Исследовательская работа по физике на тему: Звук. Влияние звука на человека. (Акустика и психоакустика. Влияние звука на человека) Исследование

Исследовательская работа по физике на тему: Звук. Влияние звука на человека. (Акустика и психоакустика. Влияние звука на человека) Исследование выполнили Ученицы 9 «А» класса МБОУ СОШ № 1 Кодрик Екатерина Хабалова Виктория г. Ардон 2012г Содержание Введение…………………………………………………………………………. Глава 1. Теоретическое исследование звука и его основных физических параметров......................................................................... Звук. Понятие о звуке…………………………………………………… Физические параметры звука…………………………………………… Влияние звуковых раздражителей на человека…..…………………. Выводы …………………………..……………………………………………… Глава 2. Практическое исследование звука с точки зрения психоакустики………………………………………………………………… 2.1 Акустика и психоакустика……………………………….……………… 2.2 Механизм расшифровки звуковой информации человеком……. 2.3 ЭЭГ как способ регистрации влияния звука на мозг человека……. Выводы …………………………………………………………………............ Заключение …………………………………………………………………….. Литература ……………………………………………………………………. Приложение ……………………………………………………………………. Введение Мир, окружающий нас, можно назвать миром звуков: голоса людей и музыка, шум ветра и машин, звуки природы. Человек с помощью слуха получает информацию об окружающем мире. Не меньшее значение звук имеет для животных. Данное исследование рассматривает влияние звука на мозговую активность человека. Человек живет в мире звуков, этот мир неотъемлемая часть его жизни. В природе громкие звуки редки и шум относительно слаб и непродолжителен. Звук дает человеку необходимую информацию (помимо восприятия голоса) об окружающей обстановке, звук может предупредить об опасности (приближение автомобиля, об уровне звука человек может судить о скорости движения автомобиля), соответственно человек реагирует на слуховую информацию. Звук так же влияет на эмоциональное состояние человека, журчание воды, пение птиц, журчание прибоя и так далее – успокаивает человека, эти звуки снимают стресс. Совсем по-другому действуют громкие звуки (для человека с древности громкий звук был сигналом опасности), они поражают слуховой аппарат, нервные центры, могут вызвать болевые ощущения и шок. Глава 1. Теоретическое исследование звука и его основных физических параметров Звук. Понятие о звуке Звук, в широком смысле — упругие волны, распространяющиеся в какой-либо упругой среде и создающие в ней механические колебания; в узком смысле — субъективное восприятие этих колебаний специальными органами чувств животных или человека. Звук — это объективно существующее в природе физическое явление, вызываемое механическими колебаниями какого-либо упругого тела (туго натянутой струны или мембраны, голосовых связок, металлической или деревянной пластины, воздушного столба, заполняющего корпус духовых инструментов и т.п.), в результате чего образуются звуковые волны, воспринимаемые ухом и преобразуемые в нем в нервные импульсы. Как и любая волна, звук характеризуется амплитудой и спектром частот. Обычно человек слышит звуки, передаваемые по воздуху, в диапазоне частот от 16—20 Гц до 15—20 кГц. Звук ниже диапазона слышимости человека называют инфразвуком; выше: до 1 ГГц, — ультразвуком, от 1 ГГц — гиперзвуком. Среди слышимых звуков следует также выделить фонетические, речевые звуки и фонемы (из которых состоит устная речь) и музыкальные звуки (из которых состоит музыка). Звуковыми волнами называются периодически чередующиеся сгущения и разрешения в окружающей упругой — например воздушной (то есть газовой) — среде (звукопроводящими средами являются также жидкости и твердые тела), вне которой, как, скажем, в вакууме, звук возникнуть вообще не может. Звуковые волны, распространяющиеся в атмосфере от источника звука равномерно во все стороны (подобно радиоволнам), воспринимаются органами нашего слуха и при помощи определенных участков нервной системы передаются в головной мозг, где и осознаются как конкретные звуки; звук – физическое явление в виде распространения звуковых колебаний в воздухе или ощущения слушателя. Различают продольные и поперечные звуковые волны в зависимости от соотношения направления распространения волны и направления механических колебаний частиц среды распространения. Звуковые волны могут служить примером колебательного процесса. Всякое колебание связано с нарушением равновесного состояния системы и выражается в отклонении ее 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. Звуком называются механические колебания упругой (твердой, жидкой или газообразной) среды, влекущие за собой возникновение в ней последовательно чередующихся участков сжатия и разряжения. 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 передается на соседние частицы, которые, в свою очередь, воздействуют на следующие. Таким образом, область повышенного давления как бы перемещается в упругой среде. За областью повышенного давления следует область пониженного давления. Если же производить непрерывные смещения частиц упругой среды с какой-то частотой, то образуется ряд чередующихся областей сжатия и разряжения, распространяющихся в среде в виде волны. Каждая частица упругой среды в этом случае будет совершать колебательные движения, смещаясь то в одну, то в другую сторону от первоначального положения. В жидких и газообразных средах, где отсутствуют значительные колебания плотности, акустические волны имеют продольный характер, то есть в них совпадают направления колебания частиц и перемещения волны. В твердых телах и плотных биотканях помимо продольных деформаций, возникают также и 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. Графическое изображение звуковой волны: λ - длина волны А - амплитуда Р - акустическое давление. Профиль акустической волны, как правило, имеет знакопеременный характер, причем давление считается положительным, если участок среды в данный момент времени испытывает сжатие, и отрицательный при разряжении. Если колебания могут быть выражены математически в виде функции, значение которой через равные промежутки времени повторяются, то они называются периодическими. Наименьший интервал времени повторения колебательного процесса соответствует периоду (Т). Величина, обратная периоду колебаний, называется частотой. f = 1/T Она показывает число полных колебаний в секунду. Частота колебаний измеряется в герцах (Гц) или в более крупных кратных единицах - килогерцах (кГц) и мегагерцах (МГц). Частота колебаний связана с длиной волны (λ) соотношением: λ = c/f где с - скорость распространения звуковых волн (м/с). В соответствии с частотой, звуковые волны принято разделять на следующие диапазоны: инфразвук - до 16 Гц слышимый звук - 16 Гц - 20000 Гц ультразвук - 20 кГц - 1000 МГц гиперзвук - выше 109 Гц. Физические параметры звука Физические параметры звуковой волны: - частота, - длина волны, - период, - амплитуда, - интенсивность, - скорость, - вектор волны (направление). Различают продольные и поперечные звуковые волны в зависимости от соотношения направления распространения волны и направления механических колебаний частиц среды распространения. Поперечные волны, также известные как волны сечения, имеют дополнительную собственность поляризации. По характеру колебательных движений звуки можно разделить на чистые тоны, сложные тоны и шумы. С чистыми тонами мы в природе практически не встречаемся. Окружающие нас звуки, в основном, сложные. В них, помимо основного тона, имеется масса добавочных тонов. А звуки, состоящие из смеси тонов самых разных частот, в которых невозможно выделить основной тон, называются шумами. Звуковые особенности могут зависеть от типа звуковых волн (продольный против поперечной) так же как от особенностей физических свойств среды передачи. Важной физической характеристикой звуковых колебаний является амплитуда волны, или амплитуда смещения. Амплитудой волны называется максимальное смещение колеблющихся частиц среды от положения равновесия. Другими словами амплитуда — это модуль максимального отклонения тела от положения равновесия. Амплитуда звуковых волн и аудиосигналов обычно относится к амплитуде давления воздуха в волне, но иногда описывается как амплитуда смещения относительно равновесия (воздуха или диафрагмы говорящего). Её логарифм обычно измеряется в децибелах (дБ). Форма изменения амплитуды называется огибающей волной. Другое определение амплитуды: амплитуда — наибольшее значение, которое принимает какая-либо величина, изменяющаяся по гармоническому закону. Максимальное значение сигнала — наибольшее мгновенное значение сигнала на протяжении заданного интервала времени Минимальное значение сигнала — наименьшее мгновенное значение сигнала на протяжении заданного интервала времени Размах сигнала — разность между максимальным и минимальным значениями сигнала на протяжении заданного интервала времени Амплитуда называется постоянной, если её величина не зависит от времени и пространственного положения (в этом случае волна называется незатухающей). Виды амплитуды: - пиковая амплитуда (пик, peak amplitude, peak) — это отклонение от некоего среднего значения симметричных периодических волн (вроде синусоидальных, прямоугольных или