Dane INFORMACYJNE (do uzupełnienia) Nazwa szkoły: Zespół Szkół Ponadgimnazjalnych im. Józefa Nojego w Czarnkowie ID grupy: 97/13_MF_G1 Opiekun: mgr inż. Monika Mieloch-Sobczyńska Kompetencja: matematyczno-fizyczna Temat projektowy: Hałas wokół nas Semestr/rok szkolny: II / 2010/2011

Fale Dźwiękowe Fale dźwiękowe to fale sprężyste, których zakres częstotliwości jest taki, jak pasmo słyszalności człowieka. Obejmują one pasmo częstotliwości od 16Hz do 20000Hz. Mogą one być traktowane dwojako: zjawisko fizyczne rozchodzenia się drgań w ośrodkach sprężystych lub zjawisko fizjologiczne polegające na wywołaniu wrażenia odczuwanego przez słuchacza

Powstawanie wrażenia słuchowego Fale akustyczne to fale podłużne, które mogą rozchodzić się w powietrzu i wszystkich ośrodkach sprężystych. Fale, których częstotliwości są większe od słyszalnych nazywamy ultradźwiękami. Fale o mniejszej częstotliwości mniejszej niż słyszalne nazywamy infradźwiękami. Źródłem fal słyszalnych są drgające struny, słupy powietrza oraz drgające płyty lub membrany.

Prędkość fal dźwiękowych Fale dźwiękowe rozchodzą się w ciałach stałych, cieczach i gazach. Prędkość fal dźwiękowych zależy od właściwości fizycznych ośrodka, w którym się rozchodzą W ciałach stałych wyznaczmy ją z zależności: gdzie: v- prędkość dźwięku w ciele stałym, ⍴- gęstość , E- moduł Younga,

Prędkość fal dźwiękowych W cieczach prędkość wyznacza się z zależności W gazach prędkość wyznacza się z zależności gdzie: α- współczynnik ściśliwości cieczy, Współczynnik ściśliwości cieczy informuje o jaką część objętości początkowej zmienia się objętość danej cieczy podczas zmiany ciśnienia o jednostkę gdzie: p- ciśnienie gazu, χ- stosunek ciepła właściwego gazu przy stałym ciśnieniu do jego ciepła właściwego przy danej objętości

Podstawowe wielkości opisujące dźwięk   Wielkości, które charakteryzują dźwięk, dzielimy na obiektywne i subiektywne. Wielkościami obiektywnymi są wielkości fizyczne, które można zmierzyć odpowiednimi przyrządami pomiarowymi. Wielkości subiektywne to wielkości, które określamy za pomocą narządu słuchu. Należą do nich wysokość, głośność i barwa.

Wielkości obiektywne Prędkość fal dźwiękowych – opisano w poprzednich slajdach Częstotliwość – to liczba okresów drgań przypadających na jedną sekundę Długość fali – jest to odległość między dwoma najbliższymi punktami, których początkowe fazy drgań różnią się o 2Π. Związek, jaki łączy długość fali dźwiękowej z jej prędkością rozchodzenia się v oraz okresem drgań T dany jest zależnością  

Wielkości obiektywne c.d. Poziom ciśnienia akustycznego – określony jest zależnością gdzie: p – wartość skuteczna ciśnienia akustycznego, która dla fali harmonicznej wynosi A – amplituda fali p0 – jest to najniższa wartość ciśnienia fali akustycznej o częstotliwości 1000Hz, która jest jeszcze słyszana przez człowieka o normalnym słuchu i nazywa się wartością progową, p0 = 2*10-5 Poziom ciśnienia akustycznego mierzymy w belach (B)  

Wielkości obiektywne c.d. Natężenie dźwięku I definiuje się jako stosunek energii przechodzącej w jednostce czasu, czyli mocy akustycznej, do pola powierzchni ustawionej prostopadle do kierunku rozchodzenia się dźwięku. Wielkość ta opisana jest zależnością: gdzie: P – moc fali akustycznej, W S – powierzchnia prostopadła do kierunku rozchodzenia się fali, m2

Natężenie dźwięku c.d Natężenie fali w odległości r od źródła punktowego o mocy P określamy zależnością: lub w zależności od mocy źródła P, prędkości dźwięku v oraz gęstości powietrza ⍴: Natężenie dźwięku wyrażamy w a jednostka ta odpowiada 120dB Natężenie dźwięku ledwo słyszalnego nazywamy progiem słyszalności . Gdy natężenie dźwięku jest zbyt duże, wywołuje w uchu odczucie bólu to takie natężenie nazywamy progiem bólu.  

Cechy wrażeń słuchowych Na rysunku przedstawiono zależność tego co odbiera ucho od natężenia docierającego do niego dźwięku. Widać, że gdy natężenie rośnie o jednakowe wartości, to wielkość n, charakteryzująca nasze odczucia, wzrasta o coraz mniejsze wartości. Wrażenia słuchowe okresowo różnią się między sobą wysokością, która zależy od częstotliwości fali docierającej do ucha. Im większa częstotliwość , tym wrażenie słuchowe odbierane przez odbiorcę ma większą wysokość. Cecha ta jest charakterystyczna tylko dla tonów oraz dźwięków.

