Co słychać Pod wodą?

kluczowe pojęcia
Fizyka
dźwięk
fale
Biologia

wstęp
Czy słuchałeś kiedyś odgłosów pod wodą? Dźwięk podróżuje inaczej w wodzie niż w powietrzu. Aby dowiedzieć się więcej, spróbuj wydawać własne podwodne dźwięki—i uważnie słuchać.

Tło
dźwięk to fala tworzona przez wibracje. Drgania te tworzą obszary coraz mniej gęsto upakowanych cząstek. Dźwięk potrzebuje więc medium do podróży, takiego jak powietrze, woda, a nawet ciała stałe.,

fale dźwiękowe podróżują szybciej w gęstszych substancjach, ponieważ sąsiednie cząstki łatwiej wpadają na siebie. Weźmy na przykład wodę. W butelce z wodą znajduje się około 800 razy więcej cząstek niż w tej samej butelce wypełnionej powietrzem. Stąd fale dźwiękowe podróżują znacznie szybciej w wodzie niż w powietrzu. Na przykład w wodach słodkich w temperaturze pokojowej dźwięk przemieszcza się około 4,3 razy szybciej niż w powietrzu o tej samej temperaturze.

dźwięk poruszający się w powietrzu szybko staje się mniej głośny, gdy oddalasz się od źródła., Dzieje się tak dlatego, że energia fal szybko gubi się po drodze. Dźwięk utrzymuje swoją energię dłużej podczas podróży przez wodę, ponieważ cząstki mogą lepiej przenosić fale dźwiękowe. Na przykład w oceanie dźwięk humbaka może podróżować tysiące mil!

Podwodne fale dźwiękowe docierające do nas w szybszym tempie i utrzymujące ich intensywność dłużej wydają się nam sprawiać, że postrzegamy te dźwięki jako głośniejsze, gdy jesteśmy również pod wodą. Ludzkie ucho ewoluowało jednak do słyszenia dźwięku w powietrzu i nie jest tak przydatne, gdy jest zanurzone w wodzie., Nasza głowa jest pełna tkanek, które zawierają wodę i mogą transmitować fale dźwiękowe, gdy jesteśmy pod wodą. Kiedy tak się dzieje, wibracje omijają błonę bębenkową, część ucha, która ewoluowała, aby odbierać fale dźwiękowe w powietrzu.

dźwięk oddziałuje również z granicami między dwoma różnymi mediami, takimi jak powierzchnia wody. Ta granica między wodą i powietrzem, na przykład, odbija prawie wszystkie dźwięki z powrotem do wody. Jak ta cała dynamika wpłynie na to, jak odbieramy podwodne Dźwięki? Wypróbuj działanie, aby się dowiedzieć!,/li>

Przygotowanie

• napełnij wannę letnią wodą—lub udaj się do basenu—i przynieś pomocnika i inne materiały.,

