Резонанс в акустике

Конспект по физике для 9 класса «Резонанс в акустике». ВЫ УЗНАЕТЕ: Как возникает звуковой резонанс. Для чего нужны резонаторы.

Конспекты по физике    Учебник физики    Тесты по физике


Резонанс в акустике

Резонансные явления могут возникать при механических колебаниях любой частоты. Значит, резонанс может возникнуть и в случае звуковых колебаний.

АКУСТИЧЕСКИЙ РЕЗОНАНС

Резонанс возникает тогда, когда частота вынуждающей силы совпадает с собственной частотой колебательной системы. В этом случае амплитуда установившихся вынужденных механических колебаний достигает наибольшего значения.

Возьмём два камертона с одинаковой собственной частотой колебаний. Ударим молоточком по одному из камертонов. Он зазвучит. Затем приглушим его, прикоснувшись к нему рукой. Мы услышим звучание другого камертона. Это происходит потому, что второй камертон начинает колебаться под действием дошедших до него звуковых волн, созданных колебаниями первого камертона. Частоты собственных колебаний камертонов одинаковы, поэтому возникает резонанс: амплитуда колебаний второго камертона становится достаточно велика, чтобы звучание было слышно.

Если изменить частоту собственных колебаний второго камертона, например изменив его размеры, то он не будет отзываться на колебания первого камертона, и явления резонанса не произойдёт.

Для возникновения звукового резонанса можно воспроизвести опыт, аналогичный опыту с набором маятников. Вместо набора маятников для этого необходим набор звуковых резонаторов, например камертонов и струн. Струны рояля или пианино образуют обширный набор колебательных систем с разными собственными частотами. Если, открыв рояль и нажав педаль, громко пропеть над струнами какую-нибудь ноту, то можно услышать, как инструмент откликается звуком той же высоты и сходного тембра.

В этом опыте наш голос создаёт звуковую волну, действующую на все струны. Однако откликаются только те из них, которые могут войти в резонанс с гармоническими колебаниями — основным и обертонами, входящими в состав спетой нами ноты.

Поднесём вибрирующий камертон к высокому стеклянному цилиндрическому сосуду. Будем понемногу наливать воду в сосуд. Через некоторое время мы отчётливо услышим звук. Если продолжать наливать воду, то звук прекратится.

В этом случае на колебания камертона отзывается воздушный столб в сосуде. Очевидно, что наиболее громкое звучание воздушного столба наступает, когда собственная частота его колебаний совпадает с частотой колебаний камертона. Это и есть условие резонанса. Такой закрытый с одного конца сосуд называют резонатором.

РЕЗОНАТОР

Для того чтобы усилить звук камертона, его обычно укрепляют на верхней стенке ящика, открытого с одной стороны. При звучании камертона колебания его стержня заставляют стенку, на которой он закреплён, прогибаться. Из-за этого воздух то выталкивается из ящика, то втягивается в него. Таким образом, возникают колебания воздушного столба в ящике.

Длина ящика подбирается так, чтобы собственная частота колебаний столба воздуха в ящике, открытом с одной стороны, была настроена в резонанс на частоту камертона. Таким образом, ящик служит резонатором, усиливающим звучание камертона.

Резонаторами служат трубы духовых инструментов, трубы органа. В струнных музыкальных инструментах, таких, как гитара, скрипка, виолончель, роль резонаторов выполняют части их корпусов — деки. Именно они усиливают издаваемые струнами звуки и придают звучанию инструмента характерную для него окраску — тембр.

Тембр музыкального инструмента зависит не только от формы и размеров, но и от материалов, из которых он изготовлен, а также от самой технологии его изготовления. Именно поэтому так ценны музыкальные инструменты, изготовленные выдающимися мастерами.

В своих исследованиях по акустике Гельмгольц использовал шаровые резонаторы, получившие впоследствии его имя. Резонатор представляет собой шар с двумя отверстиями; одно из них находится в короткой цилиндрической трубочке, направляемой к источнику звука, а другое в небольшой конической трубке, вставляемой в ухо. Такие резонаторы выделяют из сложного звука только один соответствующий им простой тон. С их помощью можно уловить и очень слабые звуки, например обертоны, которые непосредственно услышать нельзя, так как они заглушаются другими, более сильными звуками.

Человеческий голос возникает от колебаний голосовых связок. Для усиления звука у нас имеются резонаторы — это гортань и полость рта. Существует выражение: «От громкого голоса дрожали стёкла». Здесь имеется в виду возникновение акустического резонанса. Например, стенки стеклянного бокала начинают вибрировать, если на бокал направить звуковую волну с частотой, равной его собственной. Если амплитуда станет очень большой, то бокал может даже разбиться. Известен исторический факт, когда в результате резонанса при пении Ф. И. Шаляпина дрожали (резонировали) даже хрустальные подвески люстр.

Герман Гельмгольц (1821-1894) — немецкий физик, математик, физиолог и психолог, положивший начало акустике. Он создал модель уха, позволившую изучить характер воздействия звуковых волн на орган слуха, решил задачу органной ; трубы, провёл исследования колебания струн и акустических резонаторов.

 


Вы смотрели Конспект по физике для 9 класса «Резонанс в акустике».

Вернуться к Списку конспектов по физике (Оглавление).

Резонанс в акустике
5 (100%) 1 vote[s]

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *