Распространение звука

Слайд 1. Распространение звука. Звуковые волны

Физика, 9 класс: как рождаются и передаются колебания в пространстве

Слайд 2. Что такое звук?

Звук — это механические волны, которые распространяются в упругой среде (воздухе, воде, металле) и воспринимаются нашим ухом. Источником звука всегда является колеблющееся тело.

Когда тело колеблется, оно поочередно сжимает и разрежает слои окружающего воздуха, создавая волну давления.

Слайд 3. Условия возникновения и слышимости звука

Любое тело, совершающее быстрые механические колебания. Примеры: вибрирующая струна гитары, зажатая линейка или голосовые связки человека.

Для передачи волны необходимо вещество (газ, жидкость или твердое тело). В вакууме звук не распространяется, так как там нечему передавать импульс.

Человеческое ухо воспринимает только колебания с частотой от $16$ до $20000$ Гц. Частоты ниже — инфразвук, выше — ультразвук.

Услышим ли мы взрыв в открытом космосе, как это показывают в кино? Почему среда критически важна для звуковой волны?

Слайд 4. Графическое представление звуковой волны

Слайд 5. Звук в различных средах

В воздухе при $20^{\circ }$C скорость звука $\approx 340$ м/с. В воде частицы расположены ближе, поэтому звук передается быстрее — около $1480$ м/с.

В твердых телах (сталь, стекло) скорость звука максимальна (до $5000$-$6000$ м/с), так как силы взаимодействия между молекулами очень велики.

Слайд 6. Сравнение скорости звука в разных средах

Скорость звука зависит от плотности: чем ближе молекулы друг к другу, тем быстрее они передают возмущение. В твёрдых телах связи жёстче, поэтому звук «бежит» быстрее.

Влияние температуры: при нагреве молекулы газа движутся активнее, чаще сталкиваются и быстрее передают импульс волны. В воздухе при $+20$ ${}^{\circ }$C скорость возрастает до $343$ м/с.

Лайфхак: чтобы узнать расстояние до грозы в км, посчитайте секунды между молнией и громом и разделите на $3$.

Вопрос: почему под водой звук мотора лодки кажется громче и чётче, чем на берегу?

Слайд 7. Эхо — отражение звука

Звуковая волна, подобно свету, может отражаться от препятствий. Если расстояние до преграды достаточно велико, мы слышим эхо.

Человек различает два звука, если интервал между ними не менее $0,1$ с. Поэтому для появления эха преграда должна находиться на расстоянии более $17$ метров.

Слайд 8. Характеристики звука

Определяется частотой колебаний. Чем выше частота, тем выше тон звука.

Зависит от амплитуды колебаний. Измеряется в децибелах (дБ).

Специфическая «окраска» звука, зависящая от набора дополнительных частот (обертонов).

Инфразвук (ниже $20$ Гц) и ультразвук (выше $20$ кГц) ухо человека не слышит.

Слайд 9. Вопросы для обсуждения

Космос

Вода

Гроза

Зал

Почему в вакууме не слышны взрывы? Звук — это механическая волна, которой необходима среда (молекулы газа, жидкости или твёрдого тела) для распространения. В пустоте космоса частиц нет, поэтому звук не передаётся.

Как меняется звук под водой? Плотность воды в 800 раз выше плотности воздуха. Звук распространяется в 4-5 раз быстрее, но из-за разницы акустических сопротивлений сред наш голос будет звучать глухо и искажённо.

Почему гром опаздывает? Скорость света $c\approx 3\cdot 10^8$ м/с, а скорость звука $v\approx 340$ м/с. Разница в скоростях почти в миллион раз позволяет нам сначала увидеть вспышку, а затем услышать звук.

Зачем стенам рельеф? Неровные поверхности и ткань поглощают или рассеивают звуковые волны, предотвращая возникновение эха и реверберации, что делает звучание музыки в концертном зале чистым.

Слайд 10. Итоги урока

Звук — это механическая волна, возникающая при колебаниях тел.

Для распространения звука обязательно нужна среда; в вакууме звука нет.

Скорость звука минимальна в газах и максимальна в твердых телах.

Основные свойства звука: высота (частота) и громкость (амплитуда).

Эхо — это результат отражения звуковой волны от препятствия.