ZŠ VNB III / 9

Lekce III / 09 - Zvuk 2

Cíl lekce:

Žáci získají základní představu o tom, co je zvuk a jak vzniká. Dále popíší šíření zvuku jako šíření zvukových vln.

Zeptejte se Vašich dětí:

Jakým způsobem může vznikat zvuk?
Jaké tóny lidské ucho slyší a jaké ne?
Liší se sluch zvířat od sluchu lidí?
Jak vytváří člověk zvuk?
Proč je zvuk chvějící se vidličky slyšet mnohonásobně více ve chvíli, kdy provázky vedoucí od vidličky máme omotané kolem prstů zasunutých do uší?
Jaký je rozdíl v tom, když do trychtýře zakřičíme a foukneme?

Zvuk

Zvuk obecně můžeme definovat jako mechanické kmitání, které je charakterizováno parametry pohybu částic pružného prostředí nebo u vlnového pohybu parametry zvukového pole. Část zvuků se projevuje jako slyšitelný zvuk - což je akustické kmitání pružného prostředí v pásmu frekvencí od 16 Hz do 20 kHz, schopné vyvolat zvukový vjem. Frekvenční závislost definice slyšitelného zvuku je silně individuální, jen málokdo je schopen vnímat celé pásmo frekvencí (především horní hranice je velmi proměnná a závislá mj. na věku). Zvuky mimo toto pásmo neslyšíme, přesto jsme je schopni vnímat a mohou mít i nepříznivý vliv na zdraví či psychiku. Zvuky pod slyšitelnou hranicí (0,7 - 16 Hz) označujeme jako infrazvuk (velmi nízké frekvence, lidské tělo je vnímá hmatem - jsou schopny rozvibrovat celý povrch těla či bránici), zvuky nad slyšitelnou hranicí (do 50 kHz) jako ultrazvuk.

Zvuk vzniká kmitáním bodů a bodových soustav. Kmitavý pohyb je fyzikální děj, u něhož se v závislosti na čase střídavě (periodicky) mění charakteristické veličiny, např. poloha, rozměr, tlak, rychlost apod. Nejjednodušší je periodický pohyb sinusového (tj. harmonického) průběhu.

Popis kmitavého pohybu
Obrázek Simple harmonic motion od Peppergrower [CC-BY-SA-3.0 or GFDL], via Wikimedia Commons

Pohyb je charakterizován:

periodou T - časem, za který soustava provedla jeden kmit (koncový bod vektoru oběhl celou kružnici 0° až 360°). V akustice se místo periody častěji používá počet period za jednotku času (sekundu) - 1/T a označuje se f - frekvence. Její jednotkou je Hz - počet kmitů za sekundu.
maximální výchylkou A - největší vzdáleností, o kterou se soustava vychýlí od rovnovážné polohy (poloměrem kružnice, po které obíhá koncový bod vektoru).
okamžitou amplitudou a - vzdáleností soustavy od rovnovážné polohy ve sledovaném okamžiku t.

Ve volném prostoru se zvuk šíří od zdroje všemi směry volně a jeho šíření můžeme popsat tzv. vlnoplochami (spojnicemi všech míst zvukového pole, které mají v daný okamžik stejné parametry). Je-li zdroj zvuku malý (bodový), mají vlnoplochy tvar koule, je-li zdrojem např. rozměrná deska, jsou vlnoplochy rovinné (za rovinné považujeme i vlnoplochy ve velké vzdálenosti od bodového zdroje, poloměr pomyslné koule už je tak velký, že její výseč ve sledovaném bodě může být nahrazena rovinnou plochou).

Šíření zvukových vln v prostoru popisuje celá řada fyzikálních principů. Vlny se v prostoru odrážejí, lámou i ohýbají, sčítají se s jinými vlnami, podléhají tlumení atd.

Infrazvuk

Podélné vlnění s frekvencí nižší než 16 Hz.
Dobře se šíří pevnými látkami, např. zemskou kůrou.
Příkladem jsou podélné seismické vlny, jejichž zdrojem bývá zemětřesení. Zemětřesení vyvolává i příčné seismické vlny.
Infrazvukem se dorozumívají velryby.

Echolokace velryb za využití infrazvuku
Obrázek Sperm whale and squid od yonidebest [Public domain], via Wikimedia Commons

Ultrazvuk

Podélné vlnění s frekvencí vyšší než 20 kHz (zvukové vlny s frekvencí nad vnímání lidského ucha).
Ultrazvukem se orientují a dorozumívají delfíni.
Ultrazvukem se orientují v prostoru netopýři (podle toho, jak se zvuk odráží od překážek se orientují).
Využití ultrazvuku
- V lékařství – ultrasonografie – v těle jednotlivé části různě i odrážejí zvuk (jinak kosti, svaly, tuk).
  - Odražené ultrazvukové vlny se převádějí na elektrické pulzy, které se pak zobrazují na obrazovce.
- V technice – ultrazvuková defektoskopie – hledání skrytých vad materiálu.
- V námořnictví
  - Sonar – používá se ke zjištění hejna ryb, vraku, předmětů pod vodou.
  - Echolot – měření hloubky vody

Ultrazvukové vlny netopýra
Obrázek Echolocation in bats is one model system in neuroethology od Cdh8 [Public Domain], via Wikimedia Commons

Panova flétna

Panova flétna nebo také syrinx je dechový hudební nástroj - aerofon. Skládá se z rákosových, třtinových, bambusových či dřevěných píšťalek sestavených do jedné řady. Zvuky z tohoto nástroje se vyluzují pomocí foukání na okraje otvorů píšťalek. Podle řecké mytologie hrával na flétnu bůh pastýřů a stád Pan. Panovy flétny se většinou vyrábějí z bambusu nebo dřeva, ale není výjimkou ani flétna vyrobená ze skla, kovu nebo plastu. Dnes se hojně používají v jihoamerické hudbě, kde se často dvě flétny vzájemně doplňují při hře jedné melodie.

Panova flétna
Obrázek Sleepy Time od Newsbie Pix [CC-BY-2.0], via Flickr

Pokud vás téma zaujalo a chcete se dozvědět více: