бокам головы, а у млекопитающих появилась и развитая ушная раковина. Низшие животные довольствуются защитными складками кожи, прикрывающими слуховой проход: крокодилу такие складки помогают во время погружения под воду; у птиц - аиста, утки, воробья - аналогичную защитную роль выполняет тонкая пленка. Ушная раковина - чаще ее называют попросту ухом - у многих животных весьма подвижна. Собака прислушивается, «играя ушами» - поднимая, опуская или отводя их в стороны. Лошадь и еж, олень и заяц шевелят ушами, определяя направление звука. У африканского носорога - воронкообразные уши, они могут действовать независимо друг от друга: стараясь распознать шорохи спереди и сзади.

Строение уха (смотри рис.1, приложение 1).

Я узнал, что анатомически ухо делится на три части: наружное, среднее и внутреннее ухо.
Наружное ухо. 
       Выступающая часть наружного уха называется ушной раковиной, ее основу составляет полужесткая опорная ткань - хрящ. Отверстие наружного слухового прохода расположено в передней части ушной раковины, а сам проход направлен внутрь и слегка вперед. Ушная раковина концентрирует звуковые колебания и направляет их в наружное слуховое отверстие.
Оказывается, что с окружающей среды попадают не только звуки в орган, но и различные инородные тела, микробы. Поэтому в слуховом проходе постоянно выделяется секрет - ушная сера^[4].
      Ушная сера — воскообразный секрет сальных и серных желез наружного слухового прохода. В ее функции входит защита кожи этого прохода от бактериальной инфекции и инородных частиц, например насекомых, которые могут попасть в ухо. У разных людей количество серы различно. Плотный комок ушной серы (серная пробка) может привести к нарушению проведения звука и тугоухости, поэтому уши необходимо чистить регулярно ватным тампоном. 
       Среднее ухо, это целый комплекс — включающий барабанную полость и слуховую (евстахиеву) трубу, относится к звукопроводящему аппарату. Тонкая плоская мембрана^[5], называемая барабанной перепонкой, отделяет внутренний конец наружного слухового канала от барабанной полости — уплощенного, прямоугольной формы пространства, заполненного воздухом. В этой полости среднего уха находится цепочка из трех подвижно сочлененных миниатюрных косточек (слуховых косточек), которая передает колебания от барабанной перепонки во внутреннее ухо. В соответствии с формой, косточки называются молоточек, наковальня и стремя (смотри рис.2, приложение1).
      Молоточек своей рукояткой прикреплен к центру барабанной перепонки при помощи связок, а его головка соединяется с наковальней, которая, в свою очередь, прикреплена к стремени. Основание стремени вставлено в овальное окно - отверстие в костной стенке внутреннего уха. Крошечные мышцы способствуют передаче звука, регулируя движение этих косточек.

Оптимальным условием для колебаний барабанной перепонки является одинаковое давление воздуха с обеих сторон.

Так и происходит благодаря тому, что барабанная полость сообщается с внешней средой через носоглотку и слуховую трубу, которая открывается в нижний передний угол полости. При глотании и зевании воздух проникает в трубу, а оттуда в барабанную полость, что позволяет поддерживать в ней давление, равное атмосферному.
       Внутреннее ухо. Костная полость внутреннего уха, содержащая большое число камер и проходов между ними, называется лабиринтом. Он состоит из двух частей:

- костного лабиринта и

- перепончатого лабиринта. 
      Костный лабиринт — это ряд полостей, расположенных в плотной части височной кости; в нем различают три составляющие: полукружные каналы - один из источников нервных импульсов, отражающих положение тела в пространстве; преддверие; и улитку — орган слуха.

Когда звуковая волна доходит до нашего уха, она улавливается  им – «влетает» в ушную раковину, или наружное ухо. Звук доходит до барабанной перепонки. Барабанная перепонка натянута сравнительно туго, и звук заставляет ее колебаться, вибрировать. За барабанной перепонкой находится среднее ухо – небольшая полость, заполненная воздухом. Когда давление в наружном ухе увеличивается, барабанная перепонка прогибается внутрь. Перепады давления в среднем ухе повторяют перепады давления в звуковой волне и передаются дальше, во внутреннее ухо. Внутреннее ухо – это полость, свернутое улиткой и заполненное жидкостью. Ухо имеет два порога слышимости: нижний и верхний. Натренированное ухо может слышать в полной тишине в лесу звук падающей листвы. Если перейти верхний порог громкости звука, то в ушах возникнет сильная боль.

