Проект по физике на тему

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение

«Средняя образовательная школа №2 им.Ф.М. Достоевского

с углубленным изучением английского языка»

г. Старая Русса Новгородской области

Физические характеристики голосов учителей

Секция: физика

Выполнил:

Ученик 7 «А» класса

Михайлов К.А.

Руководитель:

учитель физики

Смелкова Н.А.

г. Старая Русса

2015 год

Оглавление

Введение …………………………………………………………………………… 3

Основная часть.......................................................................................................................4

Глава I. Основы теории звуковых волн…………………………..………………….4

1. Звук. Характеристики звуковых волн…………………………………………..4

2. Шум и его влияние на организм человека……………………………………….7

3. Санитарные нормы и мероприятия по защите от шума...…………………...…11

Глава II. Опытно-экспериментальная работа по исследованию голосов учителей..13

2.1. Анкетирование учащихся и анализ результатов….……………………..….….13

2.2. Высота голосов учителей……………………………………………………..…15

2.3. Уровень громкости голосов учителей…………………………………….……..15

Выводы………………………………………………………………………….…..16

Заключение…………………………………………………………………………16

Список литературы………………. …………………………………………..17

Приложения……………………………………………………………………..18

Введение

Почему мы с особым удовольствием слушаем одних преподавателей и с большим трудом других, если и те, и другие одинаково хорошо разбираются в преподаваемом предмете? Какой тембр голоса преподавателей наиболее приятен для слуха учащихся? На сегодня назрела необходимость единого требования к физическим характеристикам голоса преподавателей, так как, по мнению многих учащихся характеристики голосов преподавателей влияют на усвоение материала.

Объектом исследования являются учителя МАОУСОШ№2.

Предметом исследования являются голоса учителей.

Гипотеза: выявление наиболее неблагоприятных голосов для восприятия учебного материала учащимися и дальнейшая работа по их устранению

Первая глава посвящена изучению звука и его характеристик. Во второй главе описывается исследование физических характеристик голосов учителей.

Цель: изучить влияние физических характеристик голоса преподавателей на усвоение материала учащимися

Задачи:

• Изучение характеристик звука;

• Выявление наиболее благоприятных и неблагоприятных голосов для усвоения материала методом анкетирования;

• Изучение высоты голосов учителей с помощью приложения «FrequenSee».

• Измерение уровня громкости голосов преподавателей с помощью приложения «Sound Meter».

• Анализ результатов и вывод.

Основная часть.

Глава I. Основы теории звуковых волн.

1.1.Звук. Характеристики звуковых волн.

Звук - это волнообразное давление воздуха. Если бы не было воздуха, мы бы не слышали никакого звука. В космосе нет звука. Мы слышим звук потому, наши уши чувствительны к изменению давления воздуха - звуковым волнам. Когда вы хлопаете в ладоши, воздух между ладонями выталкивается и создается звуковая волна. Повышенное давление заставляет молекулы воздуха распространяться во все стороны со скоростью звука, который равен 340 м/с. Когда волна достигает уха, она заставляет вибрировать барабанную перепонку, с которой сигнал передается в мозг и вы слышите хлопок. Хлопок - это короткое одиночное колебание, которое быстро затухает.

Источником звука является какое-либо тело, колеблющееся с частотой от 17 до 20000 Гц. Именно эта частота вызывает у человека ощущение звука. Между колеблющимся телом(источником звука) и ухом необходима упругая среда, в которой идет звуковая волна. Звуковые волны являются продольными механическими волнами и представляют с собой чередование сгущений и разрежений среды.

Скорость распространения звуковой волны зависит от свойств среды, в которой она идет, т.е. от характера связи между частицами среды. В металле звук распространяется быстрее, чем в воде, а тем более быстрее, чем в воздухе при нормальных условиях, так как в металле частицы ближе к друг другу и быстрее передают энергию при колебаниях.

Характеристики звуковых волн бывают - объективные и субъективные.

Физические характеристики звука

Объективные

Субъективные

• Звуковое давление

• Спектр звука

• Интенсивность звуковой волны

• Громкость

• Высота звука

• Тембр звука

Восприятие звука субъективно: один и тот же звук два человека могут воспринимать по-разному. Например, одному звук кажется нормальным, а другому очень громким. Поэтому мы будем рассматривать субъективные характеристики звука. Мы еще называем эти характеристики физическими свойствами звука:

• :Громкость звука зависит от амплитуды звуковых колебаний:

слабый звук сильный звук

Единицу громкости называют белом(Б) в честь физика Генриха Бела. Однако на практике пользуется дольной единицей - децибелом(дБ). Весь диапазон воспринимаемых ухом звуковых волн соответствует громкости от 0 до 130 дБ.

Уровень громкости

Соответствие

10 дБ

шепот

20-30дБ

норма шума в жилых помещениях

40 дБ

спокойная беседа

50 дБ

разговор средней громкости

60 дБ

лектор

70 дБ

шум пишущей машинки

80 дБ

шум работающего двигателя грузового автомобиля

100 дБ

громкий автомобильный сигнал на расстоянии 5-7 м

120 дБ

разрыв артиллерийского снаряда

130 дБ

порог болевого ощущения

Громкие звуки не безвредны для нашего организма. Установлены санитарные нормы для допустимого шума. Согласно этим нормам уровень громкости шумов не должен превышать 30-40дБ, что соответствует уровню громкости речи при спокойной, тихой беседе. Звук громкостью свыше 180 дБ может даже вызвать разрыв барабанной перепонки.

• Высота звука зависит от частоты колебаний чем выше частота звука, тем выше звук. И наоборот, чем ниже частота, тем звук ниже. Люди способны воспринимать весьма малые изменения частоты звука. Слух человека остается сложной и не до конца изученной системой. Мы воспринимаем звук и затем он анализируется в головном мозге. Степень точности, с которой человек воспринимает высоту звука, зависит только от тренированности и музыкальности, которая напрямую связана с характером анализа звуковых раздражений в головном мозге. Другими словами, слух (в смысле музыкальный) - это приобретенное умение человека. О нем в общем случае говорят, когда человек может назвать какую-либо сыгранную ноту и даже аккорд, т.е. способен различать звуковые интервалы по частоте и соответственно разделять звук на отдельные составляющие.

• Тембр звука позволяет нам различать два звука одинаковой высоты и громкости, издаваемых различными инструментами. По тембру мы узнаем, кто говорит, поет и т.д.

Если сравнивать чистый тон с музыкальным звуком то видно, что последний состоит из множества музыкальных звуков, которые присутствуют в нем наряду с основным тоном. Эти звуки, как правило имеют меньшие амплитуды и большие частоты, чем основной тон. Такие звуки получили названия обертонов, а тембр - это окраска звука, которая придается ему обертонами.

1.2. Шум и его влияние на организм человека.

Авторы научных статей отмечают, что в восприятии нами звуковых колебаний есть ещё и психологический аспект. Мы с удовольствием слушаем песню, игру пианиста или скрипача, играющий в отдалении духовой оркестр. Все эти звуки мы называем музыкой. Но редко встречаются люди, которым приятны визг, скрежет или грохот. В науке называется музыкальным тот звук, в котором изменение акустического давления, воспринимается ухом, упорядочено и, кроме того, повторяется регулярно, через равные промежутки времени. Звук перестаёт быть музыкальным, и его называют шумом, если звуковое давление изменяется в нём беспорядочно.

Шум - беспорядочное сочетание различных по силе и частоте звуков. Шум играет существенную роль во многих областях науки и техники: акустике, радиотехнике, радиолокации, радиоастрономии, теории информации, вычислительной технике, оптике, медицине и др. Для описания шумов применяют различные математические модели в соответствии с их временной, спектральной и пространственной структурой. Для количественной оценки шумов пользуются усредненными параметрами, определяемыми на основании статистических законов, учитывающих структуру шумов в источнике и свойства среды, в которой шум распространяется.

Из прочитанных источников мною установлено, что шумы подразделяются: статистические, стационарные и нестационарные. Наиболее разработаны теория и методы измерения стационарного шума, классической моделью которого является белый шум. Стационарный шум характеризуется постоянством средних параметров: интенсивности (мощности), распределения интенсивности по спектру (спектральная плотность), автокорреляционной функции (среднее по времени от произведения мгновенных значений двух шумов, сдвинутых на время задержки). Практически наблюдаемый шум, возникающий в результате действия множества отдельных независимых источников (например, шум толпы людей, моря, производственных станков, шум воздушного вихревого потока, шум на выходе радиоприемника и др.), является квазистационарным. Шум, длящийся короткие промежутки времени (меньше, чем время усреднения в измерителях), называется нестационарным. К таким шумам относят, например, уличный шум проходящего транспорта, отдельные стуки в производственных условиях, редкие импульсные помехи в радиотехнике и т.п.

