Шумомер
Разработчики проекта: Студенты лаборатории Сергей Лончаков и Сергей Яковлев
Цель работы
Разработка комплекта для проведения школьного практикума у старшеклассников по физике и экологии, позволяющего ознакомиться с основами электроники и основными количественными характеристиками шума.
Шумомер предусматривает специальную модульную конструкцию с возможностью сборки и разборки. В соответствующем описании даётся весь необходимый материал для понимания его устройства на уровне блоков. Так, ученик с учителем разбирается в деталях и собирает прибор на уроке физике. Измерения шума и их анализ проводятся на уроке экологии.
Устройство предлагаемого шумомера
1) Дисплей. Он необходим для того, чтобы видеть показания прибора. На нём будет отображаться уровень окружающего звука. Эта составляющая любого прибора. Оглянитесь вокруг, везде есть индикаторы, показывающие какую-нибудь информацию. Они могут быть даже стрелочными, но суть одна и та же.
2) Микроконтроллер. Что же будет управлять этим дисплеем, а именно выводить на него информацию? Ответ: микроконтроллер. Вся современная электроника использует микроконтроллеры, микропроцессоры (или просто процессоры). Если вы разберёте свой телефон, то увидите внутри процессор, отвечающий за выполнение всех вычислений и обработку всей информации. На материнской плате внутри компьютера тоже можно найти процессор, например, от фирмы Intel. Там, где не нужно большой вычислительной мощности используют микроконтроллеры.
3) Блок с батарейками. Для работы любого устройства необходима электрическая энергия. Во всех телефонах есть аккумулятор, в фонарике – батарейки. Утюг, чайник, компьютер вы включаете в розетку. Так же и для устройства потребуется батарейный блок, в который будут вставляться батарейки, необходимые для питания шумомера.
4) Усилительная плата. Для измерения уровня оркужающего звука используется микрофон и специально разработанная усилительная плата.
5) Блок с кнопками и светодиодной индикацией. Блок ввода-вывода. Служит также для возможности мониторинга питания и активности некоторых функций.
Содержание методички по физике
- Введение. Роль шума в нашей жизни
- Основные блоки шумомера. Описание блоков и для чего они нужны
- Начала электроники. Базовые знания, позволяющие лучше понять возникающие проблемы и способы их решения.
- Инструкция по сборке
Содержание методички по экологии
- Введение
- Сведения о звуке. Шкала измерения, примеры источников с указание дБ
- Практическая часть. Пояснения по выполнению работы
Введение
Прогресс человечества позволил перейти к развитию машиностроения ещё в XIX - XX веках. Появились различные механизмы, которые колеблются, вибрируют, жужжат, долбят. За примером далеко ходить не надо. На стройках используются экскаваторы, тракторы, отбойные молотки. И, очевидно, что находясь рядом, вы будете ощущать некоторый дискомфорт, хотя бы по той причине, что ваши уши едва выдержат звук перечисленных устройств. Ещё один хороший пример - это различные музыкальные концерты. На некоторых из них превышаются допустимые нормы звука для среднестатистического человека, и есть опасность нанести непоправимый ущерб органам слуха. В качестве третьего примера, вспомните своё последнее путешествие с перелётом. Гул взлетаюего самолётся слышно на большом расстоянии, даже из здания аэропорта. Находиться в момент взлёта вблизи чрезвычайно опасно!
Шум. Что это такое?
Окружающий мир полон звуков. Машины, предприятия, бытовые устройства, всё вокруг нас звучит. Что-то громче, что-то тише. Такое количество беспорядочных звуков и создает шум. Даже сейчас он действует на каждого из нас.
Акустический шум – это одна из форм вредного физического воздействия беспорядочными звуковыми колебаниями. Обычный человек способен слышать звуковые колебания в диапазоне частот от 16—20 Гц до 15—20 кГц. Звук ниже этого диапазона называют инфразвуком, а выше – ультразвуком.
В чём измерять шум?
Это, пожалуй, один из первых вопросов, который хочется задать, когда мы говорим про то, что звук стал громче или тише. Громче или тише на сколько? Это важно. Без введения единиц измерения мы просто не сможем понимать друг друга на пути научного исследования проблем шума в экологии.
Для количественной оценки шума обычно используют децибелы. Децибел (дБ) – это относительная единица измерения, да к тому же, логарифмическая. Когда вы говорите «громче», вас обязательно спросят «громче, чем что?», то есть надо указать некоторую, уже известную «громкость», а потом только сравнивать.
При прохождении звуковой волны через среду возникает переменное давление (среда колеблется). Величина, на которую давление изменяется называется звуковым давлением.
В чём измерять разобрались, но появляется новый вопрос – чем измерять? Откуда известно, что уровень звука на оживлённой улице около 70 - 80 дБ? Для этого существует специальный прибор – шумомер.
Почему шум опасен?
Терапевты считают, что звук 60-80 дБ вызывает у человека расстройство нервной системы, 90 – 110 дБ снижение слуха, 115 - 120 дБ болевой порог. При 140 - 145 дБ могут лопнуть барабанные перепонки, а 180 дБ смертельны для человека.
При 90 дБ органы слуха начинают деградировать. От большого звукового давления на барабанной перепонке образуются микро разрывы. После зарастания она становится более толстой и менее чувствительной.
Способы уменьшения шума
Бороться с проблемой шумового загрязнения можно и даже нужно. При строительстве здания, его стараются шумоизолировать, чтобы люди, находящиеся внутри, не ощущали звуковой фон от оживлённой улицы. Тоже самое делают и с транспортом. Заповедники создаются вдали от шумных местностей. В современном оборудовании всё чаще делается акцент на бесшумную работу.
Итак, есть несколько способов уменьшить шум:
1. Увеличение расстояния до источника шума.
2. Звукоизоляция – уменьшение шума, проникающего извне.
3. Звукопоглощение – ослабление шума, распространяющегося внутри.
Звукопоглощение даже с очень высоким коэффициентом поглощения может снизить уровень шума не более чем на 8 - 10 дБ. Наибольший эффект получают от совместного использования всех этих способов.