Творческое задание, страница 180 - гдз по физике 9 класс учебник Закирова, Аширов

Подготовьте сообщение по темам (на выбор):

1. «Диапазон звуков, воспринимаемых животными».

2. «Музыкальные звуки. Тембр звука».

3. «Влияние ультразвука и инфразвука на организм человека и животных».

«Диапазон звуков, воспринимаемых животными»

Человеческое ухо способно воспринимать звуковые колебания в диапазоне частот от $20$ Герц (Гц) до $20 \ 000$ Гц ($20$ килогерц, кГц). Этот диапазон называется слышимым. Звуки с частотой ниже $20$ Гц называются инфразвуком, а с частотой выше $20$ кГц – ультразвуком. Мир животных полон звуков, которые мы не можем услышать, поскольку их слуховые аппараты адаптированы к совершенно иным частотам, что жизненно важно для их выживания, общения и охоты.

Восприятие инфразвука:
Некоторые крупные животные используют инфразвук для общения на больших расстояниях, так как низкочастотные волны могут распространяться на десятки километров, огибая препятствия.
• Слоны: Общаются с помощью инфразвука (от $5$ Гц), который распространяется через землю и воздух. Они могут предупреждать друг друга об опасности или находить партнеров на расстоянии до $10$ км.
• Киты (например, синие киты и финвалы): Используют инфразвуковые сигналы (около $10-40$ Гц) для коммуникации в океане на сотни километров.
• Тигры: Их рык содержит инфразвуковые компоненты, которые могут вызывать у других животных чувство страха и паралича.
• Аллигаторы и жирафы: Также используют инфразвук для общения.

Восприятие ультразвука:
Ультразвук имеет короткую длину волны, что позволяет использовать его для точной эхолокации – определения местоположения объектов по отраженному звуку.
• Летучие мыши: Являются мастерами эхолокации. Они издают ультразвуковые сигналы в диапазоне от $20$ до $200$ кГц и, анализируя эхо, создают подробную "звуковую картину" окружающего мира, что позволяет им охотиться на насекомых в полной темноте.
• Дельфины и киты (зубатые): Используют ультразвук (до $150$ кГц и выше) для эхолокации под водой, чтобы находить пищу и ориентироваться в пространстве.
• Собаки: Слышат звуки частотой до $45-65$ кГц, поэтому они реагируют на специальные ультразвуковые свистки, которые не слышны человеку.
• Кошки: Их слух еще более чувствителен к высоким частотам (до $60-80$ кГц), что помогает им охотиться на грызунов.
• Грызуны (мыши, крысы): Общаются между собой с помощью ультразвуковых сигналов (до $90$ кГц).

Ответ: Диапазон воспринимаемых животными звуков значительно шире человеческого и включает инфразвук (ниже $20$ Гц) и ультразвук (выше $20$ кГц). Эти способности являются результатом эволюционной адаптации и используются для дальней связи (инфразвук) или для охоты и навигации с помощью эхолокации (ультразвук).

«Музыкальные звуки. Тембр звука»

Музыкальный звук, в отличие от шума, представляет собой периодическое колебание, которое воспринимается как звук определенной высоты. Шум же является совокупностью множества хаотичных, непериодических колебаний. Основными характеристиками музыкального звука являются высота, громкость, длительность и тембр.

• Высота звука определяется частотой колебаний источника звука. Чем выше частота, тем выше звук. Эта основная частота называется основным тоном.
• Громкость зависит от амплитуды колебаний: чем больше амплитуда, тем громче звук.
• Длительность – это время, в течение которого звучит звук.

Тембр (от фр. timbre – «колокольчик», «отличительный знак») – это уникальная окраска звука, его «качество». Именно тембр позволяет нам различать звуки одинаковой высоты и громкости, исполненные на разных музыкальных инструментах (например, скрипке и фортепиано) или спетые разными людьми.

