Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Publikacja jest współfinansowana przez Unię Europejską w ramach środków Europejskiego Funduszu Społecznego Prezentacja jest dystrybuowana bezpłatnie Projekt.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Publikacja jest współfinansowana przez Unię Europejską w ramach środków Europejskiego Funduszu Społecznego Prezentacja jest dystrybuowana bezpłatnie Projekt."— Zapis prezentacji:

1 Publikacja jest współfinansowana przez Unię Europejską w ramach środków Europejskiego Funduszu Społecznego Prezentacja jest dystrybuowana bezpłatnie Projekt Z FIZYKĄ, MATEMATYKĄ I PRZEDSIĘBIORCZOŚCIĄ ZDOBYWAMY ŚWIAT !!! jest współfinansowany przez Unię Europejską w ramach środków Europejskiego Funduszu Społecznego Program Operacyjny Kapitał Ludzki CZŁOWIEK – NAJLEPSZA INWESTYCJA

2 Dane INFORMACYJNE Nazwa szkoły: Gimnazjum nr 5 im. Tadeusza Kościuszki w Pile ID grupy: 98/27_mf_g2 Kompetencja: Matematyczno - fizyczna Temat projektowy: W świecie dźwięków i ciszy. Semestr/rok szkolny: IV / 2011/2012

3 W świecie dźwięków i ciszy

4 Czym są fale ? Wszystkie formy energii znajdują cię w ruchu, np. dźwięk, światło czy ciepło, przemieszczają się w postaci fal. Fale te charakteryzują się określoną długością, niczym fala na morzu. Na przykład kiedy fala dźwiękowa rozchodzi się w atmosferze, wytwarza maleńkie zmiany w ciśnieniu powietrza.

5 Drgania Procesy, w trakcie których wielkości fizyczne na przemian rosną i maleją w czasie. Szczególnymi rodzajami drgań rozpatrywanymi w fizyce są: drgania mechaniczne (ruch drgający): wahadło matematyczne, ciało na sprężynie, wahadło fizyczne, drgania cząsteczek sieci krystalicznych, drgania strun instrumentów muzycznych, drgania powietrza itp.

6 drgania elektryczne: okresowe zmiany natężenia prądu np. w układzie kondensatora i cewki itp. drgania elektromechaniczne: np. drgania krystalicznych sieci jonowych, drgania plazmy w polu magnetycznym lub elektrycznym itp. Drgania

7 Możemy wyróżnić : drgania gasnące-drgania zanikające, czyli drgania o malejącej w czasie amplitudzie, drgania niegasnące- drgania których amplituda w miarę upływu czasu nie zmienia swojej wartości. ruch drgający – ruch polegający na okresowych zmianach położenia układu lub ciała. Drgania

8 Drgania można zaobserwować w wielu miejscach i nie potrzebne są tego jakieś specjalne urządzenia. Wystarczy przejść się po własnym domu i rozejrzeć się. Drgania

9 Częstotliwość Częstotliwość (częstość) określa liczbę cykli zjawiska okresowego występujących w jednostce czasu. W układzie SI jednostką częstotliwości jest herc (Hz). Częstotliwość 1 herca odpowiada występowaniu jednego zdarzenia (cyklu) w ciągu 1 sekundy. Najczęściej rozważa się częstotliwość w ruchu obrotowym, częstotliwość drgań, napięcia, fali. W fizyce częstotliwość oznacza się literą f lub grecką literą ν. Z definicji wynika wzór: f – częstotliwość, n – liczba drgań, t – czas, w którym te drgania zostały wykonane.

10 Częstotliwość Zmiana przebiegu czasowego drgań odpowiadająca wzrostowi częstotliwości.

11 Fale dźwiękowe należą do rodziny fal mechanicznych. Fale mechaniczne są rodzajem fal, dla których niezbędnym warunkiem rozchodzenia się jest obecność ośrodka materialnego. Jest to konieczne, ponieważ ich propagacja polega na przemieszczaniu się drgań cząstek ośrodka materialnego. Dlatego fale mechaniczne a więc i fale dźwiękowe nie mogą rozchodzić się w próżni. W próżni rozchodzi się tylko drugi typ fal zwanych falami elektromagnetycznymi. Takie drgania cząsteczek ośrodka wywołują lokalne zmiany ciśnienia atmosferycznego, które zwane są ciśnieniem akustycznym. Fale dźwiękowe

12 Prędkość rozchodzenia się fal dźwiękowych w niektórych ośrodkach.

13 Samoloty naddźwiękowe Concorde, British Airways. Autor: Corel

14 Czym jest samolot naddźwiękowy? Jest to statek powietrzny zdolny do lotu z prędkością większą od prędkości dźwięku. Prędkość dźwięku - zależna od temperatury powietrza, dokładnie obliczona przez fizyków, wynosi 1225 km/h. Każdy zatem samolot, który uzyskuje większą prędkość, nazywany jest samolotem naddźwiękowym. Większość samolotów bojowych lata z prędkościami większymi od prędkości dźwięku a z samolotów komunikacyjnych są tylko dwa (obydwa już w muzeum) - radziecki Tu-144 i francusko-brytyjski "Concorde" - które mogą latać z prędkościami ponad 2000 km/h.

15 Pierwszy lot "Concorde" "Concorde" to po francusku "zgoda". To słowo uznane zostało za odpowiednią nazwę dla zbudowanego w kooperacji francusko - brytyjskiej pasażerskiego samolotu naddźwiękowego - jedynego, który wszedł do regularnej eksploatacji. Wymiary Rozpiętość - 25,56 m, długość - 62,17 m, wysokość - 11,40 m, powierzchnia nośna skrzydeł - 385,25 m kw. Masa Masa własna - 78 ton, maksymalna masa użyteczna (tzw. "płatna") - 12,7 ton, maksymalna masa startowa - 185,065 ton, maksymalna masa paliwa - 93,43 ton Osiągi Prędkość przelotowa km/h (tj. 2,02 Mach), minimalna prędkość w powietrzu km/h, długość rozbiegu m, długość lądowania m, pułap lotu - 18 km, maksymalny zasięg km, liczba pasażerów do 144 (w zależności od aranżacji kabiny).

