По УМК и др..

Глава 2: Звуковые явления

Тема:

Тип урока : комбинированный

Цель урока : изучение характеристик звука и явления отражения звука

Цель урока (учащиеся): приобретение знаний о характеристиках звука и отражении звука

Задачи урока : - формировать знания о физических (амплитуда, частота) и физиологических (высота, громкость, тембр) характеристиках звука;

Развивать личностные, регулятивные, коммуникативные универсальные учебные действия;

Воспитывать познавательный интерес, любознательность, положительную мотивацию к обучению.

Карта обеспеченности урока

Учебный элемент			Используемое демонстрационное оборудование
		Используемые бумажные источники	Используемые электронные ресурсы
Громкость и высота звука. Отражение звука.			УМК, «Физика 7», (учебник, рабочая тетрадь)	Электронное приложение к УМК, «Физика 7»	Две пары камертонов с одинаковой и разной частотой, молоточек резиновый, штатив, две бусинки на нити, волновая ванна с принадлежностями, громкоговоритель, микрофон, экран

Планируемые метапредметные результаты:

Представлять информацию в словесной, графической форме.

Приведите примеры различных звуков. Укажите источник звука в каждом случае.

Как образуется звуковая волна?

Что вам известно о скорости звуковых волн в различных средах?

Почему скорость звука в воде больше, чем в воздухе?

Познавательная деятельность: систематизация и обобщение знаний о звуковых явлениях, источниках звука, распространении и скорости звука

Регулятивная деятельность: контроль самого себя и своих одноклассников в процессе воспроизведения и коррекции опорных знаний

3. Актуализация знаний

Учитель . Человек живёт в мире звуков. Мы слышим голоса людей, пение птиц, звуки музыкальных инструментов, шум леса, звук работающих машин. Что общего между этими звуками и чем они отличаются?

Ученик. Общим является то, что все звуки издаются колеблющимися телами (голосовые связки человека, птицы, струны музыкальных инструментов, ветки деревьев и т. д.), а различаться эти звуки могут, например, своей громкостью.

Учитель. Как вы думаете, от чего зависит громкость звука? Чем она определяется? Вы хотели бы узнать ответ на этот вопрос? Очень хорошо. Мы ответим на интересующий нас вопрос, изучив характеристики звука. Запишите тему урока “ Громкость и высота звука. Отражение звука ”. Сегодня мы познакомимся с физическими и физиологическими характеристиками звука, научимся отличать низкие звуки от высоких, громкие от тихих, узнаем, что такое тембр, а также изучим закон отражения звуковых волн.

4 этап. Изучение нового учебного материала

Цели и задачи для учителя	Цели и задачи для уч-ся	Методы и приёмы	Формирование УУД
Предметные задачи: продолжить формирование знаний о звуковых явлениях, ввести понятие громкости и высоты звука, сформулировать закон отражения звуковых волн, с помощью эксперимента доказать зависимость громкости звука от амплитуды, а высоты – от частоты колебаний. Метапредметные : развивать анализ, синтез, логическое мышление. Обеспечить восприятие, осмысление и первичное запоминание изучаемых физических закономерностей. Личностные: обеспечить мотивацию, актуализацию субъектного опыта Коммуникативные: учить вести диалог, слушать и слышать собеседника Регулятивные: Учить контролировать понимание материала	Воспроизводить: Формулировку закона отражения звука; Применять закон отражения при решении качественных задач; Объяснять зависимость громкости звука от амплитуды колебаний, а высоты – от частоты. Запомнить, что все звуки различаются по громкости, высоте и тембру. Научиться сравнивать звуки различные по громкости и высоте. Объяснять зависимость громкости звука от амплитуды, а высоты – от частоты на основе эксперимента. Иметь представление о влиянии звуков на различные физиологические процессы Приводить примеры звуков различной громкости и высоты, возникающие в природе. Понимать, что отражение звука подчиняется закону отражения, а громкость и высота звука определяется его характеристиками: амплитудой и частотой.	Частично-поисковый метод обучения. Использование знаний ученика, имеющиеся у него на момент конкретного занятия, для усвоения нового материал.	Познавательные: систематизация и обобщение знаний о звуковых явлениях, умение сравнивать, и группировать звуки на основе существенных признаков, ориентироваться в учебнике, определять тему. Строить логические рассуждения и делать выводы. Уметь оформлять свои мысли в устной и письменной форме. Коммуникативные : отвечать на вопросы учителя, товарищей по классу, участвовать в диалоге, соблюдать нормы речевого этикета, слушать и понимать речь других. Регулятивные: осуществлять самоконтроль за качеством и уровнем освоения новых знаний Личностные : выражать положительное отношение к процессу познания, желание узнать новое, проявлять внимание, работать в коллективе, высказывать свою точку зрения при объяснении примеров, приводимых одноклассниками.

