Эхо и его роль в жизни животных и человека

Шелыгина Александра, 4 класс

МОУ Вятская православная

гимназия во имя преподобного

Трифона Вятского

Введение

 

Летом я ездила отдыхать в Евпаторию. Нас возили на экскурсию в горы. Мы с девчонками кричали и слышали в ответ окончания наших слов. Я знала, что такое явление в науке называется эхо. А когда я была в лесу, я проверила, есть ли здесь эхо. Может быть, оно бывает только в горах? Оказалось, что есть. Интересно, люди задумывались над тем, что же такое эхо? Я узнала, что Эхо – древнегреческая нимфа. Она жила в лесу и была очень болтлива. Богам это не понравилось, и в наказание они лишили ее речи. Но не совсем, нимфа могла повторять только окончание чужих слов. Со временем Эхо похудела и превратилась в невидимку. Конечно, это древнегреческий миф. А как рассматривают данный вопрос в науке? Есть ли немифологическое объяснение этому явлению? Я еще не знала ответов на эти вопросы, и у меня возникло собственное предположение: звук каким-то образом долетает до предметов и отскакивает от них.

Я решила проверить предположение и поставила цель: узнать, что же такое эхо.

Задачи: раскрыть понятие и сущность эха, определить, как оно образуется, и, главное, выяснить, а вдруг его можно использовать для решения каких-либо проблем.

Объект исследования – эхо как явление.

Предмет – причины возникновения эха и возможности его использования.

Наше исследование (а мне помогала мама и учительница Екатерина Владимировна) проводилось в течение 2 месяцев, так как работа проводилась в различных условиях (в библиотеке, в горах, в лесу, для эксперимента – специальные условия и т.д.)

Кроме наблюдений, пришлось изучать и анализировать литературу по физике и естественным наукам, синтезировать и обобщать полученные данные, учиться анализировать графики и даже проводить опытно-экспериментальную работу. В результате, работа принесла пользу как в приобретенных знаниях и умениях, так и в определении дальнейших планов исследовательской работы.

 

Основная часть

 

Глава 1. Эхо и его роль в жизни животных и человека

 

1.1. Почему возможно появление эха?

 

Удалось узнать, что эхо – это отражение звука. Звук отражается от встретившегося ему на пути препятствия (от деревьев, от скал, от стен) (4).

Стало интересно: что же такое звук, почему он может отражаться? На примере линейки можно увидеть, как рождается звук. Один конец затрепетал, получился звук. Так и другие предметы – создают звук коротким или долгим колебанием. Колеблющиеся тела создают вокруг себя зоны разрежения и сжатия.

Например, внутри громкоговорителя конус колеблется вперед и назад. Когда конус двигается вперед, он сжимает частицы воздуха. Отодвигаясь назад, он разрежает частицы (Приложение 1).

Итак, звук – это форма энергии, которая переносится колеблющимися частицами (7).

Можно в этом убедиться, проделать опыты, предложенные в книгах (7, 2).

1) Почувствовать колебание звука можно с помощью надувного шарика и радио. Для этого я включила радио и держала воздушный шарик на расстоянии примерно 10 см от громкоговорителя. Звуковые колебания заставили воздух колебаться и внутри воздушного шарика.

2)Для этого эксперимента потребовались пластиковая пленка, картонная трубка (например, от рулона туалетной бумаги), несколько зерен риса. Туго натянула пластиковую пленку на один конец трубки и закрепила ее. Положила сверху на пленку несколько зерен риса и взяла в одну руку (так, чтобы пластик с зернами был сверху, а открытый конец картонной трубки снизу), мама хлопнула в ладоши снизу под трубкой. Вибрация воздуха заставила колебаться пленку, а она в свою очередь, привела в движение рисовые зерна.

Так же, при помощи колеблющихся частиц, звук передается в воде. Но вода плотнее воздуха, ее частички быстрее передадут разрежение и сжатие (3). Поэтому звук в воде передается быстрей. Самую большую скорость звук имеет в твердых телах. Например, если приложить ухо к рельсу на железной дороге, то расслышим перестук колес далеко идущего поезда.

Звуковые волны не проходят через вакуум, так как в вакуумном пространстве нет частиц, которые могли бы колебаться.

Например, исследователь Роберт Гук опустил на дно сосуда часы. Часы громко тикали. Потом ученый выкачал воздух из сосуда, и часы замолчали, хотя стрелки двигались (5). Если нет среды, способной передавать колебание – нет звука. По этой причине звук не может передаваться в космическом пространстве. И если оказаться, например, на Луне, мы ничего не услышим (там нет атмосферы).

Сами по себе колебания не заметны. Но есть пример, который может подсказать, как происходит распространение звука.

Если опустить в воду поплавок, а недалеко бросить камушек, то из точки попадания кругами пойдут волны. Поплавок качается, но остается на месте. Так и волна, она бежит, а передающие ее частицы топчутся на месте. Звуковые колебания могут быть представлены в виде волнистой линии (Приложение 2).

Звук при распространении затухает. Громкие звуки с большой амплитудой колебания, по мере удаления звука амплитуда меньше, звук – тише (3).

Звук так же описывают с помощью понятий – длина волны и частота. Если большая длина волны – низкая частота, звук низкий (например, звук двигателя грузовика). Если короткая волна – высокая частота, звук тонкий (птичьи трели) (3,7).

