Helium
Helium ialah gas mulia, yang mempunyai sejumlah sifat tertentu. Dan khususnya, ia membolehkan anda menukar suara seseorang, menjadikannya berderit, seperti watak kartun. Walau bagaimanapun, mengapa ini berlaku, dan apakah sifat lain yang ada pada gas ini? Adakah ia selamat untuk disedut, dan bolehkah ada kesan sampingan? Berapa banyak bahan ini telah dikaji, dan di mana ia digunakan?
Helium digunakan dalam pelbagai cara, cara paling mudah untuk mencarinya adalah daripada penjual belon yang aktif menggunakannya. Ini adalah bahan yang dikaji dengan baik yang boleh dikatakan banyak perkara.
Ciri-ciri helium
Helium ialah gas lengai dan mempunyai semua ciri ciri kumpulan ini. Ia tidak mempunyai bau atau rasa yang biasa, ia tidak berwarna, dan awan helium tidak akan berbeza dalam penampilan daripada udara sekeliling. Elemen itu mempunyai ciri yang tetap hanya di dalamnya - pada suhu -268.9 darjah Celcius ia mencair, tetapi untuk mencapai perubahannya menjadi keadaan pepejal dalam keadaan duniawi biasa ia tidak akan berjaya. Untuk melakukan ini, anda bukan sahaja perlu menurunkan suhu kepada 1 K, tetapi juga untuk meningkatkan Tekanan atmosfera sehingga 25 atmosfera. Tetapi ini tiada kaitan dengan keupayaan gas untuk mengubah suara seseorang.
Satu lagi ciri bahan ini akan menjadi lebih menarik dalam rangka isu yang sedang dipertimbangkan. Helium ialah gas yang sangat ringan, satu-satunya gas yang lebih ringan ialah hidrogen. Ia sangat biasa dalam alam semula jadi, membentuk kira-kira 23 peratus daripada semua bahan dalam diketahui manusia Alam semesta. Jirim dilahirkan dalam bintang apabila gabungan nuklear. Gas ini 7 kali kurang tumpat daripada udara atmosfera bumi, menjadi yang kedua paling mudah antara semua yang sedia ada. Hanya hidrogen di hadapannya.
: betul-betul ketumpatan rendah menjadikan helium menarik untuk penjual belon. Mengisinya belon, orang ramai memberi mereka peluang untuk bergegas ke langit. Terima kasih kepada gas, bukan sahaja belon, tetapi juga seluruh kapal udara boleh diangkat ke langit. Bahan yang kurang tumpat cenderung meningkat, ini adalah undang-undang fizik.
Bagaimanakah gas berjaya mengubah suara anda?
Untuk memahami isu perubahan suara di bawah pengaruh helium, perlu mengambil kira fakta ketumpatannya yang rendah dan mempertimbangkan satu lagi nuansa - bagaimana seseorang berjaya menghasilkan bunyi dan pertuturan. Sebarang jenis bunyi, termasuk suara manusia, adalah getaran. Berkenaan pertuturan manusia– bunyi ini dibuat apabila bergerak pita suara yang terletak di dalam laring. Timbre suara dibentuk oleh kekerapan getaran; semakin tinggi penunjuk ini, semakin tinggi suara.
Dalam keadaan biasa persekitaran udara suara orang itu tetap biasa, bunyi dihasilkan dan dihantar dengan cara yang standard. Tetapi jika penunjuk persekitaran berubah, maka suara juga boleh berubah - dengan cara yang ketara atau tidak penting. Sesetengah orang menyedari bahawa suara mungkin berbunyi sedikit berbeza walaupun dalam kabus tebal apabila kelembapan dalam persekitaran berubah. Dan ia tidak Pendapat subjektif. Apabila menyedut gas lengai, pita suara dimampatkan, dan kekerapan getarannya meningkat dengan ketara. Apabila kekerapan ayunan meningkat, suara juga berubah, ia menjadi lebih tinggi dan lucu.
Ada zat yang memberi kesan terbalik. Jika anda menyedut sulfur dioksida, suara anda akan berbunyi lebih rendah, suara perempuan akan dianggap sebagai bass jantan. Ini adalah salah satu gas berat, ketumpatannya adalah 5 kali lebih tinggi daripada udara.