В действии органов слуха большую роль играет резонанс. Основная мембрана,  натянутая вдоль улитки  -  внутреннего уха, состоит из множества эластичных волокон, общее число которых достигает 24 000, у основания улитки они короткие (0,04мм), тонкие и натянутые, а у вершины длинные  (до 0, 5) мм, более толстые и менее натянутые.  Попавшие в ухо звуковые волны вызывают вынужденные колебания жидкости, заполняющей  внутреннее ухо. И вследствие явления резонанса – дрожание волоконец определенной длины. Чем выше звук, тем более короткие волоконца резонируют с ним; чем сильнее звук, тем больше размах колебаний волоконец. Именно этим и объясняется способность человека воспринимать звуки. У человека диапазон воспринимаемых частот лежит в полосе от 16 Гц до 20 кГц. В то время как у кошки диапазон гораздо шире: от 60 Гц до 60 кГц. Довольно широка полоса слышимости у птиц, черепахи, лягушки, кузнечика. Чрезвычайно «тонким слухом» обладают ночные хищники.

К сожалению, не все люди могут слышать.

Нарушение слуха — полное (глухота) или частичное (тугоухость) снижение способности обнаруживать и понимать звуки. Нарушением слуха может страдать любой организм, способный воспринимать звук. Звуковые волны различаются по частоте и амплитуде. Потеря способности обнаруживать некоторые (или все) частоты или неспособность различать звуки с низкой амплитудой, называется нарушением слуха.

У человека нарушение слуха, делающее невозможным восприятие речи, называется глухотой, а более лёгкие степени нарушения слуха, затрудняющие восприятие речи -  тугоухостью. Кроме того, глухота бывает врождённая или приобретённая.

Чрезмерный звук опасен для здоровья! Шумом  принято считать громкие звуки,  слившиеся в нестройное звучание, что может привести к различного рода заболеваниям, и даже вызвать наследственные изменения в клетке.

При длительном воздействии на человека мощных звуков и шумов происходит перевозбуждение клеток коры головного мозга.                                                    

В итоге: понижается острота слуха, ускоряется процесс старения организма. Напряженное вслушивание в тишину, наоборот, повышает остроту слуха.

Измерить громкость звука можно с помощью прибора – шумомера^[6]. Звук измеряется в децибелах. Весь диапазон воспринимаемых ухом звуковых волн соответствует громкости от 0 до 130 дБ.  Так например, падающая капля воды из крана  составляет 20 дБ,  шелест листвы — 25 дБ, шорох бумаги и тиканье часов — около 30 дБ, спокойный диалог между собеседниками – 40 дБ, звук, проезжающего автомобиля в среднем составляет – 80 дБ, шум от двигателя реактивного самолета – 120 дБ,   а удар грома – 130 дБ. Остальные данные представлены в таблице (см. таблицу 1, приложение 2).

Если сила звука выше 80 децибел, появляется опасность потери чувствительности находящихся в среднем ухе ворсинок-отростков слуховых нервов. Отмирание половины из них еще не ведет к ощутимой потере слуха. А если погибает больше половины — человек погрузится в мир, в котором не слышно шелеста деревьев, жужжания пчел.    С потерей всех 30-ти тысяч слуховых ворсинок человек попадает в мир безмолвия.

  Шум является косвенной причиной расстройства нервной системой человека (до психических заболеваний), ухудшения или потери зрения. Например, неожиданный шум может вызвать у детей слепоту или заикание.

Регулярное и длительное воздействие производственного шума в 85-90 децибел приводит к появлению тугоухости. Для человека практически безвреден шум 20–30 дБ, допустимая граница – 80 дБ, 130 дБ вызывают болевые ощущения, 150 дБ уже непереносимы.

Согласно санитарным нормам, в жилых помещениях допустим уровень шума 30 децибел ночью и 40 децибел днем. Во время занятий в школах он не должен превышать 55 децибел.

Особую опасность представляют плееры и дискотеки для подростков. Причина – злоупотребление переносными плеерами и долгое пребывание на дискотеках. Обычно уровень шума на дискотеке составляет 80–100 дБ, что сравнимо с уровнем шума интенсивного уличного движения или взлетающего в 100 м турбореактивного самолёта. Громкость звука плеера составляет 100–114 дБ. Почти так же оглушительно работает отбойный молоток. Правда, для рабочих в таких ситуациях предусмотрена шумовая защита.

Здоровые барабанные перепонки без ущерба могут переносить громкость плеера в 110 дБ максимум в течение 1,5 мин. Французские учёные отмечают, что нарушения слуха в наш век активно распространяются среди молодых людей; с возрастом они, скорее всего, будут вынуждены пользоваться слуховыми аппаратами. Даже низкий уровень громкости мешает концентрации внимания во время умственной работы. Музыка, пусть даже совсем тихая, снижает внимание – это следует учитывать при выполнении домашней работы. Когда звук нарастает, организм производит много гормонов стресса, например, адреналин. При этом сужаются кровеносные сосуды, замедляется работа кишечника. В дальнейшем всё это может привести к нарушениям работы сердца и кровообращения.

Ухудшение слуха из-за шума относится к неизлечимым заболеваниям. Восстановить поврежденный нерв хирургическим путем практически невозможно.

Почему надо беречь уши?

Как же защитить уши и сохранить отличный слух на всю жизнь?

Для начала необходимо вспомнить устройство уха, ведь, чтобы, что-то сохранить нужно, знать, как это устроено. Ухо состоит из трех частей это – наружное, среднее, внутреннее ухо. Все, что надо знать о наружном ухе это то, что на нем находится барабанная перепонка. В среднем ухе есть молоточек и наковальня. А во внутреннем  ухе, ворсинки. Вот эти три вещи нужно беречь максимально сильно.

Иногда, когда я слушал очень громко музыку, то после  некоторое время я недостаточно хорошо слышал, оказывается, я повредил нервные окончания в ушах, а, как известно нервы не восстанавливаются. К счастью, этих окончаний крайне много, и если воздействие относительно не частое, то ничего страшного, единственное, что здесь можно посоветовать, это как можно чаще подпевать. Открывая, рот мы снижаем давление на барабанную перепонку, тем самым снижается давление на все остальные составляющие уха. Поэтому в самолетах часто раздают леденцы во время взлета и посадки самолета.

Кто из нас не просил соседа сделать музыку потише или не ворчал на дорожных рабочих, мешающих долгожданному отдыху грохотом техники? Шум... И снова шум... И техника наша шумит. И чем больше нас окружает умных машин в наших квартирах и кабинетах, тем больше мы замечаем их присутствие по звукам жизнедеятельности их непростых органов. Цивилизация, к сожалению, сопровождается все большим шумовым загрязнением.

Передо мной стал вопрос: как же можно бороться с шумом?

Оказывается, что существуют методы борьбы с шумом: хороши зелёные насаждения и шумозащитные экраны для защиты малоэтажной застройки; для защиты индивидуальных квартир применяют стеклопакеты. Сегодня промышленность предлагает специальные звукопоглощающие покрытия. Они обладают большим внутренним трением и большую часть механической энергии колебаний переводят в тепло. Я узнал, что в США разработан специальный металлический сплав, который поглощает шум, как губка впитывает воду. Происходит преобразование звуковой энергии в тепло (чем громче шум у соседей, тем теплее становится  отделяющая от них стена квартиры).

Дома от постороннего шума люди используют  беруши.

Беру́ши (БЕРегите УШИ) — приспособление, вставляемое в слуховой проход ушей, защищающее от шума, попадания воды, посторонних предметов и т. п.

Беруши используются как средство защиты слуха от шума низкой частоты, считающегося наиболее вредным для человека, поскольку при равной громкости низкие частоты кажутся тише.

Вывод: ухо – это уникальный чувствительный прибор, который воспринимает звуковые импульсы. Ушная сера, которая образуется в нем, выделяется для того, чтобы защищать наше ухо от микробов и инородных тел, но несмотря на это уши надо чистить ежедневно. Также их  надо беречь, так как излишние шумовые эффекты могут привести к тугоухости или потере слуха.

1.4.Распространение звука

Звук имеет свойство распространяться.

Я узнал, что скорость распространения звука в воздухе равна - 330 м/с; В воде скорость распространения звука в 4 с лишним раза быстрее, чем в воздухе (около 1450 м/с).

Для распространения звука необходима упругая среда. В вакууме звуковые волны распространяться не могут, так как там нечему колебаться. В этом можно убедиться на простом опыте. Если поместить под стеклянный колокол электрический звонок, то по мере выкачивания из-под колокола воздуха мы обнаружим, что звук от звонка будет становиться все слабее и слабее, пока не прекратится совсем.    

