Звуковыми волнами или просто звуком принято называть волны, воспринимаемые человеческим ухом. Диапазон звуковых частот лежит в пределах приблизительно от 20 Гц до 20 кГц. Волны с частотой менее 20 Гц называются инфразвуком, а с частотой более 20 кГц – ультразвуком. Волны звукового диапазона могут распространяться не только в газе, но и в жидкости (продольные волны) и в твердом теле (продольные и поперечные волны).
Изучением звуковых явлений занимается раздел физики, который называют акустикой. При распространении звука в газе атомы и молекулы колеблются вдоль направления распространения волны. Это приводит к изменениям локальной плотности ρ и давления p. Звуковые волны в газе часто называют волнами плотности или волнами давления
Перечень экспонатов
1. «Децибелометр-кричалка» Проверь силу своего крика
2. Механизм-пианино
3. Эхофон, скорость звука
4. Таз с фонтанами
Описание экспоната
Название
Описание экспоната (фото)
Принцип работы
Интересные факты, применение в жизни
Рекомендации Консультанту (как работать, техника безопасности)
Копилка творческих моментов
Название экспоната
Описание экспоната(фото)
Принцип работы
Интересные факты
Рекомендации консультанту
Копилка творческих моментов
Название экспоната
Проверь силу своего крика «Децибелометр»
Описание экспоната (фото)
Принцип работы
Физическая характеристика громкости звука - уровень звукового давления, в децибелах (дБ).
Звуки с низкой и высокой частотой кажутся тише, чем среднечастотные той же интенсивности. С учётом этого, неравномерную чувствительность человеческого уха к звукам разных частот модулируют с помощью специального электронного частотного фильтра, получая, в результате нормирования измерений, так называемый эквивалентный (по энергии, "взвешенный") уровень звука с размерностью дБА (дБ(А), то есть - с фильтром "А").
Человек, в дневное время суток, может слышать звуки громкостью от 10-15 дБ и выше. Максимальный диапазон частот для человеческого уха, в среднем - от 20 до 20 000 Гц (возможный разброс значений: от 12-24 до 18000-24000 герц). В молодости - лучше слышен среднечастотный звук с частотой 3 КГц, в среднем возрасте - 2-3КГц, в старости - 1КГц. Такие частоты, в первые килогерцы (до 1000-3000 Гц - зона речевого общения) - обычны в телефонах и по радио на СВ и ДВ диапазонах. С возрастом, воспринимаемый на слух звуковой диапозон сужается: для высокочастотных звуков - уменьшаясь до 18 килогерц и менее (у пожилых людей, каждые десять лет - примерно на 1000Гц), а для низкочастотных - увеличиваясь от 20 Гц и более.
У спящего человека, основным источником сенсорной информации об окружающей обстановке - становятся уши ("чуткий сон"). Чувствительность слуха, ночью и при закрытых глазах - увеличивается на 10-14 дБ (до первых децибел, по шкале дБА), по сравнению с дневным временем суток, поэтому - громкий, резкий шум с большими скачками громкости, может разбудить спящих людей.
В случае отсутствия на стенах помещений звукопоглощающих материалов (ковров, специальных покрытий), звук будет громче из-за многократного отражения (реверберации, то есть - эха от стен, потолка и мебели), что увеличит уровень шума на несколько децибел.
Шкала шумов (уровни звука, децибел), в таблицеДецибел,
дБА Характеристика Источники звука
0 Ничего не слышно
5 Почти не слышно
10 Почти не слышно тихий шелест листьев
15 Едва слышно шелест листвы
20 Едва слышно шепот человека (на расстоянии 1 метр).
25 Тихо шепот человека (1м)
30 Тихо шепот, тиканье настенных часов.
Допустимый максимум по нормам для жилых помещений ночью, с 23 до 7 ч.
35 Довольно слышно приглушенный разговор
40 Довольно слышно обычная речь.
Норма для жилых помещений днём, с 7 до 23 ч.
