Тема 3. Тема 3

матеріал 9

Розв’язування задач з теми звукові явища.

Матеріал

Для вчителя

Для учня

Завантажити матеріал (PDF)

Урок 99. Розв’язування задач з теми звукові явища.

Очікувані результати навчання

створює і аналізує самостійно або у співпраці з іншими моделі об’єктів і явищ, які необхідно дослідити [12ПРО 1.4.1]
планує, здійснює пошук, опрацьовує, порівнює, аналізує, оцінює самостійно або у співпраці з іншими надійність джерел і достовірність інформації для розв’язання життєвої/навчальної проблеми [12 ПРО 2.1.1]
інтерпретує самостійно або у співпраці з іншими інформацію природничого змісту, представлену в різний спосіб [12 ПРО 2.2.2]
порівнює, аналізує самостійно або у співпраці з іншими природні і техногенні об’єкти, явища і процеси на основі наукових методів пізнання та законів природи [12 ПРО 3.1.1]
оцінює самостійно або у співпраці з іншими значення природничих наук, техніки і технологій для суспільного прогресу і сталого розвитку [12 ПРО 3.4.1]
визначає самостійно або у співпраці з іншими аргументи/твердження, теорії, що ґрунтуються на наукових фактах і доказах [12 ПРО 4.1.1]
застосовує самостійно або у співпраці з іншими наукове знання і власний досвід для розв’язання життєвої/ навчальної проблеми [12 ПРО 4.3.2]

Мета уроку: узагальнити й систематизувати знання учнів про звук як механічну хвилю та особливості його поширення і сприйняття людиною. Відпрацювати вміння застосовувати вивчені формули й поняття для розв’язування задач і пояснення реальних життєвих ситуацій. Розвивати навички аналізу, логічного мислення та практичного використання фізичних знань.

Очікувані результати для вчителя:

учні розуміють фізичний зміст величин, що описують звук (частота, довжина хвилі, інтенсивність, рівень звуку
учні пояснюють реальні явища, пов’язані з поширенням, відбиванням і впливом звуку на людину та довкілля
учні встановлюють зв’язок між фізичними характеристиками звуку та особливостями його сприйняття слуховою системою людини
учні спостерігають й описує акустичні явища в повсякденному житті, робить обґрунтовані висновки
учні аналізують умови задач і життєвих ситуацій, оцінює вплив рівня звуку на здоров’я людини.

Очікувані результати для учнівства:

розуміє фізичний зміст величин, що описують звук (частота, довжина хвилі, інтенсивність, рівень звуку
пояснює реальні явища, пов’язані з поширенням, відбиванням і впливом звуку на людину та довкілля
встановлює зв’язок між фізичними характеристиками звуку та особливостями його сприйняття слуховою системою людини
спостерігає й описує акустичні явища в повсякденному житті, робить обґрунтовані висновки
аналізує умови задач і життєвих ситуацій, оцінює вплив рівня звуку на здоров’я людини.

Ключові слова:

звук
звукові хвилі
повздовжні хвилі
інфразвук
ультразвук
частота
довжина хвилі
швидкість звуку
відлуння
висота звуку
тембр звуку
шум
акустика приміщень
слухова система людини
барабанна перетинка
слухові кісточки
равлик
волоскові клітини
інтенсивність звуку
децибели

План уроку:

Мотивація
Питання на повторення вивченого матеріалу
Практичний блок
Попрактикуймо самостійно
Рефлексія

1. Мотивація

Проблемне питання

Під час гучного вибуху рекомендується відкривати рот. Чому?
Чому шепіт у старовинних «шепітних галереях» чути на десятки метрів?

2. Питання на повторення вивченого матеріалу

Дружня порада вчителю

Тривалість до 17 хв

Звичайне опитування учнів можна перетворити в невеличке шоу. Не зважайте на те, що вони вже в 10 класу, вони все одно хочуть інколи гратися та веселитися.

Варіанти опитування:

Учитель кидає м’який м’яч, учень, який зловив м’яч, відповідає і одразу кидає м’яч іншому, який відповідає на наступне питання. І так далі.

