Вплив вібрації на живі організми

Тема: «Влияние вибрации на живые организмы».

Цель: Обеспечить усвоение учащимися взаимосвязь между явлениями природы, закономерности перехода количественных изменений в качественные; выявить позитивные и негативные аспекты действия инфразвуков и ультразвуков; показать негативное влияние шумов на организм человека и способы борьбы с шумом; формировать самообразовательную компетентность, развивать умение делать выводы по изученным свойствам звуков и воспитывать научное мировоззрение учащихся.

Способы обучения:

1. Использование дополнительной литературы, межпредметные связи (физики с биологией,  химией, географией).

2. Научное оборудование: шкала звуковых волн, на которой дополнительно показано связь живых организмов с звуковыми волнами и отображены особенности разных диапазонов  звуковых колебаний.

3. Магнитофон с записями звуков согласно со шкалой громкости.

План урока.

1. Вступительное слово учителя.

2. Ответы и доклады учеников.

3. Заключительное слово учителя о  бесконечности изучения материального   мира.                       

4. Закрепление.                                                                                                                               5. Итог урока                                                                                                                                                                               

Ход урока.

Вступительное слово учителя.

Мы закончили изучать тему «Механические колебания и волны» . составной частью которой есть раздел «Звуковые волны». На этом уроке мы с вами, используя знания, полученные вами на уроках физики, биологии, рассмотрим такие вопросы:

-- особенности и закономерности природных звукопередатчиков и приемников ;

-- действие звука на живые организмы и проблемы, которые при этом возникают;

-- действие шума и способы борьбы с негативными последствиями шума.

Звуковые волны.

Происхождение звуков.

В природе существуют звуки биологического и небиологического происхождения. Например, «голос» океану- это звук небиологического происхождения, что зависит от многих факторов: силы ветра, наличие осадков, водных течений, состояния земной поверхности (спокойное, землетрясение) и других. Чаще всего все эти звуки принадлежат к низким частотам ( их верхняя граница – 10 Гц). Звуки биологического происхождения создаются живыми объектами, и их частота лежит в приделах 7 Гц—100кГц (иногда выше).

Послушаем короткий доклад о голосовом аппарате человека.

Ученик. Голосовой аппарат- это сложная автоколебательная система, что состоит с:

1) расположенных в гортани голосовых связок (двух складок, что создаются эластичными и мышечными волокнами), создают отверстие;

2) несколько воздушных пустот- горловой, ротовой и носовой;

3) дыхательного аппарата- легких, бронхи, трахеи.

Частота колебанья голосовых связок зависит как от персональных параметров, так и от влияния центральной нервной системы. При создании звука отверстие между мышцами сужается, их мышечные волокна напрягаются, а свободный край связок приходят в колебательное движение. При этом в столбе выдыхаемого воздуха создаются последовательные уплотнения и разряжения – основа звуковых волн. Однако окончательное формирование звука происходит в воздушных полостях (главным образом в ротовой полости), которые служат резонаторами.

Так, на этот процесс влияет изменение объёма и формы ротовой полости, что происходит путем изменения взаимного расположения языка, зубов, губ. При создании согласных звуков, которые ближе к шумам, в колебаниях принимают участие также мягкое нёбо, кончика языка. Частота колебаний звуковых волн (определяет высоту звука) и её амплитуда (определяет мощность звука) зависят от степени напряжения и длины голосовых связок, а также от скорости и напору потока воздуха, что проходит сквозь отверстие, которое создается дыхательной системой. Механизм возникновения многих звуков существенно зависит от создания вихрей в потоке воздуха, что проходит сквозь голосовую систему.

Учитель. Хочу вам сказать, что есть целая серия звуков, создаваемых рыбами, по этому высказывание «немой, как рыба» неправильно. Про это нам расскажет ученый-биолог.  

Ученик. Звуки, что создаются рыбами, можно разделить на ряд групп:

--- звуки, связанные с движением рыб (частотою до 1кГц), обусловленными перемещениям воды и трением движущих частей скелета; такие звуки принимаются людьми как шуршание, шелест;

---звуки питания (их частота 1,5-2кГц) связаны с движением при захвате и перетирании еды; они принимаются людьми как низкие, глухие удары;

---звуки, что создаются рыбами при терке лучевых косточек или остова (диапазон частот 20Гц-12кГц), принимаются как скрежет, треск;

---Звуки, что создаются плавательным пузырем при его колебаниях(сокращениях), характеризуются частотой от 40Гц до 2,5кГц, принимаются кА ритмичные удары, стоны.

Звуки, созданные китообразными, например, дельфинами, пребывают в диапазоне частот 0,2-200кГц; для верхней границы характерен скрип, для нижней — свист.

