Головні думки
● Звук — це коливання повітря, води або іншого середовища.
● Гучність звуку залежить від розмаху звукових коливань.
● З частотою коливань пов’язаний тон звуку: що більшою є частота коливань, то вищим є тон.
● Збільшення натягу струни або зменшення (при постійному натягу) довжини її частини, яка видає звук, викликає підвищення тону її звуку.
Опануйте поняття
● Звук
● Гучність
● Тон
● Звуковий резонанс
Пригадайте, чи вам доводилося чути гучні звуки? Можливо, ви пам’ятаєте, що ці звуки відчуваються не лише слухом; усе тіло може сприймати їх як відчутне тремтіння. Щоб упевнитися в тому, що звук — це тремтіння, можна провести нескладний дослід. Зріжте з легкого пластикового стакана дно та затягніть його плівкою, як показано на ілюстрації; покладіть на цю плівку щось легеньке, наприклад, зернятка рису. Поставте стакан на колонки комп’ютера чи плеєра та увімкніть їх гучніше. Що ви бачите?
Якщо увімкнути колонки по-справжньому гучно, вам навіть не знадобиться стакан з плівкою: зернятка «затанцюють» просто на колонці. Утім, бережіть інших людей, не вмикайте гучні звуки, якщо вони комусь заважатимуть!
Зернятка рису нібито танцюють на плівці, що затягує стакан. Стакан і плівка потрібні, щоб посилити звукові коливання
Як поширюється звук? Як хвиля! Ми звикли бачити хвилю на поверхні води, але це лише один приклад доволі повільних хвиль. І в повітрі, і у воді, і в твердих тілах можуть поширюватися звукові хвилі, що є чергуванням стиснення та розрідження речовини.
Коли листок упав на поверхню води, і у воді, і в повітрі поширилися невидимі для нас звукові хвилі. У той самий час поверхнею води розійшлися набагато повільніші поверхневі хвилі, які ми можемо побачити… А чим відрізняються звукові хвилі від падіння листка та від ударів молотка?
Уявили різницю звуків від удару молотка та падіння листка? Звуки утворюють цілий світ, вони передають нам безліч деталей і відтінків! Головне чуття, за яким уявляє собі світ здорова людина, — це зір. Утім, слух не набагато відстає від зору за значенням для нашого пізнання навколишнього світу.
Як особливості звуку пов’язані з особливостями тих явищ, які його спричинюють? Дізнаємося про це за допомогою експерименту!
Ми пропонуємо вам повторити експерименти, які давні греки вважали кроком до розуміння головних таємниць світу. Потрібна натягнута струна. Її можна зробити різними способами, зокрема, за допомогою звичайної гумки для грошей — тоненького гумового кільця.
Прикручуємо до дошки дерев’яні обрізки та натягуємо на них гумку (бажано, щоб вона була рівненька — мала однакову товщину по всій довжині). Будьте обережні: якщо гумка зірветься з опори або порветься, вона може боляче вас хльоснути! Розташувати опори потрібно так, щоб гумка була сильно розтягнута, але не рвалася.
У нас утворилися натягнуті між опорами дві частини гумки, які можна зачепити якимось зручним інструментом та… почути звук, який видаватиме ця саморобна струна!
Роздивіться: одна з натягнутих між дерев’янками частин гумки на фото вийшла розмитою. Чому?
Її зачепили та відпустили, і тепер вона коливається та видає звук!
Перше запитання, на яке ми можемо знайти відповідь за допомогою нашого саморобного пристрою, таке.
Що визначає гучність звуку?
Спробуйте торкнутися саморобної струни ледь-ледь, і відтягнути її суттєвіше. Навіть власними очима ви можете побачити, що в першому випадку струна коливатиметься слабко, а в другому — сильніше. У чому різниця між слабкими та сильними коливаннями? У першому випадку струна віддаляється від свого положення у спокійному стані на незначну відстань, а в другому — суттєво далі. Розмах коливань (відстань між різними положеннями) струни в другому випадку є більшим, а вуха повідомлять вам, що в першому випадку струна видаватиме тихий звук, а в другому — гучний.
Гучність звуку визначає розмах звукових коливань!
Ми можемо почути звук від коливань двох частин нашої саморобної струни. Примусьте коливатися спочатку одну її частину, а потім другу. Чи однакові звуки вони видають? Найімовірніше, звуки будуть різними та матимуть різний тон.
Тон — це якість звуку, що відрізняє, наприклад, звуки від різних струн фортепіано, що викликані натисканням на різні клавіші. Звук нашої гумки менш красивий, ніж звук фортепіано, і на це є багато причин. Фортепіано й подібні інструменти пройшли величезний шлях удосконалення, але початком цього шляху були експерименти зі струнами, подібні до нашого.
Тон — важлива характеристика звуку. Щоб зрозуміти, що він характеризує, згадайте, чим відрізняється низький «голос» дзвону від високого звуку дзвіночка!
Як домогтися того, щоб наші дві струни видавали однаковий або хоча близький тон? Зробити їх однаковими! Якщо одна з частин гумки натягнута сильніше, її звук відрізнятиметься. Щоб зробити звук однаковим, відтягуйте гумку біля опори та переносьте її невелику частину у той чи іншій бік.
А як пов’язаний тон струни з її натягом? Порівняйте два випадки, зображені на ілюстрації.
У першому випадку (зверху) струна менш натягнута, ніж у другому (знизу).
У якому випадку її тон буде вищим, у якому — нижчим?
Якщо натяг струни є меншим, її тон — нижчий. Тому гумку слід переміщувати (ледь-ледь!) від частини, що звучить нижче, до частини, що звучить вище.
