Творческая работа на тему "Физика и музыка"

МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

 СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА № 27

Физика и музыка

Аверьянова Виктория,

10 класс

Руководитель: Недогонова Лилия Николаевна,
учитель физики

Г.Шахты

2014 г.

Оглавление:

Введение. «Физика и музыка»

Цели работы

Обоснование проблемы

«Что такое звук?»

«Как ухо улавливает звуки?»

«Как устроены наушники?»

«Происхождение наушников»

«Влияние музыки на человека»

«Память воды»

Заключение

Введение. «Физика и музыка»

Физика и музыка - две эти области человеческой деятельности действительно связаны между собой. Причем достаточно сильно. Жаль, что зачастую взаимосвязь между ними люди или не чувствуют, или вообще не знают про нее, или не задумывались об этом. Связь между двумя этими понятиями необходимо знать всесторонне развитому человеку.

Цели работы:

• изучить звук, подобрав дополнительные источники информации;

• выяснить как музыка влияет на человека;
• узнать как устроены наушники;
• провести анкетирование.

Обоснование выбранной проблемы

Мне захотелось подробно узнать, как влияет музыка на организм человека и животных, а так же выяснить, как устроены наушники.

Люди часто не задумываются, что музыка влияет, не только положительно, но и отрицательно, громкая музыка может испортить слух человека и изменить поведение.

Статистика говорит – со временем, если звучание музыки из наушников или звуки телевизора для нас некомфортны, мы теряем слух.

Неизбежные возрастные изменения слуха начинаются у человека после 30 лет. Однако деградация органов слуха наблюдается у людей, не достигших этого возраста. Всему виной страсть современников, особенно молодежи, прослушиванию музыки через наушники.  

«Что такое звук?»

Звук — физическое явление, представляющее собой распространение в виде упругих волн механических колебаний в твёрдой, жидкой или газообразной среде. В узком смысле под звуком имеют в виду эти колебания, рассматриваемые по отношению к тому, как они воспринимаются органами чувств.

Среди слышимых звуков различают речевые звуки и фонетические, составляющие устную речь, и музыкальные звуки, из которых состоит музыка.  

Понятие о звуке.

Человек живет в мире звуков. Услышав какой-то звук, мы обычно можем установить, что он дошел до нас от какого-то источника. Рассматривая этот источник, мы всегда найдем в нем что-то колеблющееся. Звуковые волны могут служить примером колебательного процесса. Всякое колебание связано с нарушением равновесного состояния системы и выражается в отклонении её характеристик от равновесных значений с последующим возвращением к исходному значению. 

Но как звук доходит до нас? Очевидно, через воздух, который разделяет ухо и источник звука. Но распространяющиеся колебания – это волна. Следовательно, звук распространяется в виде волн. Если звуковая волна распространяется в воздухе, значит, это волна продольная, потому что в газе только такие волны и возможны. В продольных волнах колебания частиц приводят к тому, что в газе возникают сменяющие друг друга области сгущения и разрежения.

То, что воздух – «проводник» звука, было доказано опытом, поставленным в 1660 г. Р. Бойлем. Если откачать воздух из-под колокола воздушного насоса, то мы не услышим звучания находящегося там электрического звонка. Звук может также распространяться и в жидкой, и в твердой среде.

Физические параметры звука.

Как и любая волна, звук характеризуется амплитудой и спектром частот. В упругой среде колебания постепенно затухают. Если на колебательную систему с потерями действовать периодической силой, то возникают вынужденные колебания, характер которых в той или иной мере повторяет изменения внешней силы. Частота вынужденных колебаний не зависит от параметров колебательной системы. 

Ощущение звука создается только при определенных частотах колебаний в волне. Опыт показывает, что для органа слуха человека звуковыми являются только такие волны, в которых колебания происходят с частотами от 20 до 20000 Гц.

 Наинизший из слышимых человеком музыкальных звуков имеет частоту 16 колебаний в секунду. Он извлекается органом. Но применяется не часто – очень басовит. Разобрать и понять его трудно.

 Зато 27 колебаний в секунду – тон вполне ясный для уха, хоть тоже редкий. Услышать его можно, нажав крайнюю левую клавишу рояля. Абсолютный «нижний» рекорд мужского баса, поставленный в XVIII веке певцом Каспаром Феспером, – 44 колебания в секунду.

80 колебаний в секунду – обычная нижняя нота хорошего баса и многих инструментов.

Вплоть до 1000–1200 колебаний в секунду звуковой диапазон полон музыкой. Эти звуки – самые слышные.

