Nagyon sok ember van körülöttünk hangforrások: zenei és technikai hangszerek, emberi hangszálak, tenger hullámai, szél és mások. Hang vagy más szóval hang hullámok– ezek a közeg mechanikai rezgései 16 Hz – 20 kHz frekvenciájú(lásd 11-a. §).

Nézzük a tapasztalatokat. Ha az ébresztőórát a légszivattyú csengője alá helyezzük, észrevesszük, hogy a ketygés halkabb lesz, de továbbra is hallható lesz. Miután kiszivattyúztuk a levegőt a csengő alól, egyáltalán nem halljuk a hangot. Ez a kísérlet megerősíti, hogy a hang a levegőben terjed, és nem vákuumban terjed.

A levegőben a hangsebesség viszonylag nagy: –50°C-on 300 m/s-tól +50°C-on 360 m/s-ig terjed. Ez másfélszer gyorsabb, mint az utasszállító repülőgépek sebessége. Folyadékban észrevehetően gyorsabban terjed a hang, szilárd anyagokban pedig még gyorsabban. Például egy acélsínben a hangsebesség » 5000 m/s.

Vessen egy pillantást az „A” és „O” hangokat éneklő személy szájában a légnyomás-ingadozások grafikonjára. Mint látható, a rezgések összetettek, több egymásra helyezett rezgésből állnak. Ugyanakkor jól látható fő ingadozások, amelynek frekvenciája szinte független a beszélt hangtól. Férfi hangnál ez körülbelül 200 Hz, női hangnál 300 Hz.

l max = 360 m/s: 200 Hz » 2 m, l min = 300 m/s: 300 Hz » 1 m.

Tehát a hang hullámhossza a levegő hőmérsékletétől és a hang alapfrekvenciájától függ. Felidézve diffrakciós ismereteinket, megértjük, miért hallatszik az emberek hangja az erdőben, még akkor is, ha fák eltakarják őket: az 1-2 méteres hullámhosszú hangok könnyen meghajlanak az egy méternél kisebb átmérőjű fatörzsek körül.

Végezzünk egy kísérletet, amely megerősíti, hogy a hangforrások valóban rezgő testek.

Vegyük a készüléket Villa– elülső fal nélküli dobozra szerelt fém csúzli a hanghullámok jobb kisugárzása érdekében. Ha kalapáccsal megütöd a hangvilla csúzlijának végeit, az egy „tiszta” hangot ad ki, ún. zenei hangnem(például az első oktáv „A” hangja 440 Hz-es frekvenciával). Mozgassunk egy hangzó hangvillát egy húron lévő könnyű labda felé, és azonnal oldalra pattan. Ez pontosan a hangvilla csúzli végének gyakori rezgései miatt történik.

Az okok, amelyektől a test rezgési frekvenciája függ, a rugalmassága és mérete. Minél nagyobb a test mérete, annál alacsonyabb a frekvencia. Ezért például a nagy hangszálakkal rendelkező elefántok alacsony frekvenciájú hangokat adnak ki (basszus), az egerek pedig, amelyek hangszálai sokkal kisebbek, magas frekvenciájú hangokat (csikorgás).

Nem csak az, hogy a test hogyan fog hangzani, hanem az is, hogy hogyan fogja fel a hangokat és hogyan reagál rájuk, a rugalmasságtól és a mérettől függ. Az oszcilláció amplitúdójának meredek növekedésének jelenségét, amikor a külső hatás gyakorisága egybeesik a test természetes frekvenciájával, ún. rezonancia (Lat. „ésszerűen” – válaszolok). Végezzünk egy kísérletet a rezonancia megfigyelésére.

Tegyünk egymás mellé két egyforma hangvillát, egymás felé fordítva a dobozok azon oldalain, ahol nincs fal. Üssük kalapáccsal a bal oldali hangvillát. Egy másodpercen belül elfojtjuk a kezünkkel. A második hangvilla hangját halljuk, amit nem találtunk el. Azt mondják, hogy a megfelelő hangvilla visszhangzik, vagyis a bal hangvillából felfogja a hanghullámok energiáját, aminek hatására megnöveli saját rezgésének amplitúdóját.

Oszcillációk– ezek olyan mozgások vagy folyamatok, amelyeket bizonyos időbeli megismételhetőség jellemez.

Oszcillációs periódus T– az az időintervallum, amely alatt egy teljes oszcilláció következik be.

Oszcillációs frekvencia– a teljes oszcillációk száma egységnyi idő alatt. Az SI rendszerben hertzben (Hz) fejezik ki.

Az oszcilláció periódusát és gyakoriságát az összefüggés összefügg

Harmonikus rezgések- ezek olyan rezgések, amelyekben a rezgési mennyiség a szinusz vagy koszinusz törvénye szerint változik. Az eltolást a

A rezgések amplitúdója (a), periódusa (b) és fázisa(Val vel) két oszcilláló test

Mechanikus hullámok

Hullámokban periodikus zavaroknak nevezzük, amelyek időben terjednek a térben. A hullámok fel vannak osztva hosszanti és keresztirányú.

A levegőben lévő rugalmas hullámokat, amelyek hallásérzést okoznak az emberben, hanghullámoknak vagy egyszerűen hangnak nevezik. A hangfrekvencia tartomány 20 Hz és 20 kHz között van. A 20 Hz-nél kisebb frekvenciájú hullámokat infrahangnak, a 20 kHz-nél nagyobb frekvenciájúakat ultrahangnak nevezzük. A hangátvitelhez valamilyen rugalmas közeg jelenléte kötelező.

A hang hangerejét a hanghullám intenzitása határozza meg, vagyis a hullám által egységnyi idő alatt átadott energia.

A hangnyomás a hanghullám nyomásingadozásának amplitúdójától függ.

A hang (tónus) magasságát a rezgés frekvenciája határozza meg. Az alacsony férfihang (basszus) tartománya körülbelül 80-400 Hz. A magas női hang (szoprán) tartománya 250 és 1050 Hz között van.

A hangot a rugalmas közegekben és testekben lévő mechanikai rezgések okozzák, amelyek frekvenciája a 20 Hz és 20 kHz közötti tartományba esik, és amelyeket az emberi fül képes érzékelni.

Ennek megfelelően ezt a jelzett frekvenciájú mechanikai rezgést hangnak és akusztikusnak nevezzük. A hangtartomány alatti frekvenciájú nem hallható mechanikai rezgéseket infrahangnak, a hangtartomány feletti frekvenciájú pedig ultrahangnak nevezzük.

Ha egy szondatestet, például elektromos csengőt helyezünk egy légszivattyú csengője alá, akkor a levegő kiszivattyúzásakor a hang egyre gyengébb lesz, és végül teljesen leáll. A rezgések átvitele a hangzó testről a levegőn keresztül történik. Vegyük észre, hogy a hangzó test rezgései során felváltva összenyomja a test felületével szomszédos levegőt, és éppen ellenkezőleg, vákuumot hoz létre ebben a rétegben. Így a hang terjedése a levegőben a levegő sűrűségének ingadozásával kezdődik a rezgő test felületén.

Zenei hangnem. Hangerő és hangmagasság

Azt a hangot, amelyet akkor hallunk, amikor a forrása harmonikus oszcillációt hajt végre, zenei hangnak vagy röviden hangszínnek nevezzük.

Bármely zenei hangban két tulajdonságot különböztethetünk meg fül szerint: hangerőt és hangmagasságot.

A legegyszerűbb megfigyelések arról győznek meg bennünket, hogy egy adott hangmagasság hangjait a rezgések amplitúdója határozza meg. A hangvilla hangja az ütés után fokozatosan elhalkul. Ez az oszcillációk csillapításával együtt jelentkezik, pl. amplitúdójuk csökkenésével. A hangvillát erősebben megütve, pl. Ha nagyobb amplitúdót adunk a rezgéseknek, akkor erősebb hangot fogunk hallani, mint egy gyenge ütésnél. Ugyanez megfigyelhető egy húrnál és általában bármilyen hangforrásnál.

Ha több, különböző méretű hangvillát veszünk, nem lesz nehéz őket fülre rendezni a hangmagasság növekedési sorrendjében. Így méretben lesznek elrendezve: a legnagyobb hangvilla adja a legalacsonyabb, a legkisebb a legmagasabb hangot. Így a hang magasságát a rezgés frekvenciája határozza meg. Minél nagyobb a frekvencia, és ennélfogva minél rövidebb az oszcilláció periódusa, annál magasabb hangot hallunk.

Akusztikus rezonancia

A rezonancia jelenségek bármilyen frekvenciájú mechanikai rezgéseknél megfigyelhetők, különösen hangrezgéseknél.

Tegyünk egymás mellé két egyforma hangvillát, a dobozok furataival, amelyekre fel vannak szerelve, egymás felé nézzenek. Dobozokra azért van szükség, mert felerősítik a hangvillák hangját. Ez a hangvilla és a dobozba zárt levegőoszlopok közötti rezonancia miatt következik be; ezért a dobozokat rezonátoroknak vagy rezonáns dobozoknak nevezik.

Üssük meg az egyik hangvillát, majd ujjunkkal tompítsuk. Hallani fogjuk, hogyan szól a második hangvilla.

Vegyünk két különböző hangvillát, pl. különböző hangmagasságokkal, és ismételje meg a kísérletet. Most már egyik hangvilla sem reagál egy másik hangvilla hangjára.

Ezt az eredményt nem nehéz megmagyarázni. Az egyik hangvilla rezgései a levegőn keresztül hatnak, némi erővel a második hangvillára, ami arra készteti, hogy végrehajtsa kényszerrezgéseit. Mivel az 1. hangvilla harmonikus rezgést hajt végre, a 2. hangvillára ható erő a harmonikus rezgés törvénye szerint változik az 1. hangvilla frekvenciájával. Ha az erő frekvenciája eltérő, akkor a kényszer rezgések olyan gyengék lesznek. hogy nem halljuk meg őket.

Zajok

Zenei hangot (nótát) hallunk, ha a rezgés periodikus. Például ezt a fajta hangot egy zongorahúr adja. Ha egyszerre több billentyűt is lenyom, pl. több hangot megszólaltatni, akkor a zenei hang érzete megmarad, de egyértelműen megjelenik a különbség a mássalhangzó (kellemes a fülnek) és a disszonáns (kellemetlen) hangok között. Kiderült, hogy azok a hangok, amelyek pontjai kis számarányban vannak, mássalhangzók. Például a konszonanciát 2:3 (fifth), 3:4 (kvantum), 4:5 (nagy harmad) periódusaránnyal kapjuk meg. Ha a periódusok nagy számokként kapcsolódnak egymáshoz, például 19:23, akkor az eredmény disszonancia - zenei, de kellemetlen hang. Még távolabb kerülünk az oszcillációk periodicitásától, ha egyszerre több billentyűt nyomunk meg. A hang már zajszerű lesz.

A zajt az oszcillációs alak erős nem periodikussága jellemzi: vagy hosszú oszcilláció, de nagyon összetett alakú (sziszegés, csikorgás), vagy egyedi kibocsátás (kattanás, kopogás). Ebből a szempontból a zajok közé kell sorolni a mássalhangzókkal kifejezett hangokat is (sziszegő, labiális stb.).

A zajrezgések minden esetben hatalmas számú, különböző frekvenciájú harmonikus rezgésből állnak.

Így a harmonikus rezgés spektruma egyetlen frekvenciából áll. Periodikus oszcilláció esetén a spektrum egy frekvenciakészletből áll - a főből és annak többszöröseiből. A mássalhangzókban több ilyen frekvenciakészletből álló spektrumunk van, amelyek közül a főbbek kis egész számokként kapcsolódnak egymáshoz. A disszonáns összhangzatokban az alapfrekvenciák már nincsenek ilyen egyszerű összefüggésekben. Minél több különböző frekvencia van a spektrumban, annál közelebb kerülünk a zajhoz. A tipikus zajok spektrumában rendkívül sok a frekvencia.

Fizika teszt Mechanikai rezgések és hullámok Hang 9. osztályos tanulóknak válaszokkal. A teszt 2 lehetőséget tartalmaz, mindegyik 12 feladatot tartalmaz.

1 lehetőség

1. Szabad oszcillációkkal egy húron lévő labda a bal szélső helyzetből a jobb szélső helyzetbe 0,1 s alatt halad. Határozza meg a labda rezgési periódusát!

1) 0,1 s
2) 0,2 s
3) 0,3 s
4) 0,4 s

2. Az ábra egy rugóra felfüggesztett golyó középpontjának koordinátáinak időbeli függését mutatja. Az oszcillációs frekvencia az

1) 0,25 Hz
2) 0,5 Hz
3) 2 Hz
4) 4 Hz

3. Hány teljes rezgést fejez be egy anyagi pont 10 s alatt, ha a rezgési frekvencia 220 Hz?

1) 22
2) 88
3) 440
4) 2200

4. Milyen irányokban fordulnak elő oszcillációk egy longitudinális hullámban?

1) Minden irányban

5. A legközelebbi hullámhegyek távolsága a tengerben 6 m. Mennyi ideig éri a hullámok a hajótestet, ha sebességük 3 m/s?

1) 0,5 s
2) 2 s
3) 12 s
4) 32 s

6. Egy férfi mennydörgést hallott 10 másodperccel a villámlás után. Határozza meg a hang sebességét a levegőben, ha a megfigyelőtől 3,3 km-es távolságban villámcsap.

1) 0,33 m/s
2) 33 m/s
3) 330 m/s
4) 33 km/s

7. Milyen közegben haladnak a hanghullámok minimális sebességgel?

1) Szilárd anyagokban
2) Folyadékokban
3) Gázokban
4) Mindenhol ugyanaz

8. Hogyan nevezzük azokat a mechanikai rezgéseket, amelyek frekvenciája kisebb, mint 20 Hz?

1) Hang
2) Ultrahangos
3) Infrasonic

9. Határozza meg a hanghullám hosszát a levegőben, ha a hangforrás frekvenciája 200 Hz! A hang sebessége a levegőben 340 m/s.

