Охрана труда:
нормативно-правовые основы и особенности организации
Обучение по оказанию первой помощи пострадавшим
Аккредитация Минтруда (№ 10348)
Подготовьтесь к внеочередной проверке знаний по охране труда и оказанию первой помощи.
Допуск сотрудника к работе без обучения или нарушение порядка его проведения
грозит организации штрафом до 130 000 ₽ (ч. 3 статьи 5.27.1 КоАП РФ).
Повышение квалификации

Свидетельство о регистрации
СМИ: ЭЛ № ФС 77-58841
от 28.07.2014

Почему стоит размещать разработки у нас?
  • Бесплатное свидетельство – подтверждайте авторство без лишних затрат.
  • Доверие профессионалов – нас выбирают тысячи педагогов и экспертов.
  • Подходит для аттестации – дополнительные баллы и документальное подтверждение вашей работы.
Свидетельство о публикации
в СМИ
свидетельство о публикации в СМИ
Дождитесь публикации материала и скачайте свидетельство о публикации в СМИ бесплатно.
Диплом за инновационную
профессиональную
деятельность
Диплом за инновационную профессиональную деятельность
Опубликует не менее 15 материалов в методической библиотеке портала и скачайте документ бесплатно.
22.04.2019

Исследовательская работа Изучение звуковых волн с помощью трубы Рубенса

Звуки окружают нас повсюду. В природе существует бесконечное множество различных звуков. Каждый из звуков несёт в себе определённую информацию и человек по-разному реагирует на них. Поэтому изучение природы звука – один из важных и занимательных частей физики.
Мы живём в мире информации, и главная её часть проходит через глаза и слух человека. Согласно исследованиям физиологов визуальная информация занимает первое место, но и слуховая информация очень важна.
Поэтому я, изучая звуковые волны на уроках физики, задался вопросом: «Можно ли как-нибудь увидеть звуковую волну?». При изучении механических волн, в основном, звуковые волны представляли как абстрактную модель. Поэтому меня и заинтересовал вопрос наглядного представления звуковой волны.
Решение отображения звуковой волны в реальности я нашел в опыте немецкого физика-экспериментатора Генриха Рубенса под названием «Труба Рубенса».

Содержимое разработки

Исследовательская работа по физике

По теме

«Изучение звуковых волн с помощью трубы Рубенса».

Автор работы: Еломов Николай

Место выполнения работы: ст.Григорополисская

МОУ СОШ №2, 11 класс

Научный руководитель: Галина Владимировна Анохина

,учитель физики

МОУ СОШ №2

2019 год.

Содержание:

1.Введение

1.1Актуальность выбранной темы

1.2 (а) Цель; (б)задачи; (в)методы исследования

2.Основная часть

2.1 История открытия звуковых волн

2.2 Понятие волны

2.3 Виды волн

2.4 Физические характеристики волн

2.5 Понятие звука и звуковой волны

2.6Инфразвук, ультразвук, гиперзвук

2.7Звуковое давление

2.8 Стоячие волны

2.9 История создания Трубы Рубенса

3.Материалы для создания трубы

4.Обзор опыта

5. Заключение. Выводы

6. Список используемой литературы

7.Приложение

1.Введение

Звуки окружают нас повсюду. В природе существует бесконечное множество различных звуков. Каждый из звуков несёт в себе определённую информацию и человек по-разному реагирует на них. Поэтому изучение природы звука – один из важных и занимательных частей физики.

Мы живём в мире информации, и главная её часть проходит через глаза и слух человека. Согласно исследованиям физиологов визуальная информация занимает первое место, но и слуховая информация очень важна.

Поэтому я, изучая звуковые волны на уроках физики, задался вопросом: «Можно ли как-нибудь увидеть звуковую волну?». При изучении механических волн, в основном, звуковые волны представляли как абстрактную модель. Поэтому меня и заинтересовал вопрос наглядного представления звуковой волны.

Решение отображения звуковой волны в реальности я нашел в опыте немецкого физика-экспериментатора Генриха Рубенса под названием «Труба Рубенса».

1.1 Актуальность:

Каждый день мы слышим множество различных по своей природе происхождения звуков. Даже наша речь , которой мы пользуемся для общения с другими людьми , состоит из звуковых волн. Именно поэтому я считаю, что изучения звуковой волны крайне актуально и по сей день. Знания характеристик звуковых волн помогает в различных профессиях: музыкантам, строителям, звукорежиссёрам, архитекторам, биологам, сейсмологам и военным. Все они имеют дело с различными сторонами практического распространения звука в разных средах. Использование звуковых, ультразвуковых волн находит всё большее применение в жизни человека. Их используют в медицине и технике. На их использовании основан принцип действия многих приборов, особенно для исследования океанов и морей. Человек живёт в океане звука, он обменивается информацией с помощью звука, воспринимает её от окружающих людей. Поэтому знать основные характеристики звука крайне важно.

И поэтому я захотела узнать ответ на вопрос для чего же нам нужно «видеть» звук? Что, собственно говоря, мы выигрываем, получая зарисовку явления, которое обычно мы воспринимаем на слух? На эти многие другие вопросы я постараюсь ответить, выполняя свою работу.

1.2(а) Цель:

изучить звуковые волны при помощи «Трубы Рубенса».

1.2(б) Задачи:

Изучение основных терминов и определений, связанных с звуковыми волнами.

Обобщить изученный материал.

Провести эксперимент, с помощью которого можно увидеть звуковую волну. Доказать , что звуковые волны обладают давлением.

Измерить длину световой волны.

1.2 (в) Методы исследования:

сбор информации, анализ, обобщение, изучение теоретического материала, проведение лабораторной работы.

2.Основная часть.

2.1 История открытия звуковых волн:

Звуки начали изучать довольно давно. Так, Пифагор установил связь между высотой тона(звуковые колебания, происходящие по законы гармонических колебаний и воспринимаемые человеком) и длиной струны или трубы издающей звук. Аристотель первый правильно представил, как распространяется звук в воздухе. Он сказал, что звучащее тело вызывает сжатие и разрежение воздуха и объяснил эхо отражением звука от препятствий. Леонардо да Винчи сформулировал принцип независимости звуковых волн от различных источников. В 1660 году в опытах Роберта Бойля было доказано, что воздух является проводником звука (в вакууме звук не распространяется).

В 1700 - 1707 гг. Жозеф Савёр рассмотрел явление, хорошо известное конструкторам органов: если две трубы органа издают одновременно два звука, лишь немного отличающиеся по высоте, то слышны периодические усиления звука, подобные барабанной дроби. Он объяснил это периодическим совпадением колебаний обоих звуков. Если, например, один из двух звуков соответствует 32 колебаниям в секунду, а другой - 40 колебаниям , то конец четвёртого колебания первого звука совпадает с концом пятого колебания второго звука и, таким образом происходит усиление звука. От органных труб Савёр перешёл к экспериментальному исследованию колебаний струны, наблюдая узлы и пучности колебаний ,он также заметил, что при возбуждении струны наряду с основной нотой звучат и другие ноты, длина волны которых составляет 1/2, 1/3, 1/4, ... от основной. Он назвал эти ноты высшими гармоническими тонами. Также он первый пытался определить границу восприятия колебаний как звуков. Для низких звуков он указал границу в 25 колебаний в секунду, для высоких - 12 800. Затем, Ньютон, основываясь на этих экспериментальных работах Савёра, дал первый расчет длины волны звука и пришел к выводу, что для любой открытой трубы длина волны испускаемого звука равна удвоенной длине трубы.