4.1. Создание и решение проблемной ситуации путём эксперимента. Актуализация субъектного опыта

Учитель. Выясним, от чего зависит громкость звука? Проведём следующий эксперимент.

Демонстрация . Ударим молоточком по ножке камертона. Поднесём бусинку на нити к звучащему камертону. Что мы наблюдаем и почему?

Ученик . Бусинка отскакивает от камертона, потому что камертон издаёт звук, следовательно, ножка камертона колеблется.

Учитель . Как вы думаете, изменится ли удаление бусинки от камертона, если я ударю сильнее?

Ученик . Я думаю, чем сильнее ударим по камертону, тем сильнее (больше) будет отклоняться бусинка.

Учитель. Проверим наше предположение. (Демонстрация) Чем отличаются при этом звуки, издаваемые камертонами?

Ученик. Камертоны издают разные звуки. Чем сильнее ударим по камертону, тем с большей амплитудой будет колебаться ножка камертона, следовательно, будет громче звук.

Учитель . Зависимость громкости звука от амплитуды колебаний можно наглядно продемонстрировать с помощью камертона с пером (по рис. 137)

Графически эту зависимость можно представить в следующем виде:

Учитель. Громкость звука - это первая физиологическая характеристика звука, которая определяется амплитудой колебаний источника звука. Переходим ко 2 части нашего эксперимента. На демонстрационном столе находятся два камертона. В чём их внешнее различие?

Ученик : Они разного размера, у них разная масса.

Учитель. Демонстрация. Предлагаю продемонстрировать звучание этих камертонов и прокомментировать результат.

Ученик. Эти камертоны издают разные звуки. Один – низкий, другой - высокий. Я думаю, что это связано с их массой. При одинаковой силе удара ножки камертона будут колебаться с разной частотой.

Учитель . Чтобы проверить это предположение запишем колебания камертонов на закопченной пластине. Первый камертон имеет меньшую частоту и издает низкий звук, второй камертон издаёт более высокий звук, следовательно, чем больше частота колебаний, тем выше звук.

Графически это можно представить следующим образом:

Итак, высота звука – вторая физиологическая характеристика, которая определяется частотой колебаний.

Мы никогда не спутаем с вами звук трубы со звуком фортепиано. Голос своей мамы мы узнаем из тысячи голосов. Различать одни звуки от других нам помогает тембр звука.

Тембр - индивидуальная особенность сложной звуковой волны, он обусловлен тем, что звук состоит из ряда простых звуков разных частот, т. е. имеет определенную «окраску», это качество звука и называют тембром. Это еще одна физиологическая характеристика звука.

А сейчас, попробуйте назвать, какие музыкальные инструменты звучат? (Запись на компьютере)

(Ответы учащихся)

Учитель. Громкость, высоту и тембр называют физиологическими характеристиками звука потому, что они связаны с нашим восприятием. Физиологические характеристики звука связаны с физическими, которые позволяют различать громкие звуки от тихих, высокие от низких, звуки от разных источников. Какие же бывают физические характеристики звука?