Физическая природа тембра заключается в том, что любой музыкальный звук, кроме простейшего (тона), является сложным. Он состоит из:
1. Основного тона (или основной частоты, $f_0$), который определяет высоту звука.
2. Обертонов (от нем. ober – «верхний») – дополнительных, более высоких по частоте тонов, которые звучат одновременно с основным. Частоты обертонов, как правило, кратны частоте основного тона: $2f_0, 3f_0, 4f_0, \dots$. Такие обертоны называются гармоническими или гармониками.

Тембр звука определяется составом обертонов, а точнее – их количеством и относительной интенсивностью (громкостью). Разные инструменты и голоса создают разный набор обертонов с разной амплитудой. Например, у флейты обертоны слабые, поэтому ее звук чистый и мягкий. У скрипки, наоборот, спектр обертонов очень богат, что придает ее звучанию насыщенность и выразительность. Таким образом, тембр – это своего рода акустический "паспорт" звука.

Ответ: Тембр – это качественная характеристика звука, его "окраска", которая позволяет различать инструменты и голоса при одинаковой высоте и громкости. Физически тембр определяется наличием, количеством и относительной интенсивностью обертонов (призвуков), сопровождающих основной тон звука.

«Влияние ультразвука и инфразвука на организм человека и животных»

Ультразвук и инфразвук – это звуковые волны, находящиеся за пределами слышимости человеческого уха, но оказывающие значительное влияние на живые организмы.

Влияние ультразвука (частота > $20$ кГц)
На человека:
• Положительное (применение в медицине): Ультразвук низких интенсивностей широко используется в диагностике (УЗИ) для визуализации внутренних органов, сосудов и плода во время беременности. Этот метод считается безопасным и неинвазивным. В терапии ультразвук применяют для разрушения камней в почках (литотрипсия), прогревания тканей и в косметологии.
• Отрицательное: Ультразвук высокой интенсивности, особенно при промышленном контакте (например, при работе с ультразвуковыми станками, очисткой), может быть вреден. Он вызывает нагрев тканей и кавитацию (образование и схлопывание пузырьков газа в жидкости), что может повредить клетки. Длительное воздействие может приводить к головным болям, усталости, нарушениям нервной и эндокринной систем.
На животных:
Многие животные (летучие мыши, дельфины) используют ультразвук для ориентации и охоты. Однако для других животных он может быть неприятен. На этом основано действие ультразвуковых отпугивателей грызунов и насекомых, которые создают для них дискомфортную акустическую среду.

Влияние инфразвука (частота < $20$ Гц)
На человека:
Источниками инфразвука являются как природные явления (землетрясения, сильный ветер, извержения вулканов), так и техногенные объекты (ветряные турбины, тяжёлая техника, транспорт). Человек не слышит инфразвук, но может ощущать его как вибрацию. Инфразвук, особенно с частотой около $7-8$ Гц, может входить в резонанс с внутренними органами и биоритмами мозга. Воздействие инфразвука высокой интенсивности может вызывать:
• Психологические эффекты: беспричинное беспокойство, страх, панику, дезориентацию.
• Физиологические эффекты: головную боль, тошноту, нарушение зрения, сбои в работе сердечно-сосудистой и дыхательной систем.
На животных:
Многие животные гораздо чувствительнее к инфразвуку, чем люди. Слоны и киты используют его для общения на большие расстояния. Способность улавливать инфразвуковые колебания земли помогает животным предчувствовать природные катаклизмы, такие как землетрясения и цунами, и заблаговременно покидать опасные зоны.

Ответ: Ультразвук находит широкое применение в медицине, но при высоких интенсивностях может быть вреден для тканей организма. Инфразвук, хотя и не слышен, способен вызывать у человека и животных негативные физиологические и психологические реакции, такие как тревога и тошнота. В животном мире и ультразвук, и инфразвук играют важнейшую роль в коммуникации, навигации и выживании.