Роздрукувати питання на карточках і дозволяти витягувати карту учням навмання

Кожному прізвищу учня відповідає певний номер у списку журналу. Можна скористатися наступним посиланням для вибору того, хто буде відповідати на питання https://pickerwheel.com/tools/random-number-generator/?utm_source

Дівчата проти хлопців. Команда дівчат вибирає питання і хлопця, який відповість на питання. Потім те ж саме роблять хлопці.

Що називають механічними хвилями?
Які хвилі називають звуковими? У якому діапазоні частот вони лежать?
Чим відрізняються інфразвук, звук та ультразвук?
Чому інфразвук і ультразвук не сприймаються безпосередньо вухом людини?
Які природні джерела інфразвуку ви знаєте?
Які тварини використовують інфразвук, а які — ультразвук, і з якою метою?
Назвіть приклади технічних або промислових джерел інфразвуку.
Які основні частини має слухова система людини?
Які функції виконує зовнішнє, середнє та внутрішнє вухо?
Що таке відлуння і за яких умов воно виникає?
Чому звук не може поширюватися у вакуумі?
Чому швидкість звуку різна в твердих тілах, рідинах і газах?
Як температура повітря впливає на швидкість звуку?
Як фізична величина частота перетворюється на суб’єктивне відчуття висоти звуку?
Як фізична величина інтенсивність пов’язана з відчуттям гучності?
Чому два інструменти, що звучать на одній ноті, ми сприймаємо по-різному?
Як використання відлуння в сонарі подібне до ехолокації у тварин?
Як фізичні властивості звуку використовуються в медицині?
Чому інфразвук може викликати тривогу або дискомфорт, хоча ми його не чуємо?
Чому для опису гучності використовують логарифмічну шкалу, а не лінійну?
Чому ушкодження волоскових клітин внутрішнього вуха практично незворотні?
Чим відрізняється відновлення слуху від його компенсації?

3. Практичний блок

Дружня порада вчителю

Тривалість до 15 хв

Завдання №1

На третій день хитавиця збільшилася (рис.1) і я захворів (Чарльс Дікенс). Що є причиною морської хвороби? Які наслідки вона може мати? Які її прояви?

Джерело: https://chatgpt.com/

Відповідь:

Морська хвороба виникає через конфлікт між сигналами від вестибулярного апарату та зору під час хитавиці. Вона проявляється нудотою, запамороченням і слабкістю та зазвичай минає після припинення коливань.

Завдання №2

На березі надута гумова кулька, наближена до вуха, може викликати сильний біль у вусі, якщо десь у морі бушує шторм. Поясни це явище. Яке практичне значення воно може мати?

Відповідь:

Під час шторму в морі виникають потужні низькочастотні механічні хвилі (інфразвук), які поширюються на великі відстані й не сприймаються слухом. Надута гумова куля біля вуха підсилює ці повільні коливання , тому вони сильніше діють на барабанну перетинку та внутрішнє вухо, викликаючи біль. Цей ефект може бути використаний для раннього виявлення штормів.

Завдання №3

У південних країнах часто рибалки беруть з собою в човен пітонів. Якщо пітон спішно покидає човен і пливе до берега, рибалки тут же за ними повертаються на берег (рис.2). Чим зумовлена поведінка пітона і рибалок?

Джерело: https://chatgpt.com/

Відповідь:

Поведінка пітона зумовлена тим, що він надзвичайно чутливий до низькочастотних механічних коливань (інфразвуку та вібрацій води), які виникають перед штормом, різким погіршенням погоди або сильним хвилюванням моря. Такі коливання поширюються на великі відстані раніше, ніж з’являються видимі ознаки небезпеки, і пітон інстинктивно намагається залишити небезпечну зону, пливучи до берега.

Завдання №4

Чому мембрану фонендоскопа слід прикладати безпосередньо до тіла людини, а не до одягу (рис.3)?