Подробнее читать в "Российской газете"
45 Довольно слышно обычный разговор
50 Отчётливо слышно разговор, пишущая машинка
55 Отчётливо слышно Верхняя норма для офисных помещений класса А (по европейским нормам)
60 Шумно Норма для контор
65 Шумно громкий разговор (1м)
70 Шумно громкие разговоры (1м)
75 Шумно крик, смех (1м)
80 Очень шумно крик, мотоцикл с глушителем.
85 Очень шумно громкий крик, мотоцикл с глушителем
90 Очень шумно громкие крики, грузовой железнодорожный вагон (в семи метрах)
95 Очень шумно вагон метро (в 7 метрах снаружи или внутри вагона)
100 Крайне шумно оркестр, вагон метро (прерывисто), раскаты грома
Максимально допустимое звуковое давление для наушников плеера (по европейским нормам)
105 Крайне шумно в самолёте (до 80-х годов ХХ столетия)
110 Крайне шумно вертолёт
115 Крайне шумно пескоструйный аппарат (1м)
120 Почти невыносимо отбойный молоток (1м)
125 Почти невыносимо
130 Болевой порог самолёт на старте
135 Контузия
140 Контузия звук взлетающего реактивного самолета
145 Контузия старт ракеты
150 Контузия, травмы
155 Контузия, травмы
160 Шок, травмы ударная волна от сверхзвукового самолёта
При уровнях звука свыше 160 децибел - возможен разрыв барабанных перепонок и лёгких,
больше 200 - смерть (шумовое оружие)
Интересные факты
1.Самый громкий крик, зафиксированный на конкурсе «Самый громкий крик» оказался равным 111,4 дБ (его издал победитель этого конкурса японец Эйдзо Ито).
2. Как знаменитый певец Шаляпин разбивал своим голосом рюмки? Дело здесь как не в силе звуковых волн, а в резонансе. Для того, чтобы разбить бокалы голосом, нужно запастись большим количеством данной посуды (из самого тонкого стекла) и начать кричать. Когда бокалы начинают резонировать, уровень вибраций существенно повышается, и они могут разбиться.
3. Среднее ухо соединено с нашей носоглоткой евстахиевой трубой (наследие от рыб - ушные кости в эмбриогенезе образуются из первой жаберной дуги). Когда идет громкий звук, то на барабанную перепонку с одной стороны приходится сильное давление (а давление со стороны среднего уха низко), как результат мы имеем порванные барабанные перепонки. Открытый рот не всегда может выровнять давление. Лучше всего зевнуть - тогда евстахиева труба будет максимально раскрыта, давление звука будет одинаково давить снаружи и внутри.
4. Приложив ухо к рельсам, можно услышать шум приближающегося поезда значительно раньше и на большем расстоянии. Значит, металл проводит звук быстрее и лучше, чем воздух.
5. Свойство воды – хорошо проводить звук – широко используется для разведки в море во время войны, а также для измерения морских глубин.
6. 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.
Рекомендации консультанту
Следить за тем, сколько лампочек зажглось после крика посетителя. Позволять кричать только в том случае, когда все лампочки вновь потухнут.
Копилка творческих моментов
Как вы знаете, ребята, во всех музеях, театрах нужно соблюдать определенные правила поведения. Нужно вести себя культурно, тихо, однако у нас вы сможете не только покричать, но и измерить громкость своего крика, посостязаться друг с другом.
Название экспоната
Механизм пианино
Описание экспоната (фото)
Принцип работы
Вариант № 1
Каково устройство пианино?Что мы обычно видим снаружи, когда смотрим на пианино? Как правило, это некий «черный ящик» с зубками-клавишами да ножками-педалями, главный секрет которого скрыт внутри. А что же внутри этого «черного ящика»? Здесь мне бы хотелось остановиться на мгновение и процитировать строки известного стихотворения для детей Осипа Мандельштама:
Мы сегодня увидали
Городок внутри рояля.
Целый город костяной,
Молотки стоят горой.
Блещут струны жаром солнца,
Всюду мягкие суконца,
Что ни улица – струна
В этом городе видна.
В каждом пианино и рояле внутри таинственного «черного ящика» скрывается такой «городок». Вот, что мы увидим, приоткрыв крышку пианино:
Теперь-то понятно, откуда берутся звуки: они рождаются в тот момент, когда молоточки ударяют по струнам. Давайте рассмотрим внешнее и внутреннее устройство пианино поподробнее. Каждое фортепиано состоит из трёх основных частей: корпуса, акустического (звукового) блока и ударно-клавишного механизма (механики).
По существу, самая массивная часть пианино – его корпус, скрывающий все, что происходит внутри и защищающий все механизмы инструмента от пыли, воды, нечаянных поломок, проникновения внутрь домашних кошек и прочего безобразия. Кроме того, корпус выполняет важную роль несущего основания, которое не дает упасть на пол 200-килограммовой конструкции (примерно столько весит среднее пианино).
Акустический блок пианино или рояля образуют те детали, которые отвечают за то, чтобы инструмент издавал музыкальные звуки. Сюда мы отнесем струны (это то, что звучит), чугунную раму (на которую крепятся струны), а также резонансную деку (это большое полотно, склеенное из сосновых дощечек, которое отражает слабый звук струны, усиливая и выращивая его до концертной силы).
И, наконец, механика фортепиано – это целая система механизмов и рычагов, которые нужны для того чтобы клавиши ударяемые пианистом отзывались нужными звуками, и для того чтобы в нужный момент звучание, по желанию играющего музыканта, незамедлительно прерывалось. Здесь мы должны назвать сами клавиши, молоточки, демпферы и другие детали инструмента, сюда же можно отнести и педали.
Как же все это работает?
Звуки возникают от того, что молоточки ударяют по струнам. На клавиатуре фортепиано всего 88 клавиш (из них 52 – белые, а черные – 36). На некоторых старых фортепиано всего 85 клавиш. Это значит, что на пианино можно сыграть в общей сложности 88 нот, для этого внутри этого инструмента должно находиться 88 молоточков, которые будут ударять по струнам. А вот струн, по которым ударяют молоточки, оказывается, гораздо больше – их 220. Почему так? Дело в том, что каждой клавише изнутри отвечают от 1 до 3 струн.
Для низких громогласных звуков достаточно одной-двух струн, так как они длинные и толстые (даже имеют медную обмотку). Высокие звуки же рождаются благодаря коротким и тонким струнам. Как правило, громкость их не слишком сильна, поэтому усиливается добавлением ещё двух точно таких же. Вот и получается, что один молоточек ударяет не одну струну, а сразу три, настроенные в унисон (то есть на один и тот же звук). Группу из таких трех струн, которые издают один и тот же звук вместе, принято называть хором струн.
Все струны крепятся на специальной раме, которую отливают из чугуна. Она очень крепкая, так как должна выдерживать большую силу натяжения струн. Винты, с помощью которых достигается и фиксируется нужное натяжение струн, называются колками (или вирбелями). Вирбелей внутри фортепиано столько же, сколько и струн – 220, они расположены в верхней части большими группами и все вместе образуют вирбельбанк (банк вирбелей). Вкручиваются колки не в саму раму, а в мощный деревянный брус, который закреплен позади неё.
Вариант № 2
Перед вами обычное пианино, только с прозрачной лицевой стенкой. Нажимайте на клавиши, и вы услышите звуки. Каждая клавиша соединена с молоточком, и при нажатии на клавишу молоточек бьет по струнам. Совершая колебания, струна издает звук; сами по себе струны звучат тихо. За струнами расположена резонансная дека, склеенная из отдельных досок. За счет резонанса дека усиливает звучание струн. Принимая часть энергии от струн, она сама участвует в формировании голоса инструмента. Пианино изобрел американец Хокинс в 1800 году, хотя современную форму оно приобрело в середине XIX века.
Интересные факты
1. За время существования фортепиано предпринималось множество попыток его усовершенствования. К примеру, некоторые деревянные части пытались заменить на пластмассовые. Однако от идеи отказались по причине весьма ограниченного срока службы таких деталей. Было много и других не очень удачных попыток. Среди них - фортепиано Йенсена с двумя клавиатурами, вертикальное, фортепиано с клавиатурой, похожей на клавиатуру печатной машинки, и много других.
2. Paul Janko (Австрия) сконструировал шестиярусную клавиатуру - на ней проще играть быстрые пассажи и арпеджио, чем на обычной клавиатуре.
3. Уэин Стюарт, мастер из Ньюкастла, решил, что 88 клавиш недостаточно. Он придумал рояль, звуковой диапазон которого увеличен более чем на октаву. Его клавиатура имеет 102 клавиши. Диапазон увеличен за счет субконтроктавы, которая начинается с ноты «до» (добавлено 9 клавиш), и пятой октавы, которая заканчивается нотой «фа» (добавлено 5 клавиш).
Рекомендации консультанту
Следить за тем, чтобы дети пробовали нажимать клавиши по очереди, не позволять баловаться.
Копилка творческих моментов
Предложить перечислить известные музыкальные инструменты.
Название экспоната
Эхофон, скорость звука
Описание экспоната (фото)
Принцип работы
Произнесите в один конец трубы какое-нибудь слово. Через некоторое время из другого конца трубы вы услышите то, что сказали.
Приходилось ли вам отправлять свой голос в «длительное путешествие» по витиеватым трубам? Глядя на этот стенд, кажется, что выпущенный звук непременно где-то заблудится и затеряется. Но не тут-то было! Всего лишь с секундным опозданием и незначительным ослаблением он бумерангом вернется прямо к вашему уху. Чуть более 100 метров труб он преодолеет всего лишь за 1/3 секунды.
Скорость звука колоссальна! В воздухе скорость распространения звуковых волн примерно расна 340 м/с. Звук – это распространяющиеся в упругих средах – газах, жидкостях и твёрдых телах – механические колебания, воспринимаемые органами слуха. Скорость звука различается в зависимости от вещества. Это происходит потому, что звук это колебания среды, и звуковые волны передаются быстрее в средах с лучшей проводимостью.
Интересные факты
1. Эхо - отражение волны воздуха. Если отражающая звук скала находится от нас на расстоянии меньше 30 м, то эхо не возникает.
2. На реке Рейн есть местность, где эхо повторяет слово двадцать раз.
3. Во Франции у города Вердена стоят две башни на расстоянии 60 м друг от друга, и если стать между ними и крикнуть, то можно услышать отголоски слова двенадцать раз.
4. Знаменитое Ухо Дионисия - высеченный в скалах у Сиракуз и действительно похожий на человеческое ухо гигантский грот, где эхо достигает такой силы, что шорох разорванного у входа бумажного листа отдается из глубины пушечным выстрелом.
5. Гатчинский дворец и парк. Сейчас это один из красивейших и таинственнейших дворцов, имеющий свой подземный ход с удивительным эхом. Например, на вопрос: «Кто здесь правил?», эхо многократно отвечает: «Павел…Павел…Павел…».
6. Умножив скорость звука на время, прошедшее от его возникновения до возвращения, можно определить удвоенное расстояние от источника звука до преграды. Такой способ определения расстояния до предметов используется в эхолокации. Некоторые животные, например, летучие мыши, также используют явление отражения звука, применяя метод эхолокации.
7. Ультразвуковые волны, посланные с корабля, отражаются от затонувшего предмета. Компьютер засекает время появления эха и определяет местоположение предмета. Ультразвук применяют в медицине и биологии для эхолокации, для выявления и лечения опухолей и некоторых дефектов в тканях организма, в хирургии и травматологии для рассечения мягких и костных тканей при различных операциях, для сварки сломанных костей, для разрушения клеток (ультразвук большой мощности).
Рекомендации консультанту
Позволять детям произносить слова в трубу по очереди.
Копилка творческих моментов
Загадка:
Я лаю со всякой
Собакой,
Я вою
Со всякой совою,
И каждую песню твою
Я вместе с тобою
Пою.
Когда же вдали пароход
Быком на реке заревёт,
Я тоже реву:
У-У! (Эхо)
Название экспоната
Таз с фонтанами
Описание экспоната (фото)
Принцип работы
Чудодейственный таз Востока обладает необычным свойством: при трении ладонями рук об ушки таза в нем "закипает" холодная вода.
