Üdvözöljük a hanglaborban. Itt egy kicsit kísérletezni fogunk a hangokkal, megtudjuk, hogyan keletkeznek és hogyan terjednek. A virtuális laboratórium látogatásának jobb kihasználása érdekében számítógépünknek telepítenie kell egy hangkártyát a megfelelő hangszórókkal, és ha lehetséges, egy mikrofonnal. De ha nincsenek ezek a dolgok, akkor is sokat tanulunk.

gombra kattintva

A „Tárgyak hangja” című részben a Fizikai kísérletek fejezetből a következőket mondtuk:

Mindannyian hallottunk egy csengő hangját. De. hogy jön létre ez a hang? A csengő egy fémtest, amely ütközéskor rezeg, viszont a fém ezen rezgései rezgéseket okoznak a körülvevő levegőben, és ezek a rezgések a levegőn keresztül, hanghullámok formájában a fülünkig jutnak, ahol a dobhártyát rezgik., ott kis elektromos áramok keletkeznek, amelyek az agyunkba kerülnek, majd. halljuk a csengőt .

Hang hullámok. Bármi, ami hangzik, generálja őket hang hullámok vagy akusztikus hullámok, amelyek a levegőn utaznak. Ezért ha a harangot a Holdra vinnénk, nem hallhatnánk, mert nincs levegő, nincs légkör. Ezek a hullámok szilárd testen is haladnak: ha az egyik fülre egy vonalzó végét vagy bármilyen anyagú rudat helyezünk, a másik végét pedig összekaparjuk, akkor tisztán halljuk a keletkező hangot.

És természetesen a hang folyadékokban, vízben is halad. A bálnák nagy távolságokon keresztül kommunikálhatnak az óceánban, olyan hangokat produkálva, mint amelyeket a figurára kattintva hallunk.

Magas hangok, alacsony hangok. De mik a hanghullámok? Ha például egy hangszóró szólal meg, a hangot adó kúp (amely papírból vagy más vékony anyagból készül) előre-hátra mozog. Amikor előre megy, összenyomja a légmolekulákat, amelyek összenyomódnak. Ha visszafelé halad, több helyet hagy a molekuláknak, amelyek elválnak egymástól. És a mozgás újra és újra megismétlődik, nagyon gyorsan (az általunk észlelt hangok esetében másodpercenként 60-15 000-szer!). Ily módon a hosszirányú hullám, amely a levegőben halad és a távolságtól gyengül. Minél távolabb vagyunk a hangszórótól, annál halványabban fogjuk hallani.

Konkrétabb képet kaphatunk a hang természetéről az USA-ban, a Colorado Egyetemen kifejlesztett szimuláción keresztül. A szimuláció használatához le kell mennünk itt a megfelelő program, amely a phet.colorado.edu webhelyről származik. A szimuláció futása közben próbáljuk ki a következő lehetőségeket: 1) a gombra kattintva audio engedélyezett, megjelenik a hangszóró által kibocsátott vagy hallgató által hallott hang; 2) ezzel az utolsó opcióval próbálja meg mozgatni a hallgatót az egérrel történő húzással; 3) változtatni a frekvencia hullám amplitúdó a hang intenzitása a jobb felső sarokban található kurzorok segítségével.

A hanghullámot egy olyan vonal képviseli, amely a levegő molekuláinak összenyomódásának, összeérkezésének és emelkedésének helyén emelkedik, és ahol a molekulák tágulnak, elválnak (ahogy az ábrán látható). Ha a kúp túl gyorsan mozog a hangszóróban, akkor magas frekvenciájú hullám keletkezik, és a éles zaj, míg egy lassabb mozgás alacsony frekvenciájú hullámot eredményez és ezért a alacsony hangú. A frekvencia ekkor lesz a hullám "ágyékának" mennyisége, amely minden másodpercben létrejön, és ezután megmérjük a hang frekvenciáját másodpercenként vagy cp.

És itt hallhatunk példákat alacsony és magas hangokra:

Alacsony hangerő. Éles zaj.

Az egyes ábrákra kattintva meghalljuk az egyes hangoknak megfelelő hangokat.

Amit az előző példákban hallottunk, azok tiszta hangok voltak, vagyis egyetlen frekvenciával. Ilyen típusú hangot generálhatunk a PC hangszórójában a SONI2.EXE programmal, amelyet le kell töltenünk a számítógépünkre. A telepítés után dupla kattintással aktiváljuk, és megadjuk a generálni kívánt hang frekvenciájának értékét, amelyet azonnal meghallunk.

A valóság hangjai. A mindennapi életben körülvevő hangok általában különböző frekvenciák vagy tiszta hangok bonyolult keverékéből állnak. lehetséges néz hullámok, amelyek különböző hangoknak felelnek meg oszcilloszkóp segítségével, amely laboratóriumi műszer, amelyhez mikrofont csatlakoztathat, és amely ezeket a hullámokat a képernyőn jeleníti meg. Szerencsére az interneten találunk "virtuális oszcilloszkópokat", amelyek lehetővé teszik számunkra nagyon érdekes kísérletek elvégzését.

Ha van hangkártyánk hangszórókkal és csatlakoztatott mikrofonnal a számítógépünkben, akkor végezhetünk néhány kísérletet az eredetileg a http://polly.phys.msu.ru webhelyen kínált oszcilloszkóp letöltése után. A tömörített fájl (.zip) tartalmazza a oszcilloszkóp program, valamint felhasználói kézikönyv (angol nyelven). A fájl kibontása után futtatjuk a WINSCOPE.EXE fájlt, és az oszcilloszkóp egy ablakban fut, míg a Hanglabor másik ablakban lehet.

Néhány kísérlet:

Miután telepítettük az oszcilloszkópunkat a képernyőre, elindítjuk az első ikonnal, amely megjelenik a tálcán: zöld vonalnak kell megjelennie a műszer képernyőn. Amikor a mikrofonba beszélünk, bonyolult nyomként kell látnunk a keletkező hullámokat (az Y1 kurzornak a skála közepén kell lennie, a T kurzornak pedig minden alatt, de megpróbálhatunk különböző pozíciókat). Ha minden jól működik, elkezdjük a kísérleteinket. Próbáljuk meg például:

- Síp a mikrofon előtt (de ne fújjon közvetlenül rá.). Látni fogjuk, hogy hullám keletkezik, mint a korábban említett tiszta hangoké. Annak kiderítéséhez, hogy mi a frekvencia ennek a hullámnak, kattintson a kurzorral az ikonra, amelynek több színe van: módba megyünk frekvenciák és látni fogunk egy vonalat vagy jelet. Ha a kurzort erre a jelre helyezzük, látni fogjuk, hogy a frekvencia megjelenik az alábbi sávon (például F = 1525,1 Hz vagy 1525,1 ciklus másodpercenként). Egyre magasabb hangot fütyülve meglátjuk, hogy a jel jobbra, növekvő frekvenciákon mozog. Ha ismét rákattint a színes ikonra, az oszcilloszkóp visszatér az előző üzemmódba (mód hullámok).

- Beszél a mikrofon előtt. Látni fogjuk, hogy ebben az esetben a hullámok nagyon bonyolultak. Ejtsük ki a különféle magánhangzókat, és meglátjuk, hogy mindegyiknek megvan a jellegzetes hulláma. Amikor egy hím beszél, akkor viszonylag alacsony frekvenciájú hullámunk lesz. És amikor egy nő beszél, természetesen a frekvenciák magasabbak lesznek.

