Экзамен: Повторим механику (Механические колебания и волны). Звуковые колебания Механические колебания частота которых меньше 20 гц

Колебания – это движения или процессы, которые характеризуются определенной повторяемостью во времени.

Период колебаний T – интервал времени, в течение которого происходит одно полное колебание.

Частота колебаний – число полных колебаний в единицу времени. В системе СИ выражается в герцах (Гц).

Период и частота колебаний связаны соотношением

Гармонические колебания – это колебания, при которых колеблющаяся величина изменяется по закону синуса или косинуса. Смещение определяется формулой

Амплитуда (а), период (b) и фаза колебаний (с) двух колеблющихся тел

Механические волны

Волнами называют периодические возмущения, распространяющиеся в пространстве с течением времени. Волны делятся на продольные и поперечные .

Высота звука (тона) определяется частотой колебаний. Диапазон низкого мужского голоса (баса) – приблизительно от 80 до 400 Гц. Диапазон высокого женского голоса (сопрано) – от 250 до 1050 Гц.

Тест по физике Механические колебания и волны Звук для учащихся 9 класса с ответами. Тест включает в себя 2 варианта, в каждом по 12 заданий.

1 вариант

1. При свободных колебаниях шар на нити проходит путь от крайнего левого положения до крайнего правого за 0,1 с. Определите период колебаний шара.

1) 0,1 с
2) 0,2 с
3) 0,3 с
4) 0,4 с

2. На рисунке представлена зависимость координаты центра шара, подвешенного на пружине, от времени. Частота колебаний равна

1) 0,25 Гц
2) 0,5 Гц
3) 2 Гц
4) 4 Гц

3. Сколько полных колебаний совершит материальная точка за 10 с, если частота колебаний 220 Гц?

1) 22
2) 88
3) 440
4) 2200

4. В каких направлениях совершаются колебания в продоль­ной волне?

1) Во всех направлениях

5. Расстояние между ближайшими гребнями волн в море 6 м. Каков период ударов волн о корпус лодки, если их скорость 3 м/с?

1) 0,5 с
2) 2 с
3) 12 с
4) 32 с

6. Человек услышал звук грома через 10 с после вспышки молнии. Определите скорость звука в воздухе, если молния ударила на расстоянии 3,3 км от наблюдателя.

1) 0,33 м/с
2) 33 м/с
3) 330 м/с
4) 33 км/с

7. В какой среде звуковые волны распространяются с мини­мальной скоростью?

1) В твердых телах
2) В жидкостях
3) В газах
4) Везде одинаково

8. Как называются механические колебания, частота которых меньше 20 Гц?

1) Звуковые
2) Ультразвуковые
3) Инфразвуковые

9. Определите длину звуковой волны в воздухе, если частота колебаний источника звука 200 Гц. Скорость звука в возду­хе составляет 340 м/с.

1) 1,7 м
2) 0,59 м
3) 540 м
4) 68 000 м

10. Как изменится длина звуковой волны при уменьшении ча­стоты колебаний ее источника в 2 раза?

1) Увеличится в 2 раза
2) Уменьшится в 2 раза
3) Не изменится
4) Уменьшится в 4 раза

11. Верхняя граница частоты колебаний, воспринимаемая ухом человека, составляет для детей 22 кГц, а для пожилых лю­дей 10 кГц. В воздухе скорость звука равна 340 м/с. Звук с длиной волны 20 мм

1) услышит только ребенок
2) услышит только пожилой человек
3) услышит и ребенок, и пожилой человек
4) не услышит ни ребенок, ни пожилой человек

12. Эхо, вызванное оружейным выстрелом, дошло до стрелка через 2 с после выстрела. Определите расстояние до прегра­ды, от которой произошло отражение, если скорость звука в воздухе 340 м/с.

1) 170 м
2) 340 м
3) 680 м
4) 1360 м

2 вариант

1. При свободных колебаниях шар на нити проходит путь от крайнего левого положения до положения равновесия за 0,2 с. Каков период колебаний шара?

