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…