Существуют особые источники звука, испускающие единственную частоту, так называемый чистый тон. Это камертоны различных размеров – простые устройства, представляющие собой изогнутые металлические стержни на ножках. Чем больше размеры камертонов, тем ниже звук, который он испускает при ударе по нему. Это означает, что частота колебаний ножек стала меньше. Значит, высота звука зависит от частоты колебаний. Чем больше частота колебаний, тем выше звук.

  рис. 1 камертон

Одной из характеристик  звука является скорость звука. Скорость звука — скорость распространения звуковых волн в среде. В газах скорость звука меньше, чем в жидкостях, а в жидкостях скорость звука меньше, чем в твёрдых телах, что связано в основном с убыванием сжимаемости веществ в этих фазовых состояниях. В среднем в идеальных условиях в воздухе скорость звука составляет 340—344 м/с.

Не менее важным физическим параметром звука является громкость звука. Громкость звука — субъективное восприятие силы звука (абсолютная величина слухового ощущения).  Громкость главным образом зависит от звукового давления, амплитуды и частоты звуковых колебаний. Так же на громкость влияют его длительность воздействия звуковых колебаний, тембр,  индивидуальная чувствительность слухового анализатора человека и другие факторы.

«Как ухо улавливает звуки?»

Ухо – удивительный орган, который способен распознавать необычайно широкий спектр звуков. Мощность этих звуков находится в пределах 130 децибел (дБ). Что это означает? Единица «бел» (Б), применяющаяся для измерения мощности и напряжения, используется также для измерения изменений интенсивности звука. Силу звука удобнее измерять в децибелах (1 дБ = 1/10 Б). Человеческое ухо может улавливать звуки, мощность которых разнится в 1012 раз (потрясающе, не правда ли?). Ученые подсчитали, что в среднем человеческий мозг может распознавать, как минимум, 400 тыс. различных звуков.

 рис. 2

Орган слуха делится на 3 части: наружное, среднее и внутреннее ухо.

Для свободного колебания барабанной перепонки необходимо, чтобы давление воздуха с обеих сторон её было одинаковым. Тогда при малейших изменениях давления наружного воздуха перепонка, не встречая противодействия с другой стороны, легко приходит в колебательное движение. В среднем ухе находится ряд особых косточек: молоточек, наковальня и стремя. Свои названия эти косточки получили благодаря внешнему сходству с соответствующими предметами. Расположены эти косточки так, что образуют рычаг, который одновременно передаёт колебания барабанной перепонки во внутреннее ухо и преобразует эти колебания в колебания с меньшим размахом, но большим давлением. Молоточек, наковальня и стремя передают всю энергию колебания барабанной перепонки на очень маленькое овальное окно внутреннего уха; таким образом, внутреннее ухо получает давление раз в 50–60 больше того, которое испытывает барабанная перепонка. Вдоль всей длины улитка разделена перегородкой и наполнена особой студенистой жидкостью. Внутри улитки находится перепонка — основная мембрана. На ней расположены разветвления слухового нерва — 23,5 тысячи мельчайших проводников слухового раздражения, идущих затем по нервному стволу к коре головного мозга.

Процессы, происходящие во внутреннем ухе, очень сложны, и некоторые из них до сих пор точно не изучены.

«Как устроены наушники?»

В качестве подопытных были взяты отслужившие в течение нескольких месяцев наушники Philips.

Внешний вид наушника(рис.3):

рис.3

Снимаем приклеенный силиконовый колпачок (рис.4):

рис.4

Острым предметом отделяем приклеенный к корпусу излучатель. Обратите внимание на узелок на проводе – такими узелками обычно препятствуют вырыванию провода из корпуса – узелок выступает в роли стопора.

рис.5

С задней стороны отделяем декоративную заглушку. Под ней расположены два фильтра. На фото черный и белый. Корпус наушников не делают замкнутым, мембрана работает как поршень. Если корпус замкнуть, то мембрана при колебании будет испытывать сопротивление воздуха, что скажется на качестве воспроизведения (можете взять любой наушник, и во время воспроизведения закрыть пальцем отверстие – пропадут низкие частоты). А чтобы внутрь наушника не попадала грязь – отверстие защищено фильтром.

рис.6

Фото излучателя – сердца любой акустической системы (рис.7).

рис.7

С излучателя снята декоративная защитная сеточка (рис.8):

рис.8

С излучателя снят защитный экран. Пленочка с красной окружностью – мембрана. К мембране приклеена медная катушка (тот самый красный ободок), которая всё время находится в магнитном поле. Пленочка снабжена ребрами жесткости, чтобы совершать колебания в плоскости, перпендикулярной излучателю, сильно не деформируясь.

