Дәрістің тақырыбы: Дыбыс. Дыбыс сипаттамалары. Акустикалық резонанс. Акустикадағы Доплер эффектіісі.
- Дыбыс табиғаты. Дыбыс көздері мен дыбыс қабылдағыштары.
- Адамның дыбысты шығару және дыбысты есту аппараты.
- Дыбыстың объективтік және субъективтік сипаттамалары.
- Дыбыс жылдамдығы.
-Акустикадағы резонанс.
- Акустикадағы Допплер эффектісі.
- Ультрадыбыс және оны пайдалану. Инфрадыбыс жайындағы түсінік.
Сабақ жоспары
Сабақтың мақсаты: Студенттерге физиканың акустика бөлімі жайында және дыбыстың негізгі сипаттамалары туралы мағлұмат беру. Білімділігі: Студенттердің физиканың акустика бөлімі жайында және дыбыстың негізгі сипаттамалары туралы мағлұмат беру. Тәрбиелігі: Студенттерді тез ойлауға, жинақылыққа тәрбиелеу, өз бетінше жұмыс жасауға дағдыландыру. Дамытушылығы: Студенттердің қоршаған ортаға деген қөзқарасын қалыптастыру, дүниетанымын ғылым тұрғыдан кеңейту.
Сабақты өткізудің әдіс-тәсілі: Оқытудың мультимедиалық технологиясына негізделген Сабақтың көрнекілігі: Интеррактивті тақта, видеоматериалдар, слайдтар, камертон, музыкалық аспаптар
Дыбыс табиғаты. Дыбыс көздері мен дыбыс қабылдағыштары.
Дыбыс толқындарын зерттейтін физиканың бөлімі-акустика ( грек тілінде akustikos-естілетін, тыңдалатын) деп аталады. Егер ауада таралатын серпімді толқынның жиілігі шамамен 20 гц-тан 20 000 гц аралығында болса, онда олар адам құлағына жетіп дыбыс сезімін тудырады. Көрсетілген аралықта жатқан кез келген ортадағы жиілігі бар серпімді толқындар дыбыстық толқындар немесе жай ғана дыбыс деп аталады.
Дыбыс толқындары – адамда дыбыс әсерін туғызатын тербеліс жиілігі 20Гц –тен 20000 Гц – ке дейінгі механикалық толқындар.
Дыбыс толқындары – адамда дыбыс әсерін туғызатын тербеліс жиілігі 20Гц –тен 20000 Гц – ке дейінгі механикалық толқындар.
Инфрадыбыстар –
Ультрадыбыстар –
Дыбыс туындауының себепкері – денелердің тербелісі.
Газдар мен сұйықтардағы дыбыстық толқындар қума толқын ғана бола алады, ал қатты денелерде қума толқындар да, көлденең толқындар да таралады.
Кез келген нақты дыбыс жай ғана гармониялық тербеліс емес, жиіліктердің белгілі бір жиынынан тұратын күрделі гармониялық тербелістердің қабаттасуы болып табылады. Берілген дыбыс құрамындағы тербеліс жиіліктерінің жиыны оның акустикалық спектрі деп аталды. Егер дыбыста ν’ -тен ν’’ - ке дейін интервалдағы барлық жиіліктегі тербелістер болса, онда спектр тұтас деп аталады (1-сурет).
ν’ ν’’ ν
1-сурет
Егер дыбыс дискретті (яғни бір-бірінен шекті интервалдармен бөлінген) ν1 , ν2 , ν3 және т.б. жиіліктері бар тербелістерден тұрса, онда сызықты спектр деп аталды (2-сурет). Абцисса осімен тербеліс жиілігі, ал ордината осі бойынша оның интенсивтілігі салынған.
ν1 ν2 ν3 ν4 ν5 ν
2-сурет
Шу ішінде тұтас акустикалық спектр болады. Шу әр түрлі жиіліктегі дыбыстардың ретсіз қабаттасуы болып табылады.
Сызықтық спектрі бар тербелістер, едәуір мөлшерде белгілі бір биіктігі бар дыбыс түйсігін тудырады. Мұндай дыбыс тондық дыбыс деп аталады.
Әртүрлі музыкалық аспаптар қоздыратын дыбыстың спектрлік құрамы, естілуі бойынша, мысалы, сырнайды скрипкадан ажыратуға мүмкіндік береді.
Адамның дыбысты шығару және дыбысты есту аппараты.