В1715 г. английский математик Брук Тейлор рассчитал зависимость числа колебаний струны от её длины, веса, натяжения и местного значения ускорения силы тяжести. Эта задача сразу же стала широко известна и привлекла внимание почти всех математиков, вызвав долгую и плодотворную дискуссию. Ею занимались среди прочих Иоганн Бернулли и его сын Даниил Бернулли, Риккати и Даламбер. Последний нашел уравнения в частных производных, определяющие малые колебания однородной струны, и проинтегрировал их методом, применяемым и поныне. Но наиболее существенный вклад внес Эйлер. В1739 году он написал книгу "Опыт новой теории музыки" . В частности, из теории Эйлера вытекало, что скорость распространения волны по струне не зависит от длины волны возбуждаемого звука. Эйлер производил также теоретические исследования колебаний стержней, колец, колоколов, но полученные результаты не совпали с результатами экспериментальной проверки, предпринятой немецким физиком Эрнестом Флоресом Фридрихом Хладни, которого считают отцом экспериментальной акустики. Он первым точно исследовал колебания камертона и в 1796 году установил законы колебаний стержней. Фактическое объяснение эха, явления довольно капризного, также принадлежит Хладни, по крайней мере в существенных частях. Ему мы обязаны и новым экспериментальным определением верхней границы слышимости звука, соответствующей 20 000 колебаний в секунду. Эти измерения, многократно повторяемые физиками до сих пор, весьма субъективны и зависят от интенсивности и характера звука. Но особенно известны опыты Хладни в 1787 году по исследованию колебаний пластин, при которых образуются красивые "акустические фигуры", носящие названия фигур Хладни и получающиеся, если посыпать колеблющуюся пластинку песком. Эти экспериментальные исследования поставили новую задачу математической физики - задачу о колебаниях мембраны. Он начал исследования продольных волн в твердых телах и сопоставил продольные и поперечные колебания стержня при различных способах возбуждения (ударом, трением и др.). Исследование продольных волн были продолжены экспериментально Саваром, а теоретически - Лапласом и Пуассоном. В 1787 году Хладни, основоположник экспериментальной акустики открыл продольные колебания струн, пластин, камертонов и колоколов. Он первый достаточно точно измерил скорость распространения звуковых волн в различных газах. Доказал, что в твёрдых телах звук распространяется не мгновенно, а с конечной скоростью, и в 1796 году определил скорость звуковых волн в твёрдых телах по отношению звука в воздухе. Он изобрёл ряд музыкальных инструментов. В 1802 году вышел труд Эрнеста Хладни "Акустика", где он дал систематическое изложение акустики.

После Хладни французский учёный Жан Батист Био в 1809 году измерял скорость звука в твёрдых телах .В 1800 году английский учёный Томас Юнг открыл явление интерференции звука и установил принцип суперпозиции волн. В 1816 году французский физик Пьер Симон Лаплас вывел формулу для скорости звука в газах. В 1827 году Ж. Колладон и Я. Штурм провели опыт на Женев­ском озере по определению скорости звука в воде, получив значение 1435 м/с. В 1842 году австрийский физик Христиан Доплер предположил влияние относительного движения на высоту тона (эффект Доплера). А в 1845 году Х. Бейс-Баллот экспериментально обнаружил эффект Допплера для акустических волн.

В 1877 году американский учёный Томас Алва Эдисон изобрёл устройство для записи и воспроизведения звука, который потом сам же в 1889 году усовершенствовал. Изобретённый им способ звукозаписи получил название механического. В 1880 году французские учёные братья Пьер и Поль Кюри сделали открытие, которое оказалось очень важным для акустики. Они обнаружили, что, если кристалл кварца сжать с двух сторон, то на гранях кристалла появляются электрические заряды. Это свойство - пьезоэлектрический эффект - для обнаружения не слышимого человеком ультразвука. И наоборот, Если к граням кристалла приложить переменное электрическое напряжение, то он начнёт колебаться, сжимаясь и разжимаясь.

2.2 «Понятие волны»:

Выяснив то, что звук является волной , я изучила что такое волна, виды волн, какими обладают характеристиками.

Волна — возбуждение среды, распространяющееся в пространстве и времени или в фазовом пространстве с переносом энергии и без переноса массы. Другими словами, волнами или волной называют изменяющееся со временем пространственное чередование максимумов и минимумов любой физической величины — например, плотности вещества, напряжённости электрического поля, температуры.

2.3 « Виды волн»:

Волны бывают разных видов.

- Если в волне частицы среды испытывают смещение в направлении, перпендикулярном направлению распространения, то волна называется поперечной.

- Если смещение частиц среды происходит в направлении распространения волны, то волна называется продольной.

Как в поперечных, так и в продольных волнах переноса вещества в направлении распространения волны не происходит.

В процессе распространения частицы среды лишь совершают колебания около положений равновесия. Однако волны переносят энергию колебаний от одной точки среды к другой. Характерной особенностью механических волн является то, что они распространяются в материальных средах (твердых, жидких или газообразных). Существуют волны, которые способны распространяться и в пустоте (например, световые волны). Для механических волн обязательно нужна среда, обладающая способностью запасать кинетическую и потенциальную энергию. Следовательно, среда должна обладать инертными и упругими свойствами. В реальных средах эти свойства распределены по всему объему. Так, например, любой малый элемент твердого тела обладает массой и упругостью.