Мной также установлено, что учёные выделяют такое понятие как «шумовое загрязнение» - шум, воспринимаемый человеком в качестве помехи, один из вариантов физического загрязнения среды. В зависимости от уровня и длительности шумовое загрязнение способно наносить ущерб здоровью человека и является одной из проблем экологии города и производственных помещений.

Большинство звуков природного происхождения не вызывают у людей неприятных ощущений, а шум леса, журчание ручья пение птиц действует успокаивающе на нервную систему. Производственный, или техногенный, шум, напротив, воспринимается негативно, раздражает.

Плеер стал весьма распространенным атрибутом жизни, в первую очередь, подростков. Это устройство имеет целый ряд неоспоримых достоинств: портативность, возможность прослушивания информации в дороге и, при этом, не беспокоя окружающих. В Японии, где это изобретение гораздо раньше, чем у нас, стало популярным, врачи провели обследование подростков. Результаты впечатляют: из 4,5 тыс. учащихся, страдающих дефектами слуха, 3 тысячи ежедневно от 1 до 4 часов проводят в наушниках. Неумеренное потребление музыки и другой звуковой информации через наушники является серьезным фактором риска для еще неокрепшего слуха. Постоянно слушая музыку через наушники, молодой человек начинает незаметно для себя глохнуть и постепенно увеличивает громкость, доводя ее до опасной отметки.

В природе громкие звуки редки, шум относительно слаб и непродолжителен. Сочетание звуковых раздражителей дает время животным и человеку, необходимое для оценки их характера и формирования ответной реакции. Звуки и шумы большой мощности поражают слуховой аппарат, нервные центры, могут вызвать болевые ощущения и шок. Так действует шумовое загрязнение.

Шумы вызывают функциональные расстройства сердечнососудистой системы; оказывают вредное влияние на зрительный и вестибулярный анализаторы, снижает рефлекторную деятельность, что часто становится причиной несчастных случаев и травм.

В настоящее время врачи говорят о шумовой болезни, развивающейся в результате воздействия шума с преимущественным поражением слуха и нервной системы. Важно помнить, что понижение слуха под влиянием шума, как правило, необратимо, т.к. в основе лежит атрофия нервных элементов. Современная медицина не располагает лечебными средствами, способными восстановить погибшие или даже гибнущие нервные клетки.

Очень сильный шум (свыше 110 дБ) может стать причиной, так называемого, шумового опьянения - агрессивного, возбужденного состояния, а в последствие привести и к потере слуха.

Французские учёные отме­чают, что нарушения слуха в наш век активно рас­пространяются среди молодых людей; с возрастом они, скорее всего, будут вынуждены пользоваться слуховыми аппаратами.

Наибольшая чувствительность к действию шума проявляется у людей старшего возраста.

Борьба с шумами ведется не первый год: выносят за черту города железные дороги и скоростные автострады, запрещают пользоваться звуковыми сигналами, отводят в сторону от жилых районов маршруты самолетов. К сожалению, толку от этих мер не так уж много.

Возможно, изобретателям удастся уменьшить вибрацию машин, усовершенствовать глушители или найти новые средства звукоизоляции. Но, видимо, решение проблемы - в создании каких-то принципиально новых двигателей, изначально производящих минимум шума.

Таблица №1. Интенсивность шума различных источников

Уровень шума

(дБ)

Допустимый

0-60

Предельно допустимый

60-100

Недопустимый

100-170 и более

С гигиенических позиций относитель­но комфортным считается акустический режим при уровне звука 10-60 дБ, для нервной системы вреден шум свыше 50- 60 дБ, а при уровнях выше 80 дБ начи­нается область максимального диском­форта. Даже низкий уровень громкости мешает концентрации внимания во время ум­ственной работы. Музыка, пусть даже совсем ти­хая, снижает внимание - это следует учитывать при выполнении домашней работы. Когда звук нараста­ет, организм производит много гормонов стресса, например, адреналин. При этом сужаются кровенос­ные сосуды, замедляется работа кишечника. В даль­нейшем всё это может привести к нарушениям ра­боты сердца и кровообращения. Эти перегрузки - причина каждого, по крайней мере, десятого инфаркта.

Первый симптом ухудшения слуха называется эффектом званого ужина. На многолюдном вечере человек перестаёт различать голоса, не может по­нять, почему все смеются. Он начинает избегать многолюдных встреч, что ведёт к его социальной изоляции. Многие люди с нарушением слуха впада­ют в депрессию и даже страдают манией преследо­вания.

