Урок  по физике  «Звук и здоровье человека»

9 класс.

Место урока в теме: заключительный урок по теме «Колебания. Волны. Звук».

Дидактические цели урока:

1. Формирование познавательных интересов
2. Формирование представлений о воздействии звуков различных диапазонов на здоровье человека.

Образовательные, воспитательные и развивающие задачи урока:

1. Изучить действие органов слуха и механизм образования звука.
2. Рассмотреть действие звука на организм человека и вытекающие отсюда проблемы.
3. Показать позитивное и отрицательное влияние звука.
4. Повторить основные характеристики звука.
5. Расширить знания учащихся о способах уменьшения вреда шумов на организм.

Основополагающий вопрос урока:  звук полезен человеку?

          Человек живёт в мире звуков. Звук – это то, что слышит наше ухо. Мы слышим голоса людей, пение птиц, звуки музыкальных инструментов, шум леса, гром во время грозы. Звучат работающие машины, движущийся транспорт. Звуки – это наши неизменные спутники. Они по-разному действуют на человека: радуют, раздражают, успокаивают, пугают своей неожиданностью.

           В глубокой древности звук казался людям удивительным, таинственным порождением сверхъестественных сил. Они верили, что звуки могут укрощать диких животных, сдвигать скалы и горы, преграждать путь воде, вызывать дождь, творить другие чудеса.

Жрецы Древнего Египта, заметив удивительное воздействие музыки на человека, использовали её в своих целях. Ни один праздник не обходился без ритуальных песнопений. Позже музыка пришла в христианские храмы.

Понять и изучить звук люди стремились с незапамятных времён. Греческий учёный и философ Пифагор, живший две с половиной тысячи лет назад, ставил различные опыты со звуками. Он впервые доказал, что низкие тона в музыкальных инструментах присущи длинным струнам. При укорачивании струны  звук её повышался. Открытие Пифагора положило начало науки  о звуках – акустике. Первые звуковые приборы были созданы в театрах Древней Греции и Рима: актёры вставляли в свои маски маленькие рупоры для усиления звука.

В некоторых музеях хранятся вазы античной работы, основное назначение которых – не художественное украшение, а отражение, усиление и сосредоточение звука. Сделанные из алебастра, такие вазы устанавливались в больших залах, театрах, собраниях и даже на площадях. Ораторам не надо было напрягать голос: слушатели воспринимали речь на всём пространстве почти без потерь громкости.

Вопрос для обсуждения:

Что же такое звук?

-механические колебания, распространяющиеся в упругих средах.

-механические колебания, воспринимаемые органами слуха.

Вопрос для обсуждения:

Как вы думаете, какую часть от всей получаемой нами информации об окружающем мире, мы получаем с помощью органов слуха?

Человек воспринимает с помощью зрения 90 % информации из окружающего мира, с помощью слуха 9% и только 1% с помощью других органов чувств. Хотя, большую часть информации мы получаем с помощью органов зрения, представьте себе жизнь человека лишённого возможности слышать. Потеря слуха сильно меняет жизнь человека, обедняет её. Отсутствие  возможности прослушать музыкальное произведение, услышать шум приближающегося автомобиля, просто поговорить  с друзьями.

Давайте разберёмся, как устроено ухо и как оно делает возможным получение информации с помощью звуков.

Звуковая волна доходит до нашего уха, она улавливается им – «влетает» в ушную раковину, или наружное ухо. Звук доходит до барабанной перепонки. Барабанная перепонка натянута довольно туго, и звук заставляет её колебаться, вибрировать. За барабанной перепонкой находится среднее ухо – небольшая полость, заполненная воздухом. Когда давление  в наружном ухе увеличивается, барабанная перепонка прогибается вовнутрь. Звуковые колебания, продолжая своё движение от барабанной перепонки,  приводят в движение три тонкие косточки, известные под названиями – молот, наковальня и стремечко. Эти косточки ещё больше усиливают звуковые колебания.

Среднее ухо заполнено воздухом и соединено с полостью рта евстахиевой трубой, благодаря чему поддерживается одинаковое давление на внешнюю и внутреннюю поверхности барабанной перепонки. Обычно евстахиева труба закрыта, но открывается при глотании, зевании. Если при заболевании евстахиева труба оказывается закрыта, то давление на барабанную перепонку не выравнивается и человек ощущает боль в ушах. Перепады давления в среднем ухе повторяют перепады давления в звуковой волне и передаются дальше – во внутреннее ухо.

Внутреннее ухо – это полость, свёрнутая улиткой и заполненная жидкостью Ухо имеет два порога слышимости – верхний и нижний. Если перейти верхний порог слышимости звука, то в ушах возникнет сильная боль. В действии органов слуха большую роль играет резонанс. Основная мембрана, натянутая вдоль улитки – внутреннего уха, состоит из множества эластичных волокон. Их общее число достигает 30 000, у  основания улитки они короткие (0,04 мм), тонкие и натянутые, а у вершины -  длинные (до 0,5 мм), более толстые и менее натянутые. Попавшие в ухо звуковые волны вызывают вынужденные колебания жидкости, заполняющей внутреннее ухо, и, вследствие явления резонанса – дрожание волоконец определённой длины. Чем выше звук, тем более короткие волоконца резонируют с ним. Чем сильнее звук, тем больше размах колебаний волоконец.  Ворсинки преобразуют колебания в электрические импульсы, которые через слуховой нерв поступают в мозг. Мозг производит обратное преобразование нервных импульсов в слуховые образы. Именно этим и объясняется способность человека воспринимать звуки.

У человека диапазон воспринимаемых частот лежит в полосе от 16 Гц до 20 кГц. У кошки этот диапазон шире от 60 Гц до 60 кГц. Довольно широка полоса слышимости у птиц, черепах, лягушек, кузнечиков. Чрезвычайно «тонким слухом» обладают ночные хищники. Ухо является достаточно хорошо изученным органом, однако учёным не до конца понятно, каким образом механические колебания улитки преобразуются в нервные импульсы.

Вопрос для обсуждения:

Почему при резонансе во внутреннем ухе, чем выше звук, тем более короткие волоконца с ним резонируют?

- Это связано с тем, что  частота колебаний обратно пропорциональна квадратному корню длины колеблющегося тела.

Вопрос для обсуждения:

Как вы считаете, почему ухо воспринимает звуки лишь в узком диапазоне частот?

-Это связано с тем, что длины волоконец,  резонирующих со звуком во внутреннем ухе,  имеют конечные размеры.

Вопрос для обсуждения:

Почему пределы слышимости у животных и человека различаются?

-Так как размеры органов слуха, следовательно, длины волоконец во внутреннем ухе различаются. Отличия в восприятии звуков связаны с адаптацией организмов в процессе эволюции к определённой среде обитания.

Вопрос для обсуждения:

Наибольшая острота слуха наблюдается в возрасте 15-20 лет. С возрастом слух ухудшается. Почему?

-Это связано с потерей эластичности барабанной перепонки.

Вопрос для обсуждения:

Великий немецкий композитор Бетховен, страдал болезнью, его глухота прогрессировала. Чтобы слышать музыку во время игры  он держал во рту палочку, второй конец которой был закреплён на фортепиано. Как вы думаете, почему?

Звуковые колебания улавливают зубы, затем они передаются на кости черепа, таким образом, сигнал поступает в орган слуха. Сейчас появились аппараты для глухих людей, работающие по  тому же принципу, они крепятся на внутреннюю сторону крайних зубов верхней челюсти.

Мы рассмотрели механизм восприятия звуков. Изучим механизм возникновения звуков в голосовом аппарате человека. Появление звуков является сложным психофизическим процессом.

Голосовой аппарат человека состоит из 3 частей:

1. дыхательный аппарат;
2. гортань с голосовыми связками;
3. резонансная область.

Дыхательный аппарат представляет собой:

а) лёгкие, б) дыхательные пути – бронхи и трахея, в) диафрагма – мышца, которая отделяет грудную полость от полости живота, г) мышцы брюшного пресса, которые оказывают давление на диафрагму при выдохе, д) межрёберные мышцы грудной клетки, сокращение которых приводит к  сжатию и расширению грудной клетки. 

Гортань представляет собой трубку, соединяющую трахею с глоткой. Она занимает переднюю часть шеи. Главными для образования голоса являются голосовые связки – складки, колебания которых и вызывают появление звука. В спокойном состоянии голосовые связки образуют треугольное отверстие – голосовую щель, через которую свободно проходит воздух. Связки могут быть длинными и короткими, толстыми и тонкими. Колеблющиеся голосовые связки образуют звуковую волну.

Резонаторная область (часть трахеи, ротовая полость и носоглотка) служит для усиления звука голосовых связок и создания тембра голоса.  Важную роль играет носовая полость, здесь звук усиливается, ему придаётся своеобразная звучность, тембр. Нарушения и заболевания носовой полости приводят к ухудшению звучания голоса. По меткому замечанию профессора Ермолаева «хороших певцов с плохим носом не бывает». Различное положение нижней челюсти, языка,  губ способствует произношению разнообразных звуков.

Существует непосредственная взаимосвязь между голосом и слухом. Слух не может развиваться без участия голосовых органов, голос не может развиться без участия слуха.

Вопрос для обсуждения:

Назовите общую часть голосового аппарата человека и слухового аппарата. Для чего она служит?

- Резонатор. Служит для усиления звука.

Вопрос для обсуждения:

Как вы считаете, сколько времени в течение суток человек вовлечён в речевое общение?

- Взрослый человек вовлечён в речевое общение примерно 10-11 ч в сутки, из них 75% времени он слушает и говорит, остальные 25% времени читает, пишет, работает на компьютере.

Вопрос для обсуждения:

Какие вы можете предложить меры по гигиене голосовых связок?

- При воспалении голосовых связок, они отекают – увеличиваются в размерах, голосовая щель уменьшается, а иногда и полностью закрывается, и человек начинает задыхаться. Это грозное осложнение часто возникает внезапно при вирусных инфекциях, аллергиях, перенапряжении голоса, вдыхании раздражающих веществ. Например, при постоянном вдыхании табачного дыма может возникать постоянный отёк слизистой оболочки, приводящий к охриплости и изменению тембра голоса.

С точки зрения восприятия органами слуха звуков, их можно разделить в основном на 3 категории: шум, музыка и речь. Это области звуковых явлений, обладающие специфической для человека информацией.

Шум – бессистемное сочетание большого количества звуков различных частот.

Музыка – особое явление в мире звуков, но в отличие от речи она не передаёт точных смысловых или лингвистических значений. Роль музыки в жизни человека настолько велика, что в последние годы медицина приписывает ей целебные свойства. Стоит лишь вспомнить, как солдаты идут в бой. Испокон веков песня была непременным атрибутом солдатского марша.

Речь – важнейшее средство мышления и общения людей.

Выступление Ванюшина А.М. (мелодия, кратко – строение гитары, различия в тембрах, по высоте звука, громкости)

Итак, мы увидели и послушали музыкальный инструмент, скажите,  есть ли сходства между  гитарой и речевым аппаратом человека?

- И в речевом аппарате и в гитаре  есть звучащее тело – голосовые связки и струны гитары, есть резонатор – полости усиливающие звук.

Догадайтесь, почему струны, предназначенные для создания низких звуков (басовые струны), оплетают спиралью из проволоки?

-По формуле зависимости частоты пружинного маятника от массы. Чем больше масса, тем меньше частота упругих колебаний, тем ниже тон звука.

Заполняем таблицу  «Категории звуков»

Специалисты считают музыку Моцарта феноменом в области воздействия музыки на организм. Интересно, что музыка Моцарта способствует повышению «коэффициента интеллектуальности» и у, кто любит Моцарта, и у тех, кому она не нравится.

Медленная и негромкая мелодия струнных инструментов снижает кровяное давление.

Давно, известно, что звуки колокола, содержащие в себе ультразвуковое излучение, за считанные секунды убивают тифозные палочки, возбудителей желтухи и вирусы гриппа.

В Китае более 2 тысяч лет назад практиковалась казнь, когда преступников подвергали непрерывному воздействию звуков флейт, барабанов и крикунов, пока те не падали замертво.

Шум является косвенной причиной расстройства нервной системы человека. При длительном воздействии шума, происходит перевозбуждение клеток коры головного мозга.

Громкие звуки вызывают отмирание ворсинок, отмирание половины из них ещё не ведёт к ощутимой потере слуха. С отмиранием всех 30 000 слуховых ворсинок человек попадает в мир безмолвия.

Даже низкий уровень громкости мешает концентрации внимания во время умственной работы. Ухудшение слуха относится к неизлечимым заболеваниям. К сожалению, цивилизация сопровождается всё большим шумовым загрязнением.

По мнению медиков, здоровые барабанные перепонки без ущерба могут переносить громко работающий плеер в течение 1,5 мин.

Монотонное гудение техники оказывает сильную нагрузку на нервную систему. В результате – усталость, нервные срывы в конце рабочего дня.

Методы борьбы с шумом:

Зелёные насаждения, шумозащитные экраны, стеклопакеты, звукопоглащающие покрытия, находить время для «пауз тишины».

Влияние инфразвука и ультразвука на живые организмы

Тела, колеблющиеся с частотой меньше 20 Гц и больше 20000 Гц, испускают неслышимые человеческим ухом волны. Их называют инфразвуком и ультразвуком.

Заполняем таблицу:

Каждый внутренний орган внутри человека имеет свою частоту колебаний. Частота 7 Гц вызывает ощущение, что голова может взорваться, т.к. соответствует биоритмам мозга.

Формулируем вывод урока. Отвечаем на основополагающий вопрос урока: Звук полезен человеку?

Звуки являются неотъемлимой частью человеческой жизни, музыкальные звуки дополняют эмоциональную сторону жизни. Влияние  инфразвуков, ультразвуков, шума, монотонных, громких звуков приводит к нарушениям и патологическим процессам.