Исследовательская работа «Звук можно видеть!»

Международная научная конференция

«Первые шаги в науку»

Исследовательская работа

«Звук можно видеть!»

Предметная область: физика

Выполнил

ученик 10А класса

Бадюкова Елена

Епихин Вячеслав

Дударь Владислав

МБОУ СОШ № 52 города Брянска

Руководитель:

учитель физики

Брянск 2013

Оглавление

Введение. 2

Теоретическая часть ………………………………………………………….......3

Практическая часть……………………………………………………………….6

Заключение ………………………………………………………………………..9

Список литературы.. 9

Приложение ……………………………………………………………………...10

1.  Введение

Актуальность: Своим экспериментом, я могу доказать, что звук можно не только услышать, но и увидеть!

Цель исследования:

Можно ли увидеть звук?!

Задачи исследования:

изучить биографию Хладни;

изучить стоячие волны;

рассмотреть виды фигур Хладни;

получить фигуры Хладни.

Методы исследования

работа с учебниками;

работа с Интернет-ресурсами;

эксперимент.

2.  Основное содержание

Теоретическая часть

1.  Биография Хладни.

Эрнест Флоренс Фридрих ХЛАДНИ (30 ноября 1756 – 3 апреля 1827) — немецкий физик, основоположник экспериментальной акустики. Родился в Виттенберге. По желанию отца, видного юриста, изучал право в Виттенберге и в Лейпциге. Окончил Лейпцигский университет (1782). Работал физиком в Виттенберге.
Основные работы в области акустики. Открыл в 1787 продольные колебания струн, стержней, пластин, камертонов, колоколов, в 1799 — вращательные колебания стержней. Первый тщательно и точно исследовал колебания камертона, установил в 1796 законы колебания стержней. Открыл (1787) и описал «акустические фигуры», получаемые вследствие колебания упругой пластины, посыпанной песком (фигуры Хладни), Эти экспериментальные исследования поставили новую задачу математической физики — задачу о колебаниях мембраны. Первый достаточно точно измерил скорость распространения звука в различных газах. Вопреки господствующему тогда мнению доказал, что в твердых, телах звук распространяется не мгновенно, а с конечной скоростью, и определил (1796) скорость звука в твердых телах по отношению к скорости в воздухе. Объяснил эхо, экспериментально определил верхний порог слышимости звука — 22 000 Гц. Изобрел ряд музыкальных инструментов, названных им клавицилиндром и эуфоном.




2.  Фигуры Хладни

Фигуры Хладни — фигуры, образуемые скоплением мелких частиц вблизи узловых линий на поверхности упругой колеблющейся пластинки. Названы в честь немецкого физика Эрнеста Хладни, обнаружившего их.

Нажмите на изображение, чтобы открыть его в исходном размере.

Хладни фигуры, фигуры, образуемые скоплением мелких частиц сухого песка вблизи узловых линий на поверхности упругой колеблющейся пластинки; каждому собственному колебанию пластинки соответствует своё расположение узловых линий. В случае круглой пластинки узловые линии могут быть круговыми или радиальными; в случае прямоугольной или треугольной пластинки они имеют направление, параллельное сторонам или диагоналям. Меняя точки закрепления и места возбуждения, можно получить разнообразные фигуры Хладни, соответствующие различным собственным колебаниям пластинки. Фигуры Хладни применяются для изучения собственных частот диафрагм телефонов, микрофонов, громкоговорителей.. Фигуры Хладни используются в дефектоскопии (топографический метод) для исследования изделия в целом (например, пластинки или оболочки).

3.  Стоячие волны.

Стоячая волна — колебания в распределённых колебательных системах с характерным расположением чередующихся максимумов - пучностей и минимумов –узлов амплитуды. Практически такая волна возникает при отражениях от преград и неоднородностей в результате наложения отражённой волны на падающую. При этом крайне важное значение имеет частота, фаза и коэффициент затухания волны в месте отражения.