2.4 «Физические характеристики волн»:

Значительный интерес для практики представляют простые гармонические или синусоидальные волны. Они характеризуются амплитудой (A) колебаний частиц, частотой (f) и длиной волны (λ).

Длиной волны λ называют расстояние между двумя соседними точками на оси OX, колеблющимися в одинаковых фазах.

Расстояние, равное длине волны λ, волна пробегает за время равное периоду колебаний (Т), следовательно, λ = υT, где υ – скорость распространения волны.

2.5 «Понятие звука и звуковой волны»:

Звук - это колебания, периодическое механическое возмущение в упругих средах - газообразных, жидких и твердых. Такое возмущение, представляющее собой некоторое физическое изменение в среде (например, изменение плотности или давления, смещение частиц), распространяется в ней в виде звуковой волны. Область физики, рассматривающая вопросы возникновения, распространения приема и обработки звуковых волн, называется акустикой. Звук может быть неслышимым, если его частота лежит за пределами чувствительности человеческого уха, или он распространяется в такой среде, как твердое тело, которая не может иметь прямого контакта с ухом, или же его энергия быстро рассеивается в среде.

Как и любая волна, звук характеризуется амплитудой и спектром частот. Обычный человек способен слышать звуковые колебания в диапазоне частот от 16—20 Гц до 15—20 кГц. Громкость звука сложным образом зависит от эффективного звукового давления, частоты и формы колебаний, а высота звука — не только от частоты, но и от величины звукового давления.

Среди слышимых звуков следует особо выделить фонетические, речевые звуки и фонемы (из которых состоит устная речь) и музыкальные звуки (из которых состоит музыка). Музыкальные звуки содержат не один, а несколько тонов, а иногда и шумовые компоненты в широком диапазоне частот.

Звуковые волны могут служить примером колебательного процесса. Всякое колебание связано с нарушением равновесного состояния системы и выражается в отклонении её характеристик от равновесных значений с последующим возвращением к исходному значению. Для звуковых колебаний такой характеристикой является давление в точке среды, а её отклонение — звуковым давлением.

2.6 «Инфразвук, ультразвук, гиперзвук»:

Не слышимые человеком звуковые волны с частотами ниже 16 Гц называют инфразвуком, звуковые волны с частотами от 20 000 Гц до 109Гц - ультразвуком, а колебания с частотами выше, чем 109Гц называют гиперзвуком. Этим неслышимым звукам нашли много применения. Ультразвуки и инфразвуки имеют очень важную роль и в животном мире. Так, например, рыбы и другие морские животные чутко улавливают инфразвуковые волны, создаваемые штормовыми волнениями. Таким образом, они заранее чувствуют приближение шторма или циклона, и уплывают в более безопасное место.

Инфразвук - это составляющая звуков леса, моря, атмосферы. При движении рыб, создаются упругие инфразвуковые колебания, распространяющиеся в воде. Эти колебания хорошо чувствуют акулы за много километров и плывут навстречу добыче. Ультразвуки могут издавать и воспринимать такие животные, как собаки, кошки, дельфины, муравьи, летучие мыши и др. Летучие мыши во время полёта издают короткие звуки высокого тона. В своём полёте они руководствуются отражениями этих звуков от предметов, встречающихся на пути; они могут даже ловить насекомых, руководствуясь только эхом от своей мелкой добычи. Кошки и собаки могут слышать очень высокие свистящие звуки (ультразвуки). Проведённые наблюдения показали, что муравьи так же издают ультразвуковые сигналы с разными частотами в разных ситуациях. Все записанные эти муравьиные звуковые сигналы можно разделить на три группы: "сигнал бедствия", "сигнал агрессии" (во время борьбы) и "пищевые сигналы". Эти сигналы представляют собой кратковременные импульсы, длительностью от 10 до 100 микросекунд. Муравьи издают звуки в сравнительно широком диапазоне частот - от 0,3 до 5 килогерц.

Распространение ультразвука:

Распространение ультразвука — это процесс перемещения в пространстве и во времени возмущений, имеющих место в звуковой волне.

Звуковая волна распространяется в веществе, находящемся в газообразном, жидком или твёрдом состоянии, в том же направлении, в котором происходит смещение частиц этого вещества, то есть она вызывает деформацию среды. Деформация заключается в том, что происходит последовательное разрежение и сжатие определённых объёмов среды, причём расстояние между двумя соседними областями соответствует длине ультразвуковой волны. Чем больше удельное акустическое сопротивление среды, тем больше степень сжатия и разрежения среды при данной амплитуде колебаний.

Частицы среды, участвующие в передаче энергии волны, колеблются около положения своего равновесия. Скорость, с которой частицы колеблются около среднего положения равновесия называется колебательной скоростью. Колебательная скорость частиц изменяется согласно уравнению:

V = Usin( 2 π ft + G )

где V — величина колебательной скорости;

U — амплитуда колебательной скорости;

f — частота ультразвука;

t — время;

G — разность фаз между колебательной скоростью частиц и переменным акустическим давлением.

Амплитуда колебательной скорости характеризует максимальную скорость, с которой частицы среды движутся в процессе колебаний, и определяется частотой колебаний и амплитудой смещения частиц среды.

U = 2 π fA

Дифракция, интерференция:

При распространении ультразвуковых волн возможны явления дифракции, интерференции и отражения.

Дифракция (огибание волнами препятствий) имеет место тогда, когда длина ультразвуковой волны сравнима (или больше) с размерами находящегося на пути препятствия. Если препятствие по сравнению с длиной акустической волны велико, то явления дифракции нет.

При одновременном движении в среде нескольких ультразвуковых волн в каждой определённой точке среды происходит суперпозиция (наложение) этих волн. Наложение волн одинаковой частоты друг на друга называется интерференцией. Если в процессе прохождения через объект ультразвуковые волны пересекаются, то в определённых точках среды наблюдается усиление или ослабление колебаний. При этом состояние точки среды, где происходит взаимодействие, зависит от соотношения фаз ультразвуковых колебаний в данной точке. Если ультразвуковые волны достигают определённого участка среды в одинаковых фазах (синфазно), то смещения частиц имеют одинаковые знаки и интерференция в таких условиях приводит к увеличению амплитуды колебаний. Если же волны приходят к точке среды в противофазе, то смещение частиц будет разнонаправленным, что приводит к уменьшению амплитуды колебаний.

2.7 «Звуковое давление»:

Звуковое давление- это дополнительное давление ,возникающее в газе или жидкости при прохождении звуковой волны.

Если произвести резкое смещение частиц упругой среды в одном месте, например, с помощью поршня, то в этом месте увеличится давление. Благодаря упругим связям частиц, давление передаётся на соседние частицы, которые, в свою очередь, воздействуют на следующие, и область повышенного давления как бы перемещается в упругой среде. За областью повышенного давления следует область пониженного давления, и, таким образом, образуется ряд чередующихся областей сжатия и разрежения, распространяющихся в среде в виде волны. Каждая частица упругой среды в этом случае будет совершать колебательные движения.

Типичные уровни звукового давления

Источник звука

Уровень звукового давления, дБ (отн. 2*10-5 Па)

Штамповочный цех

125

Машинное отделение на судне

115

Прядильно-ткацкий цех

105

В вагоне метро

95

В автомобиле при движении в потоке транспорта

85

Машинописное бюро

78

Бухгалтерия

63

Офис

50

Жилое помещение

43

Территория жилого района ночью

35

Студия радиовещания

25

В жидких и газообразных средах, где отсутствуют значительные колебания плотности, акустические волны имеют продольный характер, то есть направление колебания частиц совпадает с направлением перемещения волны. В твёрдых телах, помимо продольных деформаций, возникают также упругие деформации сдвига, обусловливающие возбуждение поперечных (сдвиговых) волн; в этом случае частицы совершают колебания перпендикулярно направлению распространения волны.

Скорость распространения продольных волн значительно больше скорости распространения сдвиговых волн.

«Стоячие волны»:

Стоячая волна — колебания в распределённых колебательных системах с характерным расположением чередующихся максимумов и минимумов амплитуды. Практически такая волна возникает при отражениях от преград и неоднородностей в результате наложения отражённой волны на падающую. При этом, крайне важное значение имеет частота, фаза и коэффициент затухания волны в месте отражения. Так же стоячей волной называется волна, образующаяся в результате наложения двух бегущих синусоидальных волн, которые распространяются навстречу друг другу и имеют одинаковые частоты и амплитуды, а в случае поперечных волн еще и одинаковую поляризацию. Примерами стоячей волны могут служить колебания струны, колебания воздуха в органной трубе.

Стоячие волны образуются при наложении двух бегущих волн, распространяющихся навстречу друг другу с одинаковыми частотами и амплитудами. Практически стоячие волны возникают при отражении от преград.