Чому натяг струни підвищує тон звуку, який вона видає? Більша сила натягу примушує струну швидше повертатися в положення, від якого вона відхилилася, і частота її коливань від цього зростає.
Якщо ви будете дуже акуратні, можливо, ви досягнете однакового звуку від обох частин струни. Спробуйте: коли обидві половинки гумового кільця натягнуті однаково, вони звучать нібито «в один голос», у тому самому тоні.
А що буде, якщо за того самого натягу струни змінити її довжину? Візьмемо ще один шматочок деревини, який ми не будемо прикріплювати до дошки-основи. Переміщуючи цей шматок, зможемо, майже не змінюючи натягу нашої гумової струни, змінювати довжину тієї її частини, що видає звук.
Зменшення довжини струни спричинить до підвищення її тону! Із ближчого до нас боку частину «струни», що видає звук, скорочено удвічі
Але згадайте: коли ми зменшили довжину гумової струни, розтягуючи її на ближчих одна до одної опорах, її звук став нижчим. Чому в тому разі зменшення довжини понизило звук, а зараз — підвищує? Тому що раніше зменшення довжини струни супроводжувалося зменшенням її натягу, а зараз натяг залишається сталим. Тон струни залежить і від її довжини, і від її натягу.
Якщо ви добилися, щоб дві половинки гумки звучали «в один голос», то можете впевнитися, що звук повної «струни» з одного боку та частинки «струни» з іншого боку може бути красиво узгодженим, а може бути й неприємним. Краще за все узгоджується звук повної струни з одного боку, та половинки такої самої струни — з другого.
На цьому припинимо наші досліди. Зверніть увагу: по-перше, у нашому експерименті ми встановили закономірності, що визначають звук коливань натягнутої струни. По-друге, ми почали дослідження, які звуки красиво узгоджуються один з одним, або, навпаки, сполучаються неприємно для слухача. Такі дослідження, що були проведені ще в давнину, стали основою вивчення музики та винаходів музичних інструментів.
Музичні інструменти можна розділити на три основні групи: струнні, духові та ударні. У струнних інструментах коливання утворюють струни. Так, у дерев’яному корпусі рояля натягнуті струни, коливання яких утворюють звук. Струни скрипки коливаються поруч з її дерев’яним корпусом. У духових інструментах коливання відбуваються в потоці повітря, який іде певними шляхами в корпусі інструмента. В ударних інструментах коливається поверхня, по якій завдано удар, а корпус підсилює звук…
Три групи музичних інструментів
Ви бачите? Крім тієї частини, що створює коливання, майже в усіх інструментах є порожнистий корпус, що посилює звук. Ви знаєте, що струна, залежно від своїх властивостей, коливається відповідно до певного тону. Але й повітря у певному об’ємі та певний порожнистий корпус здатні коливатися відповідно до певного тону.
Згадайте перший дослід, який ми обговорювали на цьому тижні. Що змусило коливатися плівку з рисовими зернами? Її підштовхували звукові коливання. Таким саме чином звук може викликати коливання і струн, і повітря у духовому музичному інструменті, і корпусу струнного інструменту.
Явище, коли звукові коливання спричиняють коливання інших тіл, що самі починають звучати та підсилювати звук, має назву звуковий резонанс (слово «резонанс» походить з латинської мови та означає «відгук»).
Метою експерименту є виготовлення духового інструменту зі скляної пляшки.
Матеріал та обладнання: пляшка, джерело звуку (камертон, будь-який музичний інструмент, що видає звук певного тону, окрема струна або мобільний телефон, на якому записано звук певного тону).
Камертон — це металева «виделка», коливання якої видає звук певного тону. У пляшки налита різна кількість води. У якій з них виникне найсильніший резонанс зі звуком камертона?
Завдання 1. Дослідити виникнення явища резонансу.
Для проведення досліду необхідно наповнити пляшку водою, піднести до її шийки джерело звуку та послухати, чи виникає резонанс (новий звук, який видає сама пляшка).
Завдання 2. Дослідити вплив кількості води на силу резонансу.
Під час виконання цієї роботи потрібно зазначити, за якої кількості води у пляшці виникне найсильніший резонанс з джерелом звуку.
Коли пляшка «заспіває», потрібно спробувати додавати або забирати незначну кількість води, щоб підібрати її кількість, найкращу для резонансу
Висновок. Явище резонансу виникає внаслідок ……… На його силу може впливати ………………
Експерименти зі струною, для якої можна було змінювати її довжину та силу натягу, провели ще в античності. Давні греки вважали, що зв’язок між музикою та математикою відкрив Піфагор — легендарний учений, що жив у шостому столітті до нашої ери. Точно не відомо, чи то сам Піфагор зробив відкриття, які пов’язують з його іменем, чи це було результатом роботи цілої школи. Зараз це не так і важливо…
Монохорд (ця назва означає «одна струна») Піфагора — це струна, що натягнута над порожнистим дерев’яним коробом-резонатором. Наша гумова струна дещо нагадувала монохорд. Використовуючи два монохорди, що настроєні на один тон, можна встановити, що дві однаково натягнуті струни звучать узгоджено або в разі, якщо вони мають однакову довжину, або якщо їх довжини відносяться як прості числа: 2 : 1, 3 : 1, 3 : 2 тощо. Те, як узгоджуються звуки, можна описати за допомогою математики! Звісно, це було величезним відкриттям…
Монохорд Піфагора
В електронній версії підручника використані додаткові завдання, що відрізняються від тих, які містяться у друкованій версії
У стані розробки…