Исследование на тему "Можно ли увидеть звук"

 ( Слайд 1) - Здравствуйте, меня зовут Антонян Ерванд, моя работа называется «Можно ли увидеть звук?»   ( Слайд2)   

 Введение.

В детстве мы считали секунды, когда после удара молнии прогремит гром, нам хотелось понять где он, откуда исходит звук, ведь мы не знаем, как он «выглядит». Да и вообще, а можно ли увидеть звук? Все, кому я задавал этот вопрос, отвечали, что звук увидеть не возможно. В принципе, я тоже так считал, но мне стало интересно, правы ли мы? Поэтому решил изучить данную тему.

Цель моей работы: узнать, можно ли увидеть звук.

Задачи, которые я поставил перед собой:

- найти и изучить литературу на данную тему;

- проанализировать полученную информацию;

-провести эксперименты, подтверждающие или опровергающие мою гипотезу;

-подготовить презентацию по теме.   (Слайд 3)

Предметом моего исследования является звук.

Объектом исследования является видимость звука.

Гипотеза: Если изменить способ, которым мы воспринимаем звуковые волны, то звук можно увидеть.

Актуальность моей работы состоит в том, что сейчас идут активные работы по созданию голографии в том числе акустической. Мои друзья, одноклассники очень мало знают об этом. Хотелось бы поделиться с ними этой темой. Начнем с самого начала.

(Слайд 4)

1. Звук и причина его возникновения.

Звуковая волна (звуковые колебания) – это передающиеся в пространстве механические колебания молекул вещества (например, воздуха).

Звуком называется колебательное движение частиц упругой среды с частотами от 16-20 до 20 000 Гц, воспринимаемыми нашим органом слуха.
Звук ниже диапазона слышимости человека называют инфразвуком; выше: до 1 ГГц, — ультразвуком, от 1 ГГц — гиперзвуком.

Причина звука – вибрация (колебания) тел.

Источник звука - это обязательно колеблющиеся тела. Однако опыт показывает, что не всякое колеблющееся тело является источником звука. Например, не издает звук грузик, подвешенный на нити.  Вибрирующее тело может быть твердым, например, струна или земная кора, газообразным, например, струя воздуха в духовых музыкальных инструментах или жидким, например, волны на воде. Но проводником звука может быть не только воздух. Приложив ухо к рельсам, можно услышать шум приближающегося поезда значительно раньше и на большем расстоянии. Значит металл проводит звук быстрее и лучше, чем воздух. Вода тоже хорошо проводит звук. Нырнув в воду, можно отчетливо слышать, как стучат друг о друга камни, как шумит во время прибоя галька.  (Слайд5)

Необходимое условие распространения звуковых волн – наличие материальной среды. В вакууме звуковые волны не распространяются, так как там нет частиц, передающих взаимодействие от источника колебаний. Поэтому на Луне из-за отсутствия атмосферы царит полная тишина. Даже падение метеорита на ее поверхность не слышно наблюдателю.

В космосе нет звуков — из-за отсутствия воздуха. Поэтому даже мощные галактические взрывы происходят в полной тишине. Работать в таких условиях очень трудно: всего несколько минут в звуковом вакууме вызывают у неподготовленных людей панические атаки и сильные слуховые галлюцинации.

Но как тогда ученые и космонавты записывают звук различных планет, они что нам всем врут что там нету звука? НЕТ они нам не врут.Тогда как они записывают звуки?:

 Космические тела излучают сверхдлинные радиоволны, частота которых совпадает с частотой звуковых волн, воспринимаемых человеком и колеблется от 3000 до 30000Гц. При помощи антенн радиоастрономы улавливают эти волны, усиливают и записывают на различные носители.

(Слайд 6)

2. Свойства звука и его применение.

Звуки бывают разными. Для характеристики звука вводят специальные величины: громкость, высота и тембр звука.

Громкость звука зависит от амплитуды колебаний: чем больше амплитуда колебаний, тем громче звук. Кроме того, восприятие громкости звука нашим ухом зависит от частоты колебаний в звуковой волне. Более высокочастотные волны воспринимаются как более громкие. Высота звука зависит от частоты колебаний источника звука. Чем больше частота, тем выше звук.

В отношении звуковых волн очень важно упомянуть такую характеристику, как скорость распространения. В каждой среде звук распространяется с разной скоростью. Скорость звука в воздухе - приблизительно 340 м/с.

Скорость звука в воде — 1500 м/с,  в металлах, в стали — 5000 м/с.

Приложив ухо к рельсам, можно услышать шум приближающегося поезда значительно раньше и на большем расстоянии. Значит металл проводит звук быстрее и лучше, чем воздух. Свойство воды – хорошо проводить звук – широко используется для разведки в море во время войны, а также для измерения морских глубин. ( Слайд 7)

Ультразвук применяется для обнаружения дефектов в литых деталях. На исследуемую деталь направляют поток коротких ультразвуковых сигналов. В тех местах, где дефектов нет, сигналы проходят сквозь деталь, не регистрируясь приемником. Если же в детали есть трещина, воздушная полость или другая неоднородность, то ультразвуковой сигнал отражается от нее и, возвращаясь, попадает в приемник. Такой метод называют ультразвуковой дефектоскопией. Другими примерами применения ультразвука являются аппараты ультразвукового исследования, аппараты УЗИ, ультразвуковая терапия.

(Слайд 8)  Естественными источниками инфразвуковых волн являются шторм, цунами, землетрясения, ураганы, извержения вулканов, гроза. Инфразвук используют для колебаний поверхности (например, чтобы разрушить какие-нибудь большие объекты). Мы запускаем инфразвук в почву – и почва дробится. Где такое используется? Например, на алмазных приисках, где берут руду, в которых есть алмазные компоненты, и дробят на мелкие частицы, чтобы найти эти алмазные вкрапления

3. Визуализация звука.  (Слайд 9)

В результате опроса учащихся школы я выяснил, что преобладающее большинство опрашиваемых считают, что звук увидать нельзя. (Приложение 1)

 Одним из первых наблюдателей этого занимательного природного феномена был Галилей в 1632 году, который с удивлением обнаружил, что частички на тарелке образуют параллельные линии, когда он проводил по ней резцом, что вызывало скрежещущий звук.

Впервые интенсивно изучал визуальный звук Ханс Дженни (1904г-1972г). Для описания эффекта вибрации Дженни придумал название этой науке Kymatik. Дженни изобрёл специальное устройство, визуализирующее звуки – Тоноскоп. Ярким и занимательным примером явлений, изучаемых киматикой, являются, например, фигуры Хладни. Эксперименты Хладни, исследующие влияние звуковых волн разной частоты на песок, позволяют получать разнообразные фигуры из песка, а полученные фигуры названы в его честь – фигуры Хладни (Приложение 2). Воздействие звуковых волн, вибраций на воду изучал японский ученый Масару Эмото .  Шоу фонтанов – это тоже одна из форм визуализации музыки. Одно из самых известных таких шоу показывается в парке развлечений Уолта Диснея в Калифорнии (США).

Вдохновлённый этой захватывающей, но ещё недостаточно изученной красотой физики звука, Найджел Стэнфорд вместе со своей командой музыкантов записал клип, в котором продемонстрировал несколько научных экспериментов, связанных с визуализацией звука. Теперь мы имеем уникальную возможность увидеть звук.  (Слайд 10)

 Одним из способов получения изображения с помощью акустических волн – акустическая голография.( Слайд

Этот метод был изобретен в середине XX века венгеро-британским ученым Денешем Габором (получившим за это Нобелевскую премию по физике в 1971 году). Наряду с акустикой, мы можем получить акустические голографические изображения, для этого: сначала регистрируется картина с помощью акустического приёмника. Акустический приемник состоит из решетки микрофонов и оптической камеры. Затем, сигналы с микрофонов обрабатываются и формируется представление о местоположении источника звука,  по полученной записи – акустической голограмме – восстанавливается  исходное изображение

Голограмма, таким образом, — это изображение, полученное с помощью этой технологии. (Приложение 3)

 (Слайд 11)

  На картинке вы видите изображение звуковой волны. Это демонстрация того, как акустическая линза фокусирует звук, выходящий из рупорного звукоизлучателя, и звуковая волна становится видимой при использовании устройства, изображённого на рисунке слева - алюминиевой штанги с микрофоном и неоновой лампой на конце. Маленький двигатель раскачивает штангу по широкой дуге, сканируя исследуемую область. Микрофон улавливает звук и превращает его в электрический ток, от которого питается лампа. Там, где звук сильнее, там и лампа светит ярче, что позволяет отслеживать звуковую волну. Потребуется 10 минут, что бы получить полный снимок звуковых волн, такой как изображённый наверху справа, сделанный в лаборатории Белла.

(Приложение  4)

Звуковые волны кроме этого воздействуют на биоткани и биожидкости организма механически, вынуждая последние колебаться под действием волн, на чем основаны различные физиотерапевтические методики диагностики и лечения. Так же визуализация звука способствует развитию восприятия у глухих людей. Приведенные примеры ясно показывают широкие возможности практического применения методов визуализации звука и его актуальность. Несмотря на это, эти методы находятся пока в начальной стадии, техника их далека от совершенства (Слайд 12)

4. Практическая часть.

Эксперимент 1.  Возбудим в камертоне звуковые колебания и поднесем к нему легкий шарик на нити, заметим, как шарик начнет колебаться под действием звуковой волны. (Слайд 13)

Эксперимент 2. Нальем в тарелку воды, в камертоне возбудим колебания и поднесем к воде, в тарелке происходит «буря». (Слайд 14)

Эксперимент 3. Чашку обтягиваем тонкой пленкой, насыпем на нее соль, направим трубку на получившуюся мембрану и длительное время будем произносить звук (например Р). В результате звуковых колебаний частички соли начинают подпрыгивать на мембране. (Слайд 15)

Вывод: звук можно не только слышать, но и при определенных условиях можно увидать действие звуковой волны на окружающую среду, то есть можно визуализировать звуковую волну.

                               Заключение. (Слайд 16)

Итак, в ходе работы я узнал много нового для себя о звуке, цель работы была достигнута, поставленные задачи решены, выдвинутая гипотеза подтвердилась. В результате исследования литературы по данной теме я нашел очень много интересных фактов о звуке, его свойствах и применении, очень заинтересовался информацией о голограммах, планирую в дальнейшем продолжить работу по этой теме. Практическая ценность моей работы состоит в том, что ее можно использовать как дополнительный материал к урокам физики, на занятиях «Точки роста», а так же в том, что лично я получил новые знания, поделился ими с друзьями, одноклассниками.

Один совет для всех современников: (Слайд 17)

У звуков есть душа. Создавай с нуля, ищи новые, оторвись от ноутбука и послушай, чем дышит реальный мир. (Слайд 18)