16

17 Zmierzch "Concorde'a" Katastrofa pod Paryżem spowodowała, że loty Concorde'ów - zarówno we Francji, jak i w Wielkiej Brytanii - zostały zawieszone. Do służby Concorde'y powróciły dopiero 22 października 2001 r., lecz do okresu świetności Concorde już nie wrócił. Pasażerowie bali się nim latać, a wykorzystanie miejsc było tak małe, że ekonomiczna analiza zysków ze sprzedaży biletów i kosztów obsługi (a nie względy bezpieczeństwa, które po wspomnianej katastrofie zostało radykalnie zwiększone) sprawiła, że brytyjskie i francuskie linie lotnicze postanowiły zaprzestać eksploatacji "Concorde'ów". Ostatni lot Concorde'a Air France z Paryża do Nowego Jorku z 68 pasażerami i 11 członkami załogi na pokładzie odbył się 31 maja 2003 r. Kilkanaście dni później samolot trafił do muzeum. Brytyjska maszyna po raz ostatni poleciała z lotniska im. Kennedy'ego w Nowym Jorku na londyńskie lotnisko Heatrow 24 października 2003 r. Epoka pierwszego regularnie eksploatowanego pasażerskiego samolotu naddźwiękowego (radziecki Tu 144 powstał nieco wcześniej od Concorde'a - zresztą w oparciu o jego wykradzione plany, lecz poza krótkim okresem lat , kiedy to latał na wewnętrznych liniach w ZSRR, nie był wykorzystywany w ruchu pasażerskim) dobiegła końca.

18 Naddźwiękowy samolot dla biznesmena Concorde odszedł, ale nie oznacza to końca naddźwiękowych lotów pasażerskich. Firma Nevada Aerion Corporation obwieściła bowiem właśnie światu prace nad naddźwiękowym samolotem biznesowym (SBJ)

19 Fala uderzeniowa – cienka warstwa, w której następuje gwałtowny wzrost ciśnienia gazu, rozchodząca się szybciej niż dźwięk. Fale uderzeniowe powstają podczas silnego wybuchu, ruchu ciała z prędkością ponaddźwiękową (np. samolot). W powietrzu przelotowi intensywnej fali uderzeniowej w bliskiej odległości od źródła, towarzyszy wytworzenie charakterystycznej mgiełki, zjawisko to jest zauważalne gołym okiem przy wybuchu ładunków MW o masie >0,5kg i średniej sile (TNT) lub w bezpośrednim otoczeniu samolotu poruszajacego się z prędkością naddźwiękową. Fala uderzeniowa Zastosowanie fal uderzeniowych to nowoczesny sposób zwalczania przewlekłego bólu związanego z układem mięśniowo-szkieletowym.

20 Jak powstaje fala uderzeniowa? Gdy w gazie porusza się ciało to nadaje ono cząsteczkom zderzającym się z nim dodatkową prędkość. Jeżeli prędkość tego ciała jest mniejsza od średniej prędkości cząsteczek gazu, to cząsteczki przekazują sobie w wyniku zderzeń pęd, po zderzeniu powracają i zderzają się cząsteczkami z drugiej strony. Rozchodzące się w ten sposób zaburzenie jest obserwowane jako dźwięk. Jeżeli ciało ma prędkość większą od średniej prędkości cząsteczek gazu, to cząsteczki nie "nadążają z przekazywaniem" energii poprzedzającym je cząsteczkom, powstaje obszar w którym gwałtownie rośnie prędkość cząsteczek (szczególnie w jednym kierunku) co odpowiada wzrostowi ciśnienia. Gdy ciało przestanie gwałtownie się poruszać, następuje gwałtowny spadek ciśnienia. Jeżeli czynnik wywołujący falę trwa długo wywołuje ruch gazu w kierunku rozchodzenia się fali (podmuch). Po ustaniu przyczyny, fala uderzeniowa rozchodząc się szybko zanika, wywołując wzrost temperatury ośrodka w którym się rozchodzi (np. powietrza). Po zwolnieniu do prędkości poddźwiękowej staje się zwykłą falą dźwiękową o dużej amplitudzie. Silne fale dźwiękowe, słyszalne jako grzmot, lub też fale powstałe w wyniku uderzenia, niekiedy bywają mylnie nazywane falami uderzeniowymi.

21 Fala uderzeniowa wybuchu jądrowego Jeżeli fala uderzeniowa powstaje w wyniku wybuchu, może rozchodzić się jako ciąg fal uderzeniowych o wzroście i spadku ciśnienia. Fala uderzeniowa i wywołane nią wtórne zjawiska, takie jak podmuch, wahania ciśnienia, grzmot, to jeden z najważniejszych czynników niszczących wybuchu jądrowego (z wyjątkiem bomb neutronowych). Oddziałuje bezpośrednio na ludzi, przedmioty i inne w trakcie wybuchu jądrowego, wywołując burzenie budynków, przewracanie, deformowanie, rozrywanie, łamanie, porywanie sprzętu, wyrywanie drzew itp. Na ludzi działa bezpośrednio jako uderzenie, lub pośrednio jako uderzenie przez przedmioty niesione przez podmuch. Jej zasięg niszczycielski zależy od siły wybuchu bomby i odległości od wybuchu. Fala uderzeniowa może się odbijać, czego przykładem jest wybuch w Nagasaki (jedna podstawowa i 4 odbite), ale zależy to od ukształtowania terenu. Fala uderzeniowa wybuchu rozchodząc się promieniście zanika szybko wraz z odległością od źródła, a po osłabnięciu rozchodzi się na znaczne odległości jako fala dźwiękowa.

