Temat

Głośno czy cicho - natężenie dźwięku

Etap edukacyjny

Drugi

Podstawa programowa

VIII. Ruch drgający i fale. Uczeń:

7) opisuje jakościowo związek między wysokością dźwięku a częstotliwością fali oraz związek między natężeniem dźwięku (głośnością) a energią fali i amplitudą fali.

Czas

45 minut

Ogólny cel kształcenia

Wprowadzenie pojęcia natężenia dźwięku oraz poziomu natężenia dźwięku.

Kształtowane kompetencje kluczowe

1. Zdefiniowanie pojęcia mocy akustycznej.

2. Wprowadzenie pojęcie natężenia dźwięku.

3. Przedstawienie pojęcia poziomu natężenia dźwięku.

Cele (szczegółowe) operacyjne

Uczeń:

- posługuje się pojęciem natężenia dźwięku,

- wykorzystuje poziom natężenia dźwięku do rozwiązywania powstałych problemów.

Metody kształcenia

1. Wykład problemowy.

2. Formułowanie problemów i pomysłów ich rozwiązywania.

Formy pracy

1. Współpraca w grupie.

2. Sporządzanie notatek z lekcji.

Etapy lekcji

Wprowadzenie do lekcji

Odpowiedz na pytania wprowadzające:

1. Co to jest fala dźwiękowa?

2. Wymień cechy fali dźwiękowej.

3. Czy rozchodząca się fala dźwiękowa przenosi energię ?

4. Czy każdy dźwięk z zakresu od 16 Hz do 20 kHz jest dla nas słyszalny?

Realizacja lekcji

Ucho zbiera energię tylko z obszaru jaki samo zajmuje, więc dla wrażenia głośności istotna jest energia padająca w jednostce czasu na jednostkę powierzchni.

Charakterystyczną cechą dźwięku jest natężenie. Natężenie przedstawia stosunek energii przenoszonej przez falę głosową w jednostce czasu do powierzchni. Jest to więc stosunek mocy akustycznej padającej na określoną powierzchnię.

gdzie:
$E$ - natężenie dźwięku padającego na powierzchnię $S$,
$P_{\mathrm{akustyczna}}$ - moc fali akustycznej docierającej do powierzchni $S$ (moc emitowana przez źródło dźwięku w postaci fali akustycznej),
$S$ - powierzchnia, na którą pada dźwięk.

10 razy większe natężenie dźwięku nie jest przez człowieka odbierane jako 10 razy głośniejszy dźwięk.

Dlatego wprowadza się jednostkę zwaną poziomem natężenia dźwięku [dB]. Dla określenia poziomu natężenia dźwięku ustala się częstotliwość odniesienia jako f = 1000 Hz. Dla niej próg słyszalności wynosi $E_0={10}^{-12}\frac{W}{m^2}$. Jest to punkt zerowy nowej skali. Natężenie 10 razy większe to 10 dB, 100 większe to 20 dB itd.

[Ilustracja 1]

Obszar słyszalności:
Aby usłyszeć dany dźwięk nie wystarczy by jego częstotliwość była z zakresu 16 Hz – 20000 Hz (20 kHz). Konieczne jest także pewne progowe natężenie dźwięku, poniżej którego nie odbierzemy wrażeń słuchowych. Jest to tzw. próg słyszalności.

Natomiast powyżej pewnego natężenia dźwięku nie odbierzemy już żadnych wrażeń słuchowych. Odczujemy tylko ból. Stąd nazwa próg bólu.

[Ilustracja 2]

[Ilustracja interaktywna]

Przykładowe wartości poziomu natężenia dźwięku:

10 dB – szelest liści przy łagodnym wietrze,
20 dB – szept,
30 dB – bardzo spokojna ulica bez ruchu,
40 dB – szmery w domu,
50 dB – szum w biurach,
60 dB – odkurzacz,
70 dB – wnętrze głośnej restauracji, darcie papieru, wnętrze samochodu,
80 dB – głośna muzyka w pomieszczeniach, trąbienie,
90 dB – ruch uliczny,
100 dB – motocykl bez tłumika,
110 dB – piła łańcuchowa,
120 dB – wirnik helikoptera w odległości 5 metrów,
140 dB – start myśliwca,
160 dB – eksplozja petardy,
190 dB – start statku kosmicznego,
220 dB – eksplozja bomby atomowej.

[Ilustracja 3]

Podsumowanie lekcji

Natężenie dźwięku jest wielkością, która opisuje moc fali akustycznej przypadającej na jednostkową powierzchnię $\left[\frac{W}{m^2}\right]$. Wprowadza się jednostkę zwaną poziomem natężenia dźwięku [dB]. Wzorcową częstotliwością jest f = 1000 Hz. Dla niej próg słyszalności wynosi $E_0={10}^{-12}\frac{W}{m^2}$. Jest to punkt zerowy nowej skali.

Aby usłyszeć dany dźwięk nie wystarczy by jego częstotliwość była z zakresu 16 Hz – 20 kHz. Konieczne jest także pewne progowe natężenie dźwięku, poniżej którego nie odbierzemy wrażeń słuchowych. Jest to tzw. próg słyszalności.

Natomiast powyżej pewnego natężenia dźwięku nie odbierzemy już żadnych wrażeń słuchowych. Odczujemy tylko ból. Takie natężenie dźwięku nazywamy progiem bólu.