Ученик. Физические характеристики звука - амплитуда и частота.

Учитель . А теперь познакомимся с одним из основных свойств звуковых волн. Звуковая волна, как и любая другая может отражаться и преломляться. Отражение волн от препятствий относится к числу очень распространенных явлений. Этот закон отражения является общим волновым законом, т. е. он справедлив для любых волн, в том числе и для звуковых, и для световых. Отражение волн от экрана пронаблюдаем на опыте (опыт по рис. 141) Опыт и наблюдения показывают, что отражение звука подчинено определенному закону: угол падения равен углу отражения.

Учитель. Выполним графическую интерпретацию опыта на доске и сделаем вывод о соотношении между углом падения и отражения

Ученик. Угол отражения равен углу падения.

Учитель. При распространении звуковых волн можно наблюдать такое явление как эхо. Оно объясняется свойством отражения волн от преграды.

В лесу, в горах, в помещениях можно иногда слышать отражение звука от какой-то преграды (лес, горы, стена). Если до нас доходят звуковые волны, последовательно отразившиеся от ряда препятствий, то получается многократное эхо. Раскаты грома имеют такое же происхождение! Это - многократное повторение очень сильного «треска» огромной электрической искры молнии.

На свойстве отражения звука основана эхолокация

С помощью эхолокации некоторые животные определяют расстояния. Например, дельфины, используя эхолокацию, с большой точностью определяют рельеф дна и местоположение своих собратьев или добычи. Инфразвук, посылаемый летучей мышью, отражается от потенциальной добычи и улавливается мышью. По времени полета звукового сигнала мышь очень точно определяет расстояние до предмета.

Эхолоты – специальные приборы для определения глубины моря – тоже используют явление отражения звука. Глубина моря иногда превышает 10 км, и обычным лотом (грузом, привязанным к веревке) измерить такую глубину невозможно. Эхолот издает сильный и короткий звуковой сигнал, а затем ловит отраженное от морского дна эхо.

https://pandia.ru/text/80/015/images/image010_21.jpg" width="252" height="189">

4.2. Самостоятельная работа учащихся.

В продолжение развития темы и усвоения новых знаний учащимся предлагается самостоятельно изучить материал, который находится у них на столах.

Учитель. Изучите дополнительный материал, рассмотрите рисунки, ответьте на вопросы и проведите взаимопроверку

1) Каковы причины снижения слуха?

2) Каковы нормы, определяющие громкость звука по САНПИНу?

3) Рассмотрите картинку. На сколько децибел громкость дискотеки превышает эти нормы?

Звуки, воспринимаемые человеческим ухом, являются одним из важнейших источников информации об окружающем мире. Ухо – один из наиболее сложных и тонких органов, оно воспринимает и очень слабые, и очень сильные звуки. Орган слуха всегда «бодрствует» даже ночью, во сне он постоянно подвергается внешним раздражителям, так как не обладает никакими защитными приспособлениями, сходными, например, с веками, предохраняющими глаза от света. Поэтому ухо человека надо беречь не только от механических повреждений, но и от громких звуков!

Современный шумовой дискомфорт вызывает у живых организмов болезненные реакции. Шум от пролетающего реактивного самолета, например, угнетающе действует на пчелу, она теряет способность ориентироваться. Этот же шум убивает личинки пчел, разбивает открыто лежащие яйца птиц в гнездах. При воздействии интенсивных звуков коровы дают меньше молока, куры реже несутся, птицы начинают усиленно линять, задерживается прорастание семян и даже наступает разрушение растительных клеток. Не случайно, например, деревья в городе даже в «спальных» районах погибают раньше, чем в естественных условиях.

В современных мегаполисах шум вырос в несколько раз. Если в 60 – 70 годы прошлого столетия уровень громкости на улицах не превышал 80 дБ, то в настоящее время он достигает 100 дБ и более. На многих оживленных магистралях даже ночью шум не бывает ниже 70 дБ, в то время как по санитарным нормам он должен не превышать 40 дБ.