Адам дыбысты өзінің есту аппаратымен – құлағымен естиді. Адамның есту аппаратының құрылысы : бастың самай сүйегі ішінде орган-иірім түтік бар. Иір түтіктің ішінде Корти органы деп аталатын талшықтардан құралған орган орналасқан. Дыбыс тербелістері иір түтікке есту каналы арқылы беріледі, есту каналының ұшында серпімді мембрана – дабыл жарғағы бар.
Адам дыбысты өзінің есту аппаратымен – құлағымен естиді. Адамның есту аппаратының құрылысы : бастың самай сүйегі ішінде орган-иірім түтік бар. Иір түтіктің ішінде Корти органы деп аталатын талшықтардан құралған орган орналасқан. Дыбыс тербелістері иір түтікке есту каналы арқылы беріледі, есту каналының ұшында серпімді мембрана – дабыл жарғағы бар.
Адамның дыбыс толқындарының таралу бағытын ажырата алуы онда қос есту мүшесінің болуына байланысты. Адамның құлағы жиіліктері 1000-4000 Гц аралығындағы тербелістерді жақсы естиді. Жоғары жиіліктегі дыбыс кезінде дыбыстың бағытын ажырату екі құлақтағы дыбыс амплитудасының айырмасын сезу нәтижесінде пайда болады.
Дыбыстың объективтік және субъективтік сипаттамалары
Дыбысты субъективтік жолмен қабылдаған кезде біз оның мынадай үш сипатын:
Дыбысты субъективтік жолмен қабылдаған кезде біз оның мынадай үш сипатын:
Дыбыстың биіктігі оның жиілігіне байланысты: тербеліс жиілігі неғұрлым көп болса, дыбыс соғұрлым биік болады.
Дыбыс тембрі тербелістің түріне байланысты болады: дыбыс тербелісі тек сирек жағдайда ғана таза гармониялық қозғалыс болады да, көбіне ол күрделі болып келеді.
Дыбыстың объективті қаттылығы, яғни дыбыстың күші, таралған дыбыс толқыны өзінің таралу бағытына перпендикуляр аудан бірлігінен уақыт бірлігі ішінде алып өтетін энергиясының мөлшерімен анықталады.
Тон биіктігі - тербеліс жиілігімен анықталады, яғни тербеліс жиілігі үлкен болса, тон да биігірек болады.
Контральто
170-780Гц
Бас
80-350Гц
Меццо-сопрано
200-900Гц
Баритон
100-400Гц
Сопрано
250-1000Гц
Тенор
130-500Гц
Колоратурлы сопрано
260-1400Гц
Тембр – адамның дауысына немесе аспаптың үніне өзіндік бояу беретін дыбыстың сапасы.
Тембр – адамның дауысына немесе аспаптың үніне өзіндік бояу беретін дыбыстың сапасы.
Дыбыс тембрі арқылы дыбыс көзі анықталады.
Дыбыстың қаттылығы дыбыс шығаратын дененің тербелістер амплитудасымен анықталады.
Дыбыстың қаттылығы дыбыс шығаратын дененің тербелістер амплитудасымен анықталады.
Дыбыстың қаттылығын анықтау үшін камертонды пайдаланамыз.
Камертон – доға тәрізді қысқа сапталған металл таяқша, оның көмегімен музыкалық дыбыс алуға болады.
Дыбыстың субъективтік қаттылығын дәл өлшеуге болмайды. Алайда, Вебер-Фехнердің психофизикалық заңына сүйеніп, түйсіктің қаншалықты күшті болатындығын анықтауға болады. Бұл заң бойынша түйсіктің күштілігі салыстырылып отырған түйсіктерді туғызатын қоздырғыш энергиялары қатынасының логарифміне пропорционал болып өзгереді. Осы логарифмдік заң негізінде дыбыс күші дәрежесінің шкаласы тағайындалады. Естілу шегіндегі дыбыс дәрежесін нольдік дәреже І0=10-9 эрг/см 2 сек , яғни 1000 Гц үшін естілу шегінен біраз кішірек дәреже алынады. Сонда Вебер-Фехнер заңы бойынша L – дыбыстың қаттылығы дыбыс интенсивтілігі -І шамасының алғашқы интенсивтілік ретінде алынған І0 шамасы қатынасының логарифмі ретінде анықталады:
Дыбыстың субъективтік қаттылығын дәл өлшеуге болмайды. Алайда, Вебер-Фехнердің психофизикалық заңына сүйеніп, түйсіктің қаншалықты күшті болатындығын анықтауға болады. Бұл заң бойынша түйсіктің күштілігі салыстырылып отырған түйсіктерді туғызатын қоздырғыш энергиялары қатынасының логарифміне пропорционал болып өзгереді. Осы логарифмдік заң негізінде дыбыс күші дәрежесінің шкаласы тағайындалады. Естілу шегіндегі дыбыс дәрежесін нольдік дәреже І0=10-9 эрг/см 2 сек , яғни 1000 Гц үшін естілу шегінен біраз кішірек дәреже алынады. Сонда Вебер-Фехнер заңы бойынша L – дыбыстың қаттылығы дыбыс интенсивтілігі -І шамасының алғашқы интенсивтілік ретінде алынған І0 шамасы қатынасының логарифмі ретінде анықталады:
k – пропорционал коэфициент;
L – шамасын дыбыс күшінің деңгейі деп аталады.
