Jakie dźwięki słyszysz A3.pdf

Jakie dźwięki słyszysz?

Co łączy syrenę alarmową z dźwiękiem, który

słychać po podniesieniu słuchawki telefonicz-

nej? Częstotliwości obu tych dźwięków są tak

dobrane, aby trafiały w przedział największej

wrażliwości słuchu człowieka, i wynoszą blisko

1000 Hz. Ale czym tak naprawdę jest dźwięk?

CENTRUM NAUKI

KOPERNIK

Trochę teorii

pracuje głośnik? Czy wszyscy sły-

szymy tak samo? Aby odpowiedzieć

na te pytania, musimy zrozumieć fi-

zyczną naturę dźwięku. Dźwięk to

rozrzedzenia i zagęszczenia powietrza.

Rozchodzą się one z pewną prędkością

w każdym możliwym kierunku. Gdy

słuchamy muzyki, membrana głośni-

ka delikatnie wibruje, a jej ruchy na-

przemiennie zagęszczają i rozrzedzają

powietrze (rysunek poniżej).

wyraźniej zaobserwować w czasie

koncertu zespołu muzycznego. Ale

uważaj, bo zbyt głośny dźwięk jest

bardzo niebezpieczny – może spo-

wodować ból w uszach przy 110-

-120 dB, a nawet bezpowrotną utratę

słuchu przy natężeniu 150 dB!

Człowiek słyszy, to znaczy rejestruje

i przetwarza fale dźwiękowe. Narzą-

dem zmysłu rejestrującym dźwięki

jest ucho. Tak jak głośnik wyposażone

jest ono w membranę zwaną bło-

ną bębenkową, która odkształca się

pod wpływem nacierającej na nią fali

dźwiękowej.

Za błoną bębenkową znajdują się

delikatne kosteczki słuchowe: mło-

teczek, kowadełko i strzemiączko.

Przenoszą one drgania na membranę

obszarów w korze skroniowej mózgu,

odpowiedzialnych za analizę sygnałów

dźwiękowych.

Czy każdy z nas słyszy to samo? Lu-

dzie słyszą dźwięki o częstotliwości

w zakresie od 16 Hz do 20 000 Hz.

Dźwięki, których częstotliwość jest

mniejsza od 20 Hz, nazywamy infradź-

więkami, zaś te powyżej 20 000 Hz –

ultradźwiękami. Nasze uszy są najbar-

dziej wrażliwe na dźwięki o częstotli-

wości 2000-5000 Hz. Nieprzypadkowo

jest to częstość drgań strun głosowych.

To właśnie dlatego wiele sygnałów, np.

syreny alarmowe i dźwięk, który sły-

chać po podniesieniu słuchawki tele-

fonicznej, są tak dobrane, by trafiały

w przedział największej wrażliwości

słuchu człowieka.

Budowa ucha ludzkiego

małżowina uszna

błona bębenkowa

kosteczki słuchowe

okienko owalne

U góry: cząsteczki powietrza w stanie

równowagi

Na dole: cząsteczki powietrza zagęsz-

czane i rozrzedzane wibracjami

membrany

ślimak

nerw słuchowy

Wibrująca membrana głośnika wy-

rzuca w przestrzeń przemieszczającą

się falę zaburzeń gęstości powietrza,

czyli tak zwaną falę dźwiękową. Jeżeli

membrana wibruje szybko, zmiany

gęstości powietrza następują z dużą

częstotliwością. Ludzkie ucho odbie-

ra je jako tony wysokie. Natomiast,

jeżeli membrana odkształca się po-

woli, zmiany gęstości powietrza są

rzadsze. Fala dźwiękowa jest w tym

przypadku odbierana jako tony niskie.

Częstotliwość wyrażamy w hercach

(Hz), a liczba herców to liczba drgań

na sekundę. Na przykład 100 Hz ozna-

cza, że w ciągu 1 sekundy powietrze

zmienia swoją gęstość 100 razy.