Чисто стоячая волна, строго говоря, может существовать только при отсутствии потерь в среде и полном отражении волн от границы. Обычно, кроме стоячих волн, в среде присутствуют и бегущие волны, подводящие энергию к местам её поглощения или излучения.

В случае гармонических колебаний в одномерной среде стоячая волна описывается формулой ,

где u — возмущения в точке х в момент времени t, — амплитуда стоячей волны, — частота , k — волновой вектор, — фаза.

Стоячие волны являются решениями волновых уравнений. Их можно представить себе как суперпозицию волн, распространяющихся в противоположных направлениях.

При существовании в среде стоячей волны, существуют точки, амплитуда колебаний в которых равна нулю. Эти точки называются узлами стоячей волны. Точки, в которых колебания имеют максимальную амплитуду, называются пучностями.

2.9«История создания Трубы Рубенса»:

Труба Рубенса (англ. Rubens' tube, другие названия: труба стоячей волны, огненная труба) — физический эксперимент по демонстрации стоячей волны, основанный на связи между звуковыми волнами и давлением воздуха (или газа).

Измеряя длину волны звука, проводимую в трубу Джон Ле Конт (John Le Conte) открыл чувствительность пламени к звуку в 1858 году. В 1862 году Рудольф Кёниг показал, что высоту пламени можно менять, посылая звук в источник газа, и изменения во времени могут быть отображены при помощи вращающихся зеркал. Август Кундт в 1866 году, продемонстрировал акустические стоячие волны, помещая семена плауна или корковую пыль в трубу. Когда в трубу был запущен звук, то из семян сформировались узлы (точки, где амплитуда минимальна) и пучности (анти-узлы - области, где амплитуда максимальна), сформированные стоячей волной. Позже, уже в XX веке, Бен (Behn) показал, что маленькое пламя может служить чувствительным индикатором давления.

Наконец, в 1904 году, используя эти два важных эксперимента, Генрих Рубенс, в чью честь назвали этот эксперимент, взял 4-метровую трубу, просверлил в ней 200 маленьких отверстий с шагом 2 см и заполнил её горючим газом. После поджигания пламени (высота огоньков примерно одинакова по всей длине трубы), он заметил, что звук, подведённый к концу трубы, создаёт стоячую волну с длиной волны, эквивалентной длине волны подводимого звука.

3. «Материалы для создания трубы».

Труба Рубенса — физический эксперимент по демонстрации стоячей волны,

основанный на связи между звуковыми волнами и давлением воздуха (или газа).

Что потребуется:

•Железная труба

•Труба из поропласта

•Рулетка

•Изолента

•Маркер

•Баллон с газом

•Нож

•Воронка

•Герметик

•Динамик

•Подставка

•Источник звука (компьютер, музыкальный центр, телефон, плеер и т.п.)

4. «Обзор опыта, принцип работы»:

С одной стороны, в трубу подаётся газ, а с другой стороны находится источник или генератор звуковых волн. Попадая в трубу, волна спокойно доходит до конца трубы, отражается и возвращается обратно, накладываясь на такую же встречную звуковую волну. В случае, если волна попадёт в одну фазу со встречной волной (гребень совпадет с гребнем или впадина совпадет с впадиной), произойдёт значительное усиление её амплитуды (т.е. в областях в повышенным давлением оно станет ещё выше, а в областях с пониженным – ещё ниже). Такая волна называется стоячей, так как со стороны она выглядит совершенно неподвижной.

Если в это время в трубе будет газ, то он начнёт выходить из отверстий в трубе. При этом наиболее активно он будет выходить из отверстий, расположенных над областями высокого давления, а наименее активно – из отверстий над областями пониженного давления. Осталось лишь поджечь газ, выходящий из отверстий, и языки пламени изобразят форму стоячей звуковой волны, образовавшейся в трубе Рубенса.

В металлической трубе были просверлены отверстия диаметром 1,4 мм

через каждый сантиметр. К трубе с одной стороны был подведен газ, а с другой

звуковой динамик. Все элементы соединены герметично, для того что бы

исключить просачивание газа.

Изменяя количество подаваемого газа и уровень звука, добились

волнообразной картинки.