В настоящее время в ряде стран установлены предельно допустимые уровни шума для предприя­тий, отдельных машин, транспортных средств. На­пример, к эксплуатации на международных линиях допускаются самолёты, создающие шум не выше 112 дБ днём и 102 дБ ночью.

«Шумовое опьяне­ние» - одна из причин успеха современ­ной шумной музыки. Уровень шума, со­здаваемый современной электронной му­зыкой, иногда превышает болевой порог(130дБ).

3. Санитарные нормы и мероприятия по защите от шума

При разработке проекта, я ознакомилась с санитарными нормами шума для жилых помещений и общеобразовательных учреждений. Оказалось, что над проблемой шумового «нашествия» во многих странах серьезно задумались, а в некоторых приняли определенные меры.

Шумозащита - это комплекс мероприятий по снижению шума на производстве (установка звукоизолирующих кожухов на оборудовании, глушителей в компрессорах, вентиляторах и др.), на транспорте (глушители выбросов, создание на дорогах акустических экранов, шумозащитных зон), при гражданском и промышленном строительстве. Для колесно-рельсового транспорта в некоторых странах (Германия, США) стали применяться технические приемы снижения шума: звукопоглощающие колесные бленды, замена колодочных тормозов на дисковые и т.п. В городах необходимо увеличивать площади зеленых насаждений, особенно вдоль оживленных автомагистралей, что позволит значительно снизить шумовое и химическое загрязнение окружающей среды.

С точки зрения экологов один из оптимальных способов шумоизоляции - высадка деревьев и кустарников вдоль дорог. Доказано, что грамотно составленный план и высадка зеленых насаждений (то есть, с соблюдением всех ярусов посадки: 1-й ярус - древесно-кустарниковая растительность не выше 1,5 метра, 2-й - растительность высотой до 3 метров и 3-й - насаждения высотой более 3 метров) как нельзя лучше способствуют снижению уровня шума. Не зря вдоль крупных федеральных трасс на многие километры тянется «зеленая стена» деревьев и кустарников - они защищают населенные пункты от грохота проезжающего мимо автотранспорта.

Я выяснила, что в настоящее время существует целый ряд специальных материалов и технологий, предназначенных для увеличения звукоизоляции ограждающих конструкций. Это устройство конструкции плавающего пола, монтаж звукоизоляционного подвесного потолка, возведение дополнительных звукоизоляционных облицовок стен с применением звукоизоляционных креплений.

Все эти методы обладают достаточно высокой эффективностью, но требуют довольно больших финансовых затрат на специальные материалы и монтажные работы. Но, оказывается, что иногда можно снизить шум от соседей не прибегая к дорогим звукоизоляционным технологиям. Необходимо всего лишь устранить некоторые недоработки строителей.

Глава II. Опытно-экспериментальная работа по исследованию голосов учителей.

2.1.Анкетирование учащихся и анализ результатов

С целью выявления тембра голоса наиболее приятного и неприятного для слуха учащихся, мы провели анонимное анкетирование среди учащихся 6 «А» класса, 7 «А» класса, 8 класса, 9 «А» класса. При анкетировании подтвердилось, что восприятие голоса субъективно: один и тот же голос два учащихся могут воспринимать по-разному, поэтому один и тот же преподаватель может встречаться и в той и в другой категории.

Для анонимности мы ввели условное обозначение для каждого упомянутого в анкете преподавателя, где буква П означает преподаватель, а цифра, порядковый номер по общему списку:

Заглавные буквы ФИО

Условное обозначение

ФНС

П1

МАЛ

П2

СИВ

П3

КГЮ

П4

ВЕВ

П5

ЛЕВ

П6

ШТД

П7

СНА

П8

ШИЮ

П9

ВМВ

П10

Из 10 преподавателей учащиеся 2 - отнесли к учителям, с наиболее благоприятным, а 3 наиболее неблагоприятным голосом для восприятия учебного материала.