Примерами стоячей волны могут служить колебания струны, колебания воздуха в органной трубе.




Чисто стоячая волна, строго говоря, может существовать только при отсутствии потерь в среде и полном отражении волн от границы. Обычно, кроме стоячих волн, в среде присутствуют и бегущие волны, подводящие энергию к местам её поглощения или излучения.

Стоячая волна не переносит энергию, так как падающая и отраженная волны имеют одинаковую амплитуду и несут одинаковую энергию в противоположных направлениях.

Стоячая-волна-уравнение

3.  Практическая часть

В театрах, чтобы представить на сцене звон церковных колоколов, употребляют обыкновенно длинные стальные пруты или свободно висящие листы железа. Вот как рассказывает сам Хладни о своих опытам: «Я нигде не мог найти научного объяснения разного рода колебаниям и звучности тел. Между прочим, я заметил, что маленькая стеклянная или металлическая пластинка, подвешиваемая в разных точках, издавала различные звуки, когда я ударял по ней. Я захотел узнать причину этого различия звуков. Должен добавить, что тогда никто еще не производил исследований в этой области. Я зажал в тиски латунный кружок от шлифовальной машины за находившийся посредине него шип и заметил, что скрипичный смычок заставляет его издавать различные звуки в зависимости от места, где прикасается смычок. Наблюдения Лихтенберга над узорами смоляной пыли, получающимися на стеклянных или смоляных пластинках под влиянием электричества, навели меня на мысль, что различные колебания моего кружка тоже обнаружатся, если посыпать его песком или чем-нибудь вроде этого. Когда я привел свою мысль в исполнение, то действительно получил при таких опытах звездообразные фигуры».




(рис.1)2x

План действий эксперимента:
Возьмём какую-нибудь стеклянную пластинку со стороной сантиметров в 30 и толщиной в 1—2 миллиметра. Неровная или надтреснутая пластинка для опыта не годится

В центре пластинки отверстие диаметром в 6 миллиметров. Чтобы пластинка могла звучать, ее надо прикрепить к чему-нибудь твердому только серединой.

Чтобы дать возможность пластинке свободно колебаться, под головку винта подложил предварительно плоский кусочек пробки.

Покрыл пластинку черным лаком (для хорошего и чёткого изображения получившихся фигур), хорошенько натёр смычок канифолью и медленно водил им, как показано на рисунке, вверх и вниз, осторожно нажимая. Может быть, не сразу, но вскоре появляется чистый звук, правда, не особенно приятный

1x

Сквозь сито я насыпал на пластинку крупу - манку. Насыпать нужно равномерно и желательно не очень густо. Поводил смычком по одному  из краев пластинки, а пальцем другой руки дотронулся до противоположной стороны.

На колеблющейся поверхности пластинки крупинки подпрыгивали, и, наконец, когда звук пластинки установился, манка симметрично начала лежать на ней в виде какой-нибудь фигуры.

Если держать пальцем посредине края пластинки, противоположного смычку, манка на ней ляжет двумя линиями так, что разделит пластинку на 4 квадрата.

Если держать за угол пластинки, манка покроет ее по двум диагоналям. 

Правильность фигуры зависит от чистоты тона, который дает пластинка. Если тон скрипучий, неприятный и неясный, фигура ясно не обозначается. Но зато, имея пластинку, дающую ясный и чистый тон, вы можете «рисовать» на ней фигуры удивительно точные и. разнообразные. Фигуры образуются оттого, что не все точки пластинки колеблются от прикосновения смычка. Те участки, которые придерживаются пальцами, не двигаются, а другие быстро и сильно колеблются. Манка соскальзывает с колеблющихся точек и остается на неподвижных местах, образуя линии фигур. 




