Способы изучения звуков природы.

                                         Способы изучения звуков природы.

                                     Автор: Еломова А.О., ученица 11 класса

                                                   Содержание:

                                                1.Введение

1.1Актуальность выбранной темы

1.2 (а) Цель; (б)задачи; (в)методы исследования

                                                2.Основная часть

     2.1 История открытия звуковых волн

                                               2.2 Понятие волны

                                               2.3 Виды волн

   2.4 Физические характеристики волн

2.5 Понятие звука и звуковой волны

2.6 Инфразвук, ультразвук, гиперзвук

                                              2.7 Звуковое давление

                                              2.8  Стоячие волны

2.9  История создания Трубы Рубенса

3. Материалы для создания трубы

                                                4.Обзор опыта

                                                5. Заключение. Выводы

   6. Список используемой литературы

                                               7.Приложение

                                                         1.2(а) Цель:

 изучить звуковые волны при помощи «Трубы Рубенса».

                                                        1.2(б) Задачи:

1. Изучение основных терминов и определений, связанных с звуковыми волнами.
2. Обобщить изученный материал.
3. Провести эксперимент, с помощью которого можно увидеть звуковую волну. Доказать , что звуковые волны обладают давлением.
4. Измерить длину световой волны.

     1.2 (в) Методы исследования:

  сбор информации, анализ, обобщение, изучение теоретического материала, проведение лабораторной работы.

                           2.9 «История создания Трубы Рубенса»:

         Труба Рубенса (англ. Rubens' tube, другие названия: труба стоячей волны, огненная труба) — физический эксперимент по демонстрации стоячей волны, основанный на связи между звуковыми волнами и давлением воздуха (или газа).

       Измеряя длину волны звука, проводимую в трубу Джон Ле Конт (John Le Conte) открыл чувствительность пламени к звуку в 1858 году. В 1862 году Рудольф Кёниг показал, что высоту пламени можно менять, посылая звук в источник газа, и изменения во времени могут быть отображены при помощи вращающихся зеркал.  Август Кундт в 1866 году, продемонстрировал акустические стоячие волны, помещая семена плауна или корковую пыль в трубу. Когда в трубу был запущен звук, то из семян сформировались узлы (точки, где амплитуда минимальна) и пучности (анти-узлы - области, где амплитуда максимальна), сформированные стоячей волной. Позже, уже в XX веке, Бен (Behn) показал, что маленькое пламя может служить чувствительным индикатором давления.

      Наконец, в 1904 году, используя эти два важных эксперимента, Генрих Рубенс, в чью честь назвали этот эксперимент, взял 4-метровую трубу, просверлил в ней 200 маленьких отверстий с шагом 2 см и заполнил её горючим газом. После поджигания пламени (высота огоньков примерно одинакова по всей длине трубы), он заметил, что звук, подведённый к концу трубы, создаёт стоячую волну с длиной волны, эквивалентной длине волны подводимого звука.

3.  «Материалы для создания трубы».

Труба Рубенса — физический эксперимент по демонстрации стоячей волны,

основанный на связи между звуковыми волнами и давлением воздуха (или газа).

Что потребуется:

•        Железная  труба

•        Труба из поропласта

•        Рулетка

•        Изолента

•        Маркер

•        Баллон с газом

•        Нож

•        Воронка

•        Герметик

•        Динамик

•        Подставка

•        Источник звука (компьютер, музыкальный центр, телефон, плеер и т.п.)

4. «Обзор опыта, принцип работы»:

          С одной стороны, в трубу подаётся газ, а с другой стороны находится источник или генератор звуковых волн. Попадая в трубу, волна спокойно доходит до конца трубы, отражается и возвращается обратно, накладываясь на такую же встречную звуковую волну. В случае, если волна попадёт в одну фазу со встречной волной (гребень совпадет с гребнем или впадина совпадет с впадиной), произойдёт значительное усиление её амплитуды (т.е. в областях в повышенным давлением оно станет ещё выше, а в областях с пониженным – ещё ниже). Такая волна называется стоячей, так как со стороны она выглядит совершенно неподвижной.

Если в это время в трубе будет газ, то он начнёт выходить из отверстий в трубе. При этом наиболее активно он будет выходить из отверстий, расположенных над областями высокого давления, а наименее активно – из отверстий над областями пониженного давления. Осталось лишь поджечь газ, выходящий из отверстий, и языки пламени изобразят форму стоячей звуковой волны, образовавшейся в трубе Рубенса.

В металлической трубе были просверлены отверстия диаметром 1,4 мм

через каждый сантиметр. К трубе с одной стороны был подведен газ, а с другой

звуковой динамик. Все элементы соединены герметично, для того что бы

исключить просачивание газа.

Изменяя количество подаваемого газа и уровень звука, добились

волнообразной картинки.

Мы выяснили, что если использовать звук с постоянной частотой, то в

пределах трубы может сформироваться стоячая волна из огоньков. Это вызвано

тем, что когда динамик включен, в трубе формируются области повышенного и

пониженного давления. Там, где область повышенного давления, через отверстия

просачивается больше газа и высота пламени больше и наоборот. Благодаря этому

можно измерить длину волны просто измеряя линейкой расстояние между

пиками.

Сравним теоретические и практические значения длины волны.

Напомним, что длиной волны называют расстояние между двумя

ближайшими друг к другу точками, колеблющимися в одинаковых фазах.

Рассчитывать длину волны мы будем по формуле:

где _ – скорость движения звуковой волны, _ – частота.

Так как у нас в трубе находиться пропан, то скорость движения звука будет

рассчитываться по формуле:

где  - показатель адиабаты (для многоатомных газов показатель адиабаты равен

4/3), R – универсальная газовая постоянная, равная 8,31 Дж⁄(моль・К), T=273К, так как опыт проводился при нормальных условиях, молярная масса пропана равна

44,1•10-3 кг/моль.

Подставить все значения в формулу расчета скорости звука в газе получим:

По результатам измерений и расчетов составим таблицу: (таб.1 см. приложение).

Во время вычислений возможны погрешности, возникающие во время

округления. Так же газ пропан, использовавший в опыте, мог содержать примеси,

температура газа во время опыта могла изменяться, неточность отверстий в трубе.

5. Заключение

Благодаря опыту Рубенса стало возможным представление звуковой волны

на реальном примере, тем самым стало возможно доказательство теорем и

гипотез, основываясь на практике.

       Так же, опыт с трубой Рубенса, возможно, применять в школах на уроках

физики для более наглядного представления звуковой волны, определения волны, а также можно рассчитывать скорость звука. В прикладной акустике изучение звука проводится и в связи с проблемой борьбы с вредностью шумов. Продолжительные, сильные шумы (порядка 90 дб. и выше) оказывают вредное воздействие на нервную систему человека.

Выводы

     Проводя свои опыты, я убедилась, что звук оказывает большое давление на пламя, а очень громкий звук,  может даже привести к гашению пламени. Также, изучая теоретический материал,  я сделала вывод, что громкий звук очень плохо действует на человека, непосредственно на его нервную систему, поэтому необходимо ввести закон ,ограничивающий громкость звука в закрытых помещениях. А также ввести звуковые ограничения на дорогах, так как шум на автотрассах плохо влияет на слух людей, особенно пожилых.