Анкетирование в 6 «А» классе выявило, 73% учащихся убежденны что тембр голосов учителей влияет на усвоение материала. 21% считают что наиболее благоприятный голос у учителя П8 и неблагоприятный- 2% у П9 Приложение №1

Совсем другие данные у учащихся 7 «А» класса: 85% считает, что тембр голоса влияет на усвоение материала учащимися. Из них 21% в качестве преподавателя с наиболее благоприятным голосом выбрали учителя- П1, а наиболее неблагоприятным 2 учителей - П4 и П10 по 4% Приложение№2

Далее приведем данные учащихся 8 класса: 78% учащихся убежденны что тембр голосов учителей влияет на усвоение материала. 20% считают что наиболее благоприятный голос у учителя П9 и неблагоприятный- 3% у П9 . см приложение №3

Данные анкетирования в 9 «А» классе следующие: 88% считает, что тембр голоса влияет на усвоение материала учащимися. Из них 22% в качестве преподавателя с наиболее благоприятным голосом выбрали учителя- П8, а наиболее неблагоприятным учителя 3 %- П9. См приложения№4

Из диаграмм видно, что учителей по мнению 6 «А» класса, 7 «А» класса, 8 класса и 9 «А» класса с благоприятными голосами 2 - П1 и П8, с неблагоприятными для восприятия учебного материала голосами можно выделить 3 - П4, П9, П10. См. приложения №1-4

2.2. Высота голосов учителей.

Выясним высоту звука каждого учителя. Для этого, с помощью приложения на андроиде «FrequenSee»» определим частоту. По графику в приложении видно громкость в дБ и частоту в Гц. см.приложение №5

Голос

Частота колебаний

(ν, Гц)

П1

779

П2

884

П3

590

П4

788

П5

832

П6

748

П7

846

П8

674

П9

721

П10

711

Самый высокие звуки у преподавателей П2, П5, П7.

2.3. Уровень громкости голосов преподавателей.

Кроме изучения тембров голосов преподавателей нами был измерен уровень громкости голосов преподавателей во время занятий с помощью приложения на анроиде «Sound Meter» с расстояния 1м. Измерение показало, что у 10% преподавателей уровень громкости лежит в пределах от 50-60дБ, у 86% в пределах от 60 - 70дБ(60дБ соответствует нормальному голосу лектора) и у 4% выше 70дБ см приложение №6

Выводы:

1. 81% учащихся считают, что физические характеристики голоса преподавателей влияют на усвоение материала учащимися;

2. Выявлены наиболее благоприятные и неблагоприятные для восприятия учебного материала голоса учителей;

3. Измерение уровня громкости голосов преподавателей во время занятий показал, что у 4% учителей уровень громкости лежит в пределах от 50-60, у 90% в пределах от 60 - 70дБ и у 6% выше 70дБ.

4. Физические характеристики звука влияют на качество обучения, но не влияют на успеваемость.

Заключение:

В ходе работы над проектом я изучил, что такое звук и какие характеристики звуковых волн существуют, что такое шум и влияние его на организм человека, также я рассмотрел санитарные нормы и мероприятия по защите и устранению от шума.

Я провел анкетирование учащихся нашей школы и проанализировал результаты. Также я измерил высоту и громкость голосов наших школьных учителей.

Моя работа не является законченной. В дальнейшем я хотел бы определить уровень шума в нашей школе. Найти информацию как шум влияет на организм человека и как избежать вредного воздействия шума.

Литература:

1. Билык Е.С. masters.donntu.edu.ua/2007/fgtu/beelyk/ind/index.htm

2. Глинская П.В. Физика для поступающих в ВУЗы/Волгоград: «Учитель». 2001

3. Жданов А.С. Учебник по физике для средних специальных учебных заведений. - М.: Наука, 1975.

4. Луппов Г.Д. Опорные конспекты и тестовые задания/М: «Просвещение». 1996

5. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б. Физика-11. - М.: Просвещение, 1989.

6. Пинский А.А., Разумовский В.Г. Физика и астрономия-9. - М.: Просвещение, 1999.

7. Тейлор Р. «Шум»/М: Изд-во «Мир».1978

8. Хорбенко И.Г. Звук. Ультразвук. Инфразвук. - М.: Знание, 1986.

9. Чедд Г. «Звук». /М.: Изд-во «Мир». 1975

10. Яворский Б.М., Селезнев Ю.А. Справочное руководство по физике. Для поступающих в вузы и для самообразования. - М.: Наука, 1989.

Приложения

Приложение №1

(результаты анкетирования 6 «А» класса)

Приложение №2

(Результаты анкетирования 7 «А» класса)

Приложение №3

( Результаты анкетирования 8 класса)

Приложение №4

( Результаты анкетирования 9 «А» класса)

Приложение №5 ( Скриншот приложения андроиде «FrequenSee», исследование частоты (высоты) голосов учителей)

Приложение №6 (Скриншот приложения «Sound Meter», исследование громкости голосов учителей)

20