Adakah helium selamat?
DALAM garis besar umum menghirup helium boleh dianggap sebagai hobi yang agak selamat jika anda menghirup bukan sahaja ia, tetapi juga udara biasa, dan tidak menikmati hiburan dengan semangat yang istimewa. Lagipun, dalam sebaliknya tersedia kebuluran oksigen. Tanda-tanda pertama ini adalah loya, pening, sakit kepala, masalah pernafasan. Di samping itu, anda tidak sepatutnya melakukan ini dengan kerap, kerana terdapat risiko kerosakan pada pita suara. Mereka mesti dijaga; kerosakan di kawasan ini boleh menjadi tidak dapat dipulihkan, merosakkan suara, atau menjadikannya mustahil untuk bercakap. Alat vokal manusia sangat sensitif.
Jangan menyedut helium dalam-dalam atau menghirupnya untuk masa yang lama, jika tidak, gelembung gas mungkin terbentuk dalam darah, menyebabkan risiko strok. Ketepuan berlebihan paru-paru dengan helium dan bukannya oksigen juga berbahaya.
Hiburan sedemikian berisiko untuk wanita hamil dan kanak-kanak kecil; mereka tidak sepatutnya menyedut helium. Dewasa dan orang yang sihat Adalah wajar dinasihatkan untuk mengambil hanya nafas cetek, beberapa atau tiga pada satu masa, kerana ini akan cukup untuk kesan suara yang tinggi. Apabila suara menjadi normal semula, anda boleh cuba mengulangi peristiwa itu dua atau tiga kali lagi.
Oleh itu, suara berubah kerana fakta bahawa helium mempunyai ketumpatan yang jauh lebih rendah daripada udara. Pita suara seseorang berfungsi secara berbeza dalam keadaan sedemikian; Menyedut helium untuk mencipta kesan suara kartun adalah aktiviti yang agak menyeronokkan, tetapi ia perlu dilakukan secara sederhana untuk mengekalkan kesihatan.
Bunyi ialah perambatan gelombang dalam medium elastik (gas, cecair, badan padat) dan lahir daripada getaran sesuatu (pembaris yang diapit dalam maksiat, membran pembesar suara, udara dalam paip, tali, dll.). Semakin tinggi frekuensi ayunan ( bilangan yang lebih besar getaran sesaat), semakin tinggi bunyi (lebih nipis). Sebaliknya, semakin rendah frekuensi getaran, semakin rendah (lebih kasar) bunyi. Kita tidak boleh mendengar bunyi yang terlalu tinggi (ultrasound, dengan frekuensi melebihi 20 kHz). Telinga manusia juga tidak dapat melihat bunyi yang terlalu rendah (infrasound, dengan frekuensi di bawah 16 Hz).
Jika anda menyedut helium (lebih baik menghembus nafas dalam-dalam sebelum melakukan ini), maka ligamen tidak akan berada dalam persekitaran udara biasa, tetapi dalam persekitaran helium. Helium sangat gas ringan, telah masuk keadaan biasa ketumpatan adalah 7 kali lebih kecil daripada ketumpatan udara. Dalam persekitaran yang kurang padat, ligamen (seperti tali, contohnya) bergetar pada frekuensi yang lebih tinggi. Bayangkan bertepuk tangan di dalam air dan di udara - sama seperti ligamen lebih mudah bergetar dalam helium daripada di udara, iaitu tujuh kali lebih tumpat.
Ia boleh diandaikan bahawa jika anda menghirup beberapa gas (tentu saja tidak berbahaya), ketumpatannya lebih besar daripada udara, maka suara anda, sebaliknya, akan menjadi lebih rendah.
Jadi selamat dan gas tidak berwarna wujud dan sering digunakan dalam demonstrasi fizik. Ini ialah sulfur heksafluorida (atau sulfur fluorida (VI), SF 6). Ketumpatannya dalam keadaan biasa adalah 5 kali lebih tinggi daripada ketumpatan udara. Ligamen di dalamnya bergetar dengan frekuensi yang kurang dan oleh itu suara menjadi lebih kasar.