Частота измеряется в герцах. У человека диапазон слышимости от 16 до 20000 Гц. Звук с частотой меньше 16 Гц называется инфразвук, а больше 20000 Гц- ультразвук (1,2,3). Человек ультразвука не слышит, но многие животные его легко воспринимают. Летучие мыши, дельфины и некоторые другие животные обладают способностью испускать и принимать ультразвук (в виде эха).

 

1.2. Использование эха животными

 

Так, летучая мышь испускает ультразвук с частотой 30000 Гц. Для такого звука даже мошка отразит сигнал. Летучие мыши испускают ультразвук через рот или ноздри, а улавливают сигнал (эхо) ушами (1). Поэтому даже в полной темноте мыши ориентируются и охотятся (Приложение 3). Открытие того, что летучие мыши ориентируются с помощью ушей было сделано еще в ХVIII веке. Итальянский исследователь Спалланцани решил выяснить, как летучие мыши находят дорогу в темноте. Он поймал несколько летучих мышей, заклеил им глаза и выпустил в комнате, где были натянуты нити. Мыши спокойно летали по комнате. А когда закупорил им уши – мыши беспомощно натыкались на все предметы (6). Лишь в ХХ веке ученые смогли объяснить, что значит «видеть ушами».

Ныряльщики, которые плавали перед стаей дельфинов, рассказывали, что чувствовали сильную вибрацию во всем теле. Это потому, что дельфин также определяет объекты в воде при помощи ультразвукового сигнала. Особенность ультразвука заключается еще и в том, что его легче, чем обычный звук сфокусировать. Дельфин всплывает на поверхность воды, чтобы набрать воздух через дыхало. Накопленный воздух выпускается через воздушные мешки, связанные с носовым каналом. В результате производится звук. Жировая подушка фокусирует сигналы, и виде звукового пучка направляет на объект. Отраженный звук улавливается жировым мешком и передается через среднее ухо в мозг (1). Эхо доставляет дельфину информацию о размере объекта и расстояние до него (Приложение 3).

Некоторые птицы, живущие в пещерах, при помощи такого метода ориентируются в темноте, даже землеройки пользуются «эхолокацией». Слово «эхолокация» произошло от 2 слов: греческого «эхо» - звук и латинского «локацио» - размещение (1).

 

1.3. Использование эха людьми

С помощью эха и человек может определять расстояние до объектов.

Можно провести опыт. Встать на некотором расстоянии от стены здания. Хлопнуть один раз в ладоши и послушать эхо. Отойти подальше и хлопнуть в ладоши еще раз. Обнаружится, что чем дальше от стены стоять, тем дольше возвращается эхо.

Однако в случае, если между Вами и стеной будет другой предмет, то эха не будет, предмет поглотит звук. Так же, если в пустом стадионе крикнуть что- нибудь, то звук, отразившись от трибун, возвратится в виде эха. Но эхо родится только тогда, когда трибуны пусты. Если же много болельщиков, то эха не будет, люди поглотят звук.

То же самое в просторной комнате. Если пусто – то звук мечется между стенами, рождается звук – «порхающее» эхо. А если есть мебель, ковры, то эти вещи звук поглотят. Хорошо отражают звук столы, стены домов, колодцев, деревьев.

Поглощение и отражение звука различными материалами в зависимости от их плотности нужно учитывать как при постройке жилых домов, так и при сооружении театров и концертных залов. Этими вопросами занимается акустика (3).

Эхо может помогать людям. Есть такой прибор «эхолот». Его устанавливают на кораблях. Посылая с корабля звуки в море, эхолот принимает эхо. Все неровности будут замечены, и отраженный сигнал сообщит о них приемнику на корабле. Так эхолот измеряет глубину морского дна, ищет затонувшие корабли.

С помощью радиоэха моряки на далеком расстоянии обнаруживают айсберги, засекают другие судна.

Эхо используется также при ультразвуковом сканировании (УЗИ), позволяющем заглянуть внутрь человеческого тела. Кости мышцы и жир отражают звуковые волны по-разному. Компьютер преобразует отраженные звуки и создает изображения нужного органа (2, 3,7).

 

Заключение

 

Итак, эхо – это отражение звука, которое бывает слышно спустя некоторое время после выхода звуковой волны и источника. Эхо появляется, когда звуковая волна, образуемая колеблющимися частицами, отражается от поверхности с определенной плотностью. Скорость возвращения эха будет зависеть от расстояния до поверхности и от скорости звука, а возможность возникновения эха – от плотности поверхности и от частоты звука. Возможно практическое использование эха. Эхо ультразвука используют животные (для ориентировки и нахождения пищи) и люди (так же для ориентировки, определения расстояния, в медицинских целях).

Я надеюсь, что исследования возможностей использования эха ультразвука будут продолжаться и далее. Например, я хочу, чтобы был изобретен прибор, который бы помог слепым людям ориентироваться. Этот прибор мог бы создавать ультразвук и помогать преобразовывать его эхо в нужную информацию в человеческом мозге. А может быть эхо звука другой частоты также может быть полезно? Очень хочу узнать.

 

Список литературы

1. Большая книга знаний. Природа./ Д.Бейли, Д. Элфик и др.- М., 2003 г.

2. Большая книга о природе вещей и явлений.- М., 2005 г.

3. Дитрих А., Юрмин Г. и др. Почемучка.- М., 1987 г.

4. Маар Е. Воздух, которым мы дышим.- М., 1972 г.

5. Плешаков А.А. Зеленые страницы.- М., 1995 г.

6. Роджерс К., Хауэлл Л. и др. Школьная энциклопедия. Естественные науки.- М., 2001 г.

7. Я познаю мир. Физика. - М., 1987 г.