Колебания и музыка

Заозёрная школа №16 с углубленным изучением
отдельных предметов г. Томска
Выполнили:
Антонян Диана,
Прокопович Юлия
Научный руководитель:
Буркова Т.Д.
Тема нашей работы
колебания и звон
колоколов. Звон колокола
является музыкальным
звуком. Музыкальные
звуки сопровождают
нас на протяжении всей
нашей жизни. Сила
музыки, способна
сплотить воедино
мечты, стремления и
помыслы человека.
Окружающих нас звуков
много, но мы будем
изучать только
гармонические звуки.
Звук
Окружающих нас звуков много, но нас
интересуют не все, а именно гармонические звуки.
Чем
отличаются
различные
звуки?
Что
представляет собой колокольный звон? И как его
можно получить? Вот на эти вопросы мы
постараемся ответить. Для этого надо рассмотреть
раздел физики, который называется акустикой.
Акустика – это наука о распространении звука в
замкнутом пространстве. Это слово также означает
науку о звуке. Именно акустика занимается изучением
звука, его свойствами, и явлениями.
Сначала посмотрим, что может являться
источником звука. Один из примеров источника звука –
это музыкальные инструменты.
Источником звука всегда является
колебание. Итак значит звук – это
колебание. Однако не все колеблющиеся
тела являются источником звука.
Проведем такой опыт:
На рисунке изображена упругая
металлическая линейка. В данном случае
колебания источника звука очевидны. Но
линейка перестанет звучать, если
переместить ее вверх и тем самым
удлинить ее свободный конец. Звук
становится не слышимым.
Линейка колеблется, но звук мы не
слышим. Значит, не всякое колеблющееся
тело является источником звука.
Теперь уменьшим длину линейки, и
опять приведем ее в движение, замечаем,
что линейка издает звук, так как
колебание
учащается.
Значит,
образование звука происходит, когда
линейка за 1 секунду совершает 20
колебаний. И эту величину назвали
частотой.
Мы живём в прекрасном историческом городе Томске,
он не только славится своей деревянной
архитектурой, но и с недавнего времени звоном
церковных колоколов. Колокол – это один из символов
Руси, её силы, её веры в будущее и памяти о прошлом.
Колокольный звон был предметом многократного
воспроизведения и воспевания в различных областях
искусства – литературе, поэзии, живописи, музыки.
Колокола помещают в звонницах
храма, или на колокольнях, рядом
с церковью. Колокольня – это
специальная башня с открытым
верхним ярусом, стоящим рядом
с храмом. В устройстве
колокольни используется явление
резонанса, причём с древних
времён. В верхней части башни
делаются отверстия, причём
отверстия делают такими
(убывающие по величине к
вершине) чтобы частота
колебаний столба воздуха в них
совпадала с частотой звучания
колокола, то есть звона. В роли
резонатора, также выступает
просторное пустое
пространство и высота, на
которой находится колокола (не
один десяток метров).
На звонницах и
колокольнях размешают
сразу несколько
колоколов, при этом звон
каждого дополняет
звучание других, создавая
согласие и гармонию
звука, неповторимую
мелодичность и
выразительность. Такая
музыкальность
обеспечивается ещё и
формой колоколов,
которые отличаются
друг от друга. На Руси
мастера колоколов
держали это в секрете.
В XVIII веке удалось найти такую «правильную»
форму колокола, при которой он звучал особенно
гармонично: было значительно расширенно
основание и наращена нижняя часть, то есть был
предан вид заострённой, массивной «губы», тем
самым увеличили высоту колокола, сделав звук более
звонким. Выработался тип русского колокола. В нём
диаметр нижний части равен высоте колокола, а
диаметр верхней части ,половине диаметра нижней.
В начале XX века по количеству, качеству, величине
колоколов, гармонии даваемых ими звуков, Россия
занимала в мире первое место.
Колокол – это самозвучащий
музыкальный инструмент.
Который представляет из себя
перевёрнутую металлическую
чашу, внутри которой по
центру дна подвешен
металлический «язык» при
взаимодействии происходит
удар о стенку чаши и та издаёт
звук. Так появляется
колокольный звон. То есть при
ударе «языка» о чашу возникает
её упругое дрожание, которое
представляет собой сумму
многих собственных колебаний
звуковой частоты.
Колокольный
звон
можно
сравнить с камертоном.
Прибор,
изображенный
на
рисунке, и есть камертон. Он
представляет
собой
изогнутый
металлический стержень на ножке.
В данном случае камертон укреплен
на резонаторном ящике.
Если по камертону ударить
молоточком, он зазвучит. Колебания
ветвей камертона незаметны. Но их
можно
обнаружить,
если
к
звучащему камертону поднести
маленький, подвешенный на нити
шарик (в данном случае пуговицу).
Шарик
будет
периодически
отскакивать, что свидетельствует
о колебаниях ветвей камертона.
Вывод: Это колебание ветвей
камертона и есть звуковая волна. От
сюда следует, что и звон колокола –
это тоже звуковая волна.
Эти колебания можно сделать видимыми, для этого
перевернём колокол и мысленно превратим его в
круглую плоскую металлическую пластину, насыпем
туда ровный слой песка, закрепив его при этом в
центре. Приведём пластину в колебательное
движение, на поверхности будут образовываться
песчаные узоры.
Причина их образования – собственные колебания;
колеблющиеся секторы пластины вспучиваются,
встряхивают песок и собираются вдоль линии покоя.
Эти линии покоя называются меридианами и
параллелями.
Каждому сочетанию меридианов и параллелей покоя
соответствует своя частота колебаний: более высоким
частотам соответствует более дробная сетка линии
покоя. Звучащие участки можно найти даже на ощупь
если размеры колокола велики, то и велики амплитуды
колебаний.
И так колокольный звон зависит от размера
колокола, а так же из чего он сделан. Многовековой
опыт русских мастеров показал. Что из всех
материалов наилучший для изготовления
колоколов – бронза, состав которой: четыре части
меди и одна часть олова. Именно этот сплав слабо
рассеивает механическую энергию, за период
колебания:
Бронза – 0,005, меди -0,03.
Медь и олово – мягкие материалы, но в сплаве
делаются твердыми, поэтому очень важно
соблюдать процентное соотношение олова и меди
в материале, поскольку избыток олова придает
колоколу звонкость, но делает бронзу более
хрупкой.
Устройство колокола таково, что его
звучание – это дуэт металла и столба
воздуха в нем, который приходит в
колебательное движение с частотой,
равной частоте колебаний стенок
совершая вынужденные колебания.
Чтобы собственная частота
колебаний столба воздуха совпадала с
частотой колебаний стенок колокола,
столб должен иметь определённые
параметры и ударять по нему надо в
определённые моменты.
Благодаря резонансу возрастает
амплитуда, энергия звуковой волны и
как вследствие громкость звука. В звоне
колокола, то есть в звуковом спектре,
присутствуют неслышные звуки –
ультразвук и инфразвук. Наше ухо не
воспринимает их, но человек –
биологическая система, и поэтому, так
или иначе отзывается на их
воздействии.
Поэтому когда бьют колокола, в
душе возникает ощущение
торжественности, причастности
к чему – то духовно высокому и
светлому, ощущение неразрывной
связи со своей родиной, со своим
народом, его историей и
традициями. Поэтому закончить
нашу работу хотелось бы
следующими словами:
Колокол русский народный,
Колокол храма святой,
Чуден голос свободный,
Люб отголосок мне твой.
Чистые чудные звуки
Любо душой ловить,
Или тревожные муки
В сердце больном хоронить…