Звуки китообразных имеют такие особенности: во первых, они в основном принадлежат к области высоких частот (ультразвук) ; во вторых, давление, что они создают, намного превышает давление звуков океану, что принадлежат к той же области частот. Первая особенность связана с функцией эхолокации, для какой использование короткой длины волн есть непременным условием получения хорошей чувствительности (последнее особенно важно).

С наземных животных интересные звуки могут создавать летучие мыши; они испускают звуковые импульсы высокой частоты (до 200кГц). Эти импульсы имеют гармонические составляющие и очень отличаются от скрипа дельфинов. Летучие мыши с помощью звука ведут локацию окружающей среды, они имеют хорошую звуковую память и используют сигналы чаще в незнакомой обстановке или под час охоты.

Короткие сигналы могут испускать обезьяны –капуцины (причем также в незнакомой обстановке).

Учитель. Эти примеры свидетельствуют нам о том, что развитие у животных способности к эхолокации связана с условиями их жизни, а это ещё раз подчеркивает взаимосвязанность законов природы.

Можно сравнить слух рыб и морских млекопитающих (китообразных), какие адаптировались к жизни в воде в далекие времена. Оказывается, что в последних, в том числе и дельфинов, на низких частотах чувствительность очень понижена и значительно хуже, чем у рыб, что связано с развитием функции эхолокации. Известно: чем короче длина волны, тем меньше может быть объект, который может быть обнаружен с помощью эхолокации, по этому такие волны и применяют для создания эхолокации высокой точности.

Интересно, что у дельфинов на воздухе происходит снижение чувствительности к звуку (такая же картина наблюдается у человека под водой); ухо тюленя чувствительное к ультразвуку, принимает звуки лучше в воде, где животное живет и охотится, чем на воздухе.

Учитель. Какой же вывод мы можем сделать?

Вывод. На основании наблюдении и исследовательских данных можно сделать вывод, разница в восприятии звуков разными животными связана в первую очередь с адаптацией организмов в процессе эволюции к данным условиям проживания.

Действие звуков на живые организмы.

Инфразвуки.

По привычке за верхнюю границу инфразвуков принимают частоту16-25 Гц (в воде – 100 Гц). Нижняя граница не определена. Инфразвуки есть в шуме атмосферы, лисов, моря, их источник – турбулентность атмосферы и ветер. Источник инфразвуковых колебаний – это гром, колебания и вибрации в земной коре, цунами, поток транспорту, оружейные выстрелы и другие, Наибольший уровень инфразвуку (134дб) был зарегистрирован на частоте 13 Гц при роботе двигателя катера мощностью 400 л.с. при заборе воздуха в карбюратор.

Исследования показали, что инфразвук потенциально небезопасен для человека. Он ведет к потере чувствительности органов равновесия тела, вызывает боль в ушах, позвоночнике и может разрушить мозг.

Историческая справка. Во Франции группа профессора Гавро исследовала звук в лаборатории, рядом с которой был позднее построен завод. Тогда и случилось что то непривычное. В одном из зданий лаборатории невозможно было работать. Через два часа люди чувствовали себя разбитыми, не могли сложить два числа. Долго не могли выяснить, в чем дело, пока не заметили вибрации стен здания. Выяснилось, что вентиляция завода создавала колебания низкой частоты 7 Гц. С этого началось детальное исследование инфразвука. Профессор Гавро рассказывал, что сильный инфразвук  Заставляет колебаться внутренние органы, в связи с этим трение между сердцем, легкими, желудком производит до сильного и очень болезненного раздражения. При определенной интенсивности инфразвук частоты 7 Гц вызывает чувство, что голова может оторваться, умственная работа при этом невозможна. Эта частота, возможно, совпадает с биоритмами мозга. Физиологичная работа слабых инфразвуков похожа с недомоганиями типа морской болезни.

Известны случаи, когда моряки без каких  либо причин, в панике , бросались за борт корабля, а иногда гибли в страшных муках (миф про «летучий голландец»). Только в наше время стало возможным установить возможную причину их гибели. Шквальный ветер рождает шторм, начинает двигаться поверхность води – возникают инфразвуковые волны с частотой колебанья, меньше  16 Гц, которые распространяются на большие расстояния. Если люди попадают в пространство, где есть инфразвуковые волны с частотой приблизительно 6 Гц, то возникает явление резонансу, резкий рост амплитуды сердечно - сосудистой системы, поскольку их собственная частота 6-7 Гц, и происходит разрыв артерии.

Ультразвук.

Ультразвук (частота 20 кГц – 1 ГГц). В отличии от звука и инфразвука, распространяется узконаправленно, как бы лучом, сильно поглощается воздухом, слабее водой, по этому радиус их действия незначительный: в воздухе – десятки метров, в воде – несколько километров. В следствии малой длины волны ультразвук не может огибать большие преграды; они хорошо поглощаются веществом, взаимодействуют с ним, разрушают её микроструктуру. Их энергия может легко переходить в внутреннюю энергию, вызывая при этом нагрев тела или химическую реакцию.

