Schallquellen sind Schallschwingungen. Schallquellen. Schallschwingungen

Integrierter Unterricht in Physik, Musik und Informatik.

Der Zweck der Lektion:

Machen Sie die Schüler mit dem Konzept von „Klang“ und den Eigenschaften von Klang vertraut. bringt Ihnen bei, Geräusche nach Lautstärke und Klangfarbe zu unterscheiden und zeigt, wie diese Eigenschaften mit der Frequenz und Amplitude der Schwingungen zusammenhängen; zeigen den Zusammenhang zwischen Physik und Musik.

Ziel

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Vorschau:

9.Klasse. Lektion 36

Schallquellen. Schallschwingungen. Probleme lösen.

Der Zweck der Lektion: Machen Sie die Schüler mit dem Konzept von „Klang“ und den Eigenschaften von Klang vertraut. lehren, Klänge nach Lautstärke, Ton und Klangfarbe zu unterscheiden; zeigen, wie diese Eigenschaften mit der Frequenz und Amplitude von Schwingungen zusammenhängen; zeigen den Zusammenhang zwischen Physik und Musik.

Während des Unterrichts.

1. Zeit organisieren.
2. Wissen aktualisieren.

Folie 1

• Frontalvermessung

1. Was sind mechanische Wellen?

2. Welche zwei Arten mechanischer Wellen gibt es?

3. Was ist Periode, Frequenz, Wellenlänge, Wellengeschwindigkeit? Welche Verbindung besteht zwischen ihnen?

• Selbstständige Arbeit.

3. Neues Material studieren.

Lehrer. In früheren Kursen haben wir begonnen, mechanische Wellen zu studieren, um uns weiter mit elektromagnetischen Wellen vertraut zu machen. Obwohl sie unterschiedliche Namen und unterschiedliche physikalische Eigenschaften haben, werden sie durch dieselben Parameter und Gleichungen beschrieben. Heute lernen wir eine andere Art mechanischer Wellen kennen. Sie werden ihren Namen aufschreiben, nachdem Sie ein logisches Problem gelöst haben (die Methode zur Lösung solcher Probleme heißt „Brainstorming“).

Die Engländer haben ein Märchen: „Der Teufel fing drei Reisende und erklärte sich bereit, sie gehen zu lassen, wenn sie ihm eine unmögliche Aufgabe stellten.“ Einer bat darum, einen wachsenden Baum in Gold zu verwandeln, der andere darum, einen Fluss rückwärts fließen zu lassen. Der Teufel machte einen Scherz, er kümmerte sich darum und nahm die Seelen beider Reisenden für sich. Es ist noch ein dritter Reisender übrig …“ Leute, versetzen Sie sich in die Lage dieses Reisenden und stellen Sie dem Teufel eine unmögliche Aufgabe. (Es werden verschiedene Versionen angeboten.) „...Und der Dritte pfiff und sagte: „Nähen Sie hier einen Knopf an!“ - und der Teufel wurde beschämt.“

Was ist Pfeifen?

Studenten. Klang.

Folie 2 (Unterrichtsthema)

Folie 3

Die Welt der Klänge ist so vielfältig,
Reich, schön, vielfältig,
Aber die Frage quält uns alle

Woher kommen Geräusche?
Warum erfreuen unsere Ohren überall Freude?
Es ist Zeit, ernsthaft nachzudenken.

1. Die Natur des Klangs. Bedingungen, die für die Existenz von Klang notwendig sind

Lehrer. Wir leben in einer Welt voller Geräusche, die es uns ermöglichen, Informationen darüber zu erhalten, was um uns herum geschieht.

Sie versuchen, Plakatfetzen zu flüstern,
Die Eisendächer versuchen zu schreien,
Und das Wasser in den Rohren versucht zu singen,
Und so summen die Leitungen kraftlos...

K.Ya.Vanshenkin.

Was ist Ton? Wie kann ich es bekommen? Die Physik beantwortet all diese Fragen.

Folie 4

Was ist Akustik?

Die Akustik ist ein Teilgebiet der Physik, das sich mit der Erforschung von Schall, seinen Eigenschaften und Klangphänomenen beschäftigt.

Schallwellen transportieren Energie, die wie andere Energiearten vom Menschen genutzt werden kann. Aber das Wichtigste ist die große Bandbreite an Ausdrucksmöglichkeiten, die Sprache und Musik bieten. Seit jeher dienen Klänge den Menschen als Mittel zur Kommunikation und Kommunikation untereinander, als Mittel zum Verständnis der Welt und zur Beherrschung der Geheimnisse der Natur. Klänge sind unsere ständigen Begleiter. Sie haben unterschiedliche Wirkungen auf den Menschen: Sie erfreuen und irritieren, sie beruhigen und geben Kraft, sie streicheln das Ohr und erschrecken durch ihre Unerwartetheit. (Die Aufnahme von „Rostov Bells“ ist eingeschaltet.)

Die berühmten Glocken des vierbogigen Glockenturms aus den Jahren 1682–1687 erklangen. in der Stadt Rostow des Großen, der Stadt des Ruhms der Vergangenheit. Die Rostower Glocken werden von fünf Glockenläutern geläutet, und die Zunge der größten Glocke, „Sysoya“, wird von zwei Personen geschaukelt. Dreizehn Glocken sind in einer Reihe angeordnet. Die Glöckner positionieren sich so, dass sie einander sehen und sich auf den Takt einigen können.

Seit der Antike begleitet das Läuten der Glocken das Leben der Menschen. Weliki Nowgorod, Pskow und Moskau sind seit langem für ihre Glocken berühmt, aber ein solches „Orchester“ wie in Rostow gab es nicht. Was verursacht den Ton?

Folie 5

Ursache für das Geräusch? - Vibration (Schwingungen) von Körpern, obwohl diese Schwingungen für unsere Augen oft unsichtbar sind.

Schallquellen - Schwingkörper.

Allerdings sind nicht alle schwingenden Körper Schallquellen. Stellen wir das sicher.

Erleben Sie 1. „Tag des Ungehorsams“

„Das kannst du nicht machen! Klicken Sie nicht auf das Lineal! Wenn Sie nun das Lineal zerbrechen, wie messen Sie dann Segmente in der Mathematik?“ Wie oft haben wir das in der Schule gehört! Aber jetzt werden wir einen Tag des Ungehorsams haben. In diesem Experiment dürfen Sie nicht nur mit dem Lineal an der Tischkante klicken. Das ist schließlich auch Physik!

Materialien: Lineal, Tisch.

Sequenzierung.

Legen Sie das Lineal so auf den Tisch, dass die Hälfte davon über die Tischkante hinausragt. Drücken Sie das Ende, das auf dem Tisch liegt, mit der Hand fest und verriegeln Sie es. Heben Sie mit der anderen Hand das freie Ende des Lineals an (nur nicht zu weit, damit es nicht zerbricht) und lassen Sie es los. Hören Sie auf das resultierende Summen.

Bewegen Sie nun das Lineal ein wenig, um die Länge des hängenden Teils zu verringern. Biegen Sie das Lineal und lassen Sie es wieder los. Wie war das Geräusch? Ist er derselbe wie beim letzten Mal?

Wissenschaftliche Erklärung.

Wie Sie wahrscheinlich schon erraten haben, wird das Summen durch die Vibration des Teils des Lineals erzeugt, der über der Tischkante hängt. Der Teil, der auf den Tisch gedrückt wird, kann nicht vibrieren und macht daher überhaupt keine Geräusche. Je kürzer das vibrierende Ende des Lineals ist, desto höher ist der erzeugte Ton.je länger, desto tiefer der Ton.

Folie 6

Ton ist mechanische elastische Wellen, Ausbreitung in Gasen, Flüssigkeiten, Feststoffen.

Wellen, die das Klangempfinden hervorrufen, mitFrequenz von 16 Hz bis 20.000 Hz

sogenannte Schallwellen (hauptsächlich longitudinal).

Folie 7

Die Ausbreitung von Schall kann mit der Ausbreitung einer Welle im Wasser verglichen werden. Lediglich die Rolle eines ins Wasser geworfenen Steins übernimmt ein schwingender Körper, und statt der Wasseroberfläche breiten sich Schallwellen in der Luft aus. Jede Schwingung des Stimmgabelzweigs erzeugt eine Kondensation und eine Verdünnung in der Luft. Der Wechsel solcher Verdichtungen und Verdünnungen ist eine Schallwelle.

Folie 8

Den Ton hören erforderlich:

1. Schallquelle;

2. elastisches Medium zwischen ihm und dem Ohr;

3. ein bestimmter Bereich von Schwingungsfrequenzen der Schallquelle – zwischen 16 Hz und 20 kHz,

4. ausreichende Kraft der Schallwellen, damit das Ohr sie wahrnehmen kann.

Folie 9

Es gibt zwei Arten von Schallquellen: künstliche und natürliche, finden Sie sie in den Rätseln:

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1. Am Ohr vorbeifliegen,

Er summt zu mir: „Ich bin keine Fliege.“

Die Nase ist lang

Wer wird ihn töten?

Er wird sein Blut vergießen.

(Moskito).

3. Kleiner Singvogel im Wald

Leben,

Reinigt Federn

(Vogel).

4. Geht hin und her

Wird nie müde.

An alle, die kommen,

Sie bietet ihre Hand an.

(Tür).

5. Zwei Brüder

Sie stoßen auf dasselbe Ziel.

Aber sie schlagen nicht nur -

Sie singen gemeinsam ein Lied.

(Trommel).

6. Kühe grasen auf der Wiese

Die Gastgeberin ist gegangen

Eine kleine Glocke aufhängen.

Was ist das? Ratet mal!

(Glocke).

6. Auf einem Holzdreieck

Drei Fäden gezogen

Sie hoben es auf und begannen zu spielen –

Die Beine begannen von alleine zu tanzen.

(Balalaika).

8. Das Gerät ist klein,

Aber so ein erstaunlicher.

Wenn mein Freund weit weg ist,

Es fällt mir leicht, mit ihm zu reden.

(Telefon).