22 Wiele osób słyszało uderzenie dźwiękowe, ale mało kto je zobaczył. Kiedy samolot leci z prędkością naddźwiękową, fale gęstości dźwięku wydawanego przez samolot nie mogą go wyprzedzić, więc gromadzą się w stożku za nim. Kiedy taka fala uderzeniowa mija obserwatora na ziemi, w jednej chwili słyszy on cały dźwiek produkowany przez dłuższy czas. To właśnie jest uderzenie dźwiękowe. Czasami, gdy samolot przyspiesza, żeby przekroczyć barierę dźwieku, tworzy się niezwykła chmura. Przyczyny powstawania takiej chmury nie są do końca znane, ale wiodąca teoria mówi, że następuje spadek ciśnienia wokół samolotu, opisany przez osobliwość Prandtla-Glauerta, powodując kondensację pary wodnej. Powyżej pokazano myśliwiec F/A-18 Hornet sfotografowany w chwili przekraczania prędkości dźwięku. Również duże meteory i prom kosmiczny często powodują słyszalne uderzenia dźwiękowe zanim atmosfera ziemska spowolni je do prędkości poniżej prędkości dźwięku. [nasa]

23 Źródła dźwięku

24 Źródło dźwięku - to ciało drgające, którego energia jest dostateczna, aby wywołać w narządzie słuchu, najsłabsze wrażenia słuchowe. Inaczej mówiąc natężenie dźwięków słyszalnych musi przekraczać próg słyszalności.

25 Prędkość dźwięku Prędkość dźwięku w określonym ośrodku jest prędkością rozchodzenia się w nim zaburzenia mechanicznego. Prędkość dźwięku w substancjach zależy od prędkości przekazywania kolejnym cząsteczkom tej substancji prędkości cząsteczek zwiększonej ciśnieniem dźwięku. Dla małych natężeń dźwięku ta dodatkowa prędkość jest znacznie mniejsza od prędkości ruchu cieplnego cząsteczek, dlatego prędkość dźwięku nie zależy od jego natężenia. W powietrzu, w temperaturze 15°C, prędkość rozchodzenia się dźwięku jest równa 340,3 m/s 1225 km/h. Prędkość ta zmienia się przy zmianie parametrów powietrza. Najważniejszym czynnikiem wpływającym na prędkość dźwięku jest temperatura, w niewielkim stopniu ma wpływ wilgotność powietrza; nie zauważa się, zgodnie z przewidywaniami modelu gazu idealnego, wpływu ciśnienia. Doświadczalna formuła określająca zależność prędkości dźwięku w suchym (wilgotność równa zero) powietrzu dana jest przybliżonym wzorem: gdzie: - prędkość dźwięku, - temperatura w stopniach Celsjusza (°C).

26 ··powietrze m/s ···rtęć m/s ···woda m/s ···lód m/s ···beton m/s ···stal m/s m/s ···aluminium m/s ···ołów m/s ···korek m/s ···ebonit m/s ···szkło m/s

27 Ciśnienie akustyczne – zmienne w czasie odchylenie od średniej wartości ciśnienia statycznego panującego w ośrodku, występujące podczas rozchodzenia się w nim fali akustycznej. Ciśnienie akustyczne opisuje natężenie dźwięku i wyraża się w paskalach. Najmniejsze ciśnienie akustyczne, które wywołuje u człowieka wrażenie słuchowe wynosi 2·10 -5 Pa. Jest to ciśnienie odniesienia, oznaczane p 0 Ciśnienie akustyczne

28 Siła rezonansu

29 Rezonans – zjawisko fizyczne zachodzące dla drgań wymuszonych, objawiające się pochłanianiem energii poprzez wykonywanie drgań o dużej amplitudzie przez układ drgający dla określonych częstotliwości drgań.

30 CZY REZONANS MOŻE SPOWODOWAĆ KATASTROFĘ?

31 Dla budujących różne maszyny, dla budynków drgania oraz rezonans stanowią na ogół kłopoty. Wibracje są przede wszystkim niebezpieczne dla wiszących mostów. Gdy wieje wiatr albo rytm kroków ludzi chodzących po moście jest w stanie doprowadzić do rezonansu oraz drgań o groźnej amplitudzie. Było kilka przykładów takich zdarzeń w naszej historii. Najgłośniejszym jest przypadek mostu Tacoma Narrows Bridge. Jego podstawowe przęsło posiadało 853m długości oraz zaledwie 12m szerokości. W czasie słabych wiatrów most falował, powodując w związku z tym mocne wrażenia kierowcom. 7 listopada 1940r., zaledwie cztery miesiące po otwarciu, kąt oraz prędkość wiatru dokładnie zgrały się z częstotliwością mostu powodując rozhuśtanie go na tyle mocno,by chodnik po prawej stronie przemieścił się o 8,5m wyżej aniżeli ten po lewej. W czasie paru godzin most zawalił się do wody. CIEKAWOSTKA! Najśmieszniejsze jest to, iż niedaleko mostu, jeszcze kilkanaście godzin po jego runięciu, widniała reklama jednego z banków, który reklamował się, iż jest stabilny jak Tacoma Bridge. Rezonans Tacoma Bridge Rezonans Tacoma Bridge Rezonans Tacoma Bridge

32 ZASTOSOWANIE REZONANSU

33 REZONANS MAGNETYCZNY Obrazowanie magnetyczno-rezonansowe (ang. MRI, magnetic resonance imaging) to nieinwazyjna metoda uzyskiwania obrazów wnętrza obiektów. Ma zastosowanie w medycynie, gdzie jest jedną z podstawowych technik diagnostyki obrazowej (tomografii) oraz w badaniach naukowych przeprowadzanych in vivo na zwierzętach.