- Gitárakkord kitépése a mikrofon előtt. A húrok egyesével történő megnyomásával látni fogjuk, hogy a hullámok alakja mindegyiknél más és nem teljesen szabályos. Amikor módba megyünk frekvenciák, Ellenőrizni fogjuk, hogy az egyes húrok hangja több tiszta frekvenciából vagy tiszta hangból áll-e. Próbáljuk meg „menteni” a hangot, hogy jobban tanulmányozzuk: módban frekvenciák, Kattintson a tálca második ikonjára (szünet), miután megnyomta a legmagasabb akkordot. Látni fogjuk, hogy megjelenik egy fő frekvencia (magasabb jel) és a gyengébb frekvenciák sora, amelyek a fő többszörösei (például ha a 300 a fő, akkor mások 600, 900, 1200 stb.). A többi frekvencia a felhangok vezetni és hozzájárulni a gitár jellegzetes hangzásához. A normál működéshez való visszatéréshez nyomja meg ismét az első ikont.

- Hang létrehozása a fent említett SONI2.EXE programmal. Lehetséges használni ezt a programot egy másik ablakban, miközben az oszcilloszkóp fut. Ha a mikrofont a PC hangszórója közelébe helyezzük, láthatjuk az egyes hangoknak megfelelő hullámokat. Látni fogjuk, hogy ezek a hangok néha nem igazán tiszták, mert a módban frekvenciák két vagy több jel jelenik meg.

Ez néhány ötlet az oszcilloszkóppal, csak a módok használatával elvégezhető kísérletekről hullámok vagy frekvenciák (egyikről a másikra megy a színes ikonnal) és a módok Normál vagy szünet (egyik ikonról a másikra halad a második ikonnal). Aki többet szeretne tudni erről a virtuális oszcilloszkópról, annak el kell olvasnia a hozzá mellékelt használati utasítást.

A hangszerek.

. vagy rezgő húrok, mint egy gitárban.

. vagy a csőben lévő levegő rezgésével, mint egy szervben.

. vagy furulyán.

Például egy gitáron, amikor megnyom egy húrt, az rezegni kezd. Milyen módon? Mivel a végek össze vannak kötve és nem tudnak mozogni, a húr csak bizonyos módokon vagy módokban rezeghet. Néhány ilyen mód animációval megtekinthető a webhelyen

az opció kiválasztása Rezgő húr (Rezgő húr). Ha a frekvenciát módosítják, akkor látható, hogy a húr csak rezgéssel tud rezegni módok, amelyek egy hullámhosszon különböznek.

Egy fuvolán vagy más fúvós hangszeren viszont rezeg a levegő, amely a műszert alkotó csőben található, és a frekvencia a cső hosszától és átmérőjétől függ, függetlenül attól, hogy nyitott vagy zárt végű-e és nyílások, amelyeknek a cső teljes hossza van. Ebben az esetben is nagyon jó animációt láthat a hosszanti hullámokról, amelyek egy csőben keletkeznek a helyszínen:

Ott megtaláljuk az egyik végén vagy mindkét végén nyitott csőben keletkező hanghullámok részletes magyarázatát. Az oldal végén megtaláljuk az ilyen típusú hullámok animációját, ahol a gombra kattintva Következő megváltoztathatjuk az akusztikus hullám frekvenciáját.

Gyorsan felépíthet egy kis "hangszert" egy szívószállal, hogy üdítőt fogyasszon. Az egyik ilyen papír- vagy műanyagcső végén két vágást készítünk, és egy ollóval "V" -et alkotunk, amint az az ábrán látható. Ezután összezúzzuk a csövet (a fogainkkal vagy egy kemény tárggyal) úgy, hogy egy pár fül alakuljon ki, amelynek rezegnie kell, amikor átfújjuk a végét. Lehet, hogy többször kell próbálkoznia, amíg nem működik. Amikor fújáskor sikerül hangot produkálni, megpróbálhatjuk ollóval levágni a csövet, megrövidíteni, és egyre élesebb hangot hallunk. Szeretné hallani, hogy hangzik? Kattints ide. Lássuk, megkapják-e ugyanezt.

Ha pedig ennyi tanulmány után pihenünk, kattintsunk az ORGANO-ra, hogy letöltsünk számítógépünkre egy kis programot, amellyel kottákat készíthetünk a billentyűzet segítségével.

A Doppler-effektus. És mi ez a hatás? Ez egy olyan hangváltozás, amelyet mindannyian hallottunk időről időre, talán egy autóversenyen vagy egy autópályán. Ez a hatás akkor jelenik meg, amikor valami, ami hangot produkál, gyorsan közeledik vagy eltávolodik tőlünk. Például egy szirénázó mentőautó. Amikor a sziréna felénk közeledik, a hanghullámok „felhalmozódnak”, „felhalmozódnak”, és akkor magasabb hangot (rövidebb hullámhosszat) hallunk. Másrészt, amikor a sziréna eltávolodik tőlünk, a hullámok "meghosszabbodnak", és a hang komolyabbá válik (hosszabb hullámhossz). De ez nem azt jelenti, hogy a sziréna által keltett frekvencia változik; ez a frekvencia mindig ugyanaz, de a sziréna relatív sebessége megváltozik hozzánk képest. Halljuk meg egy autó kürtjét, amely teljes sebességgel halad elõttünk, ha ide kattint a kurzorral.

Lássuk ennek a hatásnak a YouTube-ról átvett szemléltetését a gombra kattintva Doppler.

Hangsebesség. Viharos napokon sokszor látjuk villámcsapás és csak néhány másodperc múlva hallunk mennydörgés, ami a villámlás okozta hang. Ez azt jelenti, hogy a fény sokat utazik, de sokkal gyorsabban, mint a hang! A levegőben a fénysebesség körülbelül 300 000 kilométer/másodperc, míg a hangsebesség kb. 340 méter/másodperc, vagyis kb. Micsoda különbség.

De a hangsebesség attól függ, hogy milyen anyagban terjed. A tengervízben például 1500 méter másodpercenként a sebesség, sokkal nagyobb, mint a levegőben. Vasban pedig nem kevesebb, mint 5100 méter másodpercenként.

Mérhetjük a hang sebességét néhány művelettel kísérlet egyszerű? Ha lehetséges. Nézzük meg, milyen kísérleteket lehet elvégezni.

- Fénnyel és hanggal. Először is szükségünk lesz valakire, aki segít nekünk. Másodszor, szükségünk lesz néhány rakétára vagy petárdára, például az újévre, valamint néhány idősebb emberre, aki felelősséget vállal a rakéták biztonságos használatáért. Harmadszor, a kísérletezőknek a szabadban kell elhelyezkedniük, és el kell választani őket egy ismert távolságtól, amely 800 és 1000 méter között lehet (ennek a távolságnak a mérése a legnehezebb, bár megtehető úgy is, hogy autóval utazunk vele, és megnézzük, hogy a jel kilométerszámláló, feltéve, hogy kilométer töredékét méri. Negyedszer, szükségünk van egy stopperre, a másodpercek és a másodperc töredékének méréséhez. A többi könnyűnek tűnik, de gyakorolni kell: az egyik kísérletező elindít egy rakétát, amely mindig fényt produkál (és legjobban alkonyatkor lesz látható), a másik pedig az azóta eltelt időt méri. megy a fényt addig Hé Hang. Ekkor arról van szó, hogy elosztjuk a távolságot az idővel, és lesz értékünk a hangsebességre.

Ugyanez a kísérlet elvégezhető például csengővel, mint hangforrással. Az egyik kísérletező megütötte a csengőt, és abban a pillanatban partnere, aki talán szemüveggel figyeli, elindítja a stoppert, és méri az időt, amíg meg nem hallja a hangot. ha a csengő elég hangosan szól.

Az az autó is használható, amellyel mértük a kísérletezők távolságát: egyikük másodperc töredékéig dudálja a kürtöt, és egyszerre kapcsolja be a lámpákat. Partnerének meg kell mérnie az azóta eltelt időt megy a fényt addig Hé a KÜRT. Meg kell jegyezni, hogy a kürtnek valóban hatalmasnak kell lennie (a motorház burkolatának emelése is kényelmes lehet), mivel 1 km-ről nem könnyű hallani a hangot.

Ezeket a kísérleteket többször meg kell ismételni, majd ki kell számolni a mérések átlagát, hogy megbízható legyen a hangsebesség értéke.

Vissza Vissza a Fizika fejezethez