Musikalische Klänge werden von verschiedenen Musikinstrumenten erzeugt. Die Klangquellen in ihnen sind unterschiedlich, daher werden Musikinstrumente in mehrere Gruppen eingeteilt:

Folien 13–16

• Percussion – Tamburine, Trommeln, Xylophone usw. (Hierbei vibrieren gespanntes Material, Metallplatten etc., wenn man mit einem Stock oder einer Hand darauf schlägt);
• Blasinstrumente – Flöten, Signalhörner und Fanfaren, Klarinetten, Hörner, Trompeten (Schwingungen der Luftsäule im Inneren des Instruments).
• Streichinstrumente – Violine, Gitarre usw..
• Keyboards – Klaviere, Cembali (Vibrationen der Saiten werden durch Schläge mit Hämmern verursacht);

Daher werden alle Geräusche entsprechend ihrer Wirkung auf uns in zwei Gruppen eingeteilt: musikalische Klänge und Geräusche. Wie unterscheiden sie sich voneinander?

Die Unterscheidung zwischen Musik und Lärm ist ziemlich schwierig, da das, was für den einen wie Musik erscheint, für den anderen möglicherweise nur Lärm ist. Manche halten die Oper für völlig unmusikalisch, während andere im Gegenteil die Grenze der Perfektion in der Musik sehen. Das Wiehern von Pferden oder das Knarren eines mit Holz beladenen Wagens mögen für die meisten Menschen Lärm sein, für den Holzhändler jedoch Musik. Für liebevolle Eltern mag der Schrei eines Neugeborenen wie Musik erscheinen; für andere sind solche Geräusche nur Lärm.

Die meisten Menschen würden jedoch zustimmen, dass die Klänge, die von den vibrierenden Saiten, Stimmzungen, der Stimmgabel und den vibrierenden Stimmbändern des Sängers ausgehen, musikalisch sind. Aber wenn ja. Was ist wichtig, um einen musikalischen Klang oder Ton anzuregen?

Unsere Erfahrung zeigt, dass es für den musikalischen Klang unerlässlich ist, dass die Schwingungen in regelmäßigen Abständen erfolgen. Vibrationen einer Stimmgabel, Saiten usw. einen solchen Charakter haben; Vibrationen von Zügen, Holzwaggons usw. treten in unregelmäßigen, ungleichmäßigen Abständen auf und die Geräusche, die sie erzeugen, sind nur Lärm. Lärm unterscheidet sich von einem Musikton dadurch, dass er keiner bestimmten Schwingungsfrequenz und damit keiner bestimmten Tonhöhe entspricht. Lärm enthält Schwingungen verschiedener Frequenzen. Mit der Entwicklung der Industrie und des modernen Hochgeschwindigkeitsverkehrs ist ein neues Problem entstanden – die Bekämpfung des Lärms. Sogar ein neues Konzept der „Lärmbelastung“ der Umwelt ist entstanden.

Folie17 R. Rozhdestvensky gab ein sehr genaues und prägnantes Bild der aktuellen Realität:

Flugplätze,

Pfeiler und Plattformen,

Wälder ohne Vögel und Land ohne Wasser...

Immer weniger von der umgebenden Natur,

Immer mehr – die Umwelt.

Lärm, insbesondere bei hoher Intensität, ist nicht nur lästig und ermüdend, sondern kann auch Ihre Gesundheit ernsthaft beeinträchtigen.

Am gefährlichsten ist die langfristige Belastung des Gehörs durch starken Lärm, der zu einem teilweisen oder vollständigen Hörverlust führen kann. Medizinische Statistiken zeigen, dass Hörverlust in den letzten Jahren einen Spitzenplatz in der Struktur der Berufskrankheiten eingenommen hat und keine Tendenz zum Rückgang aufweist.

Daher ist es wichtig, die Eigenschaften der menschlichen Schallwahrnehmung, akzeptable Lärmpegel unter dem Gesichtspunkt der Gewährleistung von Gesundheit, hoher Produktivität und Komfort sowie Mittel und Methoden zum Umgang mit Lärm zu kennen.

Negative Auswirkungen von Lärm auf den Menschen und Schutz davor.

Schädliche Auswirkungen von Lärm auf den menschlichen Körper.

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Die Erscheinungsformen der schädlichen Auswirkungen von Lärm auf den menschlichen Körper sind sehr vielfältig.

Längere Belastung durch starken Lärm(über 80 dB) auf das Gehör einer Person führt zu dessen teilweisem oder vollständigem Verlust. Abhängig von der Dauer und Intensität der Lärmbelastung kommt es zu einer mehr oder weniger starken Abnahme der Empfindlichkeit der Hörorgane, die sich in einer vorübergehenden Verschiebung der Hörschwelle äußert, die nach Ende der Lärmbelastung verschwindet, und zwar bei längerer Dauer und (oder) Lärmintensität treten irreversible Veränderungen auf.Hörverlust (schwerhörig), gekennzeichnet durch eine ständige Änderung der Hörschwelle.

Es gibt folgende Schwerhörigkeitsgrade:

Folie 19

• Grad I (leichter Hörverlust) – der Hörverlust im Bereich der Sprachfrequenzen beträgt 10 – 20 dB, bei einer Frequenz von 4000 Hz – 20 – 60 dB;
• II. Grad (mittelschwerer Hörverlust) – der Hörverlust im Bereich der Sprachfrequenzen beträgt 21 – 30 dB, bei einer Frequenz von 4000 Hz – 20 – 65 dB;
• Grad III (erheblicher Hörverlust) – der Hörverlust im Bereich der Sprachfrequenzen beträgt 31 dB oder mehr, bei einer Frequenz von 4000 Hz – 20 – 78 dB.

Die Wirkung von Lärm auf den menschlichen Körper beschränkt sich nicht nur auf die Wirkung auf das Hörorgan. Über die Fasern der Hörnerven wird die Lärmreizung auf das zentrale und autonome Nervensystem übertragen und wirkt sich über sie auf die inneren Organe aus, was zu erheblichen Veränderungen im Funktionszustand des Körpers führt, die den psychischen Zustand eines Menschen beeinträchtigen und verursachen ein Gefühl von Angst und Irritation. Eine Person, die starkem Lärm (mehr als 80 dB) ausgesetzt ist, wendet im Durchschnitt 10–20 % mehr körperliche und neuropsychische Anstrengung auf, um die erreichte Leistung bei einem Schallpegel unter 70 dB aufrechtzuerhalten. Es wurde ein Anstieg von 10–15 % des Gesamtaufkommens von Arbeitnehmern in lauten Industrien festgestellt. Die Wirkung auf das vegetative Nervensystem ist bereits bei niedrigen Schallpegeln (40 – 70 dB) spürbar. Von den autonomen Reaktionen ist die Störung der peripheren Durchblutung aufgrund der Verengung der Kapillaren der Haut und der Schleimhäute sowie ein Anstieg des Blutdrucks (bei Schallpegeln über 85 dB) am ausgeprägtesten.

Die Einwirkung von Lärm auf das Zentralnervensystem führt zu einer Verlängerung der latenten (verborgenen) Periode der visuellen motorischen Reaktion, führt zu einer Störung der Beweglichkeit nervöser Prozesse, Veränderungen der elektroenzephalographischen Parameter und stört die bioelektrische Aktivität des Gehirns mit der Manifestation von allgemeinen funktionellen Veränderungen im Körper (auch bei Lärm von 50 - 60 dB), verändert die Biopotentiale des Gehirns, ihre Dynamik erheblich, verursacht biochemische Veränderungen in den Strukturen des Gehirns.

Für impulsive und unregelmäßige GeräuscheDie Lärmbelastung nimmt zu.

Veränderungen im Funktionszustand des zentralen und autonomen Nervensystems treten viel früher und bei geringerem Lärmpegel auf als eine Abnahme der Hörempfindlichkeit.

Folie 20

Derzeit ist die „Lärmkrankheit“ durch einen Komplex von Symptomen gekennzeichnet:

• verminderte Hörempfindlichkeit;
• Veränderungen der Verdauungsfunktion, ausgedrückt in einem verminderten Säuregehalt;
• Herz-Kreislauf-Versagen;
• neuroendokrine Störungen.

Wer unter Bedingungen längerer Lärmbelastung arbeitet, leidet unter Reizbarkeit, Kopfschmerzen, Schwindel, Gedächtnisverlust, erhöhter Müdigkeit, vermindertem Appetit, Ohrenschmerzen usw. Lärmbelastung kann negative, auch stressige, Veränderungen im emotionalen Zustand einer Person hervorrufen. All dies verringert die Leistungsfähigkeit und Produktivität einer Person sowie die Qualität und Sicherheit ihrer Arbeit. Es wurde festgestellt, dass bei Arbeiten, die erhöhte Aufmerksamkeit erfordern, die Arbeitsproduktivität um 20 % sinkt, wenn der Schallpegel von 70 auf 90 dB steigt.

Folie 21 (Film digitale Drogen)

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Ultraschall ( (über 20.000 Hz) führen ebenfalls zu Gehörschäden, obwohl das menschliche Ohr nicht darauf reagiert. Leistungsstarker Ultraschall wirkt auf Nervenzellen im Gehirn und Rückenmark und verursacht ein Brennen im äußeren Gehörgang und ein Gefühl von Übelkeit.

Nicht weniger gefährlich sind Infraschall Exposition gegenüber akustischen Vibrationen (weniger als 20 Hz). Bei ausreichender Intensität kann Infraschall das Vestibularsystem beeinträchtigen, die Hörempfindlichkeit verringern, Müdigkeit und Reizbarkeit verstärken und zu Koordinationsverlusten führen. Eine besondere Rolle spielen infrafrequente Schwingungen mit einer Frequenz von 7 Hz. Aufgrund ihres Zusammentreffens mit der Eigenfrequenz des Alpha-Rhythmus des Gehirns kommt es nicht nur zu Hörstörungen, sondern es kann auch zu inneren Blutungen kommen. Infraschall (6 8 Hz) kann zu Herz- und Kreislaufproblemen führen.

Folien 23 – 24

ERHALTUNG DES GEHÖRS

Verschließen Sie Ihre Ohren mit den Daumen und legen Sie Ihre Zeigefinger vorsichtig auf die Augenlider Ihrer geschlossenen Augen. Die Mittelfinger drücken die Nasenlöcher zusammen. Die Ringfinger und beide kleinen Finger liegen auf den Lippen, die zu einer Röhre gefaltet und nach vorne gestreckt sind. Atmen Sie sanft durch den Mund ein, sodass sich Ihre Wangen aufblähen. Neigen Sie nach dem Einatmen den Kopf und halten Sie den Atem an. Dann heben Sie langsam den Kopf, öffnen Sie die Augen und atmen Sie durch die Nase aus.

2. Übung „Baum“ für Stille – ganz einfach.Sie können nur sprechen, wenn eine direkte Frage in der richtigen Form gestellt wird. Fragen: „Na, wie geht es dir?“, „Was machst du?“, „Gehe ich oder was?“ – funktionieren nicht. Nach einer Weile fühlt sich der Fragesteller mit seiner Frage wie ein abscheulicher Provokateur : „Wie spät ist es?“ – er regelt es selbst. Und es kehrt Stille ein. Bewegung hilft, Energie zu sparen, das Gehör und die Konzentration zu schärfen.

Die Welt ist erfüllt von den unterschiedlichsten Geräuschen: dem Ticken von Uhren und dem Summen von Motoren, dem Rascheln von Blättern und dem Heulen des Windes, dem Gesang von Vögeln und den Stimmen von Menschen. Schon vor langer Zeit begannen die Menschen darüber zu rätseln, wie Geräusche entstehen und was sie sind. Sogar der antike griechische Philosoph und Enzyklopädist Aristoteles erklärte anhand von Beobachtungen die Natur des Klangs richtig, indem er glaubte, dass ein klingender Körper eine abwechselnde Kompression und Verdünnung der Luft erzeugt. Im vergangenen Jahr beschäftigte sich der Autor mit dem Problem der Natur des Klangs und schloss eine Forschungsarbeit ab: „In der Welt der Klänge“, in der die Klangfrequenzen einer Tonleiter anhand eines Glases Wasser berechnet wurden.

Schall wird durch Größen charakterisiert: Frequenz, Wellenlänge und Geschwindigkeit. Es zeichnet sich auch durch Amplitude und Lautstärke aus. Deshalb leben wir in einer vielfältigen Welt der Klänge und ihrer Vielfalt an Schattierungen.

Am Ende meiner bisherigen Recherche hatte ich eine grundlegende Frage: Gibt es Möglichkeiten, die Schallgeschwindigkeit zu Hause zu bestimmen? Daher können wir das Problem formulieren: Wir müssen Wege oder einen Weg finden, die Schallgeschwindigkeit zu bestimmen.

Theoretische Grundlagen der Klanglehre

Welt der Klänge

Do-re-mi-fa-sol-la-si

Gamma der Klänge. Existieren sie unabhängig vom Ohr? Sind das nur subjektive Empfindungen, und dann schweigt die Welt selbst, oder ist sie ein Spiegelbild der realen Realität in unserem Bewusstsein? Wenn Letzteres der Fall ist, wird die Welt auch ohne uns von einer Symphonie der Klänge erklingen.

Die Legende schreibt Pythagoras (582-500 v. Chr.) auch die Entdeckung numerischer Beziehungen zu, die verschiedenen Musikklängen entsprechen. Als Pythagoras an einer Schmiede vorbeikam, in der mehrere Arbeiter Eisen schmiedeten, bemerkte er, dass die Töne im Verhältnis Quinte, Quarte und Oktave standen. Als er die Schmiede betrat, kam er zu der Überzeugung, dass der Hammer, der die Oktave herstellte, im Vergleich zum schwersten Hammer ein Gewicht von der Hälfte des letzteren hatte, der Hammer, der die Quinte herstellte, ein Gewicht von 2/3 hatte und der Quart hatte ein Gewicht, das 3/4 des schweren Hammers entsprach. Als Pythagoras nach Hause zurückkehrte, hängte er Saiten mit Gewichten im Verhältnis 1/2:2/3:3/4 an die Enden und stellte angeblich fest, dass die Saiten beim Anschlagen die gleichen musikalischen Intervalle erzeugten. Physisch hält die Legende der Kritik nicht stand, der Amboss erzeugt, wenn er mit verschiedenen Hämmern angeschlagen wird, ein und denselben Ton, und die Gesetze der Saitenschwingung bestätigen die Legende nicht. Aber auf jeden Fall spricht die Legende von den alten Lehren der Harmonie. Die Verdienste der Pythagoräer auf dem Gebiet der Musik sind unbestritten. Sie kamen auf die fruchtbare Idee, den Ton einer klingenden Saite durch Messung ihrer Länge zu messen. Sie kannten das „Monochord“-Gerät – eine Kiste aus Zedernbrettern mit einer gespannten Schnur auf dem Deckel. Wenn Sie eine Saite anschlagen, erzeugt sie einen bestimmten Ton. Wenn Sie die Saite in zwei Abschnitte unterteilen und sie in der Mitte mit einem dreieckigen Stift abstützen, wird ein höherer Ton erzeugt. Er klingt dem Hauptton so ähnlich, dass sie bei gleichzeitigem Erklingen fast zu einem Ton verschmelzen. Das Verhältnis zweier Töne in der Musik ist ein Intervall. Wenn das Saitenlängenverhältnis 1/2:1 beträgt, wird das Intervall Oktave genannt. Die dem Pythagoras bekannten fünften und vierten Intervalle erhält man, wenn man den Wirbel des Monochords so bewegt, dass er 2/3 bzw. 3/4 der Saiten trennt.

Was die Zahl Sieben betrifft, so ist sie mit einer noch älteren und mysteriösen Vorstellung von Menschen halbreligiöser, halbmystischer Natur verbunden. Höchstwahrscheinlich ist dies jedoch auf die astronomische Einteilung des Mondmonats in vier Sieben-Tage-Wochen zurückzuführen. Diese Zahl taucht seit Jahrtausenden in verschiedenen Legenden auf. So finden wir es in einem alten Papyrus, der 2000 v. Chr. vom Ägypter Ahmes geschrieben wurde. Dieses merkwürdige Dokument trägt den Titel: „Anleitung zum Erwerb des Wissens über alle geheimen Dinge.“ Unter anderem finden wir dort ein mysteriöses Problem namens „Treppe“. Darin geht es um eine Zahlenleiter, die Potenzen der Zahl Sieben darstellt: 7, 49, 343, 2401, 16,807. Unter jeder Zahl befindet sich ein Hieroglyphenbild: Katze, Maus, Gerste, Maß. Papyrus liefert keinen Hinweis auf dieses Problem. Moderne Interpreten des Ahmes-Papyrus entschlüsseln den Zustand des Problems wie folgt: Sieben Personen haben sieben Katzen, jede Katze frisst sieben Mäuse, jede Maus kann sieben Ähren Gerste fressen, jede Ähre kann sieben Maß Getreide anbauen. Wie viel Getreide sparen Katzen? Warum nicht ein vor 40 Jahrhunderten vorgeschlagenes Problem mit Produktionsinhalten?

Die moderne europäische Musikskala hat sieben Töne, aber nicht zu allen Zeiten und nicht alle Völker hatten eine Siebentonskala. Im alten China wurde beispielsweise eine Tonleiter mit fünf Tönen verwendet. Aus Gründen der Einheitlichkeit der Stimmung muss die Tonhöhe dieses Referenztons durch internationale Vereinbarung streng festgelegt werden. Als solcher Grundton gilt seit 1938 ein Ton, der einer Frequenz von 440 Hz (440 Schwingungen pro Sekunde) entspricht. Mehrere gleichzeitig erklingende Töne bilden einen musikalischen Akkord. Menschen mit sogenannter absoluter Tonhöhe können einzelne Töne eines Akkords hören.

Sie kennen natürlich vor allem den Aufbau des menschlichen Ohrs. Erinnern wir uns kurz daran. Das Ohr besteht aus drei Teilen: 1) dem Außenohr, das im Trommelfell endet; 2) das Mittelohr, das mit Hilfe von drei Gehörknöchelchen: dem Hammer, dem Amboss und dem Steigbügel, Schwingungen des Trommelfells an das Innenohr überträgt; 3) Das Innenohr oder Labyrinth besteht aus den Bogengängen und der Cochlea. Die Cochlea ist ein Schallempfangsapparat. Das Innenohr ist mit Flüssigkeit (Lymphe) gefüllt und wird durch Schläge des Steigbügels auf die Membran in Schwingbewegung versetzt, wodurch sich das ovale Fenster in der knöchernen Kapsel des Labyrinths verengt. Auf dem Septum, das die Cochlea in zwei Teile teilt, befinden sich über ihre gesamte Länge in Querreihen feinste Nervenfasern mit allmählich zunehmender Länge.

Die Welt der Klänge ist real! Aber natürlich sollte man nicht denken, dass diese Welt bei jedem genau die gleichen Empfindungen hervorruft. Zu fragen, ob andere Menschen Geräusche genauso wahrnehmen wie Sie, ist keine wissenschaftliche Fragestellung.

1. 2. Schallquellen. Schallschwingungen

Die Welt der Geräusche um uns herum ist vielfältig – die Stimmen von Menschen und Musik, der Gesang von Vögeln und das Summen von Bienen, Donner während eines Gewitters und das Rauschen des Waldes im Wind, das Geräusch vorbeifahrender Autos, Flugzeuge usw.

Allen Geräuschen ist gemeinsam, dass die Körper, die sie erzeugen, also die Schallquellen, vibrieren.

Ein in einem Schraubstock befestigtes elastisches Metalllineal erzeugt ein Geräusch, wenn sein freier Teil, dessen Länge auf eine bestimmte Weise gewählt ist, in oszillierende Bewegung versetzt wird. In diesem Fall sind Vibrationen der Schallquelle offensichtlich.

Doch nicht jeder Schwingkörper ist eine Schallquelle. Beispielsweise erzeugt eine an einem Faden oder einer Feder aufgehängte Schwungmasse keinen Ton. Ein Metalllineal hört auch auf zu klingen, wenn man es in einem Schraubstock nach oben bewegt und dabei das freie Ende so verlängert, dass seine Schwingungsfrequenz unter 20 Hz sinkt.

Untersuchungen haben gezeigt, dass das menschliche Ohr mechanische Schwingungen von Körpern mit einer Frequenz von 20 Hz bis 20.000 Hz als Schall wahrnehmen kann. Daher werden Schwingungen, deren Frequenzen in diesem Bereich liegen, Schall genannt.

Mechanische Schwingungen, deren Frequenz 20.000 Hz übersteigt, werden Ultraschall genannt, Schwingungen mit Frequenzen unter 20 Hz werden Infraschall genannt.

Es ist zu beachten, dass die angegebenen Grenzen des Schallbereichs willkürlich sind, da sie vom Alter der Menschen und den individuellen Eigenschaften ihres Hörgeräts abhängen. Typischerweise nimmt mit zunehmendem Alter die obere Frequenzgrenze der wahrgenommenen Geräusche deutlich ab – manche ältere Menschen können Geräusche mit Frequenzen hören, die 6000 Hz nicht überschreiten. Kinder hingegen können Geräusche wahrnehmen, deren Frequenz etwas höher als 20.000 Hz liegt.

Manche Tiere hören Vibrationen mit Frequenzen über 20.000 Hz oder unter 20 Hz.

Die Welt ist erfüllt von den unterschiedlichsten Geräuschen: dem Ticken von Uhren und dem Summen von Motoren, dem Rascheln von Blättern und dem Heulen des Windes, dem Gesang von Vögeln und den Stimmen von Menschen. Schon vor langer Zeit begannen die Menschen darüber zu rätseln, wie Geräusche entstehen und was sie sind. Sie stellten beispielsweise fest, dass Schall durch in der Luft vibrierende Körper entsteht. Sogar der antike griechische Philosoph und Enzyklopädist Aristoteles erklärte anhand von Beobachtungen die Natur des Klangs richtig, indem er glaubte, dass ein klingender Körper eine abwechselnde Kompression und Verdünnung der Luft erzeugt. So komprimiert oder verdünnt eine schwingende Saite die Luft und dank der Elastizität der Luft werden diese Wechselwirkungen weiter in den Raum übertragen – von Schicht zu Schicht entstehen elastische Wellen. Wenn sie unser Ohr erreichen, wirken sie auf das Trommelfell und verursachen die Wahrnehmung von Geräuschen.

Beim Hören nimmt der Mensch elastische Wellen mit einer Frequenz im Bereich von etwa 16 Hz bis 20 kHz (1 Hz – 1 Schwingung pro Sekunde) wahr. Dementsprechend werden elastische Wellen in jedem Medium, deren Frequenzen innerhalb der angegebenen Grenzen liegen, Schallwellen oder einfach Schall genannt. In Luft mit einer Temperatur von 0° C und Normaldruck breitet sich Schall mit einer Geschwindigkeit von 330 m/s aus.

Schallquellen in Gasen und Flüssigkeiten können nicht nur schwingende Körper sein. Zum Beispiel pfeifen eine Kugel und ein Pfeil im Flug, der Wind heult. Und das Dröhnen eines Turbojet-Flugzeugs besteht nicht nur aus dem Lärm der Betriebseinheiten – Lüfter, Kompressor, Turbine, Brennkammer usw., sondern auch aus dem Lärm des Strahlstroms, der Wirbel und der turbulenten Luftströmungen, die beim Umströmen entstehen Flugzeuge mit hoher Geschwindigkeit. Ein Körper, der schnell durch die Luft oder das Wasser rast, scheint die ihn umgebende Strömung zu unterbrechen und erzeugt periodisch Bereiche der Verdünnung und Kompression im Medium. Dadurch werden Schallwellen erzeugt.

Auch die Konzepte von Ton und Klangfarbe sind für die Klangforschung wichtig. Jeder echte Klang, sei es eine menschliche Stimme oder das Spielen eines Musikinstruments, ist keine einfache harmonische Schwingung, sondern eine besondere Mischung aus vielen harmonischen Schwingungen mit einem bestimmten Frequenzsatz. Derjenige mit der niedrigsten Frequenz wird Grundton genannt, die anderen Obertöne. Die unterschiedliche Anzahl von Obertönen, die einem bestimmten Klang innewohnen, verleiht ihm eine besondere Färbung – die Klangfarbe. Der Unterschied zwischen einer Klangfarbe und einer anderen wird nicht nur durch die Anzahl, sondern auch durch die Intensität der Obertöne bestimmt, die den Klang des Grundtons begleiten. Anhand der Klangfarbe können wir leicht die Klänge einer Geige und eines Klaviers, einer Gitarre und einer Flöte unterscheiden und die Stimmen bekannter Personen erkennen.

1. 4. Tonhöhe und Klangfarbe des Klangs

Lassen Sie uns zwei verschiedene Saiten auf einer Gitarre oder Balalaika erklingen lassen. Wir werden verschiedene Geräusche hören: eines ist tiefer, das andere ist höher. Die Töne einer Männerstimme sind tiefer als die einer Frauenstimme, die Töne eines Basses sind tiefer als die eines Tenors und die Töne einer Sopranistin sind höher als die einer Altstimme.

Wovon hängt die Tonhöhe ab?

Wir können daraus schließen, dass die Tonhöhe von der Schwingungsfrequenz abhängt: Je höher die Schwingungsfrequenz der Schallquelle, desto höher ist der von ihr erzeugte Schall.

Ein reiner Ton ist der Klang einer Quelle, die mit einer Frequenz schwingt.

Geräusche aus anderen Quellen (z. B. die Geräusche verschiedener Musikinstrumente, Stimmen von Menschen, das Geräusch einer Sirene und viele andere) stellen eine Reihe von Schwingungen unterschiedlicher Frequenz dar, d. h. eine Reihe reiner Töne.

Die niedrigste (d. h. kleinste) Frequenz eines solch komplexen Klangs wird Grundfrequenz genannt, und der entsprechende Ton einer bestimmten Tonhöhe wird Grundton (manchmal auch einfach Ton genannt) genannt. Die Tonhöhe eines komplexen Klangs wird genau durch die Tonhöhe seines Grundtons bestimmt.

Alle anderen Töne eines komplexen Klangs werden Obertöne genannt. Obertöne bestimmen die Klangfarbe eines Klangs, also seine Qualität, die es uns ermöglicht, die Klänge einiger Quellen von den Klängen anderer zu unterscheiden. Beispielsweise können wir den Klang eines Klaviers leicht vom Klang einer Geige unterscheiden, selbst wenn diese Klänge die gleiche Tonhöhe, also die gleiche Grundfrequenz, haben. Der Unterschied zwischen diesen Klängen ist auf unterschiedliche Obertöne zurückzuführen.

Somit wird die Tonhöhe eines Tons durch die Frequenz seines Grundtons bestimmt: Je höher die Frequenz des Grundtons, desto höher der Ton.

Die Klangfarbe eines Klanges wird durch die Gesamtheit seiner Obertöne bestimmt.

1. 5. Warum gibt es unterschiedliche Laute?

Klänge unterscheiden sich voneinander in Lautstärke, Tonhöhe und Klangfarbe. Die Lautstärke des Tons hängt zum Teil von der Entfernung des Ohrs des Hörers vom klingenden Objekt und zum Teil von der Amplitude seiner Schwingung ab. Unter Amplitude versteht man die Strecke, die ein Körper bei seinen Schwingungen von einem Extrempunkt zum anderen zurücklegt. Je größer dieser Abstand ist, desto lauter ist der Ton.

Die Tonhöhe eines Tons hängt von der Geschwindigkeit oder Frequenz der Schwingungen des Körpers ab. Je mehr Schwingungen ein Objekt in einer Sekunde ausführt, desto höher ist der Klang, den es erzeugt.

Allerdings können sich zwei Töne, die in Lautstärke und Tonhöhe exakt gleich sind, voneinander unterscheiden. Die Musikalität eines Klangs hängt von der Anzahl und Stärke der darin vorhandenen Obertöne ab. Bringt man eine Geigensaite über ihre gesamte Länge zum Schwingen, so dass keine zusätzlichen Schwingungen entstehen, so erklingt der tiefste Ton, den sie erzeugen kann. Dieser Ton wird Hauptton genannt. Treten darauf jedoch zusätzliche Schwingungen einzelner Teile auf, entstehen zusätzlich höhere Töne. Im Einklang mit dem Hauptton erzeugen sie einen besonderen Violinklang. Diese im Vergleich zum Hauptton höheren Töne werden Obertöne genannt. Sie bestimmen die Klangfarbe eines bestimmten Klangs.

1. 6. Reflexion und Ausbreitung von Störungen.

Eine Störung eines Teils eines gedehnten Gummischlauchs oder einer gedehnten Feder bewegt sich entlang seiner Länge. Wenn eine Störung das Rohrende erreicht, wird sie reflektiert, unabhängig davon, ob das Rohrende fest oder frei ist. Das gehaltene Ende wird kräftig nach oben gezogen und dann in seine ursprüngliche Position gebracht. Der auf dem Rohr gebildete Grat bewegt sich entlang des Rohrs zur Wand, wo er reflektiert wird. In diesem Fall hat die reflektierte Welle die Form einer Vertiefung, d. h. sie befindet sich unterhalb der mittleren Position der Röhre, während der ursprüngliche Schwingungsbauch darüber lag. Was ist der Grund für diesen Unterschied? Stellen Sie sich das Ende eines Gummischlauchs vor, der in der Wand befestigt ist. Da es fest ist, kann es sich nicht bewegen. Die Aufwärtskraft des ankommenden Impulses zwingt ihn dazu, sich nach oben zu bewegen. Da es sich jedoch nicht bewegen kann, muss eine gleiche und entgegengesetzte nach unten gerichtete Kraft von der Stütze ausgehen und auf das Ende des Gummischlauchs ausgeübt werden. Daher befindet sich der reflektierte Impuls mit dem Schwingungsbauch nach unten. Der Phasenunterschied zwischen reflektiertem und ursprünglichem Impuls beträgt 180°.

1. 7. Stehende Wellen

Wenn sich die Hand, die das Schneidrohr hält, auf und ab bewegt und die Bewegungsfrequenz allmählich zunimmt, wird ein Punkt erreicht, an dem ein einzelner Schwingungsbauch entsteht. Eine weitere Erhöhung der Schwingungsfrequenz des Arms führt zur Bildung eines Doppelbauchs. Wenn Sie die Häufigkeit der Handbewegungen messen, werden Sie feststellen, dass sich deren Häufigkeit verdoppelt hat. Da es schwierig ist, die Hand schneller zu bewegen, ist es besser, einen mechanischen Vibrator zu verwenden.

Die erzeugten Wellen werden stehende oder stationäre Wellen genannt. Sie entstehen, weil sich die reflektierte Welle mit der einfallenden überlagert.

In dieser Studie gibt es zwei Wellen: einfallende und reflektierte. Sie haben die gleiche Frequenz, Amplitude und Wellenlänge, breiten sich aber in entgegengesetzte Richtungen aus. Dabei handelt es sich um Wanderwellen, die sich jedoch gegenseitig stören und so stehende Wellen erzeugen. Dies hat folgende Konsequenzen: a) Alle Teilchen in jeder halben Wellenlänge schwingen gleichphasig, das heißt, sie bewegen sich alle gleichzeitig in die gleiche Richtung; b) jedes Teilchen hat eine andere Amplitude als das nächste Teilchen; c) die Phasendifferenz zwischen den Schwingungen der Teilchen einer Halbwelle und den Schwingungen der Teilchen der nächsten Halbwelle beträgt 180°. Dies bedeutet einfach, dass sie entweder gleichzeitig möglichst weit in entgegengesetzte Richtungen abweichen oder, wenn sie sich in der Mittelposition befinden, beginnen, sich in entgegengesetzte Richtungen zu bewegen.

Manche Teilchen bewegen sich nicht (sie haben eine Amplitude von Null), weil die auf sie wirkenden Kräfte immer gleich und entgegengesetzt sind. Diese Punkte werden Knotenpunkte oder Knoten genannt, und der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Knoten beträgt die halbe Wellenlänge, also 1\2 λ.

Die maximale Bewegung findet an Punkten statt und die Amplitude dieser Punkte ist doppelt so groß wie die Amplitude der einfallenden Welle. Diese Punkte werden Schwingungsbäuche genannt und der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schwingungsbäuchen beträgt die halbe Wellenlänge. Der Abstand zwischen dem Knoten und dem nächsten Schwingungsbauch beträgt ein Viertel der Wellenlänge, also 1\4λ.

Eine stehende Welle unterscheidet sich von einer Wanderwelle. In einer Wanderwelle: a) haben alle Teilchen die gleiche Schwingungsamplitude; b) jedes Teilchen ist nicht in Phase mit dem nächsten.

1. 8. Resonanzrohr.

Das Resonanzrohr ist ein schmales Rohr, in dem Schwingungen der Luftsäule erzeugt werden. Um die Länge der Luftsäule zu verändern, werden verschiedene Methoden eingesetzt, beispielsweise die Veränderung des Wasserstandes im Rohr. Das geschlossene Ende des Rohrs ist ein Knoten, da die damit in Kontakt stehende Luft stationär ist. Das offene Ende des Rohres ist immer ein Schwingungsbauch, da hier die Schwingungsamplitude am größten ist. Es gibt einen Knoten und einen Gegenknoten. Die Länge der Röhre beträgt etwa ein Viertel der Länge der stehenden Welle.

Um zu zeigen, dass die Länge der Luftsäule umgekehrt proportional zur Frequenz der Welle ist, muss eine Reihe von Stimmgabeln verwendet werden. Es ist besser, einen kleinen Lautsprecher zu verwenden, der an einen kalibrierten Audiofrequenzgenerator angeschlossen ist, statt Stimmgabeln mit fester Frequenz. Anstelle von Wasserrohren wird ein langes Rohr mit Kolben verwendet, da dies die Wahl der Länge der Luftsäulen erleichtert. Eine konstante Schallquelle wird in der Nähe des Rohrendes platziert und die Resonanzlängen der Luftsäule werden für Frequenzen von 300 Hz, 350 Hz, 400 Hz, 450 Hz, 500 Hz, 550 Hz und 600 Hz ermittelt.

Wenn Wasser in eine Flasche gegossen wird, entsteht ein bestimmter Ton, da die Luft in der Flasche zu vibrieren beginnt. Die Tonhöhe dieses Tons nimmt zu, wenn das Luftvolumen in der Flasche abnimmt. Jede Flasche hat eine bestimmte Eigenfrequenz und wenn man über den offenen Flaschenhals bläst, kann auch ein Ton erzeugt werden.

Zu Beginn des Krieges 1939-1945. Die Suchscheinwerfer waren auf Flugzeuge gerichtet, die Geräte verwendeten, die im Audiobereich arbeiteten. Um sie daran zu hindern, sich zu konzentrieren, warfen einige Besatzungen leere Flaschen aus den Flugzeugen, wenn sie im Rampenlicht standen. Der Empfänger nahm laute Geräusche fallender Flaschen wahr und die Scheinwerfer verloren den Fokus

1. 9. Blasmusikinstrumente.

Die von Blasinstrumenten erzeugten Klänge hängen von den stehenden Wellen ab, die in den Pfeifen entstehen. Der Ton hängt von der Länge der Pfeife und der Art der Luftvibration in der Pfeife ab.

Zum Beispiel eine offene Orgelpfeife. Durch das Loch wird Luft in das Rohr geblasen und trifft auf einen scharfen Vorsprung. Dadurch kommt es zu Vibrationen der Luft im Rohr. Da beide Enden des Rohrs offen sind, gibt es an jedem Ende immer einen Schwingungsbauch. Bei der einfachsten Schwingungsart gibt es an jedem Ende einen Schwingungsbauch und in der Mitte einen Schwingungsknoten. Dabei handelt es sich um Grundschwingungen und die Länge der Röhre beträgt etwa die Hälfte der Wellenlänge. Grundfrequenz =c/2l, wobei c die Schallgeschwindigkeit und l die Länge des Rohres ist.

Eine geschlossene Orgelpfeife hat am Ende einen Stopfen, was bedeutet, dass das Ende der Pfeife geschlossen ist. Das bedeutet, dass sich an diesem Ende immer ein Knoten befindet. Es ist ganz offensichtlich, dass: a) die Grundfrequenz eines geschlossenen Rohrs halb so groß ist wie die Grundfrequenz eines offenen Rohrs gleicher Länge; b) Mit einer geschlossenen Pfeife können nur ungerade Obertöne gebildet werden. Somit ist der Tonumfang einer offenen Pfeife größer als der einer geschlossenen Pfeife.

Körperliche Bedingungen verändern den Klang von Musikinstrumenten. Eine Erhöhung der Temperatur führt zu einer Erhöhung der Schallgeschwindigkeit in der Luft und damit zu einer Erhöhung der Grundfrequenz. Die Länge des Rohrs nimmt ebenfalls leicht zu, was zu einer Verringerung der Frequenz führt. Beim Orgelspiel, beispielsweise in einer Kirche, bitten die Interpreten darum, die Heizung einzuschalten, damit die Orgel bei normaler Temperatur erklingen kann. Saiteninstrumente verfügen über Saitenspannungsregler. Ein Temperaturanstieg führt zu einer gewissen Ausdehnung der Saite und einem Spannungsabfall.

Kapitel 2. Praktischer Teil

2. 1. Methode zur Bestimmung der Schallgeschwindigkeit mit einem Resonanzrohr.

Das Gerät ist in der Abbildung dargestellt. Das Resonanzrohr ist ein langes, schmales Rohr A, das über ein Gummirohr mit Behälter B verbunden ist. In beiden Leitungen befindet sich Wasser. Wenn B angehoben wird, verringert sich die Länge der Luftsäule in A, und wenn B abgesenkt wird, nimmt die Länge der Luftsäule in A zu. Platzieren Sie eine schwingende Stimmgabel auf A, wenn die Länge der Luftsäule bei A praktisch Null ist. Sie werden keinen Ton hören. Wenn die Länge der Luftsäule in A zunimmt, werden Sie hören, wie der Klang intensiver wird, ein Maximum erreicht und dann beginnt, abzuklingen. Wiederholen Sie diesen Vorgang und stellen Sie B so ein, dass die Länge der Luftsäule in A den maximalen Klang erzeugt. Dann messen Sie die Länge l1 der Luftsäule.

Ein lauter Ton ist zu hören, weil die Eigenfrequenz einer Luftsäule der Länge l1 gleich der Eigenfrequenz der Stimmgabel ist und die Luftsäule daher im Einklang mit dieser schwingt. Sie haben die erste Resonanzposition gefunden. Tatsächlich ist die Länge der oszillierenden Luft etwas größer als die Luftsäule in A.

Wenn Sie es weglassen. Auf einer noch niedrigeren Stufe, sodass die Länge der Luftsäule zunimmt, findet man eine weitere Position, in der der Schall seine maximale Stärke erreicht. Bestimmen Sie diese Position genau und messen Sie die Länge l2 der Luftsäule. Dies ist die zweite Resonanzposition. Nach wie vor befindet sich der Scheitelpunkt am offenen Ende des Rohrs und der Knoten an der Wasseroberfläche. Dies kann nur im in der Abbildung gezeigten Fall erreicht werden, in dem die Länge der Luftsäule im Rohr etwa 3\4 Wellenlängen (3\4 λ) beträgt.

Das Subtrahieren der beiden Messungen ergibt:

3\4 λ - 1\4 λ = l2 - l1, also 1\2 λ = l2 - l1.

Also ist c = ν λ = ν 2 (l2 - l1), wobei ν die Frequenz der Stimmgabel ist. Dies ist eine schnelle und ziemlich genaue Methode zur Bestimmung der Schallgeschwindigkeit in Luft.

2. 2. Experiment und Berechnungen.

Zur Bestimmung der Geschwindigkeit der Schallwelle wurden folgende Instrumente und Geräte verwendet:

Universalstativ;

Dickwandiges Glasrohr, einseitig verschlossen, 1,2 Meter lang;

Stimmgabel, Frequenz 440 Hz, Ton „A“;

Hammer;

Wasserflasche;

Maßstab.

Fortschritt der Studie:

1. Ich habe ein Stativ zusammengebaut, an dem ich die Ringe an der Kupplung befestigt habe.

2. Stellen Sie die Glasröhre auf ein Stativ.

3. Indem er Wasser in die Röhre gab und mit einer Stimmgabel Schallwellen anregte, erzeugte er stehende Wellen in der Röhre.

4. Experimentell habe ich eine solche Höhe der Wassersäule erreicht, dass die Schallwellen in der Glasröhre verstärkt wurden, sodass in der Röhre Resonanz beobachtet wurde.

5. Die erste Länge des wasserfreien Rohrendes gemessen – l2 = 58 cm = 0,58 m

6. Erneut Wasser in das Röhrchen geben. (Wiederholen Sie die Schritte 3, 4, 5) – l1 = 19 cm = 0,19 m

7. Berechnungen unter Verwendung der Formel durchgeführt: c = ν λ = ν 2 (l2 - l1),

8. s = 440 Hz * 2 (0,58 m - 0,19 m) = 880 * 0,39 = 343,2 m\s

Das Ergebnis der Studie ist die Schallgeschwindigkeit = 343,2 m/s.

2. 3. Schlussfolgerungen des praktischen Teils

Bestimmen Sie mit der ausgewählten Ausrüstung die Schallgeschwindigkeit in Luft. Wir verglichen das erhaltene Ergebnis mit dem Tabellenwert – 330 m/s. Der resultierende Wert entspricht ungefähr dem tabellierten Wert. Die Abweichungen waren auf Messfehler zurückzuführen, der zweite Grund: Der Tabellenwert wird bei einer Temperatur von 0°C angegeben, und in der Wohnung beträgt die Lufttemperatur = 240°C.

Daher kann die vorgeschlagene Methode zur Bestimmung der Schallgeschwindigkeit mithilfe eines Resonanzrohrs angewendet werden.

Abschluss.

Die Fähigkeit, Klangeigenschaften zu berechnen und zu bestimmen, ist sehr nützlich. Wie aus der Studie hervorgeht, sind die Eigenschaften von Geräuschen: Lautstärke, Amplitude, Frequenz, Wellenlänge – diese Werte sind bestimmten Geräuschen innewohnend, und aus ihnen können wir bestimmen, welches Geräusch wir gerade hören. Wir stehen erneut vor einem mathematischen Klangmuster. Obwohl die Schallgeschwindigkeit berechnet werden kann, hängt sie von der Temperatur des Raums und dem Raum ab, in dem der Schall auftritt.

Somit wurde der Zweck der Studie erfüllt.

Die Forschungshypothese wurde bestätigt, in Zukunft müssen jedoch Messfehler berücksichtigt werden.

Darauf aufbauend wurden die Forschungsziele vervollständigt:

Die theoretischen Grundlagen dieser Frage wurden untersucht;

Muster wurden identifiziert;

Die notwendigen Messungen sind abgeschlossen;

Berechnungen der Schallgeschwindigkeit wurden durchgeführt;

Die erhaltenen Berechnungsergebnisse wurden mit vorhandenen Tabellendaten verglichen;

Es erfolgt eine Bewertung der erzielten Ergebnisse.

Als Ergebnis der Arbeit: o Gelernt, die Schallgeschwindigkeit mithilfe eines Resonanzrohrs zu bestimmen; o Ich bin auf das Problem unterschiedlicher Schallgeschwindigkeiten bei unterschiedlichen Temperaturen gestoßen, daher werde ich versuchen, dieses Problem in naher Zukunft zu untersuchen.

Schall sind Schallwellen, die winzige Luftpartikel, andere Gase sowie flüssige und feste Medien in Schwingungen versetzen. Schall kann nur dort entstehen, wo sich eine Substanz befindet, egal in welchem ​​Aggregatszustand sie sich befindet. Unter Vakuumbedingungen, in denen kein Medium vorhanden ist, breitet sich der Schall nicht aus, da es keine Partikel gibt, die als Verteiler von Schallwellen dienen. Zum Beispiel im Weltraum. Schall kann modifiziert, verändert und in andere Energieformen umgewandelt werden. So kann in Radiowellen oder elektrische Energie umgewandelter Schall über Entfernungen übertragen und auf Informationsträgern aufgezeichnet werden.

Schallwelle

Die Bewegungen von Gegenständen und Körpern verursachen fast immer Schwankungen in der Umgebung. Dabei spielt es keine Rolle, ob es sich um Wasser oder Luft handelt. Bei diesem Vorgang geraten auch die Partikel des Mediums, auf das die Schwingungen des Körpers übertragen werden, in Schwingung. Es entstehen Schallwellen. Darüber hinaus werden Bewegungen in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung ausgeführt, die sich nach und nach gegenseitig ersetzen. Daher ist die Schallwelle longitudinal. Es gibt darin nie eine seitliche Auf- und Abbewegung.

Eigenschaften von Schallwellen

Wie jedes physikalische Phänomen verfügen sie über eigene Größen, mit deren Hilfe sich Eigenschaften beschreiben lassen. Die Hauptmerkmale einer Schallwelle sind ihre Frequenz und Amplitude. Der erste Wert gibt an, wie viele Wellen pro Sekunde gebildet werden. Der zweite bestimmt die Stärke der Welle. Niederfrequente Töne haben niedrige Frequenzwerte und umgekehrt. Die Schallfrequenz wird in Hertz gemessen, und wenn sie 20.000 Hz überschreitet, liegt Ultraschall vor. Es gibt viele Beispiele für niederfrequente und hochfrequente Geräusche in der Natur und in der Welt um uns herum. Das Zirpen einer Nachtigall, das Grollen des Donners, das Rauschen eines Gebirgsflusses und andere sind allesamt unterschiedliche Klangfrequenzen. Die Amplitude der Welle hängt direkt davon ab, wie laut der Schall ist. Die Lautstärke wiederum nimmt mit der Entfernung von der Schallquelle ab. Dementsprechend ist die Amplitude umso kleiner, je weiter die Welle vom Epizentrum entfernt ist. Mit anderen Worten: Die Amplitude einer Schallwelle nimmt mit der Entfernung von der Schallquelle ab.

Schallgeschwindigkeit

Dieser Indikator einer Schallwelle hängt direkt von der Beschaffenheit des Mediums ab, in dem sie sich ausbreitet. Dabei spielen sowohl die Luftfeuchtigkeit als auch die Lufttemperatur eine wesentliche Rolle. Bei durchschnittlichen Wetterbedingungen beträgt die Schallgeschwindigkeit etwa 340 Meter pro Sekunde. In der Physik gibt es so etwas wie Überschallgeschwindigkeit, die immer größer als die Schallgeschwindigkeit ist. Dies ist die Geschwindigkeit, mit der sich Schallwellen ausbreiten, wenn sich ein Flugzeug bewegt. Das Flugzeug bewegt sich mit Überschallgeschwindigkeit und überholt sogar die von ihm erzeugten Schallwellen. Durch den allmählich zunehmenden Druck hinter dem Flugzeug entsteht eine Schallstoßwelle. Die Maßeinheit für diese Geschwindigkeit ist interessant und nur wenige Menschen kennen sie. Es heißt Mach. Mach 1 entspricht der Schallgeschwindigkeit. Wenn sich eine Welle mit Mach 2 ausbreitet, ist sie doppelt so schnell wie der Schall.

Geräusche

Im täglichen Leben der Menschen herrscht ständig Lärm. Der Geräuschpegel wird in Dezibel gemessen. Die Bewegung von Autos, der Wind, das Rascheln von Blättern, das Durcheinander von Menschenstimmen und andere Geräusche sind unsere täglichen Begleiter. Aber der menschliche Höranalysator hat die Fähigkeit, sich an solche Geräusche zu gewöhnen. Allerdings gibt es auch Phänomene, denen selbst die Anpassungsfähigkeit des menschlichen Gehörs nicht gewachsen ist. Beispielsweise kann Lärm über 120 dB Schmerzen verursachen. Das lauteste Tier ist der Blauwal. Wenn es Geräusche macht, ist es über 800 Kilometer weit zu hören.

Echo

Wie entsteht ein Echo? Hier ist alles ganz einfach. Eine Schallwelle kann von verschiedenen Oberflächen reflektiert werden: vom Wasser, von einem Felsen, von Wänden in einem leeren Raum. Diese Welle kehrt zu uns zurück, sodass wir sekundäre Geräusche hören. Es ist nicht so klar wie das Original, da ein Teil der Energie der Schallwelle auf ihrem Weg zum Hindernis verloren geht.

Echoortung

Schallreflexion wird für verschiedene praktische Zwecke genutzt. Zum Beispiel Echoortung. Es basiert auf der Tatsache, dass es mit Hilfe von Ultraschallwellen möglich ist, die Entfernung zum Objekt zu bestimmen, von dem diese Wellen reflektiert werden. Berechnungen werden durchgeführt, indem die Zeit gemessen wird, die Ultraschall benötigt, um zu einem Ort zu gelangen und zurückzukehren. Viele Tiere verfügen über die Fähigkeit zur Echoortung. Fledermäuse und Delfine nutzen es beispielsweise zur Nahrungssuche. Die Echoortung hat in der Medizin eine weitere Anwendung gefunden. Bei Ultraschalluntersuchungen entsteht ein Bild der inneren Organe eines Menschen. Die Grundlage dieser Methode besteht darin, dass Ultraschall, der in ein anderes Medium als Luft eindringt, zurückkommt und so ein Bild erzeugt.

Schallwellen in der Musik

Warum erzeugen Musikinstrumente bestimmte Geräusche? Gitarrenklimper, Klavierklimper, tiefe Trommel- und Trompetentöne, die bezaubernde dünne Stimme einer Flöte. All diese und viele andere Geräusche entstehen durch Luftschwingungen, also durch das Auftreten von Schallwellen. Doch warum ist der Klang von Musikinstrumenten so vielfältig? Es stellt sich heraus, dass dies von mehreren Faktoren abhängt. Das erste ist die Form des Werkzeugs, das zweite das Material, aus dem es besteht.