34

35 REZONANS MECHANICZNY Rezonans mechaniczny to zjawisko polegające na przepływie energii pomiędzy kilkoma (najczęściej dwoma) układami drgającymi. Warunkami koniecznymi do zajścia rezonansu mechanicznego są: jednakowa lub zbliżona częstotliwość drgań własnych (lub swobodnych) układów, istnienie mechanicznego połączenia między układami.Przykładem układu, w którym występuje rezonans mechaniczny słabo tłumiony, jest układ wahadeł sprzężonych Ze zjawiskiem rezonansu spotykamy się jadąc np. autobusem. Przy pewnej prędkości kątowej obrotów silnika, szyby lub niektóre części karoserii zaczynają silnie drgać. Rezonans ma decydujące znaczenie dla procesu powstawania i wzmacniania dźwięku w instrumentach muzycznych np.: wykorzystany jest w akustyce poprzez stosowanie pudeł rezonansowych w instrumentach muzycznych, np. w gitarze lub głośnikach

36 Widoczny rezonans mechaniczny w pudle gitary Pudła rezonansowe głośników

37 REZONANS ELEKTRYCZNY Rezonans elektryczny jest to zjawisko polegające na tym, że w obwodzie elektrycznym zawierającym elementy o reaktancjach indukcyjnych i pojemnościowych następuje, dla pewnych częstotliwości prądu, wzajemna kompensacja tych reaktancji. W wyniku tego wypadkowa reaktancja obwodu równa jest zeru i prąd płynący ze źródła jest w fazie z jego siłą elektromotoryczną. Wyróżniamy rezonans szeregowy i rezonans równoległy. Obwód będący w stanie rezonansu nie pobiera ze źródła mocy biernej, występuje zjawisko kompensacji mocy. Moc bierna indukcyjna, pobierana przez obwód, jest równa mocy biernej pojemnościowej. Moce te są przeciwne, dlatego w warunkach rezonansu całkowita moc bierna obwodu jest równa zeru.

38

39 Głos ludzki

40 GŁOS LUDZKI Wibracje wytwarzane przez struny głosowe człowieka (dźwięki o określonej częstotliwości). Fałdy głosowe w połączeniu z m.in. zębami, językiem i ustami mogą wytworzyć szerokie spektrum dźwięków, umożliwiając całkowitą zmianę znaczenia wypowiedzi poprzez manipulację tonu lub akcentowanie pojedynczych części.

41 ELEMENTY MECHANIZMU MOWY LUDZKIEJ ELEMENTY MECHANIZMU MOWY LUDZKIEJ 1. Aparat mowy to narządy biorące udział w tworzeniu dźwięków ludzkiej mowy. 2. Aparat oddechowy- płuca, przeponę, tchawicę i oskrzela. 3. Aparat fonacyjny- elementem jego jest krtań 4. Aparat artykulacyjny składa się z narządów, które modyfikują strumień powietrza i obejmuje wszystkie narządy jam przewodu oddechowego znajdujące się ponad nagłośnią (wejściem do krtani) 1. Aparat mowy to narządy biorące udział w tworzeniu dźwięków ludzkiej mowy. 2. Aparat oddechowy- płuca, przeponę, tchawicę i oskrzela. 3. Aparat fonacyjny- elementem jego jest krtań 4. Aparat artykulacyjny składa się z narządów, które modyfikują strumień powietrza i obejmuje wszystkie narządy jam przewodu oddechowego znajdujące się ponad nagłośnią (wejściem do krtani)

42 ELEMENTY MECHANIZMU MOWY LUDZKIEJ ELEMENTY MECHANIZMU MOWY LUDZKIEJ

43

44 ANATOMIA UCHA

45 SUBIEKTYWNE PARAMETRY DŹWIĘKU Dźwięki można charakteryzować za pomocą parametrów subiektywnych, do których należą: - barwa dźwięku - jest to cecha na podstawie której ucho ludzkie jest w stanie rozróżnić dwa dźwięki o tej samej wysokości i głośności, które pochodzą z różnych źródeł. Jest to cecha skorelowana z obiektywną cechą, którą jest widmo dźwięku. Ucho dokonuje analizy harmonicznej dźwięków. - wysokość dźwięku jest funkcją częstości drgań. Zdolność bezwzględnej oceny wysokości dźwięku to słuch absolutny. Większość ludzi potrafi tylko ocenić prawidłowo równość stosunku częstości dwu drgań czyli interwał - słuch relatywny.

46 SUBIEKTYWNE PARAMETRY DŹWIĘKU - głośność - zależy od natężenia fali akustycznej i od czułości ucha na dźwięki o różnej częstości drgań czyli charakteryzuje subiektywne odczuwanie natężenia dźwięku. Skala fonowa- za ton wzorcowy przyjęto ton o częstotliwości 1000 Hz. Poziom natężenia tonu wzorcowego dobiera się tak, aby brzmiał on jednakowo głośno jak ton badany. Ton badany ma wtedy tyle fonów poziomu głośności ile decybeli ma ton wzorcowy jednakowo słyszalny. Na podstawie tego rodzaju obliczeń sporządzono krzywe izofoniczne czyli krzywe jednakowego natężenia. skala sonowa- opiera się na założeniu, że ucho ludzkie ocenia stosunek dwu tonów ( w szczególności 2 : 1).

47 SŁYSZENIE KIERUNKOWE Słyszenie kierunkowe- jest spowodowane różnicą faz sygnałów, różnicą czasu ich trwania oraz różnicą natężeń. Jeżeli źródło dźwięku znajduje się dokładnie w płaszczyźnie symetrii głowy to różnica faz sygnału jest równa 0. Ucho reaguje również na różnicę czasu między dojściem tego samego sygnału do obu uszu. Różnica natężeń odbieranych przez lewe i prawe ucho jest większa dla dźwięków wysokich niż dla niskich oraz dla dźwięków bliższych niż dalszych.

48 CIAŁO CZŁOWIEKA JAKO REZONATOR

49 CIAŁO JAKO INSTRUMENT Ciało to niezwykły rezonator naszego głosu, jego naturalny wzmacniacz. Jerzy Grotowski w ciele wyróżnił o wiele więcej rezonatorów niż możemy spotkać w podręcznikach anatomii. Według niego praktycznie każda część ciała i całe ciało mogą stać się wibrującym ośrodkiem (wymienia takie rezonatory jak rezonator maski, piersiowy, nosowy, przednio- zębowy, krtaniowy, brzuszny, dolno – kręgosłupowy, zwany rezonatorem krzyża oraz rezonator totalny obejmujący całe ciało). Gdy pozbędziemy się wewnętrznych oporów i pozwolimy, by ciało się zaangażowało, głos zabrzmi inaczej. Obudzenie rezonansu w ciele to ciekawe doświadczenie i przyjemne odkrywanie możliwości współpracy ciała i głosu. Otworzenie ciała i pozwolenie, by dźwięk w nim wibrował, pozwala na swobodny przepływ oddechu i energii. Dzięki temu nie skupiamy się jedynie na okolicy głowy, krtani. Rozluźniamy się i uruchamiamy większą powierzchnię, która mówi/ śpiewa. Głos z lekkością przepływa przez ciało i pobudza w nim różnego rodzaju barwy i dźwięki.

50 Podział fal Ze względu na zakres częstotliwości można rozróżnić cztery rodzaje tych fal: infradźwięki - poniżej 16 Hz, dźwięki słyszalne 16 Hz - 20 kHz - słyszy je większość ludzi, ultradźwięki - powyżej 20 kHz, hiperdźwięki - powyżej 1010 Hz. Dodatkowo ze względu na duże amplitudy i specyficzny ośrodek wyróżnia się fale sejsmiczne, drgania rozchodzące się w litosferze Ziemi.

51 Poziom natężenia dźwięku Poziomem natężenia dźwięku nazywamy logarytmiczną miarę natężenia dźwięku w stosunku do pewnej umownie przyjetej wartości odniesienia, wyrażanej w decybelach. Kilka wartości poziomu hałasu w dB (są to wartości orientacyjne i uśrednione, nie należy uznawać ich za wartości uniwersalne): 10 dB - szmer liści przy łagodnym wietrze 30 dB - rozmowa szeptem 40 dB - szmery w mieszkaniu, darcie papieru 50 dB - szum w biurach, głośna rozmowa 60 dB - odkurzacz dobrej jakości (cichy) 70 dB - wnętrze głośnej restauracji, orkiestra 90 dB - zwykły odkurzacz 120 dB - śmigło helikoptera w odległości 5m 190 dB - prom kosmiczny

52 Częstotliwość dźwięku Pojęciem charakterystycznym dla fali dźwiękowej jest częstotliwość dźwięku. Jest to liczba drgań cząsteczek ośrodka materialnego w danej jednostce czasu. Wyrażana jest w hercach. Wiadomo, że w środowisku człowieka generowane są dźwięki o różnych częstotliwościach. Badania wykazały, że dźwiękiem o najniższej częstotliwości jaki może jeszcze wywoływać wrażenia słuchowe jest dźwięk o częstotliwości f= 1000 herców. Odpowiada mu wartość ciśnienia akustycznego równa p=Pa.

53 Czym jest amplituda Amplituda w ruchu drgającym i w ruchu falowym jest to największe wychylenie z położenia równowagi. Jednostka amplitudy zależy od rodzaju ruchu drgającego: dla drgań mechanicznych jednostką może być metr, jednostka gęstości lub ciśnienia (np. dla fali podłużnej); dla fali elektromagnetycznej tą jednostką będzie V/m. W formalnym opisie drgań amplituda jest liczbą nieujemną określająca wielkość przebiegu funkcji okresowej.

54 Fala poprzeczna Taką falą będziemy nazywali na przykład tą rozchodzącą się wzdłuż sznura. Najpierw pokarzemy w jaki sposób rozchodzi się w ośrodku, jakim jest sznur zaburzenie. Za ilustrację posłuży następujący rysunek, na który składają się kolejne sekwencje uchwyconej fali.

55 Widzimy, że początkowo w chwili wzór sznur jest równomiernie rozciągnięty w kierunku poziomym. Następnie wprowadzamy lewą stronę sznura w drgania. W konsekwencji początek raz znajduje się powyżej a po pewnym czasie po przejściu przez położenie równowagi wzór poniżej tego położenia. Kiedy początek sznura (lewa strona) wykonuje drgania w kierunku pionowym, prostopadle do niego w kierunku poziomym rozchodzi się zaburzenie. Zauważmy, że nie tylko pierwszy fragment sznura wykonuje drgania w kierunku pionowym. Każdy inny dowolnie wybrany element do którego dotarło zaburzenie, również tak zaczyna drgać. Najniższa część rysunku pokazuje nam, na jaką odległość dodarła wędrująca wzdłuż sznura fala po czasie wzór czyli do momentu do kiedy były wykonywane drgania. Definicja fali poprzecznej: Falą poprzeczną będziemy nazywali taką, w której zaburzenie ośrodka rozchodzi się w kierunku prostopadłym do kierunku drgań elementów tego ośrodka.

56 Fala podłużna Tego typu zaburzeniem ośrodka jest fala dźwiękowa lub odpowiednio wywołana fala rozchodząca się wzdłuż sprężyny. Ilustracja poniżej przedstawia mechanizm powstawania i rozprzestrzeniania się zaburzenia wzdłuż sprężyny.

57 Charakterystyczne jest to, że początek sprężyny jest pobudzany do drgań w kierunku poziomym raz w prawo raz w lewo tak, że zwoje sprężyny cyklicznie są ściskane a następnie rozciągane. Najniższa część rysunku pokazuje nam, na jaką odległość dodarła wędrująca wzdłuż sprężyny fala po czasie wzór czyli do momentu do kiedy były wykonywane drgania. Poniżej mamy przedstawiony mechanizm powstawania fali dźwiękowej. Dla prostego zrozumienia falę ograniczyliśmy rurą tak by rozchodziła się w jednym kierunku a nie po przestrzeni.

58 Natężenie dźwięku a amplituda fali dźwiękowej Natężenie dźwięku jest miarą energii fali akustycznej. Jest równa ilości energii akustycznej przepływającej w czasie 1 s przez jednostkowe pole powierzchni (1m2). Natężenie fali jest proporcjonalne do amplitudy drgań (maksymalne wychylenie z położenia równowagi). Dolna granica słyszalności, to ton o częstotliwości 1000 Hz (Hz=1/s). Częstotliwość ma zasadnicze znaczenie przy odbieraniu przez nas dźwięków. Po pierwsze każdy człowiek ma indywidualną tolerancję na różne częstotliwości. Oznacza, to że na niektóre możemy być bardziej wrażliwi niż na inne. Nasze reakcje są analogiczne do fakty, że na przykład psy doskonale słyszą ultradźwięki (dźwięki o wysokich częstotliwościach). Natomiast Słonie są w stanie usłyszeć częstotliwości niezwykle małe, tzw. infradźwięki nawet rzędu 16Hz. Po drugie, jeżeli weźmiemy jeden ton i zaczniemy go nadawać z różnymi częstotliwościami, to przekonamy się, że żeby usłyszeć ten dźwięk dla różnych częstotliwości musimy modulować jego amplitudę, czyli zmieniać jego natężenie.

59

60 EFEKT DOPPLERA Zjawisko obserwowane dla fal, polegające na powstawaniu różnicy częstotliwości wysyłanej przez źródło fali oraz zarejestrowanej przez obserwatora, który porusza się względem źródła fali. Dla fal rozprzestrzeniających się w ośrodku, takich jak na przykład fale dźwiękowe, efekt zależy od prędkości obserwatora oraz źródła względem ośrodka, w którym te fale się rozchodzą. W przypadku fal propagujących się bez udziału ośrodka materialnego, jak na przykład światło w próżni (w ogólności fale elektromagnetyczne), znaczenie ma jedynie różnica prędkości źródła oraz obserwatora.

61 Ź ródło fal poruszające się w lewo. Długość fali jest mniejsza po lewej, a większa po prawej od źródła

62 Christian Andreas Doppler urodził się 29 listopada 1803 roku w Salzburgu w austriackiej rodzinie kamieniarskiej z tradycjami sięgającymi 1674 roku. Początkowo planowano, że przejmie po ojcu warsztat, jednak z powodu słabego zdrowia i wątłej budowy ciała odstąpiono od tego zamysłu. Chłopiec dobrze się uczył, więc po pomyślnie zdanej maturze wysłano go na studia. Studiował w Salzburgu i Wiedniu. Po ukończeniu studiów wykładał matematykę i fizykę na Politechnice w Pradze. W 1841 roku - a więc w wieku 38 lat - został profesorem zwyczajnym matematyki i fizyki na Uniwersytecie Karola w Pradze. W dniu 25 maja 1842 roku ogłosił, a w 1843 roku opublikował swoją najważniejszą pracę - "O kolorowym świetle gwiazd podwójnych i niektórych innych ciałach niebieskich" ("Über das farbige Licht der Doppelsterne und einige andere Gestirne des Himmels"

63 ZASTOSOWANIE EFEKTU DOPPLERA W DIAGNOSTYCE MEDYCZNEJ Udoskonaleniem konwencjonalnych aparatów ultrasonograficznych było wprowadzeni eultrasonografii dopplerowskiej. Jeżeli głowica ultradźwiękowa potrafi rejestrować nie tylko opóźnienie echa wysyłanego dźwięku, lecz również jego częstotliwość, wtedy na obrazie diagnostycznym można umownymi kolorami zobrazować ruch organu lub płynu ustrojowego.

64 ZASTOSOWANIE EFEKTU DOPPLERA W DIAGNOSTYCE MEDYCZNEJ Przykładem może być echokardiografia. Dla kardiochirurgów bardzo ważne jest określenie nie tylko struktury anatomicznej serca, ale również prędkości i kierunku ruchu krwi przepływającej w tej biologicznej pompie. Obserwacja bijącego serca płodu umożliwia wykrycie wad rozwojowych jeszcze w łonie matki. Lekarze mając wiedzę o zagrożeniu mogą przygotować się na trudności po porodzie.

65 ZASTOSOWANIA ZJAWISKA DOPPLERA

66 RADAR DOPPLEROWSKI Na efekcie Dopplera opiera się zasada działania radaru dopplerowskiego. Gdy fale radiowe odbijają się od ruchomego obiektu, ich częstotliwość postrzegana przez nieruchomego obserwatora jest zależna od prędkości ruchu. Meteorologiczne radary dopplerowskie stosowane są w do wykrywania ruchu chmur i powietrza, dostarczając dane do obserwacji i prognozowania pogody. Dzięki takim pomiarom można wcześniej ostrzec ludność zagrożoną przez gwałtowne zjawiska atmosferyczne, takie jak burze, fronty atmosferyczne i tornada.