пилообразных); - пик-пик амплитуда, размах (пик-пик, peak-to-peak amplitude, pp) — это разница между положительным и отрицательным пиками; - среднеквадратичная амплитуда (root mean square, RMS) — это квадратный корень среднего по времени значения квадрата отклонения графика от горизонтальной оси асимметричных волн (периодических импульсов в одном направлении; сложных волн, особенно для неповторяющихся сигналов вроде шума). Пиковая амплитуда в этом случае становится неочевидной и обычно не используется. Например, мощность, переносимая акустической или электромагнитной волной или электрическим сигналом, пропорциональна квадрату среднеквадратичной амплитуды (и в общем случае не пропорциональна квадрату пиковой амплитуды). Мощность звука при одной и той же частоте зависит от амплитуды колебания звучащего тела. Тело, совершающее колебания с большей амплитудой, будет вызывать более резкое изменение среды, и звук будет сильнее. Скорость, с которой частицы среды колеблются около среднего положения, называется колебательной. Колебательные характеристики звука. Колебательная скорость(U) определяется выражением: U= wAcosw(t-x/c), где W=2pf – круговая частота A – амплитуда смешения частиц среды t - время x – расстояние от колеблющейся частицы до источника колебаний c – скорость распространения колебаний в среде w(t-x/c) – фаза колебаний. Колебательная скорость измеряется в м/с или см/с. В энергетическом отношении реальные колебательные системы характеризуются изменением энергии вследствие частичной её затраты на работу против сил трения и излучение в окружающее пространство. В упругой среде колебания постепенно затухают. Для характеристики затухающих колебаний(затухающие колебания — колебания, энергия которых уменьшается с течением времени. ) используются коэффициент затухания (S), логарифмический декремент (D) и добротность (Q). Коэффициент затухания отражает быстроту убывания амплитуды с течением времени. Если обозначить время, в течение которого амплитуда уменьшается в е = 2,718 раза, через t, то: S=1/t Уменьшение амплитуды за один цикл характеризуется логарифмическим декрементом. Логарифмический декремент равен отношению периода колебаний ко времени затухания t: Q=T/t Если на колебательную систему с потерями действовать периодической силой, то возникают вынужденные колебания(вынужденные колебания — колебания, происходящие под воздействием внешних сил, меняющихся во времени), характер которых в той или иной мере повторяет изменения внешней силы. Частота вынужденных колебаний не зависит от параметров колебательной системы. Напротив, амплитуда зависит от массы, механического сопротивления и гибкости системы. Такое явление, когда амплитуда колебательной скорости достигает максимального значения, называется механическим резонансом. При этом частота вынужденных колебаний совпадает с частотой собственных незатухающих колебаний механической системы. При частотах воздействия, значительно меньших резонансной, внешняя гармоническая сила уравновешивается практически только силой упругости. При частотах возбуждения, близких к резонансной, главную роль играют силы трения. При условии, когда частота внешнего воздействия значительно больше резонансной, поведение колебательной системы зависит от силы инерции или массы. Скорость звука скорость распространения упругих волн в среде — как продольных в газах, жидкостях и твердых телах, так и поперечных (сдвиговых) в твердой среде. Определяется упругостью и плотностью среды. Скорость звука в газах, жидкостях и изотропных твёрдых средах обычно величина постоянная для данного вещества, в монокристаллах зависит от направления распространения волны и при заданных внешних условиях обычно не зависит от частоты волны и её амплитуды. В тех случаях, когда это не выполняется и скорость звука зависит от частоты, говорят о дисперсии звука. Впервые измерена Уильямом Дерхамом. Как правило, в газах скорость звука меньше, чем в жидкостях, а в жидкостях скорость звука меньше, чем в твёрдых телах, поэтому при сжижении газа скорость звука возрастает. Генерация Звука Обычно для генерации звука применяются колеблющиеся тела различной природы, вызывающие колебания окружающего воздуха. Примером такой генерации может служить использование голосовых связок, динамиков или камертона. Большинство музыкальных инструментов основано на том же принципе. Исключением являются духовые инструменты, в которых звук генерируется за счёт взаимодействия потока воздуха с неоднородностями в инструменте. Для создания когерентного звука применяются так называемые звуковые или фононные лазеры. Громкость звука Гро́мкость зву́ка — субъективное