Dane INFORMACYJNE Nazwa szkoły: Zespół Szkół Komunikacji im. Hipolita Cegielskiego ID grupy : 97/61_mf_g1 Opiekun: mgr Grzegorz Koralewski Kompetencja: Matematyczno - fizyczna Temat projektowy: „ Hałas wokół nas”. Semestr/rok szkolny: semestr 5 / 2011-12

"Hałas wokół nas"

Spis treści . 1. Dźwięk – fala mechaniczna. 2. Dyfrakcja i Interferencja. 3. Efekt Dopplera. 4. Poziom natężenia dźwięku. 5. Poziom ciśnienia akustycznego. 6. Głośność dźwięku. 7. Hałas. 8. Ochrona przed hałasem. 9. Literatura.

Dźwięk - fala mechaniczna.

- definicja fali : - podział fal : Fale mechaniczne. Fale elektromagnetyczne.

Przykłady fal mechanicznych : Fale na wodzie. Fale dźwiękowe. Fala mechaniczna jest to zaburzenie rozchodzące się w ośrodku sprężystym i przenoszące energię, a polegające na drganiach cząsteczek ośrodka wokół położeń równowagi. Przykłady fal mechanicznych : Fale na wodzie. Fale dźwiękowe. Fale sejsmiczne. itp. Warunek rozchodzenia się fal mechanicznych : musi istnieć ośrodek sprężysty.

- podział fal : Fale poprzeczne (np. fala elektromagnetyczna) Fale podłużne (np. fala dźwiękowa)

- symulacja fali podłużnej : Symulacja wykonana przy pomocy aplikacji wydawnictwa WSiP. Pokazuje ona mechanizm rozchodzenia się fali akustycznej w ośrodku sprężystym.

- wielkości charakteryzujące fale ( np. fale dźwiękowe) :

- związek pomiędzy wielkościami charakteryzującymi fale : - częstotliwości fal akustycznych ( dźwięku): - związek pomiędzy wielkościami charakteryzującymi fale : gdzie : v – prędkość fali akustycznej ( m/s) λ – długość fali ( m ) T – okres fali ( s )

- szybkości rozchodzenia się fali akustycznej :

Dyfrakcja i Interferencja.

- zasada huygensa : - zjawisko dyfrakcji : Dźwięk jako fala mechaniczna podlega również typowym zjawiskom charakterystycznym dla fal – dyfrakcji i interferencji. - zasada huygensa : Każdy punkt ośrodka do którego dotrze fala staje się źródłem nowej fali kulistej. - zjawisko dyfrakcji :

- zjawisko interferencji : Podczas zjawiska interferencji może dojść do całkowitego wygaszenia jak i wzmocnienie fal.

- symulacja zjawiska interferencji : Symulacja wykonana przy pomocy aplikacji wydawnictwa WSiP. Pokazuje ona szczególne przypadki inerferencji fal ; całkowite wzmocnienie i całkowite wygaszenie. Interferencja fal będących w fazie, o tej samej długości i amplitudzie. całkowite wzmocnienie całkowite wygaszenie

- Interferencja fal o różnych częstotliwościach : częstotliwość podstawowa i wyższe harmoniczne : 1.  1 ,  2 = 2  1 2.  1 ,  2 = 3  1

Efekt Dopplera.

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 dźwiękowych, efekt zależy od prędkości obserwatora oraz źródła względem ośrodka, w którym te fale się rozchodzą. źródło dźwięku zbliża się do nieruchomego odbiorcy - powoduje to skrócenie długości fali odbieranej przez odbiorcę, a więc wzrost częstotliwości. Odbiorca słyszy dźwięk wyższy niż wysyła źródło.

źródło dźwięku oddala się do nieruchomego odbiorcy - powoduje to zwiększenie długości fali odbieranej przez odbiorcę, a więc spadek częstotliwości. Odbiorca słyszy dźwięk niższy niż wysyła źródło. Częstotliwość fali odbieranej przez odbiorcę możemy obliczyć ze wzoru:

- symulacja efektu dopplera : Symulacja wykonana przy pomocy aplikacji wydawnictwa ZamKor. Gdy stojącego przechodnia mija źródło dźwięku( np. karetka na sygnale) odbiorca słyszy wyraźne obniżenie wysokości dźwięku. Link : www.doppler - ZamKor

Poziom natężenia dźwięku.