• poproś swojego pomocnika, aby kliknął jedno naczynie ze stali nierdzewnej na drugie. Posłuchaj. Jak opisałbyś dźwięk?
• za chwilę Twój pomocnik kliknie jedno naczynie na drugie pod wodą. Myślisz, że usłyszysz ten sam dźwięk?
• poproś swojego pomocnika, aby kliknął jedno naczynie na drugie pod wodą. Posłuchaj. Czy dźwięk wydaje się być głośniejszy czy bardziej miękki? Czy to, co słyszysz, różni się w inny sposób?
• zanurz jedno ucho w wodzie. Poproś pomocnika, aby kliknął jedno naczynie przeciwko drugiemu pod wodą. Posłuchaj., Jak opisałbyś ten dźwięk?
• poproś swojego pomocnika, aby kliknął jedno naczynie na drugie pod wodą wkrótce po zanurzeniu głowy. Weź głęboki oddech, zamknij oczy i zanurz głowę całkowicie lub tak bardzo, jak czujesz się komfortowo. Słuchaj, wstrzymując oddech pod wodą (przyjdź na powietrze, gdy potrzebujesz!). Czy dźwięk wydaje się być głośniejszy czy bardziej miękki? Czy wydaje się być inaczej w inny sposób?
• powtórz tę sekwencję, ale niech twój pomocnik użyje dwóch plastikowych przyborów walących o siebie.,
• powtórz sekwencję jeszcze raz, ale tym razem posłuchaj, jak mała piłka jest wrzucana do wody. Czy dźwięk piłki wpadającej do wody zmienia się, gdy słuchasz nad lub pod wodą? Czy zmienia się Twoje postrzeganie tego dźwięku? Dlaczego tak się stało?
• zmiana ról. Niech twój pomocnik słucha, gdy wydajesz Dźwięki.
• omów zebrane wnioski. Czy pojawiają się wzory? Czy może pan powiedzieć coś o tym, jak ludzie odbierają dźwięki, gdy są zanurzeni w wodzie?,
• Extra: Test z większą liczbą rodzajów dźwięków: dźwiękami miękkimi i głośnymi, wysokimi i niskimi. Możesz znaleźć więcej wzorów?
• Extra: aby zbadać, co odbiera falę dźwiękową, gdy jesteś zanurzony, użyj palców, aby zamknąć uszy lub użyj wkładek dousznych podczas zanurzania głowy. Jak zmienia się dźwięk po zamknięciu przewodu słuchowego pod wodą? Czy to samo dzieje się, gdy zamykasz kanał słuchowy, gdy jesteś nad wodą? Jeśli nie, to dlaczego miałoby być inaczej?
• Extra: idź na basen i posłuchaj dźwięku kogoś skaczącego do wody., Porównaj swoje postrzeganie dźwięku, gdy jesteś zanurzony, z Kiedy Twoja głowa jest nad wodą. Jak zmienia się Twoje postrzeganie? Zamknij oczy. Możesz powiedzieć, gdzie osoba wskoczyła do wody po zanurzeniu? Wiesz, kiedy masz głowę nad wodą?
• Extra: zbadaj dźwięki oceanu i jak dźwięki spowodowane działalnością człowieka wpływają na zwierzęta wodne.

obserwacje i wyniki
Czy dźwięk był bardziej miękki, gdy powstał pod wodą, a Ty słuchałeś nad wodą? Czy to brzmiało przytłumione, kiedy miałeś zanurzone tylko ucho?, Czy to był fuller, kiedy zanurzyłeś głowę?

dźwięk podróżuje szybciej w wodzie w porównaniu z powietrzem, ponieważ cząsteczki wody są gęstsze. W ten sposób energia, którą niosą fale dźwiękowe, jest transportowana szybciej. To powinno sprawić, że dźwięk będzie wydawał się głośniejszy. Prawdopodobnie uważałeś go za bardziej miękki, gdy nie byłeś zanurzony, ponieważ powierzchnia wody jest prawie jak lustro dla dźwięku, który stworzyłeś. Dźwięk najprawdopodobniej niemal całkowicie odbił się od wody, gdy tylko dotarł na powierzchnię.

Kiedy zanurzyłeś tylko ucho, dźwięk prawdopodobnie nadal wydawał się przytłumiony., Dzieje się tak, ponieważ ludzkie ucho nie jest dobre w wychwytywaniu dźwięku w wodzie—w końcu ewoluowało do wychwytywania dźwięku w powietrzu.

Kiedy zanurzyłeś głowę, dźwięk prawdopodobnie brzmiał pełniej. Dzieje się tak dlatego, że nasza głowa zawiera dużo wody, która pozwala tkankom odbierać Podwodny dźwięk—bez polegania na błonie bębenkowej. Wyjaśnia również, dlaczego zamknięcie przewodu słuchowego prawie nie zmienia dźwięku, który odbierasz pod wodą.

Jeśli próbowałeś wykryć, skąd pochodzi dźwięk po zanurzeniu, prawdopodobnie miałeś ciężki okres., Nasz mózg wykorzystuje różnicę w głośności i czasie dźwięku wykrywanego przez każde ucho jako wskazówkę, aby wywnioskować, skąd pochodzi dźwięk. Ponieważ dźwięk podróżuje szybciej pod wodą i ponieważ odbierasz dźwięk całą głową, gdy jesteś zanurzony, twój mózg traci sygnały, które normalnie pomagają określić, skąd pochodzi dźwięk.

Więcej informacji
Discovery of Sound in the Sea, from the University of Rhode Island and The Inner Space Center
Can You Hear Sounds in Outer Space?,, from Science Buddies
Talk through a String Telephone, from Scientific American
Sound Localization, from Science Buddies
Ears: Do Their Design, Size and Shape Matter?, from Scientific American
zajęcia STEM dla dzieci, from Science Buddies

ta aktywność przyniosła ci we współpracy z Science Buddies