1) 0,2 с
2) 0,4 с
3) 0,6 с
4) 0,8 с

2. На рисунке представлена зависи­мость координаты центра шара, подвешенного на пружине, от времени. Амплитуда колебаний равна

1) 10 см
2) 20 см
3) -10 см
2) -20 см

3. При измерении пульса человека было зафиксировано 150 пульсаций крови за 2 мин. Определите частоту сокра­щения сердечной мышцы.

1) 0,8 Гц
2) 1 Гц
3) 1,25 Гц
4) 75 Гц

4. В каких направлениях совершаются колебания в попереч­ной волне?

1) Во всех направлениях
2) Вдоль направления распространения волны
3) Перпендикулярно направлению распространения волны
4) И по направлению распространения волны, и перпенди­кулярно распространению волны

5. Волна с частотой 4 Гц распространяется по шнуру со скоро­стью 6 м/с. Длина волны равна

1) 0,75 м
2) 1,5 м
3) 24 м
4) для решения не хватает данных

6. Как изменится длина волны при уменьшении частоты коле­баний ее источника в 2 раза?

1) Увеличится в 2 раза
2) Уменьшится в 2 раза
3) Не изменится
4) Уменьшится в 4 раза

7. В какой среде звуковые волны не распространяются?

1) В твердых телах
2) В жидкостях
3) В газах
4) В вакууме

8. Как называются механические колебания, частота которых превышает 20 000 Гц?

1) Звуковые
2) Ультразвуковые
3) Инфразвуковые
4) Среди ответов нет правильного

9. Камертон излучает звуковую волну длиной 0,5 м. Скорость звука 340 м/с. Какова частота колебаний камертона?

1) 17 Гц
2) 680 Гц
3) 170 Гц
4) 3400 Гц

10. Человеческое ухо может воспринимать звуки частотой от 20 Гц до 20 000 Гц. Какой диапазон длин волн соответству­ет интервалу слышимости звуковых колебаний? Скорость звука в воздухе примите равной 340 м/с.

1) От 20 м до 20 000 м
2) От 6800 м до 6 800 000 м
3) От 0,06 м до 58,8 м
4) От 0,017 м до 17 м

11. Какие изменения отмечает человек в звуке при увеличении амплитуды колебаний в звуковой волне?

1) Повышение высоты тона
2) Понижение высоты тона
3) Повышение громкости
4) Уменьшение громкости

12. На каком расстоянии от корабля находится айсберг, если посланный гидролокатором ультразвуковой сигнал был принят обратно через 4 с? Скорость ультразвука в воде при­нять равной 1500 м/с.

1) 375 м
2) 750 с
3) 3000 м
4) 6000 м

Ответы на тест по физике Механические колебания и волны Звук
1 вариант
1-2
2-1
3-4
4-2
5-2
6-3
7-3
8-3
9-1
10-1
11-1
12-2
2 вариант
1-4
2-1
3-3
4-3
5-2
6-1
7-4
8-2
9-2
10-4
11-3
12-3

Перейдём к рассмотрению звуковых явлений.

Мир окружающих нас звуков разнообразен - голоса людей и музыка, пение птиц и жужжание пчел, гром во время грозы и шум леса на ветру, звук проезжающих автомобилей, самолётов и других объектов.

Обрати внимание!

Источниками звука являются колеблющиеся тела.

Пример:

Закрепим в тисках упругую металлическую линейку. Если её свободную часть, длина которой подобрана определённым образом, привести в колебательное движение, то линейка будет издавать звук (рис. 1).

Таким образом, колеблющаяся линейка является источником звука.

Рассмотрим изображение звучащей струны, концы которой закреплены (рис. 2). Размытые очертания этой струны и кажущееся утолщение в середине свидетельствуют о том, что струна колеблется.

Если к звучащей струне приблизить конец бумажной полоски, то полоска будет подпрыгивать от толчков струны. Пока струна колеблется, слышен звук; остановим струну, и звук прекращается.

На рисунке 3 изображён камертон - изогнутый металлический стержень на ножке, который укреплён на резонаторном ящике.

Если по камертону ударить мягким молоточком (или провести по нему смычком), то камертон зазвучит (рис. 4).

Поднесём к звучащему камертону лёгкий шарик (стеклянную бусинку), подвешенный на нитке, - шарик будет отскакивать от камертона, свидетельствуя о колебаниях его ветвей (рис. 5).

Чтобы «записать» колебания камертона с малой (порядка \(16\) Гц) собственной частотой и большой амплитудой колебаний, можно к концу одной его ветви привинтить тонкую и узкую металлическую полоску с остриём на конце. Остриё необходимо загнуть вниз и слегка коснуться им лежащей на столе закопчённой стеклянной пластинки. При быстром перемещении пластинки под колеблющимися ветвями камертона остриё оставляет на пластинке след в виде волнообразной линии (рис. 6).

Волнообразная линия, прочерченная на пластинке остриём, очень близка к синусоиде. Таким образом, можно считать, что каждая ветвь звучащего камертона совершает гармонические колебания.

Различные опыты свидетельствуют о том, что любой источник звука обязательно колеблется, даже если эти колебания незаметны для глаза. Например, звуки голосов людей и многих животных возникают в результате колебаний их голосовых связок, звучание духовых музыкальных инструментов, звук сирены, свист ветра, шелест листьев, раскаты грома обусловлены колебаниями масс воздуха.

Обрати внимание!

Не всякое колеблющееся тело является источником звука.

Например, не издаёт звука колеблющийся грузик, подвешенный на нити или пружине. Перестанет звучать и металлическая линейка, если удлинить её свободный конец настолько, чтобы частота его колебаний стала меньше \(16\) Гц.

Человеческое ухо способно воспринимать как звук механические колебания с частотой в пределах от \(16\) до \(20000\) Гц (передающиеся обычно через воздух).

Механические колебания, частота которых лежит в диапазоне от \(16\) до \(20000\) Гц называются звуковыми.

Указанные границы звукового диапазона условны, так как зависят от возраста людей и индивидуальных особенностей их слухового аппарата. Обычно с возрастом верхняя частотная граница воспринимаемых звуков значительно понижается - некоторые пожилые люди могут слышать звуки с частотами, не превышающими \(6000\) Гц. Дети же, наоборот, могут воспринимать звуки, частота которых несколько больше \(20 000\) Гц.

Механические колебания, частота которых превышает \(20 000\) Гц, называются ультразвуковыми, а колебания с частотами менее \(16\) Гц - инфразвуковыми.

Ультразвук и инфразвук распространены в природе так же широко, как и волны звукового диапазона. Их излучают и используют для своих «переговоров» дельфины, летучие мыши и некоторые другие живые существа.

Звуковая волна (звуковые колебания) — это передающиеся в пространстве механические колебания молекул вещества (например, воздуха).

Но далеко не всякое колеблющееся тело является источником звука. Например, не издает звука колеблющийся грузик, подвешенный на нити или пружине. Перестанет звучать и металлическая линейка, если переместить ее в тисках вверх и тем самым удлинить свободный конец настолько, чтобы частота его колебаний стала меньше 20 Гц. Исследования показали, что человеческое ухо способно воспри¬нимать как звук механические колебания тел, происходящие с час¬тотой от 20 Гц до 20000 Гц. Поэтому колебания, частоты которых находятся в этом диапазоне, называются звуковыми. Механические колебания, частота которых превышает 20 000 Гц, называются ультразвуковыми, а колебания с частотами менее 20 Гц — инфразвуковыми. Следует отметить, что указанные границы звукового диапазона условны, так как зависят от возраста людей и индивидуальных особенностей их слухового аппарата. Обычно с возрастом верхняя частотная граница воспринимаемых звуков значительно понижается — некоторые пожилые люди могут слышать звуки с частотами, не превышающими 6000 Гц. Дети же, наоборот, могут воспринимать звуки, частота которых несколько больше 20000 Гц. Колебания, частоты которых больше 20 000 Гц или меньше 20 Гц, слышат некоторые животные. Мир наполнен самыми разнообразными звуками: тиканье часов и гул моторов, шелест листьев и завывание ветра, пение птиц и голоса людей. О том, как рождаются звуки, и что они собой представляют, люди начали догадываться очень давно. Замечали, к примеру, что звук создают вибрирующие в воздухе тела. Еще древнегреческий философ и ученый-энциклопедист Аристотель, исходя из наблюдений, верно объяснял природу звука, полагая, что звучащее тело создает попеременное сжатие и разрежение воздуха. Так, колеблющаяся струна то уплотняет, то разрежает воздух, а благодаря упругости воздуха эти чередующиеся воздействия передаются дальше в пространство — от слоя к слою, возникают упругие волны. Достигая нашего уха, они воздействуют на барабанные перепонки и вызывают ощущение звука. На слух человек воспринимает упругие волны, имеющие частоту в пределах примерно от 16 Гц до 20 кГц (1 Гц — 1 колебание в секунду). В соответствии с этим упругие волны в любой среде, частоты которых лежат в указанных пределах, называют звуковыми волнами или просто звуком. В воздухе при температуре 0° С и нормальном давлении звук распространяется со скоростью 330 м/с, в морской воде — около 1500 м/с, в некоторых металлах скорость звука достигает 7000 м/с. Упругие волны с частотой меньше 16 Гц называют инфразвуком, а волны, частота которых превышает 20 кГц, — ультразвуком.