Өлшем бірлігі: бел деп аталады. k = 1;
Бел деп аталатын бірлікпен қатар одан 10 есе кіші децибел деп аталатын бірліктер қолданылады:
Кейбір дыбыс көздері шығаратын дыбыстың қаттылық деңгейінің мәндері, дБ
Дыбыс көзі
Дыбыс қаттылығы, дБ
Құлақтың ауыртпалықты сезіну шегі
130
Ұшақтың көтерілуі
120
Дискотекадағы музыка
110-120
5-7м қашықтықтағы автомобиль сигналы
100
Жүк машинасының жұмыс істеп тұрған қозғалтқышының шуы
Дыбыс толқынының интенсивтілігі дегеніміз толқынның өзімен бірге тасымалдайтын энергия ағыны тығыздығының орташа мәнін түсінеміз. Дыбыстық сезім тудыру үшін толқынның есіту табалдырығы деп аталатын белгілі бір дәрежеде интенсивтілігі болуы керек.
Дыбыс толқынының интенсивтілігі дегеніміз толқынның өзімен бірге тасымалдайтын энергия ағыны тығыздығының орташа мәнін түсінеміз. Дыбыстық сезім тудыру үшін толқынның есіту табалдырығы деп аталатын белгілі бір дәрежеде интенсивтілігі болуы керек.
3-сурет
Дыбыс жылдамдығы
Газдағы серпімді толқын газдардың кеңістікте таралатын сығылуы мен сиреуі алма-кезек ауысатын аймақтардың тізбегі болып табылады.
Газдағы серпімді толқын газдардың кеңістікте таралатын сығылуы мен сиреуі алма-кезек ауысатын аймақтардың тізбегі болып табылады.
Газдағы дыбыстық толқынның жылдамдығы төмендегі өрнекпен беріледі (мұндағы p және ρ – газдың қысымы мен тығыздығы). (1)
Қалыпты қысымдағы идеал газ күйінің теңдеуі: (2)
Тығыздық теңдеуінен аламыз: (3)
Оны жылдамдықтың өрнегіндегі тығыздықтың орнына қойып, газдағы дыбыс жылдамдығына арналған формуланы аламыз:
Оны жылдамдықтың өрнегіндегі тығыздықтың орнына қойып, газдағы дыбыс жылдамдығына арналған формуланы аламыз:
(4)
Молекулалардың жылулық қозғалысының орташа жылдамдығы теңдеуі:
(5)
Бұл теңдікті (4) теңдікпен салыстыру газдардағы дыбыс жылдамдығы молекулалардың орташа жылдамдығы қатысымен байланысатындығын көретеді. (6)
Әртүрлі ортадағы дыбыс жылдамдығы
Орта
Дыбыс жылдамдығы, м/с
Ауа
330
Су
1480
Болат
4380
Мыс
3800
Темір
5850
Шыны
5600
Сутек
1280
Каучук
50
Акустикалық резонанс
Акустикалық резонанс – дыбыс көзінің тербеліс жиілігі меншікті жиілігімен сәйкес келгенде дыбыстың амплитудасының артуы.
Акустикалық резонансты қолданып дыбысты күшейтуге болады.
Серпімді ортада толқын көзінен белгілі бір қашықтықта қабылдағыш деп аталатын ортаның тербелісін қабылдайтын құрылғы орналассын делік. Толқын көзі мен қабылдағыш толқын тарайтын ортамен салыстырғанда қозғалмайтын болса, онда қабылдағыш қабылдайтын тербеліс жиілігі ν толқын көзінің ν0 тербеліс жиілігіне тең.
Серпімді ортада толқын көзінен белгілі бір қашықтықта қабылдағыш деп аталатын ортаның тербелісін қабылдайтын құрылғы орналассын делік. Толқын көзі мен қабылдағыш толқын тарайтын ортамен салыстырғанда қозғалмайтын болса, онда қабылдағыш қабылдайтын тербеліс жиілігі ν толқын көзінің ν0 тербеліс жиілігіне тең.