- natężenie fali dźwiękowej : S t

- poziom natężenia dźwięku : Poziom natężenia dźwięku jest to logarytmiczna miara natężenia dźwięku w stosunku do tzw. progu słyszalności ( natężenia dźwięku – granicy słyszalności), wyrażana w decybelach gdzie : tzw. próg słyszalności L – poziom natężenia dźwięku (dB) I – natężenie dźwięku

- przykładowe wartości poziomu natężenia dźwięku : 0 dB – próg słyszalności 20 dB – szept 30 dB – bardzo spokojna ulica bez ruchu 40 dB – szmery w domu, darcie papieru 50 dB – szum w biurach 60 dB – odkurzacz 70 dB – wnętrze głośnej restauracji 80 dB – głośna muzyka w pomieszczeniach, trąbienie 90 dB - ruch uliczny 100 dB – motocykl bez tłumika 140 dB – start myśliwca 160 dB – eksplozja petardy 190 dB – start statku kosmicznego

Poziom ciśnienia akustycznego.

p (t) - ciśnienie akustyczne, wywołujące wrażenia dźwięku. Jest to zmienne w czasie odchylenie od średniej wartości ciśnienia atmosferycznego panującego w ośrodku, występujące podczas rozchodzenia się w nim fali akustycznej. Ciśnienie akustyczne opisuje natężenie dźwięku i wyraża się w paskalach. Jeżeli podczas "ciszy" ciśnienie atmosferyczne wynosi p a , to fala akustyczna powoduje jego zmianę: p (t) - ciśnienie akustyczne, wywołujące wrażenia dźwięku.

- poziom ciśnienia akustycznego : Ponieważ słuch ludzki reaguje na bodźce w sposób logarytmiczny, ciśnienie akustyczne wyraża się często w skali logarytmicznej (w decybelach). Poziom ciśnienia akustycznego to logarytm stosunku ciśnienia zmierzonego do ciśnienia odniesienia ( progowego) ( dB ) lub :

Głośność dźwięku.

- głośność dźwięku : 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. Prawo Webera-Fechnera – prawo wyrażające relację pomiędzy fizyczną miarą bodźca a reakcją (zmysłów, np. słuchu ). Jest to prawo będące wynikiem wielu obserwacji praktycznych i znajdujące wiele zastosowań technicznych. Przy konstruowaniu skali wrażeń zmysłowych (np. dotyczących dźwięku ), za wartość początkową przyjmuje się zwykle tzw. wartość progową, czyli umowną najniższą wartość bodźca rejestrowanego przez ludzkie zmysły. Ocena głośności dźwięku jest proporcjonalna do logarytmu ciśnienia akustycznego na membranie bębenka .

czułość ucha a częstotliwość fal akustycznych - jednostka głośności dźwięku : Fon – jednostka poziomu głośności dźwięku. Poziom głośności dowolnego dźwięku w fonach jest liczbowo równy poziomowi natężenia (wyrażonego w decybelach) tonu o częstotliwości 1 kHz, którego głośność jest równa głośności tego dźwięku. Dźwięki o tej samej liczbie fonów wywołują to samo wrażenie głośności. Fony nie podlegają arytmetycznemu sumowaniu przy obliczaniu całkowitego poziomu głośności kilku jednoczesnych dźwięków. ( nie są liniową jednostką głośności). czułość ucha a częstotliwość fal akustycznych

Hałas.

- Hałas: Hałas – dźwięki zazwyczaj o nadmiernym natężeniu (zbyt głośne) w danym miejscu i czasie, odbierane jako: "bezcelowe, następnie uciążliwe, przykre, dokuczliwe, wreszcie szkodliwe”. Reakcja na hałas w dużym stopniu zdeterminowana jest nastawieniem psychicznym. Na ochronę przed hałasem, organizm zużywa ogromne ilości energii. Przyczyną hałasu mogą być dźwięki zarówno intensywne, jak również wszelkiego rodzaju niepożądane dźwięki wpływające na tło akustyczne, uciążliwe z powodu długotrwałości, jak na przykład stały odgłos pracujących maszyn lub muzyki. Hałas może być szkodliwy dla zdrowia człowieka, ponieważ jego zbyt duże natężenie może prowadzić do uszkodzenia narządu słuchu. Mniejsze wartości natężenia hałasu, lecz występujące długotrwale lub posiadające nieodpowiednie widmo akustyczne (np. za wysokie, lub za niskie) mogą wpływać negatywnie na psychikę. Im dokuczliwość dźwięku jest większa i dłuższa , tym poważniejsze są konsekwencje: od zdenerwowania, poprzez agresywność, po depresje i zaburzenia psychiczne. U dzieci długotrwały hałas powoduje zaburzenia rozwoju umysłowego.

- Skutki hałasu dla organizmu:

- Orientacyjne wartości poziomu natężenia dźwięku:

- Pomiary poziomu ciśnienia akustycznego: Dokonaliśmy pomiaru ciśnienia akustycznego przy pomocy programu Coach w typowych sytuacjach w których przebywa człowiek : Przerwa w szkole. Biblioteka szkolna. Pralka automatyczna. Telewizor. Młynek do kawy. Pianino. Hałas uliczny. oraz sytuacje występujące znacznie rzadziej : burza, przelot samolotu. Obliczyliśmy również poziom ciśnienia L p akustycznego odpowiadający danym sytuacją.

- Pomiary poziomu ciśnienia akustycznego - wyniki: Przerwa w szkole.

2. Biblioteka szkolna.

3. Pralka automatyczna.

4. Telewizor.

5. Młynek do kawy.

6. Pianino.

7. Hałas uliczny.

- Pomiary poziomu ciśnienia akustycznego ( dodatkowe): Burza.

2. Przelot samolotu.

- Wnioski : Z pomiarów wykonanych przez naszą grupę ciśnienia akustycznego ( i obliczenia poziomu ciśnienia akustycznego L p ) przy pomocy konsoli i programu Coach wynika, że hałas z którym się spotykamy w dniu codziennym w wielu wypadkach może wpływać na nasze samopoczucie i zdrowie. Również nie zawsze są do końca w rzeczywistości spełnione normy dotyczące ochrony przed hałasem. W szczególności należy zwrócić uwagę na dźwięk emitowany przez urządzenia codziennego użytku takie jak np. telewizor. Zbyt głośne ustawianie odbiornika może mieć trwały i niekorzystny wpływ na zdrowie. Wiemy przecież, że odbiornik telewizyjny w wielu domach stanowi nieodłączny element życia codziennego. Również młodzież jest narażona na zbyt intensywny hałas na przerwach spędzanych w budynku szkolnym i stołówce. Natomiast takie wydarzenia jak burza, czy przelot samolotu generują dźwięk o dużym poziomie ciśnienia, ale są wydarzeniami epizodycznymi, z którymi mamy rzadko do czynienia na co dzień. Również hałas komunikacyjny może mieć duże znaczenia, zależy to jednak od miejsca przebywania.

Ochrona przed hałasem.

Walka z hałasem to istotny element ochrony naszego środowiska Walka z hałasem to istotny element ochrony naszego środowiska. Istnieją różne sposoby powodujące wyciszenie, oto niektóre z nich : - w samochodach i głośno pracujących maszynach powinno się montować tłumiki, - urządzenia mechaniczne w domu i zakładzie pracy należy instalować w osobnych pomieszczeniach, - telewizory, radia i wieże stereo należy ustawiać na możliwie niski poziom głośności, - do budowy domów powinno się używać dźwiękoszczelnych materiałów. Podwójne szyby w oknach i specjalny materiał wewnątrz ścian tłumią hałas docierający do naszych domów z zewnątrz. Wyciszającą rolę spełniają również dywany. - niepodejmowanie pracy w zakładach, w których występuje nadmierny hałas, - komasowanie hałaśliwych urządzeń w jednym miejscu poprzez np. automatyczne ograniczanie liczby osób zagrożonych, a tych, którzy muszą już zostać w niebezpiecznych miejscach wyposażanie w specjalne ochrony i ograniczanie czasu ekspozycji.

Działania dotyczące ochrony środowiska : Realizowane są w kraju przeciwhałasowe ekrany urbanistyczne (przede wszystkim wzdłuż autostrad, oraz dróg ekspresowych), antywibracyjne podtorza tramwajowe (np. w Krakowie). Wykonywane są również liczne oceny obiektów szczególnie uciążliwych dla środowiska, pomiary kontrolne, mapy akustyczne terenów wokół lotnisk i całych miast Przykład ekranu akustycznego typu „Zielona ściana”. Zasada działania ekranu akustycznego.

Literatura : 1. J.Salach , M.Fiałkowski , K.Fiałkowski, B.Sagnowska „Fizyka dla szkół ponadgimnazjalnych” wyd. ZamKor Kraków2008 2. Encyklopedia Wikipedia www.wikipedia.pl 4. K.Chyla „Fizyka dla uczniów Liceów Ogólnokształcących” wyd. Debit 1998 5. Rufin Makarewicz „Hałas w Środowisku” wyd. PAN 1996 6. Jerzy sadowski „Akustyka w urbanistyce, architekturze i budownictwie” wyd. Arkady Warszawa 1971 7. K.B.Ginn „Architectural Acoustics” Brϋel & Kjær 1978 8. Ekrany akustyczne. 9. Aplikacje komputerowe wyd. WSiP , ZamKor