Почему не слышен свет и не виден звук?

Работу выполнили ученики 11-б
класса Казанцев Владимир и
Сергеев Александр
Цель работы:
Определить, почему
человеческий глаз не сможет
увидеть звук и почему ухо не
сможет услышать свет.
Задачи:
• Понять природу звуковой волны;
• Рассмотреть ухо как слуховой орган;
• Понять природу световой волны;
• Рассмотреть глаз как оптическую
систему.
Проблемный вопрос
Как звук, так и свет являются волной. Почему же
при получении механических колебаний в
оптическом диапазоне звук не станет видимым?
Или не услышим свет с частотой звукового
диапазона?
Звуковыми волнами (звуком) принято называть
волны, воспринимаемые человеческим ухом.
Диапазон звуковых частот лежит в пределах
приблизительно от 20 Гц до 20 кГц. Волны с частотой
менее 20 Гц называются инфразвуком, а с частотой
более 20 кГц – ультразвуком.
Ощущение звука вызывается звуковыми волнами,
достигающими органа слуха - уха. Важнейшая часть
этого органа - барабанная перепонка. Пришедшая к
ней звуковая волна вызывает вынужденные
колебания барабанной перепонки с частотой
колебаний в волне. Они воспринимаются мозгом как
звук.
Свойства звука
Звук обусловливается механическими колебаниями в
упругих средах и телах (твёрдых, жидких и
газообразных), но не в вакууме. То, что воздух проводник звука, было доказано поставленным опытом .
При распространении звуковой волны происходит
затухание звука, связанное с различными
необратимыми процессами. Часть энергии, которая
переносится звуковыми волнами, поглощается средой.
Громкость звука связана с энергией колебаний в
источнике и в волне. Энергия же колебаний
определяется амплитудой колебаний. Громкость,
следовательно, зависит от амплитуды колебаний.
Под светом (видимым светом) понимают
электромагнитное излучение в диапазоне от
0,40 мкм до 0,78 мкм. Излучение с большей
длиной волны называется ультрафиолетовым, с
меньшей – инфракрасным.
Свойства света
Свет в одних опытах обнаруживает волновые
свойства, а в других – корпускулярные, означает,
что природа света более сложна, чем природа
привычных нам тел окружающего мира. Свет не
является совокупностью частиц, подобных
маленьким дробинкам, нельзя его представлять
себе и подобным звуковым волнам или волнам на
поверхности воды.В любых световых явлениях при
глубоком их изучении обнаруживается
неразрывная связь корпускулярных и волновых
свойств света.
Глаз , как оптическая система
Через отверстие в
радужной оболочке
(зрачок) лучи света
входят в глаз и,
преломляясь на
поверхности глазного
яблока, в роговице,
хрусталике и
стекловидном теле,
сходятся на сетчатке,
давая на ней
изображение видимого
предмета.
Ухо как слуховой орган.
СЛУХ, восприятие звуковых колебаний органами слуха. У человека
и высших животных звуки улавливаются наружным ухом и через
барабанную перепонку и слуховые косточки (среднее ухо)
передаются в улитку лабиринта (внутреннее ухо), где колебания
т. н. основной перепонки вызывают возбуждение в
чувствительных нервных окончаниях кортиева органа, которое
передается в головной мозг. Человек воспринимает колебания
частотой от 10-20 Гц до 20 кГц.
Сходства между механическими и электромагнитными волнами
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.
Явление дифракции волн на поверхности воды можно наблюдать, если
поставить на пути волн экран с узкой щелью, размеры которой меньше длины
волны. Хорошо будет видно, что за экраном распространяется круговая волна,
как если бы в отверстие экрана располагалось колеблющееся тело – источник
волн.
В электромагнитных волнах:Впервые дифракцию света наблюдал
итальянский учёный Ф. Гримальди в середине 17 века. В узкий пучок света
Гримальди помещал различные предметы, в частности 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 размеры последних сравнимы с длиной волны. А эта длин
а очень мала.
2. Уравнение движения.
Уравнение бегущей
волны (мех. волн)
Уравнение бегущей
волны (элект. волн)
  x 
 t x
s  sm sin  t     sm sin   t    sm sin 2   
T  
   
lx
l

s  2s m sin 
cos  t  

 
3. 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)
4. Интерференция волн.
Природа звуковой волны отлична от
световой. Световая волна в определенных
ситуациях ведет себя как частица (фотон).
Механизм восприятия звука и света
различен.
В связи с различностью природы мы не
можем увидеть звук и не сможем услышать
свет.
Информационные источники:
1.http://accona.ru/referat/ref32798.html
2.http://soft.susya.ru/r1/index.php?un=1540
3.http://school.uni-altai.ru/physics/msg/1144651152
4.Открытая физика (электронный ресурс), ООО «Физикон», 2002г.
5.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.
6.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.
7.«Большая энциклопедия Кирилла и Мефодия», электронный вариант.
8.«БОЛЬШАЯ СОВЕТСКАЯ ЭНЦИКЛОПЕДИЯ», электронный вариант.