Исследовательская работа на тему "Звук и свет"

Звук и свет – сходства и различия

Человек живет в мире различных волн. Волной называют колебания, распространяющиеся в пространстве с течением времени. Существует множество экспериментов, в ходе которых образуются световые и звуковые волны.

Цель работы - сравнить звуковые и световые волны.

Звуковые волны - упругие волны, которые распространяются в сплошных средах с течением времени. Звуки начали изучать ещё в далёкой древности, когда Пифагор установил связь между высотой тона и длиной струны или трубы, издающей звук.

Развитие учения о свете привело к современным представлениям о двойственной корпускулярно-волновой природе света. Электромагнитная теория света помогла понять природу оптических явлений. Свет оказался частным случаем электромагнитных волн с длиной волны от 400 нм (фиолетовый) до 760 нм (красный).

Звуковые и световые волны имеют сходства и различия. Рассмотрим некоторые из них:

1) Дифракция волн

В механических волнах: вторичные источники с узкой щели располагаются столь близко друг к другу, что их можно рассматривать как один точечный источник.

Если размеры щели велики по сравнению с длинной волны, то картина распространения волн за экраном совершенно иная. Волна проходит сквозь щель, почти не меняя своей формы. Только по краям можно заметить небольшие искривления волновой поверхности, благодаря которым волна частично проникает и в пространство за экраном.

В электромагнитных волнах: впервые дифракцию света наблюдал итальянский учёный Ф. Гримальди в середине 17 века. В узкий пучок света Гримальди помещал различные предметы, тонкие нити. При этом тень на экране оказывалась шире, чем это должно быть согласно законам геометрической оптики. Кроме того, по обе стороны тени обнаруживались цветные полосы.

Пропуская тонкий пучок света через маленькое отверстие, Гримальди также наблюдал отступление от закона прямолинейного распространения света. Светлое пятно против отверстия оказывалось большего размера, чем это следовало ожидать при прямолинейном распространении света.

Дифракцию света нелегко наблюдать. Волны заметным образом огибают препятствия, если их размеры сравнимы с длиной волны.

2) Отражение и преломление волн

Угол отражения равен углу падения. Падающий луч, луч отражённый и перпендикуляр, восстановленный в точке падения, лежат в одной плоскости.(Закон отражения волн)

Падающий луч, луч преломленный и перпендикуляр, восстановленный в точке падения, лежат в одной плоскости. Отношения синуса угла падения к синусу угла преломления есть

величина постоянная для двух сред. (Закон преломления волн)

Но механизм восприятия звука и света различен.

В связи с различностью природы мы не сможем увидеть звук и не сможем услышать свет.

В работе для определения длины световой волны использовалась дифракционная решетка с периодом 1/50 и 1/75. Она является основной частью измерительной установки. Решетка устанавливается в держателе, который приклеплен к концу линейки. На линейке располагается черный экран с узкой вертикальной щелью посередине. Экран может перемещаться вдоль линейки, что позволяет изменять расстояние между ним и дифракционной решеткой. На экране и линейке имеются миллиметровые шкалы. Вся установка крепится на штативе.

Посмотрев сквозь решетку и прорезь на источник света (свечу), мы можем наблюдать на черном фоне экрана по обе стороны от щели дифракционные спектры 1-ого и 2-ого порядков.

Для определения длины световой волны использовалась следующая формула.

λ = , tgφ = ,где d2 - длина от центра максимума до спектра линии, d3 - длина линейки,

λ - длина волны, φ - угол, пол которым виден спектр, d - период решетки, k – порядок спектра

Результаты приведены в таблице (выборка).

Для получения звуковых волн был создан бутылкофон.

Материалы и оборудование:7 одинаковых стеклянных сосудов, тонкая металлическая палочка.

С помощью бутылкофона были получены 7 различных звуков, соответствующих 7 музыкальным нотам.

В течение времени, открытие все новых и новых знаний о характеристике и свойствах света и звука очень сильно изменило людскую картину мира и его восприятие всего за несколько столетий. Теперь стало возможным объяснить те явления, которые раньше были недоступны для понимания. Также полученные знания были применены на практике в различных сферах деятельности, таких как искусство, наука и медицина.

Мы сравнили звуковые и световые волны, выяснили, что у них есть много различий, но в то же время и сходств. Полученные значения длин световых волн красного и фиолетового цвета ничем не отличаются от данных, приведенных в учебных пособиях, независимо от того, к какому порядку цветового спектра они относятся.

Тема света и звука очень обширна и необычайно интересна. Возможно со временем, будут открыты новые знания касательно этих явлений, ведь прогресс никогда не стоит на месте.

Список литературы:

1) Открытая физика (электронный ресурс), ООО «Физикон», 2002г.

2) Мякишев Г.Я., Синяков А.З.; Физика: Колебания и волны. Учебное пособие для углубленного изучения физики. – 2-е изд., стереотип. – М.: Дрофа,2002. – 288 с.: ил.

3) Мякишев Г.Я., Синяков А.З.; Физика: Оптика. Квантовая физика. Учебное пособие для углубленного изучения физики. – 2-е изд., стереотип. – М.: Дрофа,2002. – 464 с.: ил.

4) «Большая энциклопедия Кирилла и Мефодия», электронный вариант.