Wydrukuj Pobierz materiał do PDF Pobierz materiał do EPUB Pobierz materiał do MOBI Zaloguj się, aby udostępnić materiał Dodaj całą stronę do teczki

Na filmach fantastyczno‑naukowych często widzimy zapierające dech w piersiach pojedynki statków kosmicznych. Słyszymy towarzyszące walkom eksplozje, dźwięki uderzających w kadłub asteroidów i mnóstwo innych odgłosów. Dlaczego zatem prawdziwe nagrania ze stacji kosmicznej nie rejestrują nawet ryku silników?

RoZ91cEyFRIpK
Ucho stanowi narząd zmysłu, który odbiera bodźce w postaci fal dźwiękowych.
Źródło: Pixabay, domena publiczna.
Aby zrozumieć poruszane w tym materiale zagadnienia, przypomnij sobie:
  • jakie rodzaje zmysłów posiada człowiek,

  • w jaki sposób powstaje wrażenie słuchowe.

Twoje cele
  • Omówisz przykłady źródeł dźwięku.

  • Wyjaśnisz, jak powstaje dźwięk.

  • Stwierdzisz, że prędkość rozchodzenia dźwięku zależy od ośrodka.

  • Wyjaśnisz, dlaczego dźwięk nie może rozchodzić się w próżni.

  • Wyjaśnisz, w jaki sposób zmysł słuchu odbiera i rejestruje dźwięki.

iVt7cLBdj9_d5e181

1. Czym jest dźwięk?

Co to są dźwięki i skąd się biorą? Aby odpowiedzieć na to pytanie, włącz radio i zbliż dłoń do głośnika. Czy odczuwasz drgania powietrza? A teraz zbliż rękę do ust i powiedz coś. Czy teraz też wyczuwasz podobne drgania? Jak to się dzieje, że w ogóle jesteśmy w stanie wydać z siebie głos? Może wiesz coś o strunach głosowych?

Powstawanie dźwięków
Doświadczenie 1

Ustalenie, gdzie w organizmie człowieka powstaje głos.

Co będzie potrzebne
  • nie potrzeba żadnych przedmiotów.

Instrukcja
  1. Przyłóż palce do krtani.

  2. Wypowiedz kilka słów. Co czujesz?

Podsumowanie

W krtani znajdują się struny głosowe. Kiedy mówimy na głos, struny drgają, co powoduje powstawanie dźwięków.

Dźwięk, to wrażenie słuchowe wywołane rozchodzeniem się fali akustycznej w ośrodku sprężystym jakim jest ciało stałe, woda, gaz. Wokół drgającego przedmiotu, czyli źródła dźwiękuźródła dźwiękuźródła dźwięku, w szybkim tempie powstają zagęszczenia i rozrzedzenia powietrza – fale dźwiękowefala dźwiękowa (akustyczna)fale dźwiękowe.

Rc5HMunJJvH6X1
Film przedstawia rozchodzenie się fali dźwiękowej. Na początku widać grający głośnik, którego membrana drga. Następnie ukazuje się przekrój przez głośnik i schematycznie pokazane jest, w jaki sposób drga membrana i w konsekwencji wytwarza fale dźwiękowe.
iVt7cLBdj9_d5e259

2. Jak rozchodzi się dźwięk?

Wiemy już, że dźwięki powodowane są przez drgania przedmiotów. W jaki sposób dźwięki rozchodzą się w powietrzu?

RRXccFguJNMhU1
Ilustracja interaktywna 1. Megafon to urządzenie, które nie tylko wzmacnia głos, ale też pozwala na ukierunkowanie go. Oznacza to, że dźwięk jest lepiej słyszalny tego kierunku, w który skierowany jest megafon. Ilustracja przedstawia megafon z rozchodzącymi się od niego falami dźwiękowymi. Pod spodem widnieje opis: megafon to urządzenie, które nie tylko wzmacnia głos, ale też pozwala na ukierunkowanie go. Oznacza to, że dźwięk jest lepiej słyszalny z tego kierunku, w który skierowany jest megafon.
Rozchodzenie się dźwięku
Źródło: Anita Mowczan, licencja: CC BY 3.0.

Dźwięki rozprzestrzeniają się w powietrzu i w wodzie, ale też w skałach, metalach, szkle i innych materiałach. Przekonajmy się o tym, budując prosty telefon.

Rozchodzenie się dźwięku w różnych materiałach
Doświadczenie 2

Zbadanie, czy dźwięk może rozchodzić się nie tylko w powietrzu.

Co będzie potrzebne
  • linijka,

  • miska z wodą,

  • nitka długości około 10 metrów,

  • 2 plastikowe kubki po napojach,

  • igła,

  • 2 guziki,

  • w drugiej części doświadczenia potrzebna będzie pomoc koleżanki lub kolegi.

Instrukcja
  1. Weź do ręki linijkę.

  2. Trzymając ją za jeden koniec, drugim uderz o brzeg miski i szybko, póki drży, zanurz linijkę w wodzie. Co obserwujesz?

  3. Dokładnie na środku spodów kubków wykonaj igłą dziurki i przewlecz przez nie nitki. Przywiąż guziki na końcach nitki, by nie wysunęły się z kubków.