В крупных городах России (Санкт-Петербург, Нижний Новгород, Красноярск, Екатеринбург, Магнитогорск и др.) на магистралях с интенсивным движением (до 6 – 8 тыс. автомобилей экипажей в час) фиксируется уровень шума в среднем 73 – 83 дБ, а максимальный – до 90 дБ и более.

5 этап. Первичная проверка понимания изученного материала

Цель: установить правильность и осознанность изученного материала, выявить пробелы, провести коррекцию пробелов в осмыслении материала

Методы и приёмы выполнения : подготовка учащимися своих вопросов, своих примеров наблюдения эха, звуков различной громкости и высоты в природе, решение качественных задач на закон отражения.

6. Этап закрепления учебного материала

Цель: обеспечить в ходе закрепления повышение уровня осмысления изученного материала, глубины понимания.

Для закрепления и углубления полученных знаний используется Рабочая тетрадь: № 000, 259, задания позволяют применить теоретические знания на практике,

7 этап. Задание на дом.

Цели для учителя	Цели для учащихся	Критерии успешного выполнения д/з	Методы и приёмы выполнения
Обеспечить понимание учащимися цели, содержания и способов выполнения домашнего задания	Д/ з: § 47-48, задание, Р. Т. № 000 - экспериментальное задание позволяет учащимся развить свои творческие способности, работа с Э. П. - самим выбрать уровень сложности и оценить свои силы в изучении материала.	Знать физиологические и физические характеристики звука, правильно давать формулировку закона отражения, приводить примеры учета и применения отражения в природе и технике.	Три уровня домашнего задания: стандартный минимум, повышенный (подобрать примеры звуков различной высоты, встречающихся в живой природе), творческий (выполнение задания 260 Р. Т.)

Задание творческого уровня предлагаются тем, кто считает возможной для себя самостоятельную творческую работу.

8 этап. Подведение итогов занятия и рефлексия

Цель: дать качественную оценку работы класса и отдельных учащихся; инициировать рефлексию учащихся по поводу мотивации своей деятельности и взаимодействия с учителем и одноклассниками

Учитель. Итак, подведём итоги нашего урока. Теперь мы знаем, что такое высота, громкость и тембр звука и какими физическими величинами они характеризуются, что отражение звука подчиняется определённой закономерности и может привести к наблюдению такого явления, как эхо, а так же познакомились с учетом и применением отражения звука в технике.

В ходе урока все желающие смогут получить представление о теме «Отражение волн. Звуковой резонанс». На этом уроке мы исследуем такое интересное явление отражения волн, как эхо, и рассчитаем необходимые для его возникновения условия. Также мы проведем увлекательный опыт с музыкальным камертоном, чтобы лучше понять, что такое звуковой резонанс.

Итак, завершаем 7 главу - «Колебания и волны» - интересными явлениями. Это отражение волн и звуковой резонанс. Вы знаете, что в пустом помещении, в горах или под сводами здания какой-нибудь арки можно замечательное явление наблюдать - эхо. Что такое эхо? Эхо - это явление отражения звуковых волн от плотных объектов. Когда человек может услышать эхо? Оказывается, чтобы человек смог различить (его слуховой аппарат смог различить два сигнала), необходимо, чтобы запаздывание во времени было 0,06 с. Давайте посчитаем: скорость распространения волны 340 м/с в воздухе, поэтому можно рассчитать расстояние до объекта, от которого будет отражаться волна. Должно быть понятно: при перемножении скорости на эту величину, запаздывания мы получаем 20,4 м. L=V . ∆t = 340 м/с 0,06 м/с = 20,4 м.

