DANE INFORMACYJNE Nazwa szkoły: Gimnazjum w Pomorsku ID grupy: 98/41_MF_G1 Opiekun: Marek Wądołowski Kompetencja: Matematyczno - fizyczna Temat projektowy: Dźwięk w przyrodzie Semestr/rok szkolny: semestr II rok 2010/2011

FALA F Rozchodzące się zaburzenie w ośrodkach materialnych.Fala może przenosić energie ale nie przenosi cząsteczek. Fala dźwiękowa jest także fala podłużna i polega na rozchodzeniu się w przestrzeni zagęszczeń i rozrzedzeń cząsteczek gazu w metalach itd. OOkres fali-czas rozejścia się jednego pełnego drgania Częstotliwość fali-Częstotliwość fali jest zgodna z częstotliwością drgań cząsteczek przypadających na sekundę Długość fali-odległość jaka przebędzie fala w czasie jednego pełnego okresu.

DŹWIĘK Wrażenie słuchowe spowodowane falą akustyczną rozchodzącą się w ośrodku sprężystym (ciele stałym, cieczy, gazie). Częstotliwości fal, które są słyszalne dla człowieka, zawarte są w paśmie między wartościami granicznymi od ok. 16 Hz do ok. 20 kHz. Człowiek, jak i zwierzęta, odbiera dźwięki słyszalne poprzez zmysł nazywany słuchem, którego narządem są uszy. Natężenie dźwięku można wyrazić w postaci powierzchniowej gęstości mocy fali akustycznej w (W m-2), jednak powszechniejsze i wygodniejsze jest podawanie wartości poziomu natężenia dźwięku, czyli we względnej skali logarytmicznej, której jednostką jest decybel. Jeszcze inną skalą, która uwzględnia fizjologię ludzkiego ucha, jest skala głośności mierzonej w fonach.

WYSOKOŚĆ DŹWIĘKU Ciała drgające wykonują więcej lub mniej drgań na sekundę, zależnie od rodzaju materiału i od wymiarów fizycznych. Struna (lub płytka) krótka i cienka (struny w skrzypcach, górne struny fortepianu, dzwonki itp.) wykonuje tysiące drgań na sekundę i wydaje dźwięk wysoki. Natomiast struna (lub płyta) gruba i długa (struny kontrabasu, basowe struny fortepianu itp.) wykazuje kilkadziesiąt drgań na sekundę, wydając dźwięk niski. A więc wysokość dźwięku zależna jest od ilości drgań na sekundę: im większa częstotliwość drgań, tym wyższy jest dźwięk i przeciwnie - im mniejsza częstotliwość drgań, tym dźwięk jest niższy.

GŁOŚNOŚĆ Cecha wrażenia słuchowego, która umożliwia odróżnianie dźwięków cichszych i głośniejszych. Jest pojęciem psychoakustycznym i nie może być utożsamiana z parametrami fizycznymi, chociaż od nich zależy, np. od ciśnienia, struktury widmowej, czasu trwania. Wrażenie głośności określa się przez poziom głośności w fonach lub przez głośność w sonach.

BARWA DŹWIĘKU Cecha dźwięku, która pozwala odróżnić brzmienia różnych instrumentów lub głosu. Uzależniona jest od ilości, rodzaju i natężenia tonów składowych, ponieważ jest związana ze spektrum harmonicznym. Barwa danego instrumentu może zmieniać się nieznacznie w zależności od: sposobu wzbudzania drgań (pociągnięcie smyczkiem, szarpnięcie lub uderzenie) siły wzbudzenia (zatem i głośności dźwięku) częstotliwości (różne struny mogą wydawać dźwięki nieco różniące się barwą)

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 przy normalnym ciśnieniu 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.

Prędkość rozchodzenia się dźwięku dla różnych ośrodków: powietrze - 340 m/s rtęć - 1500 m/s woda - 1500 m/s Lód - 3300 m/s beton - 3800 m/s stal - 5100 m/s - 6000 m/s aluminium - 6300 m/s ołów - 2100 m/s korek - 500 m/s ebonit - 2400 m/s szkło - 6000 m/s

BUDOWA UCHA ucha zewnętrznego; ucha środkowego; ucha wewnętrznego; Ucho zbudowane jest z: ucha zewnętrznego; ucha środkowego; ucha wewnętrznego;

UCHO ZEWNĘTRZNE Zbudowane jest z małżowiny usznej, przewodu słuchowego kończącego się błoną bębenkową, która odgranicza ucho zewnętrzne od ucha środkowego. Małżowina uszna utworzona jest z chrząstki sprężystej, którą pokrywa cienka warstwa skóry. Przewód słuchowy zewnętrzny wyściełany jest skórą, w początkowym odcinku skóra posiada krótkie, grube włosy oraz gruczoły łojowe. Ściana przewodu usztywniona jest w początkowym odcinku chrząstką sprężystą, która w przechodzi w kość (w dalszym odcinku).

UCHO ŚRODKOWE Umiejscowione jest w kości skroniowej w jego skład wchodzą: jama bębenkowa; trąbka słuchowa; jamy powietrzne;

Ucho środkowe utworzone jest z systemu jam powietrznych: jamy bębenkowej (spłaszczona przestrzeń wypełniona powietrzem), w której znajdują się trzy kosteczki słuchowe (młoteczek, kowadełko, strzemiączko), jamy sutkowej wyposażonej w komórki powietrzne wyrostka sutkowego oraz trąbki słuchowej (Eustachiusza).Trąbka słuchowa łączy jamę bębenkową z gardłem i pozwala na wyrównanie ciśnienia między uchem środkowym, a środowiskiem zewnętrznym. Działanie kosteczek dźwiękowych oparte jest na zasadzie dźwigni w przenoszeniu dźwięku ze środowiska gazowego (ucho zewnętrzne i środkowe) do środowiska płynnego, które panuje w uchu wewnętrznym. Prawidłową ruchomość kosteczek gwarantują: napinacz błony bębenkowej, a także mięsień strzemiączkowy; dbają one o zachowanie funkcji akomodacyjnej przenoszenia dźwięku. Dzięki trąbce słuchowej łączącej jamę bębenkową z gardłem dochodzi do wyrównania ciśnienia w jamie bębenkowej.

UCHO WEWNĘTRZNE W jego skład wchodzi błędnik oraz nerw statyczno- słuchowy. W błędniku wyróżniono: błędnik kostny i błędnik błoniasty. Błędnik błoniasty znajduje się wewnątrz błędnika kostnego. Między tymi dwoma błędnikami znajduje się przestrzeń, którą wypełnia perylimfa; wnętrze błędnika błoniastego wypełnione jest endolimfą. Błędnik zbudowany jest ze ślimaka we wnętrzu, którego znajduje się aparat słuchu, przedsionek, a także kanały półkoliste ( w liczbie 3), które wyposażone są w aparat zmysłu równowagi. Nerw statyczno- słuchowy jest VIII nerwem czaszkowym w skład, którego wchodzi droga słuchowa i przedsionkowa. Droga słuchowa jest drogą przewodzenia bodźca słuchowego w układzie nerwowym, docierającą do kory płata skroniowego natomiast droga przedsionkowa biegnie do móżdżku.

INFRADŹWIĘKI Fale dźwiękowe niesłyszalne dla człowieka, ponieważ ich częstotliwość jest za niska, aby odebrało je ludzkie ucho. Słonie i wieloryby, które słyszą infradźwięki wykorzystują je do komunikacji na duże odległości.

ULTRA DŹWIĘKI Fale dźwiękowe, których częstotliwość jest zbyt wysoka, aby usłyszał je człowiek. Za górną granicę słyszalnych częstotliwości uważa się wartość około 20 kHz, choć dla wielu osób granica ta jest znacznie niższa. Za umowną, górną, granicę ultradźwięków przyjmuje się częstotliwość 10 GHz. Zaczyna się od niej zakres hiperdźwięków Niektóre zwierzęta mogą emitować i słyszeć ultradźwięki, np. pies, szczur, delfin, wieloryb, chomik czy nietoperz.

WAHADŁO MATEMATYCZNE To małe ciało zawieszone na długiej nierozciągliwej nici. Siły działające na wahadło przedstawione zostały na rysunku: Okres drgań wahadła matematycznego w układzie inercjalnym wyraża się wzorem: gdzie: l – długość wahadła, g – przyspieszenie ziemskie

WYZNACZANIE PRZYSPIESZENIA Uczniowie przeprowadzili doświadczenie dzięki huśtawce znajdującej się na terenie szkoły. Omówiliśmy zasadę działania huśtawki jako wahadła. Uczniowie zmierzyli długość huśtawki oraz okres drgań, powtarzaliśmy pomiar dla każdego ucznia oddzielnie nagrywając jego ruch na szkolną kamerę. W klasie fizycznej grupa opracowała wyniki badań dzięki programowi coach. Uczniowie poznali takie pojęcia jak częstotliwość, okres drgań, amplituda i długość fali. Następnie za pomocą zebranych wyników grupa obliczała przyspieszenie ziemskie opierając się na teorii wahadła matematycznego

WYNIKI POMIAROWE OObliczenia wykonane za pomocą wzoru : g = 4л² • l : T² Dane jednego z uczniów : Szukane: l = 2m g = ? T = 2,81s л = 3,14 Rozwiązanie : g = 4л² • l : T² g = 4(3,14)² • 2 : 7.89 g = 39,4 • 2 : 7.89 g = 78.8 : 7.89 g = 9,98 m/s

WYZNACZANIE PRĘDKOŚCI DŹWIĘKU Uczniowie za pomocą sensorów dźwięku ułożonych w pewnej odległości od siebie gdzie jeden był obok źródła dźwięku a drugi maksymalnie oddalony mogli wyznaczyć prędkość dźwięku. Na komputerze grupa analizowała pojedynczy impuls dźwiękowy który najpierw dotarł do czujnika nr1 a po pewnym czasie do czujnika nr 2 następnie została zmierzona odległość między czujnikami co z prostego wzoru na prędkość dało nam klarowny wynik.

Dźwięk wieloryba Na zajęciach projektowych odtwarzany był dźwięk zwierząt uprzednio wcześniej przygotowany i zgrany na płytę do odtwarzania w magnetofonie. Następnie uczniowie odtwarzali dźwięk a sensor przenosił jego parametry na wykres zależności ciśnienia Pa od czasu s. Uczniowie w ramach zabawy i relaksu wypowiadali do sensora słowa i analizowali swoją barwę głosu. Ciekawym elementem był śpiew dwóch dziewczyn na dwa głosy. Najbardziej urzekł nas śpiew wieloryba który był prezentowany i analizowany w programie coach na dniu otwartych drzwi.

Strony pomocnicze miedzy innymi: pl.wikipedia.org www.zgapa.pl www.sciaga.pl

AUTORZY Michał Bonisławski Kamil Czuliński Ewelina Grzegorzewska Eryk Jeżewski Marta Kaczmar Karina Tutta Sylwia Gągała Damian Wilczyński Mateusz Ziober Joanna Cierpicka Bogusława Sroka