При трении мокрыми руками о гладкие поверхности ушек в определенном темпе возникает звук (писк), какой обычно получается при трении ладонями рук о перила лестницы или о другие хорошо отполированные предметы. Эти звуковые колебания - первопричина "закипания" воды. Они усиливаются или очищаются упругими бортами, как мембраной. С помощью спиральных выступов на стенках таза энергия звуковых колебаний направляется пучком на дно.
Сконцентрированная и получившая определенную направленность энергия колебательных движений выступающих частей таза с силой выталкивает из воды отдельные потоки ее капель или даже струй на высоту до 15-40 см.
Создается впечатление интенсивного кипения всей или центральной части поверхности воды. При прикосновении рукой к бортам таза, уменьшении интенсивности или изменении направления трения кипение мгновенно прекращается, но на поверхности воды образуется рябь устойчивого рисунка в виде четырехугольных фигур.
Интересные факты
1. Способность стеклянных бокалов петь известна много сотен лет, чуть ли не столько же, сколько их мелодичный звон. Множество людей знали и знают этот фокус с бокалом, но только один человек захотел превратить его в полезную вещь. Он заказал стеклодуву шестнадцать чаш разных размеров с отверстиями в дне чаш и укрепил их на общей горизонтальной оси так, чтобы ее можно было вращать. Получился оригинальный музыкальный инструмент, на котором играли мокрыми пальцами (1763 г.).
2. Есть еще способ заставить воду «кипеть». Надо взять носовой платок, стакан, аптечную резинку, намочить и выжать носовой платок. Налить полный стакан холодной воды. Накрой стакан платком, закрепив его аптечной резинкой. Продави пальцем середину платка так, чтобы он на 2-3 см погрузился в воду. Переверни стакан вверх дном над раковиной. Одной рукой держи стакан, а другой ударь по его дну. Вода в стакане начинает бурлить. Что произошло? В перевёрнутом стакане у его дна образуется вакуум. Мокрый платок не пропускает воду, но сквозь него может проходить воздух. В момент удара воздух проникает через платок, стремясь заполнить вакуум в стакане. Вот эти-то пузырьки и заставляют думать, что вода «кипит».
3. Необычное поведение воды в тазу объясняется эффектом стоячих волн. Существует еще один способ увидеть стоячие волны, вернее, результат их действия. Если насыпать на тонкую металлическую пластинку мелкий песок и проводить по ее краю скрипичным смычком, то пластинка зазвучит, подобно бокалу. В ней возникнут стоячие волны, как на поверхности воды таза. На песке начнет появляться узор, так как отдельные песчинки будут перемещаться по пластинке. С мест пучностей стоячих волн (колебания максимальны) песчинки от ударов одна о другую и о пластинку постепенно перемещаются в те места, где поверхность неподвижна, то есть в узлы стоячих волн. Возникающие на песке узоры называются фигурами Хладни, по имени немецкого физика, изучавшего их в 1787 году. Картинка получится обратной тому, что мы видим на воде. Там, где вода сильно колеблется и появляются фонтанчики, у фигур Хладни чистая поверхность, а места, где вода спокойна, соответствуют холмикам песка.
4. Джеймс Далгети - коллекционер головоломок из графства Сомерсет в Англии - сообщил, что, хотя большинство тазов бьют струями в четырех точках, можно наблюдать фонтаны в шести или восьми местах, если вы трете ручки сильнее и под разными углами. Пытаясь воспроизвести это явление, Далгети нашел, что перевернутая алюминиевая крышка от бака работает лучше, хотя она ничуть не похожа на эффектный бронзовый таз.
Рекомендации консультанту
Сказать, чтобы дети вытерли руки после того, как намочат в тазу с фонтанами.
Копилка творческих моментов
Джинны — популярнейшие сказочные персонажи в мировом кинематографе. Часто изображаются как волшебные существа, заключенные в лампу или бутылку. Потерев эту лампу, вы увидите джинна, который выполнит три ваших желания. Как вы думаете, что будет, если потереть данный таз с фонтанами?