восприятие силы звука (абсолютная величина слухового ощущения). Громкость главным образом зависит от звукового давления, амплитуды и частоты звуковых колебаний. Также на громкость звука влияют его спектральный состав, локализация в пространстве, тембр, длительность воздействия звуковых колебаний и другие факторы. Единицей абсолютной шкалы громкости является сон. Громкость в 1 сон — это громкость непрерывного чистого синусоидального тона частотой 1 кГц, создающего звуковое давление 2 мПа. Уровень громкости звука — относительная величина. Она выражается в фонах и численно равна уровню звукового давления (в децибелах — дБ), создаваемого синусоидальным тоном частотой 1 кГц такой же громкости, как и измеряемый звук (равногромким данному звуку). Звук Громкость, дБ: Порог слышимости 0 Тиканье наручных часов 10 Шепот 20 Звук настенных часов 30 Приглушенный разговор 40 Тихая улица 50 Обычный разговор 60 Шумная улица 70 Опасный для здоровья уровень 75 Пневматический молоток 90 Кузнечный цех 100 Громкая музыка 110 Болевой порог 120 Сирена 130 Реактивный самолет 150 Смертельный уровень 180 Шумовое орудие 200 Частота звука, который может воспринять ухо человека от 16 герц до 16000 герц. Колебания большей частоты называют ультразвуком, а меньшей частоты – инфразвуком. Причем восприятие тихих звуков у человека намного лучше чем громких, поэтому нормальный уровень звука (шума) считается 20-30 децибелов (уровень звукового давления), а допустимая величина 80 децибел. Звук уровнем в 130 децибел (дБ) может вызвать у человека болевые ощущения, а 150 дБ становиться непереносимым (смертельно опасен).

Похожие:

	Урок физики в 9 классе Тема урока: «Звук. Источники звука» «Механические колебания и волны. Звук»; сформировать понятия: звук, источники звука, звуковые волны; объяснить причинно- следственную...		Реферат По физике На тему: «Влияние электромагнитного излучения на организм человека» Влияние электромагнитных лучей, исходящих от сотовых телефонов, на организм человека
	Научно – исследовательская работа Влияние магнитных бурь на человека ...		Тема: Распространение звука. Звуковые волны. Скорость звука. Цель урока Обучающая: закрепление понятий звуковые колебания, звук, распространение и отражение звука посредствам решения качественных, количественных...
	«Влияние вибрации на организм человека» Теперь мы осознали, что любая деятельность человека оказывает влияние на окружающую среду, а ухудшение состояния биосферы опасно...		Конкурс «Азбука здорового человека\ Исследовательский проект по физике... Уровни шумов от различных источников и реакция организма на акустические воздействия
	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Звука с, умения определять положение органов артикуляционного аппарата при произнесении звука с; упражнять в правильном произношении...		Конспект урока по физике в 9 классе тема «Звук». Цели урока Обучающая: закрепление понятий звуковые колебания, звук, распространение и отражение звука посредствам решения качественных, количественных...
	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... «Механические колебания и волны. Звук», на котором продолжается формирование понятия механическое колебание, формируется представление...		Исследовательская работа «Исследование загрязнения городских почв тяжелыми металлами» Эти вещества, накапливаясь год от года, оказывают вредное влияние на растения, животных и человека. Количество тяжелых металлов в...
	Задачи: обучающие: формировать понятие «согласный звук», уточнить... Оборудование: цветик – семицветик, буква Л; профиль звука «Л»; ребус; предметные картинки; картина «Семья»; сюрприз; стенд «Папа,...		Реферат «Спорт как альтернатива» Номинация «Исследовательская работа» Цель работы: по различным источникам информации изучить природу и влияние «гормонов счастья» на организм человека и предложить альтернативные...
	Исследовательская работа на тему «Пищевые добавки в моих любимых продуктах» Выявить содержание и влияние пищевых добавок на самые употребляемые детские продукты		Научно-исследовательская работа на тему: История государства в именах Тема исследования: Влияние событий, происходящих в ссср, на процесс выбора имени и образование новых имен
	Урок по физике. Тема: «Ускорение. Перегрузки. Влияние их на организм человека» Цель знания: обобщить, расширить знания по теме «ускорение», выяснить, как ускорение и вызванные им перегрузки влияют на организм...		Тема занятия: I. Работа над произношением: Автоматизация звука с Оборудование: цветик – семицветик, буква Л; профиль звука «Л»; ребус; предметные картинки; картина «Семья»; сюрприз; стенд «Папа,...