Источником звука в газах и жидкостях могут быть не только вибрирующие тела. Например, свистят в полете пуля и стрела, завывает ветер. И рев турбореактивного самолета складывается не только из шума работающих агрегатов — вентилятора, компрессора, турбины, камеры сгорания и т. д., но также из шума реактивной струи, вихревых, турбулентных потоков воздуха, возникающих при обтекании самолета на больших скоростях. Стремительно несущееся в воздухе или в воде тело как бы разрывает обтекающий его поток, периодически порождает в среде области разрежения и сжатия. В результате возникают звуковые волны. Звук может распространяться в виде продольных и поперечных волн. В газообразной и жидкой среде возникают только продольные волны, когда колебательное движение частиц происходит лишь в том направлении, в каком распространяется волна. В твердых телах помимо продольных возникают также и поперечные волны, когда частицы среды колеблются в направлениях, перпендикулярны к направлению распространения волны. Там ударяя по струне перпендикулярно ее направлению, мы заставляем бежать волну вдоль струны. Человеческое ухо неодинаково восприимчиво к звукам разной частоты. Наиболее чувствительно оно к частотам от 1000 до 4000 Гц. При очень большой интенсивности волны перестают восприниматься как звук, вызывая в ушах ощущение давящей боли. Величину интенсивности звуковых волн, при которой это происходит, называют порогом болевого ощущения. Важны в учении о звуке также понятия тона и тембра звука. Всякий реальный звук, будь то голос человека или игра музыкального инструмента, — это не простое гармоническое колебание, а своеобразная смесь многих гармонических колебаний с определенным набором частот. То из них, которое имеет наиболее низкую частоту, называют основным тоном, другие — обертонами. Разное количество обертонов, присущих тому или иному звуку, придает ему особую окраску — тембр. Отличие одного тембра от другого обусловлено не только числом, но и интенсивностью обертонов, сопровождающих звучание основного тона. По тембру мы легко отличаем звуки скрипки и рояля, гитары и флейты, узнаем голоса знакомых людей.

• Частотой колебаний называют количество полных колебаний в секунду. За единицу измерения частоты принят 1 герц (Гц). 1 герц соответствует одному полному (в одну и другую сторону) колебанию, происходящему за одну секунду.
• Периодом называют время (с), в течение которого происходит одно полное колебание. Чем больше частота колебаний, тем меньше их период, т.е. f=1/T. Таким образом, частота колебаний тем больше, чем меньше их период, и наоборот. Голос человека создает звуковые колебания частотой от 80 до 12000 Гц, а слух воспринимает звуковые колебания в диапазоне 16-20000 Гц.
• Амплитудой колебаний называют наибольшее отклонение колеблющегося тела от его первоначального (спокойного) положения. Чем больше амплитуда колебания, тем громче звук. Звуки человеческой речи представляют собой сложные звуковые колебания, состоящие из того или иного количества простых колебаний, различных по частоте и амплитуде. В каждом звуке речи имеется только ему свойственное сочетание колебаний различной частоты и амплитуды. Поэтому форма колебаний одного звука речи заметно отличается от формы другого, на котором изображены графики колебаний при произношении звуков а, о и у.

Любые звуки человек характеризует в соответствии со своим восприятием по уровню громкости и высоте.