Но, вы понимаете, что отражение - это движение волны в одну сторону, в другую потом претерпевает отражение, поэтому расстояние, которое мы получили, можно спокойно разделить пополам и поставить человека на расстояние от преграды, от которой будет отражаться звук, и тогда можно эхо услышать. Нужно еще хорошо отражающую поверхность, потому что, если, например, комната достаточно большая, она заставлена большим количеством мебели (мягкой мебели) и людьми, то все эти объекты поглощают звуковую волну, поэтому эхо неразличимо. Просто энергии не хватает для звуковой волны, чтобы было это явление. Где это явление используют? Конечно, занимательно слушать эхо в горах, здорово петь под музыкальными арками, которые в архитектуре XIX века часто используются, но есть реальные устройства, которые используют это свойство. Например, рупор. Если я сейчас сложу вот так ладошки, вы сразу услышали, что мой звук стал мощнее, хотя люди, которые стояли бы у меня сбоку, звук от моих голосовых связок был бы намного тише. Поэтому происходит интересное явление: стенки рупора усиливают звуковую волну, увеличивая мощность сигнала. Что такое эхолот? Это сложное слово, полученное из двух слов: «эхо» - «отражение», «лот» - прибор, который мерит глубину водоема. Лот - это простой камень на веревке у рыбаков. Эхолот у людей, которые плавают на больших суднах, устроен следующим образом. Под бортом корабля располагается приемник и источник звуковых волн. От источника звуковых волна идет звуковая волна, доходит до дна, отражается и попадает в приемник звуковых волн. Время фиксируется, которое проходит между подачей сигнала и приходом его обратно. ∆ t = 0,06 с. И расстояние, которое получается вот таким расчетом, делится пополам, и мы находим глубину водоема. Используются эхолоты не только на звуковых частотах, но и на инфразвуке или на ультразвуке. Мы в прошлом параграфе говорили, как это используется. Принцип один и тот же. Используется явление отражения звуковых волн. Давайте рассмотрим еще одно интересное звуковое явление - это звуковой резонанс . Напоминаю: это явление увеличения амплитуды вынужденных колебаний при соблюдении частоты собственных колебаний системы и вынужденных. Напоминаю: любая система, которая может колебаться, имеет собственную частоту. Эта частота сформирована самой конструкцией прибора, который умеет колебаться. Если мы этот прибор заставим колебаться с внешней силой, которая имеет вот такую частоту вынужденных колебаний n 0 = n ВЫН, произойдет усиление звуковых колебаний, потому что увеличение амплитуды влечет за собой усиление звука, мощности энергетической. Чтобы объяснить это явление подробно, чтобы вы поняли, что значит резонанс , мы будем работать с таким специальным прибором, который используется в музыке. Этот прибор называется камертон. Вилочка сделана из стали, имеет собственную частоту, соответствующую в данном опыте ноте ля. К этому камертону подобран специальный, путем проб и ошибок, путем вычислений математических, резонаторный ящик. Что это за ящик такой? Что он делает со звуком, мы сейчас с вами увидим на опыте. Перед нами камертон. У меня есть резиновый молоточек, которым мы будем вызывать колебания. У этого камертона колебания будут вынужденные. Вот сначала, чтобы понять, для чего нужен резонаторный ящик, я попробую прикрывать простым листом бумаги резонаторный ящик вот так. Слушайте внимательно, что будет происходить с самим звуком. Если вы что-то заметили, давайте повторим еще раз опыт. Я попробую вызвать более серьезное колебание, увеличив энергию в системе. Итак, резонаторный ящик увеличивает амплитуду результирующих колебаний. Как он это делает? Он перераспределяет энергию, которую я сообщила в систему. Значит, камертон вызывает в резонаторном ящике колебание самой деки ящика и воздуха, который находится внутри этого ящика. Колебания складываются и усиливают звук. При этом у нас закон сохранения энергии выполняется, т.е. с резонаторным ящиком камертон звучит меньше по времени, но зато сильнее. Продолжим эксперимент. Давайте посмотрим, как можно колебание это звуковое прекратить. Я коснулась ножек камертона, и коэффициент затухания у данной системы очень большой стал, колебание прекратилось практически мгновенно. Повторим, колебаний нет. Теперь мы посмотрим явление резонанса, что произойдет, если я возьму точно такой, имеющий точно такую звуковую частоту, другой камертон. Посмотрите, резонаторные ящики будут направлены друг на друга, чтобы зазор воздушный был незначительный и чтобы не затухали колебания, и эффект был максимальный. Итак, вызываю колебания вот в этом камертоне. Звуковая волна распространяется, в пространство уходит, и если частота точно такая же у камертона, то должен возникнуть резонанс. Посмотрим, мне слышно, как звучит второй камертон. Давайте повторим еще раз: камертон звучит, прекратил звучание. Давайте проверим, может быть, у меня специальный такой слева камертон стоит. Попробуем вызвать колебание во втором камертоне и послушаем, что будет происходить с первым. Колебание налицо. Итак, выполняется условие резонанса: частоты совпадают, увеличение амплитуды происходит. Откликается система на колебание внешнее избирательно. Выбирает только ту частоту, на которую сам настроен. Давайте это проверим, если я сейчас изменю частоту колебаний одного из камертонов (просто муфточку прикручу вот сюда), у меня изменится по массе то тело, которое колеблется, и у него изменится частота. Поэтому резонанса не будет. Я в этом уверена, давайте проверим на опыте, действительно ли это так. Резонанса нет, и поэтому звучания тоже не было. Давайте посмотрим, если я в обратном порядке выполню, если зазвучит этот камертон, то, возможно, я вас обманываю, посмотрим. Явление резонанса не было.