рис.9

Катушка крупным планом (рис.10):

рис.10

Магнитная система излучателя. Неодимовый магнит, в виде шайбочки, закреплен клепкой в чашке, которая работает как магнитная линза. В результате в зазоре, в котором находится катушка, образуется интенсивное магнитное поле. Если мы подаем на катушку ток, то она, в зависимости от полярности, выталкивается из зазора или втягивается, увлекая за собой мембрану. Подав на катушку колебания звуковой частоты, на мембране мы получим механические колебания звуковой частоты.  рис.11

Магнитная система в разобранном состоянии. Магнит – шайбочка справа (рис.12)

рис.12

«Происхождение наушников»

Наушники ведут свое происхождение от первых телефонных трубок. Современная телефонная трубка состоит из громкоговорителя, который ты прикладываешь к уху, и микрофона, воспринимающего речь. 
Но когда-то она была устроена совсем иначе. Говоривший по телефону прижимал к уху наушник, а говорил в микрофон, находящийся на корпусе аппарата. 
Конечно, современные наушники очень далеко ушли от своих предшественников. Их мембрана приводится в движение высокочувствительной системой, состоящей из двух взаимосвязанных катушек. 
Благодаря им мы можем слушать не только человеческую речь, но и звуки симфонического оркестра. С помощью современных наушников ты можешь слушать радиоаппаратуру, даже и не соединяясь с ней проводом: ведь электрический сигнал можно передать и по радио.

«Влияние музыки на человека»

Музыка -  искусство, средством воплощения художественных образов для которого являются звук и тишина, особым образом организованные во времени. У человека прослушивание музыки может сопровождаться чувством эйфории.

Музыка обладает сильным воздействием на внутренний мир человека. Она  может  доставлять  наслаждение  или,  напротив,  вызывать  сильное душевное беспокойство, побуждать слушателя к размышлениям и открывать  перед  ним  неизвестные  ранее  стороны  жизни.  Именно  музыке дано  выразить  чувства  столь  сложные, что их порой невозможно описать словами.

Различают музыку:  

1). Народную - Авторов фольклорных произведений определить невозможно. Такую музыку не записывают,  а устно передают из поколения  в поколение.

2). Профессиональную - В профессиональной музыке автор известен. Создание и исполнение сочинения – сложный процесс, которому специально учатся.

Профессиональная музыка очень разнообразна. Так называемая легкая, развлекательная музыка создается для отдыха и часто воспринимается людьми как фон повседневной жизни. Самая сложная область профессионального музыкального искусства – классическая музыка. Слово «классическая» подразумевает, что произведение заключает в себе серьезное содержание, обращается к вечным вопросам человеческого бытия. Еще одна важная область профессионального творчества – джаз и рок-музыка. Они передают восприятие мира человеком новой эпохи, жизнь которого резко  изменила научно-техническая революция, мировые войны и общественные катастрофы.

Во второй половине XX века возникло новое явление художественной культуры – рок-музыка. Становление рок-музыки как музыкального явления происходило в тесном взаимодействии с общественными движениями, отстаивавшими права молодежи, расовое и социальное равенство, отказ от применения военной силы. Эта музыка во многом изменила мировоззрение и образ жизни американцев и европейцев.

Первым направлением рок-музыки, завоевавшим международную известность в середине 50-х годов XX века, стал рок-н-ролл. Рок-н-ролл – это, прежде всего, танцевальная  музыка.  Самый  яркий  представитель этого направления Элвис Пресли.

Многолетние исследования доктора медицинских наук, действительного члена Петровской Академии наук и искусств, профессора С. В. Шушарджана подтверждают то, о чём писали древние мыслители, осознавая, что музыка влияет на здоровье и умы людей. Величайшие учёные философы древности: Пифагор, Аристотель, Платон обращали внимание современников на лечебную и профилактическую силу музыки.

Исследования С. В. Шушарджана подтвердили, что негативное воздействие от длительного прослушивания неклассической музыки обусловлено не только повышенной громкостью, но и временной и тональной структурой музыкальных произведений, прослушиванием этнически чуждых ритмов и мелодий. 

Известный        терапевт Адам Книст доказал, что рок-музыка вызывает у постоянных слушателей озлобленность, истощение, нарциссизм, панику, расстройства пищеварения, гипертонию и другие изменения, вытекающие из уровня её шума. Но что гораздо страшнее – эту музыку можно сравнить с необычным наркотическим заболеванием.

С древних времен существовала военная музыка. Она всегда выполняла две важнейшие задачи: поднимала боевой дух воинов и управляла ими во время сражений, с ее помощью устанавливалась связь, подавались различные сигналы и команды. Раньше у армии не было ни сигнальных ракет, ни радио, ни других подобных средств связи. В шуме битвы мог быть услышан только призывный голос трубы. Всего несколько коротких звуков - и участники битвы знали, что им нужно перестроиться, перейти в наступление или отступить.