Głośność dźwięku, mierzona w de-

cybelach (dB), zależy od siły, z jaką za-

gęszczane i rozrzedzane jest powietrze

w fali dźwiękowej. Dźwięk jest tym gło-

śniejszy, im mocniej jest ono ściskane.

Obserwując głośnik, można zauważyć,

że im mocniej podkręci się regulator,

tym mocniej wychylają się membrany

głośnika. Zjawisko to można jeszcze

przewód

słuchowy

zewnętrzny

ucho zewnętrzne

ucho środkowe

ucho wewnętrzne

zwaną okienkiem owalnym. Za okien-

kiem położony jest organ przypomi-

nający kształtem muszlę, dlatego na-

zywany jest ślimakiem. Ta część ucha

wewnętrznego wypełniona jest gęstą

cieczą, endolimfą. Wprawiana jest ona

w ruch poprzez drgania błony okienka

owalnego. Falowanie endolimfy drażni

komórki receptorowe znajdujące się na

ścianach ślimaka. Proces ten wyzwala

impulsy elektryczne (na drodze bioche-

micznej), które przekazywane są za

pośrednictwem nerwu słuchowego do

Z wiekiem nasz słuch traci wrażli-

wość na wysokie dźwięki – zakres po-

wyżej 15 000 Hz jest słyszalny jedynie

przez dzieci. Korzystając z ekspona-

tu pokazanego na wystawie, można

porównać, jaki jest zakres dźwięków

słyszanych przez osoby w różnym

wieku.

A jak słyszy największy przyjaciel

człowieka – pies? No cóż, zdecydo-

wanie lepiej od nas. Częstotliwości

słyszane przez to zwierzę mieszczą się

w zakresie od 12 do 40 000 Hz.

C zym jest dźwięk? W jaki sposób

O historii

Spekulacje na temat falowego charak-

teru dźwięku wyrosły z obserwacji fal na

wodzie. Jeśli do wody wrzucimy kamień,

to na jej powierzchni powstaną fale,

które będą się rozchodzić we wszystkich

kierunkach. Fale mogą się odbijać od

przeszkód i uginać na ich krawędziach,

a także nakładać się na siebie. Podob-

nie jest z dźwiękiem. Analogię między

dźwiękiem i falą rozchodzącą się po

wodzie sugerował już grecki filozof

Chrysippus w 240 roku p.n.e.

Akustyką zajmowali się także pita-

gorejczycy (V-IV w. p.n.e.). Utrzymy-

wali, że przyczyną dźwięku jest ruch.

Odkryli także, że muzyką rządzą ma-

tematyczne prawidłowości, co dosko-

nale zgadzało się z głoszonym przez

nich mottem mówiącym, że „Liczba

jest istotą wszechrzeczy”.

Matematyczny opis dźwięku ja-

ko fali zaburzeń gęstości powietrza

znalazł się dopiero w przełomowym

dziele Isaaca Newtona „Philosophiae

Naturalis Principia Mathematica”

(„Zasady matematyczne filozofii na-

turalnej”) z 1687 roku. W tej samej

pracy autor sformułował także trzy

zasady dynamiki.

Współczesne zastosowania

tradźwięki, wykorzystywane są

w medycynie. Ultrasonograf (USG)

służący do obrazowania wnętrza na-

szego organizmu wysyła falę dźwięko-

wą w głąb ciała i nasłuchuje odbitego

echa. Emitowane przez głowicę USG

ultradźwięki odbijane są przez tkanki

w różny sposób, który zależy głównie

od ich gęstości. Głowica rejestruje od-

bity sygnał i przekazuje go do kompu-

tera. W najnowocześniejszym badaniu

USG uzyskujemy trójwymiarowy obraz.

Dzięki niemu rodzice mogą zobaczyć

twarz dziecka przed narodzinami (zdję-

cie obok).

Dźwiękiem można także sprzątać.