67 DUDNIENIE Okresowe zmiany amplitudy drgania wypadkowego powstałego ze złożenia dwóch drgań o zbliżonych częstotliwościach. Dudnienia obserwuje się dla wszystkich rodzajów drgań, w tym i wywołanych falami. W roku 1955 A. T. Forrester, R. A. Gudmundsen i P. O. Johnson obserwowali dudnienie światła pochodzącego z dwóch niezależnych źródeł światła widzialnego o prawie identycznej częstotliwości. Uzyskano częstotliwość dudnień w zakresie mikrofal.

68 PRZYKŁADY DUDNIEŃ dudniący dźwięk powstający ze złożenia dwóch dźwięków źle zestrojonych instrumentów muzycznych, dźwięk (drgania) powstający ze złożenia dźwięku odbieranego bezpośrednio i odbitego od poruszającej się powierzchni odbijającej (wskutek zjawiska Dopplera dźwięk odbity od ruchomej powierzchni jest odbierany jako dźwięk o zmienionej częstotliwości) Za dudnienie uznaje się także okresowe zmiany amplitudy drgań w układzie dwóch słabo sprzężonych oscylatorów.

69 Przykładowy przebieg dudnienia

70 WYBRANE ZASTOSOWANIA Efekt dudnień jest wykorzystywany do: Strojenia instrumentów muzycznych, ponieważ im dwie częstotliwości są sobie bliższe, tym dudnienie jest wyraźniejsze i znika dopiero przy idealnym dobraniu częstotliwości. Do zmiany częstości odbieranych drgań w odbiornikach fal radiowych (superheterodyna). Obwód elektryczny dokonujący zmiany częstotliwości to mieszacz Do określania częstotliwości drgań lub fal poprzez sumowanie fali odebranej i wzorcowej, stosowane np. w radarach dopplerowskich.

71 STROJENIE INSTRUMENTÓW Regulacja wysokości dźwięków wytwarzanych przez instrument muzyczny, w celu zapewnienia wzajemnej zgodności harmonicznej interwałów pomiędzy dźwiękami w obrębie tego instrumentu oraz w celu uzyskania zgodności z innymi instrumentami przeznaczonymi do wspólnej gry w zespole instrumentalnym (np. orkiestrze).

72 STROJENIE INSTRUMENTÓW Pudło rezonansowe

73 FALE SEJSMICZNE Fale sejsmiczne - fale sprężyste rozchodzące się w Ziemi, powstałe wskutek trzęsień ziemi, wywołane przez eksplozję materiałów wybuchowych lub powodowane działalnością górniczą. Tomografia sejmiczna zespół metod obrazowania struktur znajdujących się wewnątrz Ziemi na podstawie pomiaru fal sejmicznych.Fale przechodzące lub odbite od granic pomiędzy ośrodkami o różnych właściwościach fizycznych rejestrowane są na powierzchni. Na podstawie takich pomiarów odtwarzana jest struktura wnętrza Ziemi.

74 ZASTOSOWANIE DIAGNOSTYCZNE Ultrasonografia (USG) to badanie narządów wewnętrznych za pomocą fal ultradźwiękowych. Metoda diagnostyczna jest oparta na zjawisku echa ultradźwiękowego. Informacje uzyskane tą metodą mogą być przedstawione na ekranie oscyloskopowym w postaci impulsów, lub w postaci obrazu rozkładu tkanek normalnych i patologicznych.

75 ZASTOSOWANIE TERAPEUTYCZNE W urologii zastosowanie metody litotrypsji polega na zogniskowaniu wiązki ultradźwięków na kamieniach nerkowych w celu ich skruszenia. W okulistyce do operacji zaćmy tzw. metodą fakoemulsifikacji. Fale ultradźwiękowe rozbijają zmętniałe jądro soczewki, którego kawałki zostają zasysane - usuwane z oka. Zabieg jest szybki, bezbolesny, lecz oczywiście jak każdy zabieg obarczony ryzykiem powikłań.

76 ZASTOSOWANIE W CHIRURGII Ultradźwiękami można oczyszczać narzędzia chirurgiczne, co jest stanowczo dokładniejsze od tradycyjnego mycia, a nawet je sterylizować. Jednak dla bezpieczeństwa pomimo mycia ultradźwiękowego, stosuje się dodatkowo tradycyjne metody sterylizacji. Myjka ultradźwiękowa

77 ECHOENCEFALOGRAM. METODA BADANIA MÓZGU ZA POMOCĄ ULTRADŹWIĘKÓW. Polega na analizowaniu fal ultradźwiękowych odbitych (w postaci echa) od badanych struktur mózgu.

78 Technika echa ultradźwiękowego dla zwierząt. Echolokacja Technika echa ultradźwiękowego dla zwierząt. Echolokacja.

79 Echolokacja Sposób obrazowania przestrzeni wykorzystujący umiejętność wysyłania fal dźwiękowych i analizowania ich odbicia od otaczających obiektów. Ilość informacji o otoczeniu, która można uzyskać dzięki tej metodzie, zależy od długości fali emitowanej, im jest ona krótsza, tym mniejsze obiekty można dostrzec. Stąd najczęściej zwierzęta wykorzystują ultradźwięki niesłyszalne dla ucha ludzkiego.

80 Echolokacja u zwierząt Echo powracające do zwierząt ułatwia im lokalizowanie potencjalnych ofiar, poruszanie się między przeszkodami, orientację w ciemności lub środowiskach słabo oświetlonych. Siła powracających wibracji informuje zwierzę o odległości obiektu, natomiast różnica w czasie pomiędzy emisją dźwięków a ich odbiciem kierunku ruchu ofiary. Echolokacja wykorzystywana jest głównie przy niedostatecznym dostępie światła. Zdolność takiego orientowania w przestrzeni wykorzystują nietoperze, nieliczne ptaki i delfiny.

81 NIETOPERZ – potrafi wyemitować krótkie piski o częstotliwościach dochodzących do 150 tys. Hz. Duże, odpowiednio ukształtowane uszy pozwalają określić kierunek odbitej fali. Precyzja analizy echa takiego pisku pozwala nietoperzom ocenić odległość od przelatującej ćmy, czy też dostrzec zmarszczki na wodzie, pochodzące od przepływającej ryby.

82 DELFINY – np. morświny, wykorzystują echolokacje do poszukiwaniu pokarmu. Metoda ta pozawala im dostrzec ofiarę ukrytą pod warstwą mułu lub piasku.

83 Płyta gramofonowa i płyta kompaktowa. Różne sposoby zapisywania dźwięku. Która płyta jest bardziej zdarta?

84 Płyta gramofonowa Płyta gramofonowa – zwykle okrągła płyta o średnicy do 30 cm z zapisanym spiralnie w postaci rowka analogowym nagraniem dźwiękowym. Płyty gramofonowe były wykonywane z różnych materiałów, najczęściej ebonitu, szelaku lub poli (chlorku winylu) - stąd nazwa potoczna – płyta winylowa. Choć produkowano je w różnych kolorach, to zdecydowanie najczęściej w czarnym, stąd inna nazwa potoczna – czarna płyta. Obecnie powszechnie określana jest też mianem płyty analogowej. Płyty gramofonowe były podstawowym środkiem rozpowszechniania nagrań muzycznych od końca wieku XIX do lat 80 wieku XX. Obecnie zostały zmarginalizowane przez zapis cyfrowy na płytach CD.

85 Płyta kompaktowa Płyta kompaktowa poliwęglanowy krążek z zakodowaną cyfrowo informacją do bezkontaktowego odczytu światłem lasera optycznego. Standardowa płyta CD ma średnicę 120 mm i jest w stanie pomieścić 700 MB danych lub 80 minut dźwięku. Płyta kompaktowa została opracowana wspólnie przez koncerny Philips i Sony pod koniec lat 70., a jej premiera odbyła się w fabryce w Langenhagen własności PolyGram 17 sierpnia 1982, która wtedy należała do Philipsa. Pierwszą płytą, która pojawiła się w wersji CD była The Visitors grupy ABBA, natomiast pierwszym materiałem opublikowanym na nośniku CD w Polsce (w 1989 roku) była płyta Spokojnie zespołu Kult o symbolu Polton CDPL-001[potrzebne źródło]. Pierwsze płyty i odtwarzacze CD zostały wprowadzone do sprzedaży we wrześniu 1982 roku w Japonii. W sprzedaży w Stanach Zjednoczonych i Europie pojawiły się w marcu 1983 r.

86 Sposoby zapisywania dźwięku Pierwszego zapisu dźwięku dokonał w 1860 roku Édouard-Léon Scott de Martinville. Jego fonautograf nie był zaprojektowany do odtwarzania dźwięku, ale zachowały się zapisy archiwalne pierwszych rejestracji odczytane i odtworzone w 2008 roku. Pierwszego zapisu dźwięku za pomocą urządzenia zwanego fonografem, mogącego także odtwarzać dźwięk, dokonał w 1877 r. Amerykanin Thomas Alva Edison. Pobudzona do drgań dźwiękiem membrana przekazywała drgania do igły żłobiącej śrubowy rowek w cynowej folii nałożonej na obracający się wałek. Ponowne przejście igły wzdłuż wyrytych na wałku rowków umożliwiało wprawienie w ruch innej membrany i przekazanie drgań w tubę głosową, tym samym odtwarzając dźwięk. Obecnie, na podstawie wiedzy o właściwościach słuchu, stało się możliwe zaprojektowanie cyfrowych formatów rejestracji dźwięku jak MP3, AAC, WAV, flac, umożliwiających zapis dźwięku w formie zajmującej mniej miejsca na nośnikach cyfrowych.

87 Doświadczenia 1.Dźwięki gitaryDźwięki gitary 2.Dźwięki butelekDźwięki butelek 3.Dźwięki ze słomkiDźwięki ze słomki 4.Dźwięki kamertonówDźwięki kamertonów

88 Bibliografia W naszej pracy w III semestrze korzystaliśmy z następujących źródeł : 1. Podręcznik do klasy II gimnazjum Spotkania z fizyką wyd. Nowa Era, Zrozumieć świat wyd. Zamkor. 2. Historia fizyki prof. dr hab. Andrzej Kajetan Wróblewski 3. Fizyka wokół nas Paul G. Hewitt 4. Strony internetowe:

89 Publikacja jest współfinansowana przez Unię Europejską w ramach środków Europejskiego Funduszu Społecznego Prezentacja jest dystrybuowana bezpłatnie Projekt Z FIZYKĄ, MATEMATYKĄ I PRZEDSIĘBIORCZOŚCIĄ ZDOBYWAMY ŚWIAT !!! jest współfinansowany przez Unię Europejską w ramach środków Europejskiego Funduszu Społecznego Program Operacyjny Kapitał Ludzki CZŁOWIEK – NAJLEPSZA INWESTYCJA


Pobierz ppt "Publikacja jest współfinansowana przez Unię Europejską w ramach środków Europejskiego Funduszu Społecznego Prezentacja jest dystrybuowana bezpłatnie Projekt."

Podobne prezentacje


Reklamy Google