1) 1,7 m
2) 0,59 m
3) 540 m
4) 68 000 m

10. Hogyan változik a hanghullám hossza, ha forrásának rezgési frekvenciája 2-szeresére csökken?

1) 2-szeresére nő
2) 2-szeresére csökken
3) Nem fog változni
4) 4-szeresére csökken

11. Az emberi fül által érzékelt rezgésfrekvencia felső határa gyermekeknél 22 kHz, idősebbeknél 10 kHz. Levegőben a hangsebesség 340 m/s. 20 mm hullámhosszú hang

1) csak a gyermek hallja
2) csak egy idős ember hallja
3) gyermek és idős ember is hallja
4) sem gyermek, sem idős ember nem hallja

12. A fegyverlövés okozta visszhang a lövés után 2 másodperccel érte el a lövőt. Határozza meg az akadály távolságát, amelyről a visszaverődés keletkezett, ha a hangsebesség levegőben 340 m/s.

1) 170 m
2) 340 m
3) 680 m
4) 1360 m

2. lehetőség

1. Szabad lengésekkel a húron lévő labda a bal szélső helyzetből az egyensúlyi helyzetbe 0,2 s alatt jut el. Mennyi a labda rezgési periódusa?

1) 0,2 s
2) 0,4 s
3) 0,6 s
4) 0,8 s

2. Az ábra egy rugóra felfüggesztett golyó középpontjának koordinátáinak időbeli függését mutatja. Az oszcillációk amplitúdója egyenlő

1) 10 cm
2) 20 cm
3) -10 cm
2) -20 cm

3. Egy személy pulzusmérésekor 2 perc alatt 150 vérpulzációt rögzítettek. Határozza meg a szívizom összehúzódási gyakoriságát.

1) 0,8 Hz
2) 1 Hz
3) 1,25 Hz
4) 75 Hz

4. Milyen irányokba oszcillálnak a keresztirányú hullámok?

1) Minden irányban
2) A hullámterjedés iránya mentén
3) A hullámterjedés irányára merőleges
4) Mind a hullámterjedés irányában, mind a hullámterjedésre merőlegesen

5. A zsinór mentén egy 4 Hz frekvenciájú hullám 6 m/s sebességgel halad. A hullámhossz az

1) 0,75 m
2) 1,5 m
3) 24 m
4) nincs elég adat a megoldáshoz

6. Hogyan változik a hullámhossz, ha forrásának rezgési frekvenciája 2-szeresére csökken?

1) 2-szeresére nő
2) 2-szeresére csökken
3) Nem fog változni
4) 4-szeresére csökken

7. Milyen közegben nem terjednek a hanghullámok?

1) Szilárd anyagokban
2) Folyadékokban
3) Gázokban
4) Vákuumban

8. Hogyan nevezzük azokat a mechanikai rezgéseket, amelyek frekvenciája meghaladja a 20 000 Hz-et?

1) Hang
2) Ultrahangos
3) Infrasonic
4) Egyik válasz sem helyes

9. A hangvilla 0,5 m hosszú hanghullámot bocsát ki. A hangsebesség 340 m/s. Mekkora a hangvilla rezgési frekvenciája?

1) 17 Hz
2) 680 Hz
3) 170 Hz
4) 3400 Hz

10. Az emberi fül 20 Hz és 20 000 Hz közötti frekvenciájú hangokat képes érzékelni. Milyen hullámhossz-tartomány felel meg a hangrezgések hallhatósági tartományának? Vegyük a hang sebességét levegőben 340 m/s-nak.

1) 20 m-től 20 000 m-ig
2) 6800 m-től 6 800 000 m-ig
3) 0,06 m-től 58,8 m-ig
4) 0,017 m-től 17 m-ig

11. Milyen változásokat észlel az ember a hangban, ha a hanghullámban a rezgések amplitúdója megnő?

1) Emelje meg a pályát
2) A hangmagasság leengedése
3) Növelje a hangerőt
4) Hangerő csökkentése

12. Milyen távolságra van a hajótól a jéghegy, ha a szonár által küldött ultrahangjel 4 s után visszaérkezett? Az ultrahang sebességét vízben 1500 m/s-nak veszik.

1) 375 m
2) 750 s
3) 3000 m
4) 6000 m

Fizikai teszt válaszai Mechanikai rezgések és hullámok Hang
1 lehetőség
1-2
2-1
3-4
4-2
5-2
6-3
7-3
8-3
9-1
10-1
11-1
12-2
2. lehetőség
1-4
2-1
3-3
4-3
5-2
6-1
7-4
8-2
9-2
10-4
11-3
12-3