Właściwość tę wykorzystują najnow-

sze aparaty cyfrowe. Jeżeli na matrycy

rejestrującej obraz osiądą pyłki kurzu,

będą one widoczne na każdym zdję-

ciu jako ciemne plamki. Matryca jest

bardzo delikatna i w żaden tradycyjny

Najnowsze aparaty USG pozwalają na uzyskanie trójwymiarowego obrazu wnętrza ciała

sposób nie można jej wyczyścić. Na

szczęście z pomocą przychodzą ultra-

dźwięki. Za każdym razem, gdy użyt-

kownik włącza aparat, ultradźwięki

wprowadzają pyłki kurzu w drgania.

W ten sposób zanieczyszczenia są

dosłownie zmiatane z powierzchni

matrycy.

B ardzo wysokie dźwięki, czyli ul-

A to ciekawe

skrzydlatym ultrasonografem jest

nietoperz. Podobnie jak głowica USG

wysyła on przed siebie falę ultradźwię-

kową i odbiera odbite echo.

Ten sposób nawigacji w ciemności

pozwala mu na uniknięcie przeszkód,

a także na upolowanie pożywienia. Nie

jest więc przesadą stwierdzenie, że nie-

toperz widzi uszami! Dlatego są one

takie duże. Zakres słyszanych przez

te zwierzęta dźwięków jest o wiele

większy niż przez człowieka czy psa

i w przypadku nietoperzy wynosi od

8 do 100 000 Hz!

Fala dźwiękowa może rozchodzić się

nie tylko w powietrzu, ale w każdym

innym gazie, cieczy (jeśli zanurzysz

głowę w wodzie, wciąż słyszysz dźwię-

ki), a nawet w ciele stałym. Im gęstsza

substancja, tym większa prędkość

przemieszczania się fali dźwiękowej.

A jak to jest w przypadku przestrzeni

kosmicznej? Głucho. Nie ma niczego,

co może ulegać kondensacji i rozprę-

żaniu, bo w kosmosie jest przecież

niemal idealna próżnia. Pokazywane

w filmach science fiction huczne eks-

plozje statków kosmicznych są więc

jedynie wymysłem filmowców.

Podstawowym zmysłem umożliwiającym nietoperzom orientację w przestrzeni jest słuch. Dlatego właśnie typowy przedstawi-

ciel tego rzędu ma wydatne uszy. Na zdjęciu nocek duży

Więcej doświadczeń

W internecie

1. Czy dźwięk można zobaczyć? Wykonaj następujące doświadczenie: ustaw

zapaloną świeczkę w pobliżu dużego głośnika. Włącz dźwięk i obserwuj,

co się dzieje z płomieniem. Spróbuj zmienić natężenie dźwięku.

Wszystko o fizyce fali dźwiękowej

www.daktik.rubikon.pl/Slowniczek/

akustyka.htm

2. Jeżeli masz psa, kup gwizdek ultradźwiękowy (można go nabyć w sklepie

zoologicznym). Dmuchając w taki gwizdek, usłyszysz jedynie cichy pisk, tymcza-

sem twój czworonożny przyjaciel usłyszy bardzo wyraźny i mocny gwizd.

Kampania społeczna Usłyszeć Świat

www.slyszymy.pl

3. Pająki nie mają uszu, ale reagują na dźwięk. Ich ciało pokryte jest bowiem

drobnymi włoskami, które są wrażliwe na drgania powietrza. Także pajęczyna

wibruje na skutek fali dźwiękowej. Klaśnij głośno w pobliżu pająka i zaobser-

wuj jego reakcję.

Ogólnopolskie Towarzystwo

Ochrony Nietoperzy

www.nietoperze.pl

Czy można zobaczyć dźwięk?

www.physics.ucla.edu/demoweb/

demomanual/acoustics/effects_of_

_sound/chladni_plate.html

CENTRUM NAUKI

KOPERNIK

www.kopernik.org.pl

C zy USG może latać? Tak! Takim

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: