Реферативно-исследовательская работа по теме "Физика и музыка"

МБОУ СОШ №13 научно-практическая конференция Секция «Физика» Реферативно-исследовательская работа «Физика и музыка» Автор – Буглов Александр Юрьевич ученик 10 «А» класса МБОУ СОШ №13. Научный руководитель – Хрисанфова Галина Анатольевна, учитель физики МБОУ СОШ №13.Александров 2018г. Оглавление: Введение…………………………………………………………… ………………………………… Основная часть…………………………………………………………………… ………………. 2. Музыкальная 3. Струнные музыкальные инструменты. Как 1. Принципы извлечения звука из металлических музыкальных инструментов. Варган………………………………………………………… …….. шкатулка……………………………………………………… …….. натяжение, материал и длина срун влияет на звук инструмента………………………. ………………………….. Выводы……………………………………………………………… ………………………………… Список литературы………………………………………………………… …………………… Приложение………………………………………………………… ……………………………… 4. Фортепиано…………………………………………………… 3 3 3 5 5 7 9 10 11 1Введение: Все мы любим слушать музыку. Ведь это успокаивает нас, повышает настроение и устремляет в мир высоких чувств, но как же рождаются эти прекрасные звуки? И какие виды музыкальных инструментов бывают? Гипотеза: Любые звуки – это волновые импульсы, значит музыка – это звуковые физические явления. Задачи исследования:  узнать о различных видах музыкальных инструментов;  собрать собственный прибор с разной длиной, толщиной и материалами струн;  изучить звучание и строение варгана, музыкальной шкатулки и фортепиано. Методы исследования: анализ; сбор информации из книг; создание собственных инструментов; сбор информации с помощью ресурсов Интернет. 2Введение: Музыка – это прекрасное физическое явление, способное захватывать наши эмоции и уносить их ввысь. Существуют такие виды музыкальных инструментов, как: струнные, духовые, ударные, ударно-клавишные и др. Сегодня я буду рассматривать струнные, язычковые и ударно-клавишные инструменты. Музыка очень многогранна. Испокон веков наша земля была гигантской музыкальной мастерской и концертной эстрадой. В любой глуши человек пел, играл, выделывал то, что свистит, гудит, гремит. Это было нужно как воздух, ибо музыка помогала ему в труде, облегчала печаль. Она всюду. Без неё нельзя. Но что же издаёт музыку? Это множество музыкальных инструментов. Сначала я рассмотрю язычковый музыкальный инструмент варган. Основная часть 1. Принципы извлечения звука из металлических музыкальных инструментов. Варган. Почему он звучит. 31. При колебаниях язычка варгана в воздушной среде происходит сжатие воздуха перед язычком и разрежение – за ним. В результате этих воздействий образуются области повышенного и пониженного давления. Разность давлений по обе стороны язычка обусловливает возникновение так называемой силы сопротивления воздуха. Величина последней зависит от плотности воздуха, геометрических и физических характеристик движущегося тела. где F – сила сопротивления воздуха; Cx – коэффициент аэродинамического сопротивления); ρ – плотность воздуха; S – площадь поперечной проекции движущегося тела; V – скорость движущегося тела. Таким образом, Скорость движения язычка не одинакова на всем протяжении пути следования. Наибольшее значение за один период она достигает в момент прохождения точки равновесия, около которой, собственно, и происходят колебания язычка. наибольшее сопротивление воздуха, согласно приведенной формуле, колеблющийся язычок испытывает в точке равновесия. А значит здесь же происходят максимальные сжатия- разрежения воздуха, которые точно соответствуют пиковым значениям амплитуды звуковой волны. Из-за небольшой ширины язычка воздействие на окружающий воздух остается незначительным. Поэтому звук, порождаемый колебаниями отдельной узкой пластинки, оказывается едва различимым. 2. Во время движения язычка воздух, сталкивающийся с пластинкой, частично уплотняется, а частью раздвигается, 4обтекает пластинку и на некотором расстоянии вновь смыкается. В момент прохождения язычка сквозь рамку обтекание его воздухом резко затрудняется. Разница давлений по обе стороны пластинки мгновенно увеличивается, а области сжатия и разрежения моментально распространяются на большие объемы воздуха. 3. Любая колеблющаяся пластина приводит в движение воздух по обе стороны от своей плоскости. При этом, когда с одной стороны происходит уплотнение воздуха, с другой – наоборот, разрежение. Иначе говоря, при одинаковой частоте и амплитуде порождаемые колебаниями пластины две звуковые волны оказываются противоположными по фазе. Противоположность фаз приводит к взаимной нейтрализации. И дальнейшее продвижение этих областей прекращается ввиду их исчезновения. Звук пропадает. Музыкальная шкатулка Музыкальная шкатулка — это музыкальный инструмент, производящий звуки в результате зацепления выступов, 5Мелодия, расположенных на вращающемся цилиндре, с зубцами металлического гребня. воспроизводимая шкатулкой, определяется длиной зубцов на гребне и порядком расположения выступов. И хотя шкатулка не является полноценным музыкальным инструментом, все равно приятно погрустить под ее мягкие звуки. Струнные музыкальные инструменты. Как натяжение, материал и длина срун влияет на звук инструмента. Изучая звучание различных музыкальных инструментов, я решил поставить эксперимент: собрать собственную установку, струны которой будут разной длины, толщины и материала. для этого я взял основание для будущего инструмента, 2 толстые лески длиной 40 и 25 см, 5 тонких лесок длиной 40, 25,20, 15, 15 см и 2 тонкие медные проволоки длиной 15 и 10 см. Струны я закреплял на основании, наматывая их на саморезы, что позволило мне в дальнейшем настраивать инструмент, своевременно подкручивая их. № струны Материал Длина (см) Частота 1 2 3 4 5 6 толстая леска толстая леска тонкая леска тонкая леска тонкая леска тонкая 40 25 40 25 20 15 6 Период (мс) 8,70 4,00 1,20 0,40 0,28 0,20 (Гц) 113 250 1200 2500 3500 43007 8 9 леска тонкая леска медь медь 15 15 10 0,19 0,30 0,23 5000 3600 4500 Измерения периода и частоты колебаний я проводил с помощью приложения на мобильном телефоне, следовательно, присутствует значительная погрешность. Но, несмотря на это, у меня вышло, что при уменьшении длины лески, частота колебаний увеличивается, а период уменьшается. И наоборот, при этих неизменных параметрах, у проволок, изготовленных из разных материалов, частота колебания будет больше у той, толщина которой наименьшая. все это доказывает знания, полученный на школьных уроках физики. В итоге у меня получился необычный инструмент с интересным звучанием. Струны я расположил в порядке повышения частоты колебания. Медные струны я расположил в стороне, так как из-за высокого натяжения и несовершенности конструкции эти струны быстро расстраиваются и рвутся. Заметно, что у меди более богатое и насыщенное звучание, чем у лески, именно поэтому медные и стальные струны используют в ударно-клавишных инструментах, о которых я сейчас и расскажу. Фортепиано. Рояль называют королем музыкальных инструментов. К его несомненным достоинствам относится то, что рояль охватывает 7почти весь слышимый музыкальный диапазон. Если пока брать во внимание только высоту звука, то в музыкальное пространство рояля может уложиться большой симфонический оркестр со всем многообразием инструментов. Пианино — инструмент компромиссный. Его звучание заведомо хуже, зато это более компактный инструмент. (Тем не менее встречаются великолепные пианино и весьма посредственные рояли.) Рояль полнозвучен главным образом потому, что в нем можно использовать более длинные струны и большую резонансную деку. Кроме того, можно поднять крышку, и не останется никакой преграды между струнами и слушателями. Зато пианино легко поставить в небольшой комнате, и оно отлично уживется в ней рядом с обычной мебелью. Очень важная деталь и рояля, и пианино — дека. Это деревянный щит, склеенный из отдельных досок. В рояле дека размещается горизонтально под струнами, а в пианино вертикально. Она не только усиливает звук, но и участвует в формировании тембра инструмента, причем так, что от характерного струнного звука мало что остается, — мы слышим звучание дерева. Деку делают из резонансной ели, иногда из сосны, причем дерево специально подбирают, чтобы слои в нем были узкими и прямыми, без сучков. И конечно же, дерево для деки должно быть сухим и выдержанным. Если взглянуть на струны рояля, можно заметить, что в способе их крепления много общего с обычными струнными инструментами. Одним концом каждая струна крепится на чугунной раме, потом перекидывается через закрепленную на деке деревянную подставку, которая передает деке колебания 8струн, затем переходит через порожек на противоположной стороне рамы и, наконец, наматывается на колок. Так как в рояле больше двухсот струн, чугунная рама должна выдерживать усилие примерно в 20 т. А больше двухсот струн набирается в рояле и пианино оттого, что для каждого звука натягиваются две или три одинаково настроенные. Струны, переходя через подставку на деке, давят на нее с достаточно большей силой — примерно в полтонны. Поэтому дека должна быть не только гибкой, но и очень прочной. Для этого в роялях ее делают чуть выгнутой в сторону струн. Ручные струнные инструменты расстраиваются очень быстро. Мандолину, домру, гитару каждый раз перед игрой приходится подстраивать. Для рояля и пианино это было бы совершенно неприемлемым, хотя бы потому, что тогда и вовсе некогда было бы играть, — процесс настройки этих инструментов долог. Поэтому колки у них устроены особо: они плотно запрессованы в деревянную раму, которая соединена с чугунной. Каждое отверстие для колка свернётся с таким расчетом, чтобы оно было меньше диаметра самого колкая 1,5 мм, и когда в это отверстие с большим усилием вгоняют колок, он сидит в нем так плотно, что провернуть его можно только специальным ключом. Теперь о действии педалей. Нажатие клавиши вызывает, кроме удара молоточка о струну, еще и отделение от нее глушителя. Когда клавиша отпускается, глушитель (демпфер) вновь возвращается на струну. А с помощью правой педали можно продлить звучание струн, когда клавиши уже отпущены. Педаль поднимает со всех струн глушители и оставляет их в таком положении. Музыканты пользуются этой педалью очень осторожно, иначе не заглушаемое звучание может слиться в 9так называемый педальный гул, который не имеет ничего общего с благозвучием. Когда пианист нажимает левую педаль, вся молоточковая механика сдвигается чуть в сторону, поэтому удар приходиться уже не на все три струны, предназначенные для данного звука, а только на две (или на одну, если для каких-то звуков предусмотрены всего две струны). Звучание, естественно, становится более тихим и мягким. (У пианино молоточки не сдвигаются в сторону, а приближаются к струнам.) Остается сказать об одном очень важном требовании к инструменту. Мы привыкли, что любой работающий механизм издает какой-то шум. А в фортепиано, тоже представляющем собой механизм, это недопустимо. Ни каких скрипов, стуков, щелчков не должно быть. Должна быть только музыка. Вывод. Работая над данной темой, я узнал много нового и интересного о звуке и происхождении звука, о его характеристиках. Так же я разобрался в устройстве фортепиано. В реферате также были рассмотрены физические основы работы варгана и музыкальной шкатулки. Изученные материалы дали мне возможность глубже понять и разобраться в таких характеристиках музыкальных звуков, как громкость, высота, тембр и длительность. Также я познакомился и узнала больше о фортепиано. В ходе работы я уделил наибольшее внимание изучению устройства фортепиано и исследованию звуков, которые оно издает. Проведенные эксперименты дали мне возможность убедиться в справедливости теоретических сведений. Я думаю, 10что мои исследования можно использовать при рассмотрении темы звука на уроках физики. Список литературы: 1. «Физика 8,9 класс» А.П. Рымкевич; 2. «Немного об акустике варгана, или как рождается звук.» http://velen.diary.ru/p195230181.htm;  «Физика и музыка» Анфилов Г. Б. 3. "Энциклопедия Технологий и Методик" Патлах В.В. 1993-2007 гг.; 4. 11