Скорость звука в воздухе значительно меньше скорости света, идущего от молнии.

Скорость света  - 300 000 000 м/с или 300 000 км/с

Скорость звука – 330 м/с, это на 299999670 м/с меньше скорости света.

Поэтому во время грозы мы сначала видим вспышку молнии и лишь через некоторое время слышим раскаты грома.

Скорость звука зависит от температуры среды: с увеличением температуры воздуха она возрастает, а с уменьшением – убывает.

Я узнал, что в разных газах звук распространяется с разной скоростью. Чем больше масса молекул газа, тем меньше скорость звука в нем.

Скорость звука в жидкостях, как правило, больше скорости звука в газах.

На границе между двумя разными средами часть звуковой волны отражается, а часть проходит дальше. При переходе звука из воздуха в воду 99, 9 % звуковой энергии отражается назад, однако давление в прошедшей в воду звуковой волне оказывается почти в два раза больше. Слуховой аппарат рыб реагирует именно на это. Поэтому, например, крики  и шумы над поверхностью воды являются верным способом распугать морских обитателей. Человека же, оказавшегося под водой, эти крики не оглушат: при погружении в воду в его ушах останутся воздушные «пробки», которые и спасут его от звуковой перегрузки.

При переходе звука из воды в воздух снова отражается 99,9 % энергии. Но если при переходе из воздуха в воду звуковое давление увеличивалось, то теперь оно, наоборот, резко уменьшается. Именно по этой причине, например, не доходит до человека в воздухе звук, возникающий под водой при  ударе одним камнем о другой.

Скорость звука в твердых телах больше, чем в жидкостях и газах. Если приложить ухо к рельсу, то после удара по другому концу рельса можно услышать два звука. Один из них достигнет вашего уха по рельсу, другой – по воздуху.

Хорошей проводимостью звука обладает земля. Раньше прикладывая ухо к земле, также следили за приближением вражеской конницы.

Твердые тела хорошо проводят звук. Благодаря этому люди, потерявшие слух, иной раз способны танцевать под музыку, которая доходит до их слуховых нервов не через воздух и наружное ухо, а через пол и кости.

Сложные колебания, состоящие из большого числа простых звуков различной тональности, называют шумами. Например: шелест листьев в лесу, грохот водопада, шум на улице города. Шумы могут отличаться распределением по силе звука, по частоте и продолжительности звучания во времени. Длительное время звучат шумы, создаваемые ветром, падающей воды, морским прибоем. Относительно кратковременны раскаты грома, рокот волн - это низкочастотные шумы. Механические шумы могут вызываться вибрацией твёрдых тел. В прикладной акустике изучение шумов проводится в связи с проблемой борьбы с их вредностью.  Шум измеряется в децибелах. Продолжительные сильные шумы (порядка 90 дБ и более) оказывают вредное действие на нервную систему человека, а вот шум морского прибоя или леса – успокаивающее.

Вывод: звук имеет свойство распространяться, в разных средах  скорость распространения звука разная.

1.5.Ультрозвуки и инфразвуки. Эхолокация в природе.

Человек слышит в диапазоне частот от 16—20 Гц до 15—20 кГц. Звук ниже диапазона слышимости человека называют инфразвуком; выше: до 1 ГГц, — ультразвуком, от 1 ГГц — гиперзвуком.

Ультразвуки и инфразвуки имеют очень важную роль и в живом мире. Так, например, рыбы и другие морские животные чутко улавливают инфразвуковые волны, создаваемые штормовыми волнениями. Инфразвук - это составляющая звуков леса, моря, атмосферы. При движении рыб, создаются упругие инфразвуковые колебания, распространяющиеся в воде. Эти колебания хорошо чувствуют акулы за много километров и плывут на встречу добыче. Ультразвуки могут издавать и воспринимать такие животные, как собаки, кошки, дельфины, муравьи, летучие мыши и др.

Правда, эти звуки недоступны человеческому слуху.

Летучие мыши обнаруживают предметы, преграждающие им путь, испуская неслышимые для человека звуки и улавливая их эхо, отраженное от предметов, что позволяет им на их пути не сталкиваться с препятствиями.

Звуковое эхо — отражённый звук.

Проведу простой опыт, капну на поверхность воды каплю воды из пипетки. От места падения капли пробежит круговая волна. Дойдя до препятствия, волна отражается и движется в противоположном направлении. Звуковые волны также отражаются от препятствий (см.рисунок 3, приложение 1).

На явлении «эхо» основан метод определения расстояний до различных предметов и обнаружения их месторасположений, называется он эхо-локацией^[7].  Звуколокаторы позволяют обнаруживать и определять местоположение различных повреждений в изделиях, например пустоты, трещины, постороннего включения и др. В медицине ультразвук используют для обнаружения различных аномалий в теле больного - опухолей, искажений формы органов или их частей и т.д. Чем короче длина ультразвуковой волны, тем меньше размеры обнаруживаемых деталей. Ультразвук используется также для лечения некоторых болезней.

Вывод: волны, колеблющиеся с частотой меньше 20 Гц, называются инфразвуком, а волны, колеблющиеся больше 20 000 Гц – ультразвуком. Их значение велико в живой природе. Данные звуки используют и в современной медицине. Эхо – это отраженный звук.

Глава 2. Моё исследование

2.1.Образование звука

Опыт 1. Образование звука.

Оборудование: железная линейка, штатив, молоточек для камертона.

1.Закрепим железную линейку на штативе ровно по центру так, чтобы концы линейки свисали в разные стороны.

2. Стукнем молоточком для камертона по правой стороне линейки. Она начала дрожать. Левая сторона линейки осталась без изменений, то есть не двигалась.

3. Откреплю линейку и закреплю её держателем за конец левой стороны линейки. Стукну молоточком по правой свисающей стороне линейки. Она начала активно двигаться вверх-вниз, издавая громкий дрожащий звук.

4. Не открепляя линейки, стукну по левой её части, возле держателя. Линейка начала совершать колебательные движения в виде волн, издавая тонкий длинный звук. 

Вывод: в основе образования звука лежат колебания, волны.

Опыт 2. Поющая вилка.

1. Отрежу нитку длиной со свою руку. Привяжу вилку посередине нитки. Намотаю концы на нитки на указательные пальцы.

2. Качну вилку так, чтобы она слегка ударилась о край стола. Я услышал слабый звук.

3. Прикоснусь указательными пальцами к ушам прямо перед ушными отверстиями, оставляя свободно висеть вилку.

4. Качну вилку, чтобы она снова слегка ударилась о край стола.

Я услышал звук, похожий на удар колокола.

Когда вилка ударилась о стол, она начала колебаться. Эти колебания передались воздуху, и  я услышал легкий звон. Но колебания передались и нитке. Когда я поднёс пальцы к ушам, нитка оказалась совсем близко от барабанной перепонки, и колебания ощутились гораздо отчетливее.

Вывод: все звуки – это колебания частиц воздуха. Достигая нашего уха, они заставляют колебаться барабанную перепонку, и мы слышим звук.

2.2.Исследование характеристик звука: высоты, тембра, громкости

Почему все звуки разные? Одни из них громкие, другие –  тихие, третьи – высокие. Несмотря на это мы различаем окружающие нас звуки друг от друга.  Проведу несколько экспериментов, направленных на исследование характеристик звука: высоты, тембра и громкости.

Сперва рассмотрю, отчего зависит высота звука^[8].

Опыт 1. Влияние частоты колебаний на высоту звука.

Вопрос: зависит ли высота звука от частоты колебаний?

Оборудование: железная линейка.

1. Я прижал к столу металлическую линейку и привел её в колебательное движение, нажав на один из ее концов. Линейка активно двигалась вверх-вниз, издавая низкий звук.

 2.Затем я увеличил длину колеблющейся части линейки и  повторил опыт. Линейка стала двигаться чаще – звук стал выше, чем в первый раз.

Вывод: высота звука зависит от длины колеблющейся части линейки.

Опыт 2. Высокие и низкие звуки.

Вопрос: зависит ли высота звука от количества воды в сосуде?

Оборудование: высокий цилиндрический сосуд.

Эксперимент № 1: я влил струю воды в высокий цилиндрический сосуд, изначально звук был громким и высоким, по мере наполнения сосуда звук стал приглушенным и низким.

Проведу еще один эксперимент № 2.

Я налил в стеклянные бутылки разное количество воды. Ни одну из них я не заполнил до краёв. Поднёс бутылку ко рту так, чтобы её горлышко касалось нижней губы. Я проделал это с каждой бутылкой и сравнил звуки..

Затем постучал ручкой по горлышку каждой банки. Сосуд, в котором меньше всего воды, издает самый высокий звук. А сосуд, в котором больше всего воды и наполнен почти до краев, издает самый низкий звук.

Я постучал по сосудам ручкой с одинаковой силой. Все они издают звуки разного тона. Я расставил сосуды по высоте тона: от самого высокого к самому низкому.

Вывод: высота звука зависит от количества воды в сосуде. Чем меньше воды, тем звук выше, и, наоборот, чем больше воды в сосуде, тем ниже звук.

Опыт 3.Тембр звука^[9].

Следующий вопрос, который передо мной встал: это почему даже когда мы не видим предмет, объект, мы можем определить его по звуку.

Проведу небольшой эксперимент. 

Я попросил помочь мне моих одноклассников. Я попросил встать их за моей спиной и  сказать по предложению по очереди, независимо от того, в какой последовательности они стоят.

Каждого из них я узнал по окраске голоса – тембру.

Голосовой аппарат человека представляет сложную автоколебательную систему. Гортань и полость рта человека являются своеобразными природными резонаторами. Голосовые связки, наподобие струн, испускают звуки под действием струй воздуха, идущего из легких.  Эти звуки очень слабые, но, проходя через резонаторы, они усиливаются и приобретают своеобразную окраску – тембр, по которому мы легко узнаем знакомого человека, даже не видя его.

Вывод: тембр – это своеобразная окраска звука, по которому мы легко отличаем один звук от другого при одинаковой высоте и громкости.

Опыт 4. Громкость звука^[10].

Из своих наблюдений я заметил, что крупный дождь можно отличить от мелкого по более громкому звуку, возникающему при ударе капель о крышу.

Из чего можно сделать предположение, что чем сильнее удар, который вызывает более сильные колебательные движение, тем громче будет звук. Проверю свое предположение на камертоне.

Эксперимент 1.

Оборудование: камертон, молоточек.

Слегка ударю молоточком по одной ветви камертона. Запомню уровень громкости звука. Заглушу камертон закрыв рукой резонансный ящик и ударю  по камертону сильнее, чем в первый раз. Звук стал громче. Сила удара прямо пропорциональна громкости звука (см.рисунок 4, приложение 1).

 Вывод: чем сильнее удар, тем громче звук.

Эксперимент 2.

Вопрос: одинаковые ли звуки издают разные предметы при одинаковой силе удара?

Попробую постучать  по стене и двери комнаты с одинаковой силой. Стук по стене тихий, глухой, а по двери более громкий. Это говорит о том, что  разные предметы издают разные звуки.

Вывод: при одинаковой силе удара по разным предметам, громкость звука может быть разной.

2.3.Звуковые явления

Опыт 1. Влияние громкости звука на неживые предметы

1. Я натянул как можно туже полиэтиленовую  пленку на миску. Скатал маленькие комочки из цветной бумаги.

2. Разбросал несколько комочков по пленке. Поставил миску около динамика магнитолы.

3.Включил музыку сначала тихо. Бумажки остались в неподвижном состоянии.

4. Включил музыку громче. Пленка начала дрожать. Бумажки начали слегка подпрыгивать.

Вывод: звук динамика заставляет воздух колебаться. Чем громче звук, тем эти колебания сильнее.

 5. Продолжая эксперимент, я включал музыку разных стилей и музыкальных жанров, разных направлений.  При разной громкости бумажки начинали «танцевать». Более того активность бумажных комочков при фиксированном звуке громкости была различной: в одних случаях – они не двигались, в других  - ползали, в третьих – активно двигались или даже подпрыгивали и слетали с пленки  (см.таблицу 1. в приложении).

Вывод: разная музыка вызывает колебания разной частоты. В одних случаях пленка дрожит при меньшей громкости, в других  - при большей.

  Опыт 2.Влияние громкости звука на живые существа

Музыка - не только вибрации и звуки, но и мощная сила, производящая на большинство людей невероятный эмоциональный эффект.

Попробую провести простой эксперимент на себе и своей семье. Включу красивую мелодию на тихой громкости. У меня возникли успокаивающие, приятные ощущения, чувство умиротворения.

Затем я сменю мелодию на более ритмичную. Включу звук на самую сильную громкость. Уже через 3 минуты у меня начала болеть голова. У меня возникло чувство дискомфорта, угнетения.