Итак, мы сегодня изучили важные звуковые явления. Это отражение звуковых волн и явление звукового резонанса. Спасибо за внимание.

Звук распространяется от звучащего тела равномерно во все стороны, если на его пути нет никаких препятствий. Но не всякое препятствие может ограничить его распространение. От звука нельзя загородиться небольшим листом картона, как от пучка света. Звуковые волны, как и всякие волны, способны огибать препятствия, «не замечать» их, если их размеры меньше, чем длина волны. Длина слышимых в воздухе звуковых волн колеблется от 15 м до 0,015 м. Если у препятствий на их пути меньшие размеры (например, у древесных стволов в редколесье), то волны их просто огибают. Препятствие же больших размеров (стена дома, скала) отражает звуковые волны по тому же закону, что и световые: угол падения равен углу отражения. Эхо - это отражение звука от препятствий.

Своеобразно переходит звук из одной среды в другую. Явление это довольно сложное, но оно подчиняется общему правилу: звук не переходит из одной среды в другую, если их плотности резко отличны, например, из воды в воздух. Достигая границы этих сред, он почти полностью отражается. Очень незначительная часть его энергии уходит на вибрацию поверхностных слоев другой среды. Погрузив голову под самую поверхность реки, вы еще услышите громкие звуки, на глубине же в 1 м уже ничего не услышите. Рыбы не слышат звук, раздающийся над поверхностью моря, но звук от тела, вибрирующего в воде, они слышат хорошо.

Через тонкие стенки звук слышен потому, что он заставляет их колебаться, и они как бы воспроизводят звук уже в другой комнате. Хорошие звукоизоляционные материалы - вата, ворсистые ковры, стены из пенобетона или пористой сухой штукатурки - как раз тем и отличаются, что в них очень много поверхностей раздела между воздухом и твердым телом. Проходя через каждую из таких поверхностей, звук многократно отражается. Но, кроме того, и сама среда, в которой звук распространяется, поглощает его. Один и тот же звук слышен лучше и дальше в чистом воздухе, чем в тумане, где его поглощают поверхности раздела между воздухом и капельками воды.