Schauen wir uns das am Beispiel von Streichinstrumenten an. Sie werden zu einer Klangquelle, wenn die Saiten berührt werden. Dadurch beginnen sie zu vibrieren und senden unterschiedliche Geräusche in die Umgebung. Der tiefe Klang eines Saiteninstruments ist auf die größere Dicke und Länge der Saite sowie auf die geringere Spannung zurückzuführen. Und umgekehrt gilt: Je stärker die Saite gespannt ist, je dünner und kürzer sie ist, desto höher ist der Klang, der beim Spielen entsteht.

Mikrofon-Aktion

Es basiert auf der Umwandlung von Schallwellenenergie in elektrische Energie. In diesem Fall hängen die aktuelle Stärke und die Art des Tons direkt davon ab. Im Inneren jedes Mikrofons befindet sich eine dünne Platte aus Metall. Wenn es Schall ausgesetzt wird, beginnt es, oszillierende Bewegungen auszuführen. Auch die Spirale, mit der die Platte verbunden ist, vibriert, wodurch ein elektrischer Strom entsteht. Warum erscheint er? Dies liegt daran, dass das Mikrofon auch über eingebaute Magnete verfügt. Wenn die Spirale zwischen ihren Polen schwingt, entsteht ein elektrischer Strom, der entlang der Spirale und dann zu einer Tonsäule (Lautsprecher) oder zu Geräten zur Aufzeichnung auf einem Informationsträger (Kassette, Diskette, Computer) fließt. Das Mikrofon im Telefon hat übrigens einen ähnlichen Aufbau. Doch wie funktionieren Mikrofone im Festnetz und im Mobiltelefon? Die Anfangsphase ist bei ihnen die gleiche – der Klang der menschlichen Stimme überträgt seine Schwingungen auf die Mikrofonplatte, dann läuft alles nach dem oben beschriebenen Szenario ab: Eine Spirale, die bei Bewegung zwei Pole schließt, es entsteht ein Strom. Was kommt als nächstes? Bei einem Festnetztelefon ist alles mehr oder weniger klar – genau wie bei einem Mikrofon läuft der in elektrischen Strom umgewandelte Ton durch die Leitungen. Aber wie wäre es mit einem Handy oder beispielsweise einem Walkie-Talkie? In diesen Fällen wird der Schall in Radiowellenenergie umgewandelt und trifft auf den Satelliten. Das ist alles.

Resonanzphänomen

Manchmal entstehen Bedingungen, bei denen die Schwingungsamplitude des physischen Körpers stark ansteigt. Dies geschieht aufgrund der Konvergenz der Werte der Frequenz erzwungener Schwingungen und der Eigenfrequenz der Schwingungen des Objekts (Körpers). Resonanz kann sowohl nützlich als auch schädlich sein. Um beispielsweise ein Auto aus einem Loch zu holen, wird es gestartet und hin und her geschoben, um Resonanz zu erzeugen und dem Auto Trägheit zu verleihen. Es gab aber auch Fälle negativer Resonanzfolgen. In St. Petersburg beispielsweise stürzte vor etwa hundert Jahren eine Brücke ein, als Soldaten im Gleichklang marschierten.

Der Zweck der Lektion: Machen Sie sich eine Vorstellung von Klang.

Lernziele:

Lehrreich:

• Bedingungen schaffen, um die im Studium der Naturwissenschaften erworbenen Klangkenntnisse der Studierenden zu aktivieren,
• tragen zur Erweiterung und Systematisierung des Klangwissens der Studierenden bei.

Lehrreich:

• die Fähigkeit weiterzuentwickeln, Wissen und persönliche Erfahrungen in verschiedenen Situationen anzuwenden,
• fördern die Entwicklung des Denkens, die Analyse des erworbenen Wissens, die Hervorhebung des Wesentlichen, die Verallgemeinerung und Systematisierung.

Lehrreich:

• die Bildung einer fürsorglichen Haltung gegenüber sich selbst und anderen fördern,
• Förderung der Bildung von Menschlichkeit, Freundlichkeit und Verantwortung.

Unterrichtsart: Inhalte offenbaren.

Ausrüstung: Stimmgabel, Ball an einer Saite, Luftglocke, Rohrfrequenzmesser, Satz Scheiben mit unterschiedlicher Zähnezahl, Postkarte, Metalllineal, Multimedia-Ausrüstung, Diskette mit einer vom Lehrer für diese Lektion entwickelten Präsentation.

Während des Unterrichts

Unter den verschiedenen Schwingungs- und Wellenbewegungen, die in Natur und Technik vorkommen, sind Schallschwingungen und -wellen, bzw. einfach nur Geräusche, im menschlichen Leben von besonderer Bedeutung. Im Alltag sind es meist Wellen, die sich in der Luft ausbreiten. Es ist bekannt, dass sich Schall auch in anderen elastischen Medien ausbreitet: im Boden, in Metallen. Kopfüber ins Wasser gestürzt, hört man schon von weitem deutlich das Motorengeräusch eines herannahenden Bootes. Während einer Belagerung wurden „Zuhörer“ innerhalb der Festungsmauern aufgestellt, um die Ausgrabungsarbeiten des Feindes zu überwachen. Manchmal waren es blinde Menschen, deren Gehör besonders gut war. Anhand der in der Erde übertragenen Geräusche wurde beispielsweise umgehend ein feindlicher Tunnel zu den Mauern des Zagorsk-Klosters entdeckt. Dank des Vorhandenseins eines Hörorgans erhält der Mensch mithilfe von Geräuschen umfangreiche und vielfältige Informationen aus der Umgebung. Auch die menschliche Sprache wird durch Laute erzeugt.

Auf dem Tisch vor Ihnen liegen Arbeitsblätter mit Zeilen aus Charles Dickens‘ „The Hearth Cricket“. Jeder von Ihnen muss die Wörter unterstreichen, die Klang ausdrücken.

1 Option

• Der verängstigte Mäher kam erst zur Besinnung, als die Uhr unter ihm aufhörte zu zittern und das Knirschen und Klirren ihrer Ketten und Gewichte endlich aufhörte. Kein Wunder, dass er so aufgeregt war, schließlich ist diese klappernde, knöcherne Uhr keine Uhr, sondern ein bloßes Skelett! - sind in der Lage, jedem Angst einzujagen, wenn sie anfangen, mit den Knochen zu knacken ...
• ….Da beschloss die Teekanne wohlgemerkt, einen angenehmen Abend zu verbringen. Etwas begann unkontrolliert in seiner Kehle zu brodeln, und er begann ein scharfes, schallendes Schnauben auszustoßen, das er sofort unterbrach, als hätte er sich noch nicht endgültig entschieden, ob er sich nun als geselliger Kerl zeigen sollte. Dann, nach zwei oder drei vergeblichen Versuchen, die Lust auf Geselligkeit zu übertönen, warf er all seine Düsterkeit, all seine Zurückhaltung ab und brach in ein so gemütliches, so fröhliches Lied aus, dass keine Heulsuse-Nachtigall mit ihm mithalten konnte ...
• ….Die Teekanne sang ihr Lied so fröhlich und fröhlich, dass ihr ganzer Eisenkörper summte und über dem Feuer hüpfte; und selbst der Deckel selbst begann so etwas wie eine Schaukel zu tanzen und auf die Teekanne zu klopfen (Knirschen, Klirren, Klappern, Klicken, sonore Schnauben, Singen, Singen, Singen, Summen, Klopfen).

Option 2:

• Hier begann, wenn Sie so wollen, die Grille wirklich das Echo der Teekanne! Er nahm den Refrain auf seine eigene zwitschernde Art so laut auf – klack, klappern, klappern! - Seine Stimme stand in einem so auffallenden Missverhältnis zu seiner Körpergröße im Vergleich zur Teekanne, dass es Ihnen als natürliches und unvermeidliches Ende erscheinen würde, wenn sie sofort explodiert wäre, wie eine Waffe mit zu großer Ladung, auf die er selbst mit aller Kraft zustrebte .
• ….Die Teekanne musste nicht mehr alleine singen. Er spielte seine Rolle weiterhin mit unvermindertem Eifer, aber die Grille übernahm die Rolle der ersten Geige und behielt sie. Mein Gott, wie er gezwitschert hat! Seine dünne, scharfe, durchdringende Stimme hallte durch das ganze Haus und funkelte wahrscheinlich sogar wie ein Stern in der Dunkelheit hinter den Wänden. Manchmal stieß er bei den lautesten Geräuschen plötzlich einen so unbeschreiblichen Triller aus, dass es unwillkürlich schien, als würde er selbst in einem Anfall von Inspiration hochspringen und dann wieder auf die Beine fallen. Dennoch sangen sie völlig übereinstimmend, sowohl die Grille als auch die Teekanne ... Das Thema des Liedes blieb dasselbe, und während sie gegeneinander antraten, sangen sie immer lauter und lauter. (Laut-, Refrain-, Zwitschermodus – Strek, Strek, Strek, Burst, Solo, Zirpen, scharfe, schrille Stimme, Klingeln, laute Töne, Triller, Singen, Lieder, Singen, lauter)

Wir leben in einer Welt der Geräusche. Der Zweig der Physik, der Schallphänomene untersucht, wird Akustik genannt (Folie 1).

Schallquellen sind schwingende Körper (Folie 2).

„Alles, was klingt, vibriert zwangsläufig, aber nicht alles, was vibriert, klingt.“

Lassen Sie uns Beispiele für Körper geben, die vibrieren, aber keinen Ton erzeugen. Frequenzmesser, langes Lineal. Welche Beispiele können Sie nennen? (ein Ast im Wind, ein Schwimmer auf dem Wasser usw.)

Lassen Sie uns das Lineal kürzen und den Ton hören. Die Luftglocke macht auch Geräusche. Beweisen wir, dass ein klingender Körper vibriert. Nehmen wir dazu eine Stimmgabel. Die Stimmgabel ist ein bogenförmiger Stab, der auf einer Halterung montiert ist und mit einem Gummihammer darauf geschlagen wird. Indem wir eine klingende Stimmgabel an eine kleine Kugel halten, die an einem Faden hängt, werden wir sehen, dass die Kugel abgelenkt wird.

Wenn wir eine klingende Stimmgabel über ein mit Ruß bedecktes Glas führen, sehen wir ein Diagramm der Schwingungen der Stimmgabel. Wie heißt diese Grafik? ( Stimmgabel vibriert harmonisch)

Schallquellen können flüssige Körper und sogar Gase sein. Die Luft summt im Schornstein und das Wasser singt in den Rohren.

Welche Beispiele für Schallquellen können Sie nennen? ( mechanische Uhr, kochender Wasserkocher, Geräusch eines Motors)

Wenn ein Körper Geräusche macht, vibriert er, seine Schwingungen werden auf nahe gelegene Luftpartikel übertragen, die zu vibrieren beginnen und die Schwingungen auf benachbarte Teilchen übertragen, die wiederum die Schwingungen weiter übertragen. Dadurch entstehen Schallwellen, die sich in der Luft ausbreiten.

Eine Schallwelle stellt Kompressions- und Verdünnungszonen eines elastischen Mediums (Luft) dar, eine Schallwelle ist eine Longitudinalwelle (Folie 3).

Wir nehmen Schall über unser Hörorgan – das Ohr – wahr.

(Einer der Schüler erzählt, wie das passiert) (Folie 4).

(Ein anderer Student spricht über die Gefahren von Kopfhörern.)

„Nachdem Experten zwei Monate lang das Verhalten junger Menschen in der U-Bahn der Hauptstadt untersucht hatten, kamen sie zu dem Schluss, dass in der Moskauer U-Bahn jeder achte von zehn aktiven Nutzern tragbarer elektronischer Geräte Musik hört. Zum Vergleich: Bei einer Schallintensität von 160 Dezibel verformt sich das Trommelfell. Die von Spielern über Kopfhörer wiedergegebene Schallleistung beträgt 110–120 Dezibel. Somit ist die Wirkung auf die Ohren einer Person mit der einer Person vergleichbar, die 10 Meter von einem dröhnenden Düsentriebwerk entfernt steht. Wenn täglich ein solcher Druck auf das Trommelfell ausgeübt wird, besteht die Gefahr der Taubheit. „In den letzten fünf Jahren kommen immer häufiger kleine Jungen und Mädchen zu Terminen“, sagte die HNO-Ärztin Kristina Anankina gegenüber NI. „Sie alle wollen modisch sein und ständig Musik hören. Allerdings tötet sie sie einfach, wenn sie längere Zeit lauter Musik ausgesetzt ist.“ Hören." Wenn der Körper nach einem Rockkonzert mehrere Tage braucht, um sich zu erholen, bleibt bei einem täglichen Angriff auf die Ohren keine Zeit mehr, das Gehör in Ordnung zu bringen. Das Hörsystem hört auf, hohe Frequenzen wahrzunehmen. „Jeder Lärm mit einer Intensität von mehr als 80 Dezibel wirkt sich negativ auf das Innenohr aus“, sagt der Kandidat der medizinischen Wissenschaften, Audiologe Vasily Korvyakov. „Laute Musik beeinflusst die Zellen, die für die Wahrnehmung von Geräuschen verantwortlich sind. vor allem, wenn der Angriff direkt von Kopfhörern ausgeht. Die Situation „Vibrationen in der U-Bahn verschlimmern sich ebenfalls, was sich auch negativ auf die Struktur des Ohrs auswirkt. In Kombination führen diese beiden Faktoren zu einem akuten Hörverlust. Die Hauptgefahr besteht darin, dass er buchstäblich über Nacht auftritt.“ aber es zu heilen ist sehr problematisch. Durch die Lärmbelastung sterben die Haarzellen in unseren Ohren ab, die für die Übertragung des Schallsignals an das Gehirn verantwortlich sind. Doch die Medizin hat noch keinen Weg gefunden, diese Zellen wiederherzustellen.“

Das menschliche Ohr nimmt Schwingungen mit einer Frequenz von 16–20.000 Hz wahr. Alles unter 16 Hz ist Infraschall, alles ab 20.000 Hz ist Ultraschall. (Folie 6).

Jetzt hören wir uns den Bereich von 20 bis 20.000 Hz an und jeder von Ihnen bestimmt seine Hörschwelle (Folie 5).(Siehe Generator in Anhang 2)

Viele Tiere hören Infra- und Ultraschall. Studentenrede (Folie 6).

Schallwellen breiten sich in Feststoffen, Flüssigkeiten und Gasen aus, können sich jedoch nicht in luftleeren Räumen ausbreiten.

Messungen zeigen, dass die Schallgeschwindigkeit in Luft bei 0 °C und normalem Atmosphärendruck 332 m/s beträgt. Mit zunehmender Temperatur nimmt die Geschwindigkeit zu. Für Aufgaben nehmen wir 340 m/s.

(Einer der Schüler löst das Problem.)

Aufgabe. Die Schallgeschwindigkeit in Gusseisen wurde erstmals vom französischen Wissenschaftler Biot wie folgt bestimmt. An einem Ende des gusseisernen Rohrs wurde eine Glocke geschlagen; am anderen Ende hörte der Beobachter zwei Töne: erstens einen, der durch das Gusseisen drang, und nach einiger Zeit einen zweiten, der durch die Luft drang. Die Länge des Rohres beträgt 930 Meter, der Zeitabstand zwischen der Schallausbreitung betrug 2,5 Sekunden. Ermitteln Sie anhand dieser Daten die Schallgeschwindigkeit in Gusseisen. Die Schallgeschwindigkeit in Luft beträgt 340 m/s ( Antwort: 3950 m/s).

Schallgeschwindigkeit in verschiedenen Medien (Folie 7).

Weiche und poröse Körper sind schlechte Schallleiter. Um jeden Raum vor dem Eindringen von Fremdgeräuschen zu schützen, sind Wände, Boden und Decke mit Schichten schallabsorbierender Materialien ausgelegt. Solche Materialien sind: Filz, gepresster Kork, poröse Steine, Blei. Schallwellen in solchen Schichten werden schnell gedämpft.

Wir sehen, wie vielfältig Klang ist, lasst uns ihn charakterisieren.

Der von einem harmonisch schwingenden Körper erzeugte Klang wird als Musikton bezeichnet. Jeder Musikton (do, re, mi, fa, sol, la, si) entspricht einer bestimmten Länge und Frequenz der Schallwelle (Folie 8).

Unsere Stimmgabel hat einen Ton von A, Frequenz 440 Hz.

Lärm ist eine chaotische Mischung harmonischer Klänge.

Musikalische Klänge (Töne) werden durch Lautstärke und Tonhöhe, Klangfarbe charakterisiert.

Ein schwacher Schlag auf den Schaft der Stimmgabel verursacht Vibrationen mit kleiner Amplitude und wir hören einen leisen Ton.

Ein starker Schlag verursacht Vibrationen mit größerer Amplitude, wir hören ein lautes Geräusch.

Die Lautstärke eines Tons wird durch die Amplitude der Schwingungen einer Schallwelle bestimmt (Folie 9).

Jetzt werde ich 4 Scheiben drehen, die unterschiedliche Zähnezahlen haben. Ich werde diese Zähne mit einer Postkarte berühren. Eine Scheibe mit größeren Zähnen hat eine höhere Frequenz und einen höheren Klang. Eine Scheibe mit weniger Zähnen hat weniger Vibrationen und einen geringeren Geräuschpegel.

Die Tonhöhe eines Tons wird durch die Frequenz der Schallschwingungen bestimmt. Je höher die Frequenz, desto höher der Ton. (Folie 10)

Der höchste menschliche Sopranton liegt bei etwa 1300 Hz

Die tiefste menschliche Bassnote liegt bei etwa 80 Hz.

Wer hat einen höheren Ton – eine Mücke oder eine Hummel? Wer schlägt Ihrer Meinung nach häufiger mit den Flügeln, eine Mücke oder eine Hummel?

Die Klangfarbe ist eine Art Klangfarbe, anhand derer wir die Stimmen von Menschen von verschiedenen Instrumenten unterscheiden. (Folie 11).

Jeder komplexe Musikklang besteht aus einer Reihe einfacher harmonischer Klänge. Der unterste ist der wichtigste. Der Rest ist um ein ganzzahliges Vielfaches höher als dieser, beispielsweise um das 2- oder 3- bis 4-fache. Sie werden Obertöne genannt. Je mehr Obertöne dem Hauptton beigemischt werden, desto satter wird der Klang. Hohe Obertöne verleihen dem Timbre „Glanz“, „Helligkeit“ und „Metallizität“. Tiefen verleihen „Kraft“ und „Saftigkeit“. A.G. Stoletov schrieb: „Die einfachen Töne, die wir von unseren Stimmgabeln bekommen, werden nicht in der Musik verwendet, sie sind so frisch und geschmacklos wie destilliertes Wasser.“

Konsolidierung

1. Wie heißt die Klanglehre?
2. Auf dem Mond kam es zu einer heftigen Explosion. Zum Beispiel ein Vulkanausbruch. Werden wir es auf der Erde hören?
3. Schwingen die Stimmbänder einer Person, die Bass oder Tenor singt, mit einer niedrigeren Frequenz?
4. Die meisten Insekten machen beim Fliegen ein Geräusch. Was löste es aus?
5. Wie könnten Menschen auf dem Mond kommunizieren?
6. Warum wird bei der Kontrolle der Wagenräder während einer Zughaltestelle darauf geklopft?

Hausaufgaben:§34-38. Übung 30 (Nr. 2, 3).

Literatur

1. Physikkurs, Teil II, für die weiterführende Schule / Peryshkin A.V. – M.: Bildung, 1968. – 240 S.
2. Schwingungen und Wellen in einem Physikkurs für das Gymnasium. Handbuch für Lehrer/Orekhov V.P. – M.: Bildung, 1977. – 176 S.
3. Cricket hinter dem Herd/Dickens Ch. – M.: Eksmo, 2003. – 640 S.