Большие дозы ультразвука неблагоприятно действуют на человека – возникает головная боль, нарушение сердечного ритма и другие рефлекторные реакции, могут даже привести к отслоению сетчатки глаза.

С другой стороны, ультразвука при малой интенсивности стимулирует рост бактерий и вирусов, ускоряет произрастание семян, что нашло применение в сельском хозяйстве. Ультразвук широко применяется в медицине для диагностики заболевания, а также для их лечения, например неврит, невралгии, экземы, радикулита и других.

Звуки.

Их частота от 16 до 20 000 Гц, они имеют промежуточные особенности. Их отличие от инфразвука и ультразвука в том , что они воспринимаются человеком. Вся жизнь человека связана со звуками. Тысячи звуков окружают нас, причем очень разных – от гула самолета и работающего станка до еле слышного шелеста травы, от аккордов оркестра до стрекотания кузнечика. Звуки дают возможность людям общаться друг с другом, несут им различную информацию, доставляет эстетическое наслаждение, предупреждает об опасности.

Ученые установили, что местные жители, общаются друг с другом приблизительно 10 – 11 часов в день, с них приблизительно 75% времени они слушают и говорят и только 25% времени читают и пишут.

Звуки не всегда грают позитивную роль. Звуки-шумы определенного диапазону (2-3кГц) негативно влияют на наши органы чувств, а через них – на живые клетки и нервы.

Учитель. Таким образом, мы видим связь между негативным влиянием шума и состоянием не только органов чувств, центральной нервной системы, через неё и всей деятельности человека.

Учеными были проведены исследования влияния акустических колебаний на физиологию растений.

Ученик. Выяснилось, что органная музыка Баха не вредит растениям, а даже позволяет сохранить им «представление», в то же время сильно громкая музыка ухудшает состояние растений или вообще приводит к гибели растений. Так сильный звук убивает гвоздику. Остаётся перенести эти выводы на человека. Известно, что два часа, прослушивания рок-н-роллу , а ещё таких направлений в музыке, как тяжелый рок, металлика, вызывает у слушателей значительное снижение слуха. Шум так же негативно влияет на животных. Беспрерывный многодневный (2-3дня) рокот бульдозера ведёт к линьке перьев у водоплавающих птиц, во время действия шума снижаются надои молока, животные плохо набирают вес, у лисицы, песца, норки могут начаться преждевременные роды. Сильный шум доводит животных до такой злобы, что они убивают своих маленьких детёнышей, а иногда шумы приводят зверей до самоубийства.

Учитель. Мы видим с вами взаимосвязь в природе, особенно то, что именно внешние условия могут вызвать нарушения физиологических функций у животных и привести к их гибели.

Сейчас ведется борьба с шумом, предлагаются различные способы защиты от шума. Так, разработано специальное звукопоглощающее покрытие, которое наносится на вибрирующую поверхность. Оно имеет большое внутреннее трение и большую часть механической энергии колебаний переводит в тепло. В США разработано металлический сплав, который поглощает шум подобно тому, как губка впитывает воду. Сплав (медь, алюминий, марганец) получает такую способность после термической обработки, которая придает ему антимагнитную структуру. Предполагается, что звуковые волны поглощаются таким экраном, создающих колебания микроскопических антимагнитных областей. Происходит преобразование звуковой энергии в тепло.

Учитель. Познакомимся с международной шкалой громкости.

Рассмотренный материал даёт нам возможность сделать такой важный вывод: частота и связанная с ней длина волны определяют особенности звуков. Последние изменяются плавно ( без резких скачков) в середине выделенного диапазона (инфразвук, звук, ультразвук, гиперзвук), но при переходе от одного диапазона к другому особенности резко меняются. Это ещё раз доводит закономерность перехода количественных изменений в качественные. Для иллюстрации этого можно рассмотреть шкалу звуковых волн.

4.Закрепление.

В процессе урока ученики должны заполнить таблицу.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                 .

Наименование		Частота
Инфразвук	в воздухе	До 16-25 Гц
	в воде	До 100Гц
Звук		16-20000ГЦ
Ультразвук		20000-10   Гц
Гиперзвук		10   -10   Гц

                                                                                                                                                                                                                                         

5.Итог урока; домашнее задание: выучить диапазоны различных видов звуковых волн, их физические и биологические свойства, пользуясь составленным на уроке конспектом. Повторить основные понятия главы «Механические колебания и волны». 

Мерзляк Математика 6 клас гдз

Виленкин 5 математика

гдз математика 6 Виленкин