Физика 9 класс учебник Перышкин, Гутник - страница 174

   Опыт с металлической линейкой (рис. 120)
   Ход опыта:
   Упругая металлическая линейка закрепляется в тисках.
   Свободная часть линейки (длина подобрана определённым образом) приводится в колебательное движение.
   Крайние положения колеблющейся линейки показаны штриховыми линиями.
   Во время колебаний линейка издаёт звук.
   Демонстрирует:
• колеблющееся тело (линейка) является источником звука;
• механические колебания тела приводят к распространению звуковой волны в окружающей среде (воздухе);
• частота колебаний линейки определяет высоту звука.

   Опыт с звучащей струной (рис. 121)
   Суть опыта: изображена струна с закреплёнными концами, которая совершает колебания.
   Ход:
   Струна приводится в колебательное движение (например, щипком или смычком).
   Наблюдается «размытость» и утолщение струны в середине — это визуальное свидетельство её колебаний.
   К звучащей струне подносят конец бумажной полоски.
   Бумажная полоска начинает подпрыгивать от толчков колеблющейся струны.
   Пока струна колеблется — слышен звук. Если остановить струну, звук прекращается.
   Демонстрирует: связь между механическими колебаниями и возникновением звука. Колебания струны создают волны в воздухе, которые воспринимаются как звук.

   Опыт с камертоном (рис. 122)
   Суть опыта: исследование колебаний ветвей камертона — изогнутого металлического стержня на ножке, закреплённого на резонаторном ящике.
   Ход:
   Камертон приводят в колебание, ударяя по нему мягким молоточком или проводя по нему смычком.
   Возникает звук, но амплитуда и период колебаний ветвей камертона слишком малы для визуального наблюдения.
   Для обнаружения колебаний используют лёгкий шарик, подвешенный на нити.
   Шарик подносят к колеблющейся ветви камертона.
   Шарик отскакивает от ветви, что доказывает наличие колебаний.
   Демонстрирует: даже при малых амплитудах колебаний источник может излучать звук. Колебания твёрдого тела (камертона) также порождают звуковые волны.

   Опыт с «записью» колебаний камертона (рис. 123)
   Суть опыта: фиксация траектории колебаний ветви камертона с помощью металлической полоски.
   Ход:
   К концу одной ветви камертона прикрепляют тонкую металлическую полоску с остриём на конце.
   Камертон приводят в колебание (ударом или смычком).
   Остриё полоски при колебаниях чертит на поверхности (например, на песке, бумаге или закопчённой пластине) траекторию движения.
   Полученная линия отражает характер и амплитуду колебаний ветви камертона.
   Демонстрирует: возможность визуализации колебаний. Позволяет изучить форму и параметры колебаний (амплитуду, период), которые невооружённым глазом трудно наблюдать.

   Из серии опытов следует несколько ключевых выводов:
• Звук возникает вследствие механических колебаний. Любые колеблющиеся тела (струна, ветви камертона) являются источниками звука.
• Колебания могут быть незаметны визуально, но обнаружимы по их действию. Например, малые колебания камертона выявляются с помощью подвешенного шарика.
• Колебания можно не только услышать, но и визуализировать. Траектория колебаний (как на рис. 123) даёт информацию о их параметрах (амплитуда, период).
• Для возникновения звука необходима упругая среда (воздух), передающая колебания от источника к приёмнику (уху). Толчки струны, передающиеся бумажной полоске, и звуковые волны в воздухе — примеры такого распространения.
• Частота и амплитуда колебаний определяют характеристики звука (высота, громкость), что можно исследовать с помощью подобных опытов.

   Любой объект, находящийся в состоянии механических колебаний, способен порождать звук. Эти колебания, распространяясь в окружающей среде (будь то воздух, вода или твердое тело), формируют звуковые волны.
   Примеры объектов, генерирующих звук:
• Биологические структуры, отвечающие за речь и звуки (голосовые связки).
• Натянутые элементы музыкальных инструментов, издающие ноты.
• Вибрирующие поверхности ударных инструментов.
• Устройства для генерации эталонных частот (камертоны).
• Электроакустические преобразователи (динамики).
• Столбы воздуха, колеблющиеся внутри духовых музыкальных инструментов.
• Естественные акустические явления (раскаты грома, шелест ветра, журчание воды).

   Механические колебания, находящиеся в пределах частотного диапазона от 16 Герц до 20 000 Герц (20 кГц), классифицируются как звуковые.
   Данный интервал частот соответствует слышимому спектру, поскольку он доступен для восприятия человеческим слуховым аппаратом. Колебания с частотами ниже 16 Гц обозначаются как инфразвук, а с частотами выше 20 000 Гц — как ультразвук.
   Эти диапазоны находятся за пределами человеческого слуха, однако могут быть зарегистрированы специализированными приборами или восприняты некоторыми видами животных.

   Ультразвук представляет собой звуковые волны, чья частота превышает порог в 20 000 Герц.
   Инфразвук, в свою очередь, характеризуется частотой, не достигающей 16 Герц.

   На дне судна размещают излучатель и приёмник ультразвука.
   Излучатель испускает короткий ультразвуковой сигнал (импульс).
   Сигнал распространяется в воде со скоростью v и достигает дна моря.
   Отражаясь от дна, сигнал возвращается к судну и улавливается приёмником.
   Регистрируется время t, прошедшее с момента излучения сигнала до момента его приёма.
   За это время сигнал проходит расстояние, равное удвоенной глубине моря (2h), так как он движется туда и обратно.
   Связь между глубиной h, скоростью звука в воде v и временем t выражается формулой:
   2h = υt.
   Отсюда вычисляется глубина моря.
   Этот метод называется эхолокацией, так как он основан на использовании отражённого сигнала (эхо).
   Глубина моря измеряется с помощью эхолокации: ультразвуковой сигнал посылается ко дну, отражается и принимается обратно. По времени прохождения сигнала (t) и известной скорости звука в воде (v) глубина (h) рассчитывается по формуле h = υt/2.