Джерело: https://chatgpt.com/

Відповідь:

Мембрану фонендоскопа потрібно прикладати безпосередньо до тіла, тому що звук (механічні коливання) краще передається через щільний контакт, ніж через прошарок тканини. Одяг поглинає, розсіює та послаблює коливання, особливо слабкі звуки серця й легень, тому сигнал стає тихішим і спотвореним.

Завдання №5

…якось ночі Львів засипало глибоким снігом (рис.4). У пухкій білості тонули всі звуки; здавалось, автомобілі їдуть із вимкнутими двигунами, навіть поїзд, проїзжаючи високим насипом, не так, якзвичайно, гримів на залізному мосту.. (А. Содомора ,,Під чужою тінню,,).

Чому після снігопаду в місті особливо тихо? Чому це спостерігається коли сніг тілики випав? Чому людям, засипаним снігивими лавинами, не рекомендують кричати на порятунок?

Джерело: https://chatgpt.com/

Відповідь:

Свіжий сніг добре поглинає звук, бо має пухку пористу структуру з великою кількістю повітря, у якій звукові хвилі багаторазово відбиваються й швидко втрачають енергію. Саме тому тиша особливо відчутна одразу після снігопаду, адже з часом сніг ущільнюється, зволожується або вкривається льодовою кіркою й починає гірше поглинати звук.
У снігових лавинах сніг діє як потужний звукоізолятор, тому крик майже не доходить назовні. Крім того, крик швидко витрачає кисень і сили, що підвищує ризик задухи.

Завдання №6

Які джерела акустичних хвиль звукового діапазону в людському організмі ти можеш назвати?

Відповідь:

В організмі людини є багато джерел акустичних хвиль звукового діапазону (20 Гц – 20 кГц):

Голосові зв’язки — утворюють звуки мовлення й співу під час проходження повітря.
Серце — створює серцеві тони й шуми під час роботи клапанів і руху крові.
Легені та дихальні шляхи — дають дихальні шуми при вдиху й видиху.
Кровоносні судини — турбулентний рух крові може створювати шуми (наприклад, судинні шуми).
Органи травлення — перистальтика кишечника спричиняє характерні «бурчання».
Суглоби та кістки — можуть видавати клацання або хрускіт під час руху.

Завдання №7

Чому в порожній кімнаті голос звучить інакше, ніж у кімнаті з меблями?

Відповідь:

У порожній кімнаті більшість поверхонь тверді, тому звукові хвилі добре відбиваються, виникає сильне відлуння і голос здається гучнішим та «дзвінким».
У кімнаті з меблями м’які предмети (дивани, килими, штори) поглинають і розсіюють звук, зменшуючи відбиття, тому голос звучить тихіше й чіткіше.

Завдання №8

Чому грім інколи звучить як різкий тріск, а інколи — як довгий гуркіт (рис.5)?

Джерело: https://chatgpt.com/

Відповідь:

Грім інколи звучить як різкий тріск, а інколи як довгий гуркіт, тому що звук від блискавки доходить до спостерігача різними шляхами і з різних відстаней.

Різкий тріск чути тоді, коли блискавка близько й майже вся її довжина розташована на приблизно однаковій відстані від спостерігача — звукові хвилі приходять майже одночасно.

Довгий гуркіт виникає, коли блискавка далека або має велику протяжність: звук від різних ділянок каналу блискавки доходить із запізненням і додатково відбивається від хмар, землі та рельєфу, розтягуючи грім у часі.

Завдання №9

Чому людське вухо сприймає тільки повздовжні хвилі?

Відповідь:

Людське вухо сприймає тільки повздовжні хвилі, тому що в газах і рідинах (повітря, рідина внутрішнього вуха) поширюються саме коливання тиску — стиснення і розрідження, а не зсуви.
Барабанна перетинка й рецептори внутрішнього вуха реагують на зміни тиску, тож поперечні коливання в таких середовищах або не виникають, або не можуть бути сприйняті слуховим апаратом.

Завдання №10

Чи впливає частотна характеристика голосу лікаря при дослідженні слуху шепотом на відстані, з якою людина з нормальним слухом сприймає його слова?

Відповідь:

Так, впливає. Шепіт містить переважно високочастотні компоненти, а чутливість слуху до різних частот неоднакова, тому голос лікаря з більшою часткою високих частот буде чутися з більшої відстані, ніж «глухий» низькочастотний шепіт. Саме тому під час перевірки слуху важливі тембр і частотний склад шепоту, а не лише гучність.

Завдання №11

Популярний трюк на вечірці — вдихати гелій і говорити високочастотним, кумедним голосом (рис.6). Поясни це явище.

Джерело: https://chatgpt.com/

Відповідь:

Під час вдихання гелію голос стає високочастотним не тому, що голосові зв’язки починають коливатись швидше, а тому що змінюються резонансні властивості повітря в голосовому тракті.
У гелії швидкість звуку значно більша, ніж у повітрі, тому резонансні частоти (форманти) ротової порожнини зміщуються вгору — голос зберігає ту саму основну частоту, але звучить різко й «пискляво».

Завдання №12

Тиша — це мова, якою до людини говорить Бог” (Б.-І. Антонич). „Найвидатніші події — це години не найгучнішого галасу, а найглибшої тиші” (Ф. Ніцше).

За даними австрійських учених шумове забруднення скорочує життя мешканців великих міст на 8–12 років. І не випадково в середні віки існувала така кара: засудженого садовили під великий дзвін, звуки якого вбивали його. А в стародавньому Китаї була придумана така звукова кара: „хто оговорює всевишнього, не повинен бути повішений, але флейтисти, барабанщики і крикуни повинні грати перед ним удень і вночі, поки він не впаде мертвим”. Який механізм такої згубної дії звуку на людину?

Відповідь:

Згубна дія звуку пов’язана з його великою інтенсивністю або тривалою дією. Сильний звук механічно пошкоджує слухову систему, а тривалий шум викликає хронічний стрес, перевантаження нервової та серцево-судинної систем, виснаження організму. За відсутності тиші як періоду відновлення мозок і тіло втрачають здатність до саморегуляції, що може призвести до тяжких розладів і навіть смерті.

Завдання №13

„І всюди тишина, моторична тишина, глибоке безголосіння” (Ф. Нансен. Фрам в Полярному морі).

„Почув нараз звуки серед могильної тиші” (Гнат Хоткевич).

„Жахи мовчки серед настороженої гробової тиші” (Григорій Тютюнник). „Перший час я почував себе так, ніби мені було проколото вуха. Дзвінка тиша гір здавалася мені вічною мовчанкою пекла” (Ю. Яновський).

„Ніколи ще не відчував я такої тишини. Буквально все завмерло навкруги. Ні звуку вдалині і поблизу. Стає просто моторошно. Я, придушений цією тишею, не смів рушитися з місця, ледве насмілювався дихати” (Я. Іохансен).

„Тоді тільки Лазар побачив поле й почув тишу, якусь незвичайну смертельну тишу, що ссала серце” (Ю. Коцюбинський).

Чому “абсолютна” тиша так гнітюче діє на психіку людини?

Відповідь:

«Абсолютна» тиша гнітюче діє на людину, бо мозок постійно очікує звукові сигнали як ознаки життя й безпеки. Коли зовнішні звуки зникають, виникає сенсорна депривація, і мозок переходить у стан тривожного очікування. На цьому тлі підсилюється сприйняття внутрішніх шумів організму, що здається неприродним і лякає. Тому глибока тиша сприймається не як спокій, а як загроза й психологічний дискомфорт.

Завдання №14

Найвищу ноту (ре четвертої октави) бере сучасна французька співачка Мадо Робен. Цій ноті відповідає частота 2349 Гц. Попередній рекорд – до четвертої октави 2093 Гц належав знаменитій Імі Сумак. Найнижчу ноту 44 Гц брав співак Каспер Фостер (ХVII ст.). Яким довжинам хвиль у повітрі це відповідає? Швидкість звку у повітрі 340 м/с.

