Propozycja doświadczenia na Konkurs ZZZ Imię i nazwisko ucznia 1

Propozycja doświadczenia na Konkurs ZZZ Imię i nazwisko ucznia 1

1
Propozycja doświadczenia na Konkurs ZZZ
Imię i nazwisko ucznia 1
Wojciech Mętel
Imię i nazwisko ucznia 2
Aleksander Rek
Numer grupy / numer zespołu
312/G/NYS/OPO_ZES_NR_1
Nazwa i adres szkoły
Gimnazjum nr 3 im. Żołnierzy Armii Krajowej
w Nysie
ul. T. Kościuszki 10 48-300 Nysa
Imię i nazwisko nauczyciela
Beata Krzan
Tytuł pokazu
Co tłumi dźwięk?
Dział fizyki
Akustyka
Potrzebne materiały do doświadczeń
Pudło prostopadłościenne wykonane z płyty
wiórowej (płyta MDF/wiórowa),
generator akustyczny (ewentualnie wzmacniacz
mocy + rezystor 47 Ω), niewielki głośnik np. 2,5”,
8 Ω, gąbka, wełna mineralna, wata, kabel łączący
generator z głośnikiem (rys. 1.)
Koszt materiałów do doświadczeń
w zależności od tego, co można znaleźć
w gospodarstwie domowym: do 30-40 zł.
Wykorzystane eksperymenty
nie więcej niż trzy połączone tematycznie
Nazwa / tytuł
Badanie tłumienia fali akustycznej o różnych
częstotliwościach przez wybrane materiały:
1. gąbkę
2. wełnę mineralną
3. watę szklaną
2
1. Cele przeprowadzenia doświadczeń:
Zbadanie, które częstotliwości są skutecznie tłumione przez jakie materiały oraz jak gęstość
materiału wpływa na poziom dźwiękochłonności.
2. Opis wykonania doświadczeń:
• Budujemy z desek (płyty wiórowej) prostopadłościan, w jednej z jego ścian bocznych
wykonujemy otwór, na tyle duży by móc zamontować we wnętrzu głośnik.
Wykorzystałem posiadaną już wcześniej kolumnę głośnikową wykonaną z płyty wiórowej
(rys. 2).
• Na jednym końcu prostopadłościanu należy umieścić głośnik (niezbyt duży , mój ma 2,5”, 8
Ω (rys. 5.), a w w otworze wykonanym w przeciwległej ścianie, będziemy umieszczać
kolejne próbki materiałów tłumiących (rys.6).
• Podłączamy głośnik do generatora. Generator ma rezystancję wyjściową Rl ≥ 40Ω, a głośnik
8Ω, więc aby nie uszkodzić generatora zastosowałem rezystor 47Ω 5W. Jest on
zamocowany na radiatorze w celu chłodzenia – nagrzewa się do nawet dwustu stopni
Celsjusza. Na górnej płycie znajdują się również gniazda „chinch”/ RCA, jedno dla oporności
50Ω , a drugie dla 8Ω – przydatne, gdy używamy wzmacniacza mocy.
• Włączamy generator do sieci . Potencjometrem „f” –częstotliwość ustawiamy dźwięk na
najniższy słyszalny poziom – kilkadziesiąt Hz dla fali sinusoidalnej.
• Zatykamy otwór kolejno: watą, potem gąbką, na końcu: wełną mineralną. Nasze ucho
rejestruje największe tłumienie przy otworze tłumionym wełną.
• Przełączamy zakres generatora na falę trójkątną (ew. prostokątną) i sprawdzamy tłumienie
dla częstotliwości 1 kHz, 4kHz, i 16 kHz. W tych zakresach częstotliwości wełna nadal
wykazuje najlepsze własności tłumiące. Po dłuższym czasie czujemy ręką, że jej
temperatura wzrosła (wełna się nagrzała).
3.
rys.1
Zdjęcia, rysunki do opisu wykonania doświadczeń (nie więcej niż 6 szt. o zmniejszonej
rozdzielczości):
rys.2
3
rys.3
rys.4
rys.5
rys.6
4. Wyjaśnienie teoretyczne:
Rys. 3. obrazuje przeprowadzone badanie dźwiękochłonności. Wzrost temperatury w wełnie
mineralnej dłuższy czas eksponowanej na działanie dźwięku spowodowany jest tym, że wełna ma
gęsto rozmieszczone włókna, a więc fala dźwiękowa poruszając nimi, powoduje zamianę energii
drgań powietrzu w ciepło (tarcie) . W wacie, ani w gąbce nie zachodzi takie zjawisko.
Przyczyną wrażeń dźwiękowych u ludzi i zwierząt jest oddziaływanie na ich organy słuchu fal
sprężystych, rozchodzących się powietrzu lub innym ośrodku sprężystym pod wpływem drgań
mechanicznych jakiegokolwiek ciała (źródła dźwięku) np. membrany głośnika, pudło skrzypiec.
Zmieniając częstotliwość dźwięku można się przekonać, o tym, że człowiek z normalnym słuchem
jest zdolny przyjmować w postaci dźwięku tylko fale sprężyste, których częstotliwości zawierają się
w granicach 16-20000 Hz.
W akustyce fizjologicznej w celu scharakteryzowania wrażeń dźwiękowych stosuje się pojęcia:
wysokość, barwa i głośność dźwięku.
Wysokość dźwięku to subiektywna cecha określająca wrażenia słuchowe, jakie powstaje pod
wpływem fali dźwiękowej o określonej częstotliwości i umożliwiająca porządkowanie dźwięków do
niskich do wysokich lub odwrotnie.
4
W miarę zwiększania się częstości dźwięku rośnie jego wysokość.
Barwa dźwięku to subiektywna cecha dźwięku umożliwiająca słuchaczowi rozróżnienie dźwięków
o tej samej głośności i wysokości lecz różniących się widmem - pochodzących z różnych źródeł – np.
dźwięk dwóch instrumentów.
Głośność dźwięku jest wielkością subiektywną i umożliwia ocenę intensywności wrażenia
słuchowego czyli porządkowanie dźwięków od cichych do głośnych. Zależy nie tylko od tzw.
ciśnienia akustycznego, ale i od czułości ucha, która jest różna dla dźwięków o różnym natężeniu.
Jeśli ciśnienie akustyczne jest mniejsze od tzw. progu słyszalności, to dźwięk ten nie będzie
słyszalny. Dostatecznie silne dźwięki przestają być odbierane przez ucho jako dźwięki i wywołują
uczucie bólu. Próg wrażenia bólu zależy też od częstości dźwięku.
Stąd też, w warunkach ekspozycji człowieka na głośny dźwięk, należy chronić ucho ludzkie stosując
różne dźwiękochłonne zabezpieczenia.
5. Zastosowanie praktyczne prezentowanego zjawiska:
Hałas staje się w ostatnim czasie jednym z największych zagrożeń dla naturalnego środowiska
człowieka. W ogromnym stopniu są na niego narażeni ludzie w budynkach mieszkalnych w dużych,
ale także i w małych miastach. Około 60% ludzi skarży się dziś na hałas, twierdząc, że w sposób
znaczący zakłóca ich życie. Nierzadko dochodzi do ciężkich uszczerbków na zdrowiu w efekcie
długotrwałej ekspozycji na jego działanie. Stąd tak ważne jest projektowanie i realizacja budynków
mieszkalnych z uwzględnieniem konieczności poprawy jakości w nich życia - z zapewnieniem Izolacji
akustycznej takich elementów, jak podłogi, stropy i ściany, co pozwala chronić ludzi przed
niebezpiecznym wpływem hałasu zewnętrznego. To jedno z najważniejszych zadań współczesnego
budownictwa.
Z punktu widzenia przydatności do izolacji akustycznej pomieszczeń i tłumienia dźwięków
uderzeniowych rozróżnia się podstawowe i pomocnicze materiały do budowy przegród i ustrojów
izolacyjnych: podstawowym to materiał z którego samodzielnie może być wykonana przegroda o
dobrych właściwościach akustycznych (np. beton, cegła); pomocniczy to taki materiał, który
pojedynczo nie nadaje się do wykonania przegród o dobrych właściwościach akustycznych ale zadanie
to spełnia w połączeniu z innymi materiałami (np. akustyczny styropian podłogowy).
Podstawowymi parametrami charakteryzującymi materiały tłumiące do izolacji akustycznej jest
sztywność dynamiczna, której jednostką jest N/cm3 lub MN/m3, tłumienie wewnętrzne, porowatość,
oporność przepływu powietrza.
Przy projektowaniu i realizacji ochrony przeciwhałasowej obiektów nie rozpatruje się właściwości
izolacyjnych materiałów, lecz izolacyjność akustyczną przegród wykonanych z tych materiałów.
Izolacyjność akustyczna przegrody charakteryzuje odporność na przenikanie przez nią energii fal
dźwiękowych.
Istnieją ekrany dźwiękochłonne w kształcie mat pokrytych ostrosłupami o podstawie kwadratu- są
one wykorzystywane w komorach bezechowych (pomieszczeniach do badań głośników, kolumn,
wzmacniaczy etc. )
W słuchawkach wykorzystywane są materiały izolujące słuchacza od dźwięków zewnętrznych i
zapewniające mu lepsza słyszalność dźwięku odtwarzanego.
Wygłuszenia stosuje się do różnych maszyn i urządzeń, np:
silników, turbin, przenośników, młotów, pił, klimatyzatorów; wentylatorów, parowników,
transformatorów, całych linii produkcyjnych.
Wzdłuż tras komunikacyjnych istnieją ekrany dźwiękochłonne. Dotyczy to autostrad, torów
kolejowych , tuneli , wiaduktów.
6. Literatura, źródła dodatkowej informacji na temat prezentowanych zjawisk, zagadnień
5
A. Witort „ Elektroakustyka dla wszystkich”
R. Gabor „Dobór materiałów na ekrany dźwiękochłonne”
Kurs fizyki – Procesy falowe, optyka, fizyka atomowa i jądrowa - B. Jaworski, A. Dietłaf – T 3, PWN,
Warszawa 1981
Ilustrowana encyklopedia dla wszystkich FIZYKA – Wydawnictwa Naukowo-Techniczne – Instytut
Wydawniczy PAX 1994
www.tremolo.pl
7. Potwierdzenie nauczyciela
Potwierdzam, że praca jest autentyczna i samodzielnie wykonana przez zespół uczniów.
Imię i nazwisko nauczyciela. Beata Krzan.