Наблюдая за фигурами при различных положениях пальцев на пластинке, я заметил, что, как только меняется положение пальцев, изменяется звук и сейчас же изменяется расположение манки на пластинке.
Простые фигуры вызываются низкими басовыми нотами; более сложные образуются при высоких нотах.
Высокие звуки вызываются быстрыми колебаниями. Эти колебания могут совершать только малые колеблющиеся плоскости. Поэтому в них образуется большое количество неподвижных точек. Само собой понятно, что разные пластинки дают разные фигуры. Опыт можно производить не только с квадратной, но и с круглой и многогранной пластинками. В нижней части рисунка (рис.1) показаны звуковые фигуры Хладни, полученные при опытах с квадратной пластинкой. Там показаны только самые простые фигуры из бесчисленного множества фигур, полученных Хладни. Чем выше тон пластинки, тем более сложной получается фигура и тем поразительнее скорость появления ее.

Для получения Фигур Хладни я использовал музыкальные колонки.

 

4.  Заключение.

1)  Я выяснил, что чем выше тон пластинки, тем более сложные фигуры получаются. Я выяснил, что при изменение расположение пальцев, изменяется сам звук и расположение манки.

2)  В ходе этого эксперимента, я понял, что на успешное выполнение его понадобится “правильный” материал.

3)  Я выяснил, что правильность фигуры зависит от чистоты тона, который дает пластинка.

4)  Я выяснил, что простые фигуры вызываются низкими басовыми нотами, а более сложные образуются при высоких нотах.

Список литературы

1. , . Физика 9 класс. М.:Дрофа, 2002.

2. Физика в школе. Научно-методический журнал. № 7, 2005, стр. 74.

3. Энциклопедия юного физика. М.: Просвещение,1985.

4. Интернет-ресурсы

http://www. /forum/showthread. php? t=3684

Анкетирование учащихся нашей школы

50 человек (10-11 классов)

1)  Можно ли увидеть звук?

2)  Что такое фигуры Хладни? (большинство ответило не знаю)

Хотели бы вы их увидеть? ( 80% хотели бы увидеть)

3)  Вас интересует физика звука? (до эксперимента)

30% - да 70% - нет

4)  Вас интересует физика звука? (после эксперимента)

80% - да 5% - нет 15% - не знаю

Выводы:

1)  Я изучил теорию о стоячих волнах, биографию Хладни, физические законы.

2)  Я освоил методику постановки и проведения эксперимента по получению фигур Хладни.

3)  Меня и моих сверстников очень заинтересовала физика звука.

4)  Я собираюсь продолжить изучение звука в 11 классе.



Подпишитесь на рассылку:

Звучание

Звук

Проекты по теме:

Основные порталы, построенные редакторами

Домашний очаг

ДомДачаСадоводствоДетиАктивность ребенкаИгрыКрасотаЖенщины(Беременность)СемьяХобби
Здоровье: • АнатомияБолезниВредные привычкиДиагностикаНародная медицинаПервая помощьПитаниеФармацевтика
История: СССРИстория РоссииРоссийская Империя
Окружающий мир: Животный мирДомашние животныеНасекомыеРастенияПриродаКатаклизмыКосмосКлиматСтихийные бедствия

Справочная информация

ДокументыЗаконыИзвещенияУтверждения документовДоговораЗапросы предложенийТехнические заданияПланы развитияДокументоведениеАналитикаМероприятияКонкурсыИтогиАдминистрации городовПриказыКонтрактыВыполнение работПротоколы рассмотрения заявокАукционыПроектыПротоколыБюджетные организации
МуниципалитетыРайоныОбразованияПрограммы
Отчеты: • по упоминаниямДокументная базаЦенные бумаги
Положения: • Финансовые документы
Постановления: • Рубрикатор по темамФинансыгорода Российской Федерациирегионыпо точным датам
Регламенты
Термины: • Научная терминологияФинансоваяЭкономическая
Время: • Даты2015 год2016 год
Документы в финансовой сферев инвестиционнойФинансовые документы - программы