  4. Poproś osobę z klasy, by wzięła jeden kubek, ty weź drugi. Odejdźcie na taką odległość, by nitka była naprężona. Przyłóż kubek do ucha – w tym momencie osoba, z którą wspólnie przeprowadzasz obserwację, powinna powiedzieć coś do swojego kubka. Potem zamieńcie się rolami.

Podsumowanie

Zarówno woda, jak i sznurek przenoszą drgania, a więc i dźwięki.

Rozchodzenie się fali dźwiękowej polega na rozprzestrzenianiu się drgań warstw cząsteczek ośrodka (np. powietrza). Fale dźwiękowe to fale mechaniczne, jak np. fale na sznurze.

bg‑azure
Ważne!

W przestrzeni kosmicznej panuje próżnia, to znaczy, że nie ma tam żadnych drobin. Oznacza to, że dźwięk nie może się tam przemieszczać. Dlatego w przestrzeni kosmicznej nie słychać zupełnie żadnego dźwięku.

Rozchodzenie się fal dźwiękowych w ośrodkach innych niż powietrze

Czy dźwięki zawsze rozchodzą się z taką samą prędkością? Otóż nie. Prędkość przemieszczania się fali dźwiękowej zależy od ośrodka, w którym się rozchodzi. Na przykład w wodzie dźwięk rozprzestrzenia się znacznie szybciej niż w powietrzu. Można się o tym przekonać nad jeziorem lub nad morzem – silnik płynącego statku słyszymy znacznie szybciej, jeśli nachylimy się nad wodą.

Czy dźwięki rozchodzą się w próżni?
Doświadczenie 3

Zbadanie, czy dźwięk może rozchodzić się w próżni?

Co będzie potrzebne
  • budzik

  • pojemnik próżniowy

  • pompka próżniowa lub odkurzacz

Instrukcja
  1. Stawiając budzik na stole uruchom go. Czy wyraźnie słyszysz dźwięk budzika?

  2. Ten sam włączony budzik wstaw do pojemnika próżniowego i przy pomocy pompki próżniowej lub odkurzacza odciągnij powietrze z pojemnika.

  3. Wsłuchaj się w dźwięk wydawany przez włączony budzik. Czy słysz tak samo, jak wtedy, gdy budzik nie był umieszczony w pojemniku próżniowym?

Podsumowanie

W próżni fale dźwiękowe nie rozchodzą się.

RLY0Wias8WR2Z1
Indianie wiedzieli, że dźwięk galopującego stada bizonów jest doskonale przenoszony przez ziemię. Dzięki temu, przykładając ucho do podłoża, mogli wcześniej usłyszeć zbliżające się zwierzęta.
Źródło: Tomorrow Sp. z o.o., licencja: CC BY 3.0.
Prędkość rozchodzenia się dźwięku w różnych ośrodkach

Ośrodek

Prędkość rozchodzenia się dźwięku (m/s)

szkło kwarcowe

6000

stal

5100–6000 (zależnie od składu)

lód

3300

woda

1500

powietrze na poziomie morza

340

Indeks górny Źródło: calculla.pl; Tabela prędkości dźwięku. Indeks górny koniec

1
Ćwiczenie 1

Zastanów się, czy dźwięk rozchodzi się szybciej w powietrzu zimnym czy ciepłym oraz w powietrzu suchym czy wilgotnym.

RyT906jscQCL1
(Uzupełnij).
iVt7cLBdj9_d5e391

3. Jak uszy rejestrują dźwięk?

Skoro już wiemy, jak rozchodzi się dźwięk, dowiedzmy się, w jaki sposób go odbieramy. Narządem zmysłu słuchu są uszy. Przyjrzyjmy się, jak zbudowane są nasze czujniki dźwięków. Na zewnątrz widzimy tylko część ucha – małżowinę uszną, która działa podobnie jak mikrofon, czyli odbiera dźwięki z otoczenia. Właściwy narząd słuchu mieści się wewnątrz głowy.

R6TrQ9XdoWuPq1
Animacja przedstawia drogę fali dźwiękowej w uchu. Fala dźwiękowa docierająca do ucha przechodzi kolejno przez: małżowinę, przewód słuchowy, i dociera do błony bębenkowej. Wprawia ją w drgania. Z błoną bębenkową połączone są kosteczki słuchowe, które wzmacniają drgania i przenoszą je do ślimaka. W ślimaku drgania zostają zamienione na impulsy nerwowe.