Егер қабылдағыш толқын көзі не олардың екеуі де ортамен салыстырғанда қозғалатын болса, онда қабылдағыш қабылдайтын ν жиілік ν0 жиіліктен өзгеше болуы да мүмкін. Бұл құбылыс Допплер эффектісі деп аталады.
Бұл теңдік бойынша қабылдағыш пен толқын көзінің осындай, олардың ара қашықтығы қысқаратындай қозғалысында ν>ν0 болады, ал егер ара қашықтық артса ν<ν0 болады.
Ультрадыбыс және оны пайдалану. Инфрадыбыс жайындағы түсінік
Жиілігі 20 000 гц –тан жоғары толқындарды ультрадыбыс деп атайды.
Жиілігі 20 000 гц –тан жоғары толқындарды ультрадыбыс деп атайды.
Теңіз тереңдігін өлшеу мен оның рельефін түсіруге арналған ультрадыбыстық эхолот осы принципке негізделген.
1928 жылы совет ғалымы С.Я.Соколов ультрадыбысты дефектоскопия, яни бұйымдардағы ақауды байқау мақсатында пайдалануды ұсынды.
20 000 Гц-тан жоғары жиіліктегі ультрадыбысты көптеген жануарлар мен жәндіктер ести алады. Мысалы: Жарқанат 70 000 Гц жиіліктегі ультрадыбысты ести алады.
Жиілігі 20 гц-тен төмен серпімді толқындар
Жиілігі 20 гц-тен төмен серпімді толқындар
инфрадыбыс деп
аталады.
Инфрадыбыстарды сейсмологияда Жер сілкінісін тіркеуге және сейсмологиялық барлауға қолданады. Оны тіркейтін құрылғы сейсмограф деп аталады.
Егер ауада таралатын серпімді толқынның жиілігі шамамен 20 гц-тан 20 000 гц аралығында болса, онда олар адам құлағына жетіп дыбыс сезімін тудыратын серпімді толқындар дыбыстық толқындар немесе жай ғана дыбыс деп аталады.
1. Дыбыстық толқындар немесе дыбыс дегеніміз не?
Қума толқын. Газдар мен сұйықтарда.
2. Дыбыс – бұл қандай толқын? Дыбыс қандай ортада тарайды?
Кез келген нақты дыбыс жай ғана гармониялық тербеліс емес, жиіліктердің белгілі бір жиынынан тұратын күрделі гармониялық тербелістердің қабаттасуы болып табылады. Берілген дыбыс құрамындағы тербеліс жиіліктерінің жиыны оның акустикалық спектрі деп аталды. Тұтас спектр Сызықты спектр
3. Акустикалық спектр дегеніміз не? Қанша түрге бөлінеді?
Дыбыстың биіктігі оның жиілігіне байланысты: тербеліс жиілігі неғұрлым көп болса, дыбыс соғұрлым биік болады.
4. Дыбыс биіктігі неге байланысты?
Гармониялық тербелістің түріне байланысты болады
5.Дыбыс тембрі тербелістің қандай түрімен сипатталады?
Дыбыстың объективті қаттылығы, яғни дыбыстың күші, таралған дыбыс толқыны өзінің таралу бағытына перпендикуляр аудан бірлігінен уақыт бірлігі ішінде алып өтетін энергиясының мөлшерімен анықталады.
6.Дыбыс қаттылығы қандай мөлшермен анықталады?
Толқынның өзімен бірге тасымалдайтын энергия ағыны тығыздығының орташа мәнін түсінеміз.
8.Дыбыстың субьективтік қаттылығы қандай заңмен анықталады?
9. Бөлме температурасында ауа үшін γ =1.40, μ=29*10 -3 кг/моль, универсаль газ тұрақтысы R=8.31 Дж/моль*К, Т=290 K тең болса, онда ауадағы дыбыс жылдамдығы неге тең?
9. Бөлме температурасында ауа үшін γ =1.40, μ=29*10 -3 кг/моль, универсаль газ тұрақтысы R=8.31 Дж/моль*К, Т=290 K тең болса, онда ауадағы дыбыс жылдамдығы неге тең?
Жарық жылдамдығы с=3*10 8 м/с-қа тең, ауадағы дыбыс жылдамдығы υ=330 м/с-а тең, ендеше с>>υ
10. Күн күркірегенде ең алдымен найзағайды көреміз бе, әлде күркіреген дауысты естиміз ба?