Техника

АвиацияАвтоВычислительная техникаОборудование(Электрооборудование)РадиоТехнологии(Аудио-видео)(Компьютеры)

Общество

БезопасностьГражданские права и свободыИскусство(Музыка)Культура(Этика)Мировые именаПолитика(Геополитика)(Идеологические конфликты)ВластьЗаговоры и переворотыГражданская позицияМиграцияРелигии и верования(Конфессии)ХристианствоМифологияРазвлеченияМасс МедиаСпорт (Боевые искусства)ТранспортТуризм
Войны и конфликты: АрмияВоенная техникаЗвания и награды

Образование и наука

Наука: Контрольные работыНаучно-технический прогрессПедагогикаРабочие программыФакультетыМетодические рекомендацииШколаПрофессиональное образованиеМотивация учащихся
Предметы: БиологияГеографияГеологияИсторияЛитератураЛитературные жанрыЛитературные героиМатематикаМедицинаМузыкаПравоЖилищное правоЗемельное правоУголовное правоКодексыПсихология (Логика) • Русский языкСоциологияФизикаФилологияФилософияХимияЮриспруденция

Мир

Регионы: АзияАмерикаАфрикаЕвропаПрибалтикаЕвропейская политикаОкеанияГорода мира
Россия: • МоскваКавказ
Регионы РоссииПрограммы регионовЭкономика

Бизнес и финансы

Бизнес: • БанкиБогатство и благосостояниеКоррупция(Преступность)МаркетингМенеджментИнвестицииЦенные бумаги: • УправлениеОткрытые акционерные обществаПроектыДокументыЦенные бумаги - контрольЦенные бумаги - оценкиОблигацииДолгиВалютаНедвижимость(Аренда)ПрофессииРаботаТорговляУслугиФинансыСтрахованиеБюджетФинансовые услугиКредитыКомпанииГосударственные предприятияЭкономикаМакроэкономикаМикроэкономикаНалогиАудит
Промышленность: • МеталлургияНефтьСельское хозяйствоЭнергетика
СтроительствоАрхитектураИнтерьерПолы и перекрытияПроцесс строительстваСтроительные материалыТеплоизоляцияЭкстерьерОрганизация и управление производством

Каталог авторов (частные аккаунты)

Авто

АвтосервисАвтозапчастиТовары для автоАвтотехцентрыАвтоаксессуарыавтозапчасти для иномарокКузовной ремонтАвторемонт и техобслуживаниеРемонт ходовой части автомобиляАвтохимиямаслатехцентрыРемонт бензиновых двигателейремонт автоэлектрикиремонт АКППШиномонтаж

Бизнес

Автоматизация бизнес-процессовИнтернет-магазиныСтроительствоТелефонная связьОптовые компании

Досуг

ДосугРазвлеченияТворчествоОбщественное питаниеРестораныБарыКафеКофейниНочные клубыЛитература

Технологии

Автоматизация производственных процессовИнтернетИнтернет-провайдерыСвязьИнформационные технологииIT-компанииWEB-студииПродвижение web-сайтовПродажа программного обеспеченияКоммутационное оборудованиеIP-телефония

Инфраструктура

ГородВластьАдминистрации районовСудыКоммунальные услугиПодростковые клубыОбщественные организацииГородские информационные сайты

Наука

ПедагогикаОбразованиеШколыОбучениеУчителя

Товары

Торговые компанииТоргово-сервисные компанииМобильные телефоныАксессуары к мобильным телефонамНавигационное оборудование

Услуги

Бытовые услугиТелекоммуникационные компанииДоставка готовых блюдОрганизация и проведение праздниковРемонт мобильных устройствАтелье швейныеХимчистки одеждыСервисные центрыФотоуслугиПраздничные агентства

Блокирование содержания является нарушением Правил пользования сайтом. Администрация сайта оставляет за собой право отклонять в доступе к содержанию в случае выявления блокировок.