Perhatikan sebagai maklumat tambahan apa kecuali ketumpatan tinggi, sulfur heksafluorida mempunyai voltan pecahan yang tinggi (89 kV/cm), iaitu penebat yang sangat baik (ini ditunjukkan dalam video). Harta ini digunakan dalam kejuruteraan elektrik voltan tinggi, dan salah satu nama gas ini - SF6 - adalah singkatan untuk "gas elektrik", yang diberikan di USSR, di mana harta ini ditemui pada tahun 30-an.
Ia juga menarik untuk mengetahui frekuensi apa yang mampu dipancarkannya. suara manusia. Suara terbaik dilatih, dihantar suara nyanyian. Bunyi paling rendah adalah dalam bass (80 Hz-350 Hz), yang paling tinggi adalah dalam soprano (sehingga 1400 Hz). Sesetengah penyanyi dapat memukul not F oktaf ketiga ( Aria Ratu Malam dalam opera Mozart seruling ajaib") - 1396.9 Hz dan juga not G bagi oktaf ketiga (aria " Io bukan chiedo, eterni Dei" untuk soprano dan orkestra, Mozart KV316) - 1568 Hz.
Terdapat juga rekod yang luar biasa untuk memukul nota terendah atau tertinggi. Oleh itu, nota terendah, hampir tidak dapat didengari oleh telinga, telah direkodkan dalam prestasi Tim Storms dari Amerika Syarikat - 8 Hz. Penyanyi Mariah Carey menyanyikan nota sehingga oktaf ke-4 (2093 Hz). Pada tahun 2014, rekod kebangsaan telah ditetapkan di Ukraine (Kyiv) - penyanyi Svetlana Podyakova mengambilnya sehingga 5 oktaf! Dan pada tahun 2008, Adam Lopez memainkan nota C-sharp oktaf kelima, yang mana tiada kunci pada piano (kunci paling kanan piano adalah sehingga oktaf ke-5) - ini lebih daripada 4000 Hz!
Dan ini tanpa sebarang helium dan sulfur heksafluorida!
Mungkin setiap daripada kita tahu bahawa jika anda menyedut sedikit gas dari belon helium, suara anda akan menjadi lebih nipis dan terdengar lucu. Tetapi tidak semua orang boleh menjawab mengapa helium menukar suara apabila menyedut gas?! Dan semuanya kerana helium mempunyai ketumpatan yang jauh lebih rendah. Pita suara bergetar secara elastik dalam aliran udara. Dan kerana ketumpatan helium adalah tujuh kali lebih rendah daripada udara, ini bermakna ia mengurangkan ketegangan pada ligamen, itulah sebabnya ia bergetar dengan frekuensi yang lebih tinggi dan suara menjadi serak dan lucu.
Sekarang mari kita lihat dengan lebih dekat cara dan sebab helium menukar suara anda. Mekanik suara manusia adalah fenomena biologi yang menakjubkan. Semuanya bermula dengan fakta bahawa udara memasuki paru-paru melalui laring dan kemudian dalam bentuk karbon dioksida meninggalkan paru-paru semula melalui laring. Ini boleh dimanipulasi dalam beberapa cara. Sebagai contoh, anda mungkin mengeluarkan udara dan semua yang didengari oleh orang lain hanyalah bunyi pernafasan. Jika anda perlu mengatakan sesuatu, otot-otot laring dan pita suara ikut bermain.
Udara di dalam paru-paru anda menggalakkan diafragma anda untuk berehat. Ia kemudiannya melalui saluran tenggorokan anda dan memasuki bukaan kecil yang mempunyai dua lipatan kulit (pita suara) pada kedua-dua sisinya, berbentuk seperti V. Apabila otot yang mengawal suara anda tegang dan berehat, ia mencipta getaran dalam kord. Apabila kord ini bergetar, ia membebaskan denyutan udara. Ketegangan dalam otot ini mewujudkan perbezaan dalam kekerapan. Semakin tinggi voltan, semakin tinggi frekuensi dan oleh itu semakin tinggi suara. Kekerapan ini diukur dalam hertz (iaitu, berapa kali sesaat ini diulang). Sebagai contoh, hampir semua manusia bunyi pertuturan biasanya berkisar antara 200 hertz hingga 8000 hertz.
Sebaik sahaja keluar dari tingkap vokal, udara bergerak ke kawasan mulut anda yang boleh dipanggil secara tidak rasmi saluran vokal anda. Apabila anda memanipulasi lidah, rahang dan bibir anda, anda boleh menukar frekuensi resonans yang dihasilkan oleh pita suara anda, menghasilkan banyak bunyi yang berbeza ucapan.
Bunyi yang dicipta oleh udara yang mengalir frekuensi yang berbeza dan resonans yang dicipta oleh suara kita. Faktor lain yang mempengaruhi nada adalah ketebalan pita suara. Semakin tebal lipatan kulit, semakin dalam suara dan sebaliknya - semakin nipis lipatan dan semakin nipis suara.
Jadi sekarang mari kita bercakap tentang udara yang keluar dari paru-paru anda. Bilangan molekul dalam isipadu gas tetap, seperti isipadu udara dalam paru-paru, tidak berubah mengikut jenis gas (dengan syarat tekanannya cukup rendah). Selagi suhu dan tekanan adalah sama, tidak kira sama ada helium atau udara, bilangan molekul adalah sama. Jisim molekul ini kemudiannya diukur dengan berat atom. Berat atom - tidak berdimensi kuantiti fizikal(itu sebabnya ia berfungsi dengan baik untuk gas, yang tidak semestinya mempunyai saiz yang diberi). Ia satu sikap purata berat atom unsur berbanding 1/12 jisim atom karbon-12. Semua ini pada asasnya bermakna bahawa semakin tinggi nombor, semakin berat gas.
Helium mempunyai berat atom 4.002602. Udara, iaitu kira-kira 80% nitrogen, mempunyai ciri yang berbeza bergantung kepada persekitaran. Oleh kerana itu, berat atom sebenarnya tidak dapat ditentukan dengan tepat. Walau bagaimanapun, ia biasanya kira-kira tujuh kali lebih berat daripada helium.
Jadi, kenapa helium menukar suara anda apabila anda menyedut gas?! Jawapannya terletak pada bagaimana gelombang bunyi bergerak melalui gas tertentu. Lebih padat atau lebih berat gas, semakin perlahan ia akan berlaku gelombang bunyi. Helium jauh lebih ringan daripada udara. Kemudian kelajuan gelombang bunyi melalui helium akan menjadi lebih tinggi. Oleh itu, dengan menyedut helium dan menggunakannya sebagai sumber bunyi yang dirasakan, anda hanya meningkatkan kelajuan atau kekerapan suara anda. Anda tidak menukar pic kerana pita suara anda bergetar pada kelajuan yang sama seperti semasa menggunakan udara. Anda juga tidak mengubah konfigurasi saluran vokal anda. Oleh itu, sementara frekuensi asas kord kekal sama, kekerapan bunyi yang didengari oleh orang lain meningkat disebabkan oleh gelombang bergerak melalui helium lebih cepat daripada melalui udara.
Nampaknya topik ini tiada kaitan dengan vokal. Lebih cenderung kepada kimia... Atau fizik... Atau akustik, sebagai sebahagian daripada fizik... Namun pengaruhnya HELIUM(dan bukan sahaja dia, seperti yang anda akan pelajari daripada artikel) pada SUARA menunjukkan kesahihan pandangan tentang bagaimana suara manusia timbul dan hukum apa yang dipatuhinya.
Oleh itu, apabila menyedut gas lengai ringan - helium, sebagai contoh, dari belon, suara seseorang berubah sepenuhnya. Adakah anda tidak tahu tentang ini? Ya, ya, perkara yang menakjubkan ada berdekatan...
Kedengaran sungguh kelakar! Kesannya sangat menarik walaupun begitu orang terkenal, sebagai hos program "MythBusters" di Discovery Channel. Tetapi!