Аналогичный эксперимент я провел на своей семье и коте, результаты занес в таблицу.

Восприятие мелодичной музыки вызывает у человека замедление дыхания, учащение пульса, благоприятно влияет на сон. Дисгармоническая музыка приводит к эффектам противоположного характера.

Вывод: звук может влиять на человека и животных как положительно, так и негативно. Так красивая тихая мелодия  влияет положительно, а вот громкая   ритмичная мелодия вызывает дисгармонию и отрицательно сказывается на физическом и эмоциональном состоянии человека.

Заключение

Звук получается в результате колебаний. Эти волны, распространяясь в воздухе, а также внутри жидкостей и твердых тел, невидимы. Однако при определенных условиях их можно услышать.

Звук – это упругие волны, распространяющиеся в упругой среде. Человек слышит звук в диапазоне от 16-20 Гц до 15-20 кГц. Есть ультразвуки – до 1 ГГц, гиперзвуки от 1 ГГц, инфразвуки – до 16-20 Гц. Акустика изучает звуковые колебания.

Ухо – это уникальный чувствительный прибор, который воспринимает звуковые импульсы. Ушная сера, которая образуется в нем, выделяется для того, чтобы защищать наше ухо от микробов и инородных тел, но несмотря на это уши надо чистить ежедневно. Также их  надо беречь, так как излишние шумовые эффекты могут привести к тугоухости или потере слуха.

Звук имеет свойство распространяться, в разных средах  скорость распространения звука разная

Волны, колеблющиеся с частотой меньше 20 Гц, называются инфразвуком, а волны, колеблющиеся больше 20 000 Гц – ультразвуком. Их значение велико в живой природе. Данные звуки используют и в современной медицине. Эхо – это отраженный звук

Проведя исследования я пришел  к выводам, что:

в основе образования звука лежат колебания,

 волны все звуки – это колебания частиц воздуха. Достигая нашего уха, они заставляют колебаться барабанную перепонку, и мы слышим звук.

высота звука зависит от длины колеблющейся части линейки.

высота звука зависит от количества воды в сосуде. Чем меньше воды, тем звук выше, и, наоборот, чем больше воды в сосуде, тем ниже звук.

 тембр – это своеобразная окраска звука, по которому мы легко отличаем один звук от другого при одинаковой высоте и громкости.

чем сильнее удар, тем громче звук.

при одинаковой силе удара по разным предметам, громкость звука может быть разной.

звук динамика заставляет воздух колебаться. Чем громче звук, тем эти колебания сильнее.

       разная музыка вызывает колебания разной частоты. В одних случаях пленка дрожит при меньшей громкости, в других  - при большей.

звук может влиять на человека и животных как положительно, так и негативно. Так красивая тихая мелодия  влияет положительно, а вот громкая   ритмичная мелодия вызывает дисгармонию и отрицательно сказывается на физическом и эмоциональном состоянии человека.

В реальной жизни мы сопоставлены с массой разновидностей звуков. Так или иначе мозг человека собирает все звуки, которые мы слышим, и определяет, откуда они исходят, и затем сосредотачивается на тех, которые мы хотим слышать и к которым привыкли. Человек не способный слышать лишен возможности радоваться окружающему миру в полном объеме.

Список литературы

Плешаков А.А. Мир вокруг нас; учеб.для 1 кл. нач.шк./ А.А.Плешаков  - 11-е изд. – М.: - Просвещение 2009,125 с., с.94-95

С.И.Ожегов, Н.Ю.Шведова. Толковый словарь русского языка: 80 000 слов и фразеологических выражений, Российская академия наук. Институт русского языка им.В.В.Виноградова. – 4-е изд-е, дополненное. – М.: ООО «А Темп», 2006 – 944 стр., с.227

Физика: учеб.для 9 кл. сред.шк./ Н.М.Шахмаев и др. – 3-е изд. – М.Просвещение, 1994 г.

Интернет-ресурсы

http://900igr.net/prezentatsii/fizika/Mir-zvuka/001-Mir-zvuka.html

http://modernbiology.ru/ur_uxo.htm

http://ru.wikipedia.org/wiki/

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Рисунок 1.

Рисунок 2.

Рисунок 3.

Рисунок 4.

Приложение 2.

Таблица 1.

 Таблица 2.  Измерение громкости на неживые предметы.