Ucho składa się w ucha zewnętrznego, środkowego i wewnętrznego. Na ucho zewnętrzne składają się widoczna na zewnątrz małżowina uszna oraz przewód słuchowy, który przewodzi fale dźwiękową na błonę bębenkową. Oddziela ona ucho zewnętrzne od jamy ucha środkowego, w której znajdują się trzy kosteczki słuchowe: młoteczek, kowadełko i strzemiączko. Dalej znajduje się ucho wewnętrzne, a w nim wypełniony płynem ślimak (przewód ślimakowy) z właściwym narządem słuchu - narządem Cortiego. Tworzą go orzęsione komórki zmysłowe. Fala dźwiękowa z przewodu słuchowego trafia na błonę bębenkową wprawiając ją w drgania, które są następnie przekazywane na kosteczki słuchowe i dalej do ślimaka w uchu wewnętrznym. Płyn wypełniający kanały ślimaka zostaje wprawiony w ruch, co powoduje ruch rzęsek komórek zmysłowych narządu Cortiego, co powoduje powstanie impulsów nerwowych, które za pośrednictwem nerwów są przekazywane do mózgu.

bg‑gray2
1
Ciekawostka

Zwierzęta, podobnie jak człowiek, odbierają fale dźwiękowe za pomocą uszu. Są jednak i takie organizmy, które do wykonywania tej czynności wykształciły inne przystosowania. U ryb na przykład występuje specjalny narząd położony wzdłuż całego ciała, który odbiera drgania wody. Węże drgania ze środowiska zewnętrznego odbierają za pomocą szczęki, a następnie przekazują je do ślimaka w uchu wewnętrznym. U koników polnych natomiast narząd słuchu znajduje się na odnóżach krocznych.

R2Ya4RavMz3PW
Jeśli spojrzelibyśmy na tylne odnóża konika polnego przez lupę, to zobaczylibyśmy duże otwory. To one właśnie służą do odbierania dźwięków.
Źródło: Pixabay, domena publiczna.

Pamiętamy, że dwoje oczu pozwala nam widzieć przestrzennie. W jakim celu mamy zatem dwoje uszu?

Uszy
Doświadczenie 4

Zbadanie, po co człowiek ma dwoje uszu.

Co będzie potrzebne
  • wata lub zatyczki do uszu,

  • pomoc kolegi.

Instrukcja
  1. Zamknij oczy i poproś osobę z klasy, by chodziła cicho dookoła ciebie i co jakiś czas coś mówiła. Wskaż ręką, gdzie się znajduje, gdy słyszysz jej głos. Otwórz oczy i spytaj, czy twoje wskazania były prawidłowe.

  2. Włóż do jednego ucha zatyczki do uszu lub watę i wykonajcie czynności z punktu 1. Czy twoje wskazania też były poprawne?

Podsumowanie

Dwoje uszu pozwala nam dokładnie określić, z którego kierunku dobiega dźwięk. Za pomocą jednego ucha nadal słyszymy dobrze, ale trudno nam precyzyjnie określić położenie źródła dźwięku.

1
Ćwiczenie 2

Zastanów się, czy jesteś w stanie odczuwać pewne dźwięki, np. głębokie basy, innymi częściami swojego ciała.

R77hEbu6moirs
(Uzupełnij).
iVt7cLBdj9_d5e489

Podsumowanie

  • Dźwięki powstają w wyniku drgań różnych ośrodków.

  • Fala dźwiękowa to drgania rozchodzące się od źródła dźwięku.

  • Narządem zmysłu słuchu jest ucho, które odbiera fale dźwiękowe i za pośrednictwem błony bębenkowej, kostek słuchowych przekazuje je do ślimaka. Tam są one przetwarzane na impulsy nerwowe i kierowane do mózgu.

bg‑azure

Praca domowa

11
Ćwiczenie 1

Zastanów się i uzasadnij, dlaczego stojąc nad brzegiem morza, dwa razy usłyszymy dźwięk eksplozji, która miała miejsce na morzu.

RZZjHFP6DdCsB
(Uzupełnij).
iVt7cLBdj9_d5e541

Słowniczek

fala dźwiękowa (akustyczna)
fala dźwiękowa (akustyczna)

rozchodzące się w przestrzeni drgania cząsteczek ośrodka, skutkiem których są chwilowe zagęszczenia i rozrzedzenia ośrodka

fale dźwiękowe można opisać za pomocą wzoru V=𝜆/T

V - prędkość fali dźwiękowej [m/s]

𝜆 - długość fali dźwiękowej [m]

T - okres drgań fali [s]

źródła dźwięku
źródła dźwięku

drgające ciała wytwarzające falę dźwiękową

iVt7cLBdj9_d5e599

Zadania

1
Pokaż ćwiczenia:
11
Ćwiczenie 1
RaETPEbyutJ8D1
zadanie interaktywne
Źródło: Dariusz Kajewski <Dariusz.kajewski@up.wroc.pl>, licencja: CC BY 3.0.
1
Ćwiczenie 2
R1CK4DjHjltmI1
zadanie interaktywne
Źródło: Dariusz Kajewski <Dariusz.kajewski@up.wroc.pl>, licencja: CC BY 3.0.
R1ezCEVnHteVj1
Ćwiczenie 3
Wstaw nazwy elementów budowy ucha w odpowiednie miejsce.
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.
2
Ćwiczenie 4
R12lFy5Ju9npk1
zadanie interaktywne
Źródło: Marek Czowgan, licencja: CC BY 3.0.
bg‑azure

Notatnik

R6i6iOZuRyNo2
(Uzupełnij).
Aplikacje dostępne w
Pobierz aplikację ZPE - Zintegrowana Platforma Edukacyjna na androida