Graficzny obraz dudnień dudnienia Jeżeli w ośrodku rozchodzą się w tym samym kierunku dwie fale harmoniczne o nieznacznie różniących się częstotliwościach oraz tych samych amplitudach. Każdą z tych fal opisujemy równaniem: W wyniku złożenia się tych fal otrzymujemy inną falę, której równanie jest następujące: Dudnieniem nazywamy zjawisko okresowej zmiany amplitudy w wyniku nakładania się fal o mało różniących się częstotliwościach Graficzny obraz dudnień

Główne pojęcia dotyczące hałasu Występujące w środowisku dźwięki niepożądane lub szkodliwe dla zdrowia człowieka określamy mianem hałasu. Zakres występowania w środowisku poziomów dźwięku Hałas może wywierać niekorzystny wpływ na zdrowie człowieka, świat zwierzęcy i roślinny. Jego szkodliwość zależy od jego natężenia, częstotliwości, charakteru zmian w czasie oraz czasu działania. W widmie hałasu mogą występować składowe w zakresie infra- i ultradźwięków, które również wpływają niekorzystnie na środowisko.

Źródła hałasu Fizycznymi źródłami hałasu w środowisku są najczęściej: maszyny, urządzenia i narzędzia (młoty pneumatyczne, wiertarki, szlifierki) część procesów technologicznych generujących hałasy aerodynamiczne (zrzuty pary pod ciśnieniem) pojazdy komunikacji drogowej, szynowej, lotniczej, wodnej inne pojazdy (ciągniki rolnicze, maszyny budowlane) urządzenia komunalne (hydrofory, windy, transformatory). Ze względu na źródło i miejsce występowania wyróżniamy hałas: przemysłowy, komunikacyjny i komunalny  

Głośność wybranych źródeł kształtujących hałas komunikacyjny

Hałas przemysłowy Zakłady przemysłowe są źródłami hałasu i wibracji wywołanych pracą maszyn i urządzeń. Najsilniejsze hałasy występują w przemysłach: stoczniowym (100-160dB) hutniczym (95-120dB) włókienniczym (95-105dB) energetycznym (90-120dB) lotniczym (100-150dB) górniczym (100-120dB)

Hałas komunikacyjny c.d. Głośność wybranych źródeł kształtujących hałas komunikacyjny Zależność poziomu hałasu komunikacyjnego od nawierzchni ulicy i rodzaju pojazdu (w dB) Rodzaj pojazdu Samochód osobowy Samochód ciężarowy Asfalt 40 55 klinkier 65 Szosa żwirowa 50 70 brukowiec 75

Wpływ hałasu na człowieka i środowisko Wpływ hałasu na człowieka i skala zagrożenia dla jego zdrowia

doświadczenie Doświadczenie przeprowadzane w ramach prac nad tematem obejmowało pomiar natężenia dźwięku w centrum Czarnkowa. W doświadczeniu wykorzystaliśmy zestaw doświadczalny, w którego skład wchodziły następujące przyrządy: zestaw komputerowy; interfejs CoachLab II; czujnik dźwięku; program Coach 5.

Doświadczenie C.D Badane zjawisko polega na pomiarze zmian ciśnienia fali dźwiękowej a tym samym hałasu występującego w centrum miasta, które liczy około dwunastu tysięcy mieszkańców. Doświadczenie przeprowadziliśmy w czasie największego nasilenia ruchu komunikacyjnego (w godzinach 14.00-16.30). Na podstawie uzyskanych wyników pomiaru (wykresów) wyznaczyliśmy wartości maksymalne i minimalne ciśnienia a następnie wykonaliśmy obliczenia wykorzystując zależność:

ZMIANY CIŚNIENIA DO CZASU REJESTROWANE OKOŁO GODZ. 14.30

Obliczenia dla pomiarów ciśnienia zarejestrowanych około godz. 14.30

ZMIANY CIŚNIENIA DO CZASU REJESTROWANE OKOŁO GODZ. 15.30

Obliczenia dla pomiarów ciśnienia zarejestrowanych około godz. 15.30

ZMIANY CIŚNIENIA DO CZASU REJESTROWANE OKOŁO GODZ. 16.30

Obliczenia dla pomiarów ciśnienia zarejestrowanych około godz. 16.30

Walka z hałasem Najlepsze efekty zwalczania hałasu komunikacyjnego uzyskujemy przez: ograniczenie ruchu pojazdów; poprawę stanu nawierzchni ulic i torowisk; wykorzystanie naturalnych barier akustycznych jak depresje, wzniesienia w terenie, fragmenty zalesień; poprawienie układu dróg i równomierne ich rozmieszczenie; stosowanie w budownictwie konstrukcji i materiałów stanowiących barierę dla hałasu; i inne.

Spis literatury Aleksandra Czerwińska, Barbara Sagnowska Fizyka dla szkół średnich Wyd. Zamiast Korepetycji Ewa Pyłka-Gutowska Ekologia z ochroną środowiska Wyd. Oświata Józef Morawiec, Eugeniusz Kozaczka Fizyka dla klasy III technikum i liceum zawodowego Wyd. WSiP Jerzy Ginter Fizyka – podręcznik dla liceum ogólnokształcącego WSiP Henryk Szydłowski Mikrokomputer w doświadczeniach fizycznych Wyd UAM Robert Resnick, David Halliday Fizyka 2 Wyd. PWN