Відповідь:

Завдання №15

Звукове відчуття зберігається у людини протягом часу 0,1 с. На якій відстані повинна перебувати людина від перепони, щоб чути окремо основний і відбитий від перепони звуки? Швидкість звуку становить 340 м/с.

Відповідь:

(1) $\begin{equation*}\frac{2l}{v} \ge 0,1\end{equation*}$

l≥17 м

Завдання №16

Припустимо, що звук поширюється зі швидкістю 343 м/с увечері грози. На деякій відстані від вашого будинку вдарила блискавка. Світло досягає вас майже одразу. Однак грім чути через 2,56 секунди. За скільки миль від вашого будинку вдарила блискавка? (1609 метрів = 1 миля)

Відповідь:

l=vt=878 м≈0,55 милі

4. Попрактикуймо самостійно

Дружня порада вчителю

Тривалість: до 7 хв

Люди з добрим слухом можуть сприймати звуки до −8 дБ на частоті 3000 Гц. Яка інтенсивність цього звуку у Вт/м2?
Під час концерту Артема Пивоварова на барабанну перетинку людини діаметром 0,8 см падає звукова хвиля. Вимірювання показали, що потужність, яка припадає на барабанну перетинку, дорівнює 5∙10-7Вт. Визначте рівень звуку в децибелах, якщо поріг чутності дорівнює I0=10-12Вт/м2. Чи перевищує рівень шуму допустимі значення?
Крику людини відповідає рівню звук 70 дБ . Якою буде гучність звуку, якщо крикне:
- а) 5 чоловік?
- б) 10 чоловік?
- в) 100000 чоловік на стадіоні.

Відповідь:

(2) $\begin{equation*}\beta = 10 \lg \left( \frac{I}{I_0} \right)\end{equation*}$

Допустимі значення: для тривалого перебування без захисту зазвичай до 85 дБ.

(3) $\begin{equation*}\beta = 10 \lg \left( \frac{I}{I_0} \right)\end{equation*}$

(4) $\begin{equation*}\beta_N = \beta_1 + 10 \lg N\end{equation*}$

Рефлексія

Дружня порада вчителю

Тривалість: до 3 хв

«Шкала шуму мого дня»

Оціни за шкалою від 0 до 120 дБ:

рівень шуму сьогоднішнього уроку;
рівень шуму перерви;
найгучніший звук, який ти пам’ятаєш за день.

У вільний від відпочинку час

Який рівень децибелів звуку, інтенсивність якого вдвічі перевищує інтенсивність звуку 90,0 дБ?

Завантажити матеріал (PDF)

Урок 99. Розв’язування задач з теми звукові явища.

Очікувані результати навчання

Очікувані результати для учнівства:

розуміє фізичний зміст величин, що описують звук (частота, довжина хвилі, інтенсивність, рівень звуку
пояснює реальні явища, пов’язані з поширенням, відбиванням і впливом звуку на людину та довкілля
встановлює зв’язок між фізичними характеристиками звуку та особливостями його сприйняття слуховою системою людини
спостерігає й описує акустичні явища в повсякденному житті, робить обґрунтовані висновки
аналізує умови задач і життєвих ситуацій, оцінює вплив рівня звуку на здоров’я людини.

Ключові слова:

звук
звукові хвилі
повздовжні хвилі
інфразвук
ультразвук
частота
довжина хвилі
швидкість звуку
відлуння
висота звуку
тембр звуку
шум
акустика приміщень
слухова система людини
барабанна перетинка
слухові кісточки
равлик
волоскові клітини
інтенсивність звуку
децибели

План уроку:

Мотивація
Питання на повторення вивченого матеріалу
Практичний блок
Попрактикуймо самостійно
Рефлексія

1. Мотивація

Проблемне питання

Під час гучного вибуху рекомендується відкривати рот. Чому?
Чому шепіт у старовинних «шепітних галереях» чути на десятки метрів?

2. Питання на повторення вивченого матеріалу

Що називають механічними хвилями?
Які хвилі називають звуковими? У якому діапазоні частот вони лежать?
Чим відрізняються інфразвук, звук та ультразвук?
Чому інфразвук і ультразвук не сприймаються безпосередньо вухом людини?
Які природні джерела інфразвуку ви знаєте?
Які тварини використовують інфразвук, а які — ультразвук, і з якою метою?
Назвіть приклади технічних або промислових джерел інфразвуку.
Які основні частини має слухова система людини?
Які функції виконує зовнішнє, середнє та внутрішнє вухо?
Що таке відлуння і за яких умов воно виникає?
Чому звук не може поширюватися у вакуумі?
Чому швидкість звуку різна в твердих тілах, рідинах і газах?
Як температура повітря впливає на швидкість звуку?
Як фізична величина частота перетворюється на суб’єктивне відчуття висоти звуку?
Як фізична величина інтенсивність пов’язана з відчуттям гучності?
Чому два інструменти, що звучать на одній ноті, ми сприймаємо по-різному?
Як використання відлуння в сонарі подібне до ехолокації у тварин?
Як фізичні властивості звуку використовуються в медицині?
Чому інфразвук може викликати тривогу або дискомфорт, хоча ми його не чуємо?
Чому для опису гучності використовують логарифмічну шкалу, а не лінійну?
Чому ушкодження волоскових клітин внутрішнього вуха практично незворотні?
Чим відрізняється відновлення слуху від його компенсації?

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. Практичний блок

Завдання №1

Джерело: https://chatgpt.com/

Завдання №2

Завдання №3

Джерело: https://chatgpt.com/

Завдання №4

Чому мембрану фонендоскопа слід прикладати безпосередньо до тіла людини, а не до одягу (рис.3)?

Джерело: https://chatgpt.com/

Завдання №5

Джерело: https://chatgpt.com/

Завдання №6

Які джерела акустичних хвиль звукового діапазону в людському організмі ти можеш назвати?

Завдання №7

Чому в порожній кімнаті голос звучить інакше, ніж у кімнаті з меблями?

Завдання №8

Чому грім інколи звучить як різкий тріск, а інколи — як довгий гуркіт (рис.5)?

Джерело: https://chatgpt.com/

Завдання №9

Чому людське вухо сприймає тільки повздовжні хвилі?

Завдання №10

Завдання №11

Джерело: https://chatgpt.com/

Завдання №12

Завдання №13

„І всюди тишина, моторична тишина, глибоке безголосіння” (Ф. Нансен. Фрам в Полярному морі).

„Почув нараз звуки серед могильної тиші” (Гнат Хоткевич).

Чому “абсолютна” тиша так гнітюче діє на психіку людини?

Завдання №14

Завдання №15

Завдання №16

4. Попрактикуймо самостійно

Люди з добрим слухом можуть сприймати звуки до −8 дБ на частоті 3000 Гц. Яка інтенсивність цього звуку у Вт/м2?
Під час концерту Артема Пивоварова на барабанну перетинку людини діаметром 0,8 см падає звукова хвиля. Вимірювання показали, що потужність, яка припадає на барабанну перетинку, дорівнює 5∙10-7Вт. Визначте рівень звуку в децибелах, якщо поріг чутності дорівнює I0=10-12Вт/м2. Чи перевищує рівень шуму допустимі значення?
Крику людини відповідає рівню звук 70 дБ . Якою буде гучність звуку, якщо крикне:
- а) 5 чоловік?
- б) 10 чоловік?
- в) 100000 чоловік на стадіоні.

Рефлексія

«Шкала шуму мого дня»

Оціни за шкалою від 0 до 120 дБ:

рівень шуму сьогоднішнього уроку;
рівень шуму перерви;
найгучніший звук, який ти пам’ятаєш за день.

У вільний від відпочинку час

Який рівень децибелів звуку, інтенсивність якого вдвічі перевищує інтенсивність звуку 90,0 дБ?

Завантажити матеріал (PDF)

Ділись та обговорюй важливе