Мы выяснили, что если использовать звук с постоянной частотой, то в

пределах трубы может сформироваться стоячая волна из огоньков. Это вызвано

тем, что когда динамик включен, в трубе формируются области повышенного и

пониженного давления. Там, где область повышенного давления, через отверстия

просачивается больше газа и высота пламени больше и наоборот. Благодаря этому

можно измерить длину волны просто измеряя линейкой расстояние между

пиками.

Сравним теоретические и практические значения длины волны.

Напомним, что длиной волны называют расстояние между двумя

ближайшими друг к другу точками, колеблющимися в одинаковых фазах.

Рассчитывать длину волны мы будем по формуле:

где _ – скорость движения звуковой волны, _ – частота.

Так как у нас в трубе находиться пропан, то скорость движения звука будет

рассчитываться по формуле:

где - показатель адиабаты (для многоатомных газов показатель адиабаты равен

4/3), R – универсальная газовая постоянная, равная 8,31 Дж⁄(моль・К), T=273К, так как опыт проводился при нормальных условиях, молярная масса пропана равна

44,1•10-3 кг/моль.

Подставить все значения в формулу расчета скорости звука в газе получим:

По результатам измерений и расчетов составим таблицу: (таб.1 см. приложение).

Во время вычислений возможны погрешности, возникающие во время

округления. Так же газ пропан, использовавший в опыте, мог содержать примеси,

температура газа во время опыта могла изменяться, неточность отверстий в трубе.

Заключение

Благодаря опыту Рубенса стало возможным представление звуковой волны

на реальном примере, тем самым стало возможно доказательство теорем и

гипотез, основываясь на практике.

Так же, опыт с трубой Рубенса, возможно, применять в школах на уроках

физики для более наглядного представления звуковой волны, определения волны, а также можно рассчитывать скорость звука. В прикладной акустике изучение звука проводится и в связи с проблемой борьбы с вредностью шумов. Продолжительные, сильные шумы (порядка 90 дб. и выше) оказывают вредное воздействие на нервную систему человека.

Выводы

Проводя свои опыты, я убедился, что звук оказывает большое давление на пламя, а очень громкий звук, может даже привести к гашению пламени. Также, изучая теоретический материал, я сделал вывод, что громкий звук очень плохо действует на человека, непосредственно на его нервную систему, поэтому необходимо ввести закон ,ограничивающий громкость звука в закрытых помещениях. А также ввести звуковые ограничения на дорогах, так как шум на автотрассах плохо влияет на слух людей, особенно пожилых.

Список литературы

1. «ФизикаА.В.Перышкин,Е.М.Гутник.

2. «Физика 10-11»Г.Я.Мякишев,Б.Б.Буховцев и другие.

3.https://ru.wikipedia.org/wiki/Труба_Рубенса

4.https://ru.wikipedia.org/wiki/Стоячая_волна

5. «Физика. Справочник школьника и студента» Р.Гёбель

6. « Физика» О.Ф Кабардин

7.http://bourabai.ru/physics/sound.html

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/357795-issledovatelskaja-rabota-izuchenie-zvukovyh-v

Свидетельство участника экспертной комиссии
Рецензия на методическую разработку
Опубликуйте материал и закажите рецензию на методическую разработку.
Также вас может заинтересовать
Свидетельство участника экспертной комиссии
Свидетельство участника экспертной комиссии
Оставляйте комментарии к работам коллег и получите документ
БЕСПЛАТНО!
У вас недостаточно прав для добавления комментариев.

Чтобы оставлять комментарии, вам необходимо авторизоваться на сайте. Если у вас еще нет учетной записи на нашем сайте, предлагаем зарегистрироваться. Это займет не более 5 минут.

Комментарии
Содержание работы отличается лаконичностью и основательность ю к выбранной теме исследования.
В работе присутствуют расчеты с выводом формул, однако отсутствует схема экспериментальн ой установки, которая позволила бы лучше понять проводимое исследование. Ведь мы часто обращаем внимание учеников на то, что должна быть схема экспериментальн ой установки, даже от руки. А ещё лучше фотография, чтобы посмотреть как это было, ведь интерес исследователя вызывает именно экспериментальн ая часть работы.

 

Для скачивания материалов с сайта необходимо авторизоваться на сайте (войти под своим логином и паролем)

Если Вы не регистрировались ранее, Вы можете зарегистрироваться.
После авторизации/регистрации на сайте Вы сможете скачивать необходимый в работе материал.

Рекомендуем Вам курсы повышения квалификации и переподготовки