В российской армии в XVIII - XIX веках музыке придавалось большое значение. В это время Россия участвовала в многочисленных войнах. Знаменитый русский полководец А. В. Суворов говорил: "Музыка удваивает, утраивает армию. Музыка в бою нужна и полезна, и надобно, чтобы она была самая громкая. С распущенными знаменами и громогласной музыкой взял я Измаил".

Особое влияние на человека могут оказывать звуки государственного гимна. Звучание гимна торжественное. Он часто начинается с интервала в 2,5 тона - с кварты. Гимн вызывает чувство гордости, сплачивает людей.

Под влиянием чрезмерно громкой, ритмичной музыки толпа часто становится агрессивной. Такое психическое воздействие оказывается на концертах многих современных групп, которые проходят при большом скоплении слушателей, например на стадионах.

Музыка давно используется в психотерапевтических целях. Ее применяют при лечении нервных расстройств. Спокойная мелодичная музыка благоприятно воздействует на человека и используется в так называемой музыкальной терапии. Она не мешает выполнению работы, способствует концентрации внимания. Исследования показали, что водители, слушавшие в пути спокойную музыку, реагировали на опасность на 10% быстрее, чем водители, в кабине которых звучала громкая ритмичная музыка.

Когда-то выступления музыкантов сопровождали спортивные состязания. Необходима музыка для занятий спортом? Если для настройки, то безусловно, необходима, так как помогает человеку собраться и пробуждает желание победить. 

Статистика говорит – со временем, если звучание музыки из наушников или звуки телевизора для нас некомфортны, мы теряем слух.

Неизбежные возрастные изменения слуха начинаются у человека после 30 лет. Однако деградация органов слуха наблюдается у людей, не достигших этого возраста. Всему виной страсть современников, особенно молодежи, прослушиванию музыки через наушники.  

Музыка как муза для физики.

Мы не только живём в мире музыки, музыка живёт внутри каждого из нас. Мы можем считать физику прародительницей музыки, но нужно помнить, что музыка сопровождала многие великие открытия этой науки. Знайте, что многие знаменитые ученые физики увлекались музыкой и виртуозно играли на различных музыкальных инструментах. Некоторые из них стояли перед выбором: заниматься физикой или искусством, и лишь по случайности они всё же отдавали предпочтение физике, но через всю свою жизнь проносили любовь к музыке.

Макс Планк немецкий физик, основоположник квантовой теории, член Берлинской АН (1894) был великолепным пианистом, он часто играл камерные произведения со своим другом Эйнштейном.

Альберт Эйнштейн немецкий физик, прекрасно играл на скрипке. В 1934 году на благотворительном концерте Эйнштейн перед 264 слушателями дал концерт на скрипке. Сбор с этого концерта (6500 долларов) пошел в пользу ученых-эмигрантов из гитлеровской Германии.

Людвиг Больцман австрийский физик - теоретик, основатель статистической механики и молекулярно – кинетической теории, говорил: «То, чем я стал, я обязан Шиллеру», преклонялся перед Моцартом и Бетховеном, часто устраивал дома музыкальные вечера и сам играл на рояле.

Блестящим скрипачом и художником был ленинградский физик-теоретик Я. И. Френкель.

«Память воды»

Память воды – долговременная, и каждое последующее воздействие не стирает прежнюю информацию, а привносит в состояние воды что-то новое. Кристаллическая структура воды состоит из кластеров. Напряжённая плотная структура кластеров оптимальна для длительного сохранения информации. 

В лаборатории доктора Эмото провели много экспериментов с целью найти то слово, которое сильнее всего очищает воду, и в результате обнаружили, что это не одно слово, а сочетание двух слов: «Любовь и Благодарность».

1)  Кристалл дистиллированной воды, не подвергнутый никакому воздействию.

2)  Ключевая вода.        

3)  Антарктический лёд.

4)  Кристалл воды, прослушавший «Пастораль» Бетховена.

5)  Кристалл, образовавшийся после прослушивания тяжёлого металлического рока.

6)  Кристалл после воздействия слов «Ты – дурак», очень похож на кристалл после действия тяжёлого рока.

7)  Слово «Ангел».

8)  Слово «Дьявол».

Заключение

И все же можно быть уверенным, что с развитием физики,  будет дальше совершенствоваться музыкальная наука.

Анкетирование.

Я решила провести анкетирование среди своего класса. Всего участвовало в анкетировании: 14 человек

На вопрос «Нравится ли вам музыка?» все участники ответили положительно.

Ответы на вопрос «Какую музыку вы предпочитаете?» вы можете наблюдать в диаграмме