По-разному поглощаются в воздухе звуковые волны различной частоты. Сильнее - звуки высокие, меньше - низкие, такие, например, как бас. Именно поэтому пароходный гудок издает такой низкий звук (частота его не более 50 гц): низкий звук слышен на большем расстоянии. Большой колокол в Московском Кремле, когда он еще висел на колокольне «Иван Великий», был слышен за 30 верст - он гудел тоном примерно в 30 гц (фа субоктавы). Еще меньше поглощаются инфразвуки, особенно в воде. Рыбы слышат их за десятки и сотни километров. А вот ультразвук поглощается очень быстро: ультразвук с частотой в 1 Мгц ослабляется в воздухе вдвое на расстоянии 2 см, тогда как звук в 10 кгц ослабляется вдвое на 2200 м.

Энергия звуковой волны

Хаотическое движение частиц вещества (в том числе и молекул воздуха) называют тепловым. Когда в воздухе распространяется звуковая волна, его частицы приобретают, кроме теплового, еще и дополнительное движение - колебательное. Энергию для такого движения дает частицам воздуха вибрирующее тело (источник звука); пока оно колеблется, энергия беспрерывно передается от него в окружающий воздух. Чем дальше пройдет звуковая волна, тем слабее она становится, тем меньше в ней энергии. То же самое происходит со звуковой волной и в любой другой упругой среде - в жидкости, в металле.

Звук распространяется равномерно во все стороны, и в каждый момент слои сжатого воздуха, возникшие от одного импульса, образуют как бы поверхность шара, в центре которого находится звучащее тело. Радиус и поверхность такого «шара» беспрерывно растут. Одно и то же количество энергии приходится на все большую и большую поверхность «шара». Поверхность шара пропорциональна квадрату радиуса, поэтому количество энергии звуковой волны, проходящей, допустим, через квадратный метр поверхности, обратно пропорционально квадрату расстояния от звучащего тела. Следовательно, на расстоянии звук становится слабее. Русский ученый Н. А. Умов ввел в науку понятие поток плотности энергии. Величиной потока энергии удобно измерять и силу (интенсивность) звука. Поток плотности энергии в звуковой волне - это количество энергии, которое проходит за секунду через единицу поверхности, перпендикулярной направлению волны. Чем больше поток плотности энергии, тем больше сила звука. Измеряется поток энергии в ваттах на квадратный метр (вт/м²).

Определение 1

Эхо - физическое явление, которое заключается в принятии наблюдателем отражённой от препятствий волны (электромагнитной, звуковой и др.)

Эхо это то же самое отражение, только в зеркале отражается свет, а в случае эха -- звук. Любое препятствие может стать зеркалом для звука. Чем резче, отрывистее звук, тем эхо отчётливее. Лучше всего вызвать эхо хлопаньем в ладоши. Низкий мужской голос отражается плохо, а высокий голос дает отчетливое эхо.

Эхо можно услышать, если произвести звук на месте, в окружении холмов или больших зданий.

Акустическое явление

Акустические волны отражаются от стен и других твердых поверхностей, таких как горы. Когда звук движется через среду, которая не имеет постоянных физических свойств, он может быть преломлен.

Рисунок 1. Пояснение работы эхо

Человеческое ухо не может отличить эхо от первоначального звука, если задержка составляет менее $1/15$ секунды.

Сила эха часто измеряется в дБ уровнях звукового давления (SPL) по отношению непосредственно к передаваемой волне. Эхо - сигналы могут быть желательными (как в сонаре) или нежелательными (например, в телефонных системах).

Отражение звуковых волн от поверхностей также зависит от формы поверхности. Плоские поверхности отражают звуковые волны , таким образом, что угол, при котором волна приближается к поверхности, равен углу, при котором волна покидает поверхность.

Отражение звуковых волн от криволинейных поверхностей приводит к более интересным явлением. Изогнутые поверхности с параболической формой имеют привычку фокусирования звуковых волн в точке. Звуковые волны, отраженные от параболических поверхностей концентрируют всю свою энергию в одной точке пространства; в этот момент, звук усиливается. Ученые долгое время считали, что совы имеют сферические диски на лице, которые могут быть применены с целью сбора и отражения звука.

Использование отражения звука

В воде скорость звука иная, чем в воздухе. Рассмотрим работу эхолота. Он издает резкий звук, которой проходя через толщу воды, достигает дна моря, отражается и бежит обратно в виде эха. Эхолот ловит его и вычисляет расстояние до дна моря.

Рисунок 2. Работа эхолота

Отражение звука используется во многих устройствах. Например, громкоговоритель, звуковой сигнал, стетоскоп, слуховой аппарат, и т.д.

Стетоскоп используется, чтобы услышать звуки внутренних органов пациента; для диагностических целей. Он работает по законам отражения звука.

Летучие мыши используют высокую частоту (малая длина волны) ультразвуковых волн для того, чтобы повысить их способность охотиться. Типичной жертвой летучей мыши является моль - объект не намного больше, чем сама летучая мышь. Летучие мыши используют ультразвуковые методы эхолокации, чтобы обнаружить своих сородичей в воздухе. Но почему ультразвук? Ответ на этот вопрос лежит в физике дифракции. Так как длина волны становится меньше, чем препятствие, с которым она сталкивается, волна уже не в состоянии рассеиваться вокруг него, и вследствие чего отражается. Летучие мыши используют ультразвуковые волны с длинами волн, меньшими, чем размеры их добычи. Эти звуковые волны будут сталкиваться с добычей, и вместо того, чтобы дифрагироваться вокруг добычи, они будут отражаться от добычи, что позволить мыши охотиться с помощью эхолокации.

Отражение звуковых волн от границы раздела двух сред имеет очень большое практическое значение. Рассмотрим опыт, иллюстрирующий законы отражения звука (§ 24.19).

Положим на дно стеклянной мензурки ручные часы. Если встать на таком расстоянии от мензурки, чтобы часов не было слышно, а затем поместить над отверстием мензурки стеклянную пластинку, как показано на рис. 25.7, то ход часов будет слышен. Меняя угол наклона пластинки и положение уха, можно убедиться, что угол падения равен углу отражения.

Интересный случай отражения звука получается, когда отражающая поверхность расположена перпендикулярно к направлению распространения волн. В этом случае звуковая волна после отражения возвращается назад к своему источнику. Возвращение звуковой волны к своему источнику после отражения называется эхом.

Оказывается, человек сохраняет звуковое ощущение в течение

0,1 с после прекращения колебаний барабанной перепонки в ухе. Это означает, что при небольшом расстоянии от отражающей поверхности до уха эхо сольется с основным звуком и лишь немного удлинит его продолжительность. Значит, эхо можно слышать раздельно от основного звука только при достаточно большом расстоянии до препятствия.

Это позволяет определить расстояние от источника звука до отражающей поверхности. Пусть расстояние от источника звука А до отражающей поверхности В равно I (рис. 25.8). Если время между отправлением звукового сигнала из точки А и его возвращением в эту же точку равно а скорость звука равна то откуда

Ясно, что звуковой сигнал должен быть кратковременным, так как при длительном сигнале эхо сольется с основным звуком и время t определить не удастся. (Покажите, что при скорости звука в воздухе 344 м/с (при 20°С) эхо будет слышно раздельно от основного звука, если расстояние до отражающей поверхности превышает 17,2 м.)

В закрытом помещении происходит многократное отражение звука от стен, что увеличивает продолжительность звучания после прекращения действия источника звука.

Остаточное звучание в закрытом помещении называется реверберацией. Для небольших помещений время реверберации должно составлять около 1 с. Время реверберации сильно влияет на качество звука в концертных залах, так как при слишком большом времени реверберации музыку слушать нельзя, а слишком маленькое время реверберации делает звуки блеклыми и отрывистыми.

На границе раздела двух сред звук не только отражается, но и поглощается при проникновении в другую среду. Энергия звуковых волн при этом частично превращается в энергию хаотического движения молекул среды. Например, оштукатуренная стена поглощает около 8% энергии звуковых волн, а ковер - около 20%. Этим объясняется тот факт, - что в комнате, заставленной вещами, звук глухой, а в пустой комнате звук громким.