Roller on Bahasa Inggeris, tetapi ia tidak menakutkan, terdapat terjemahan yang sesuai sepenuhnya:
"Saya berjanji ia akan menjadi sejuk, tetapi anda perlu berjanji itu TIDAK PERNAH Anda tidak akan mengulangi ini di rumah! OKEY? OKEY! Dan sekarang... Semua orang tahu bahawa suara saya akan berbunyi lebih tinggi jika saya menyedut helium! Ini kerana ia 6 kali lebih ringan daripada udara, yang bermaksud pita suara saya akan bergetar lebih cepat dan ini menjadikan suara saya lebih tinggi!
Dan sekarang... Saya akan menghirup sulfur heksafluorida, yang 6 kali lebih berat daripada udara, dan suara saya akan berbunyi seperti ini...
Suara saya kedengaran jauh lebih rendah...
Dan saya masih berseronok!
INI ADALAH SAINS !!!»
Orang yang ingin tahu dan ingin tahu pastinya ingin tahu KENAPA adakah ini berlaku? Dan terdapat begitu banyak jawapan untuk soalan ini... Salah satu daripadanya telah diberikan - pita suara saya akan bergetar lebih cepat... Tetapi adakah ini benar-benar begitu?
Terdapat juga "sebab" lain - perbezaan tekanan udara dan helium, "mampatan" pita suara, dan juga fakta bahawa INERT(!) gas entah bagaimana menjejaskan STRUKTUR pita suara! Ia membingungkan!
Orang tidak tahu fizik... Tidak sama sekali...
Tetapi sebab sebenar agak mudah dan telah lama dikaji oleh sains. Ya, dalam keadilan mesti diakui bahawa ligamen yang beroperasi dalam medium bukan udara, tetapi helium (dan, sudah tentu, sulfur heksafluorida) bergetar sedikit lebih cepat (lebih perlahan). Tetapi hanya SEDIKIT! Dan tahap perubahan dalam kelajuan ayunan ini tidak boleh menjejaskan suara dengan cara apa pun BEGITU MENGGANASKAN! Faktor utama adalah berbeza.
Fikirkan sendiri, jika pita suara itu sendiri mengalami apa-apa kesan, maka suara itu boleh menjadi lebih tinggi atau lebih rendah, tetapi timbrenya tidak akan berubah! Suara itu akan tetap ada MANUSIA, walaupun lebih rendah atau lebih tinggi. Tetapi sesuatu yang sama sekali berbeza diperhatikan - TIDAK BERKEMANUSIAAN mengundi! Ia adalah perubahan JILID ke arah "pinocchio", "kekartunan" menyebabkan ketawa yang tidak terkawal! Kesan yang sama berlaku apabila suara itu "direndahkan" - "syaitan", "mengerikan", tetapi dalam apa jua keadaan - tidak ada persamaan dengan suara manusia.
Tetapi TIMBRE suara manusia - satu set forman, seperti yang diterangkan dalam artikel "Apakah itu forman?" . Forman sendiri adalah mustahil tanpa penyertaan RESONATOR SISTEM badan manusia. Dan bukan sahaja! Lebih tinggi MANUSIA suara ialah gelombang bunyi kompleks yang terdiri daripada forman yang sama, tetapi bukan sahaja forman itu sendiri diubah suai, tetapi juga lokasi individu mereka dalam spektrum suara. Oleh itu, kita mendengar, walaupun tinggi (atau rendah), tetapi, yang paling penting, suara manusia. Ubah PERSEKITARAN, menggantikan udara dengan gas lain tidak membawa kepada perubahan dalam konfigurasi rongga resonator, akibatnya, forman tidak beralih relatif antara satu sama lain, tetapi hanya mengubah frekuensinya. Telinga merekodkan ini sebagai suara "buatan".
Ini adalah pengesahan kedua-dua kewujudan sistem resonator itu sendiri dan pengaruh asasnya terhadap fenomena suara itu sendiri. Nah, untuk menjelaskan proses dari sudut pandangan fizik... Jika anda sila:
“Saluran suara manusia terdiri daripada pita suara dan resonator yang diisi dengan udara (atau helium): paru-paru, saluran pernafasan, rongga tengkorak. Sambungan menjana bunyi samar, tanpa resonator kita mungkin tidak mendengarnya. Frekuensi resonans saluran vokal bergantung kepada isipadu dan bentuknya. Helium mempunyai ketumpatan yang lebih rendah daripada udara, jadi kelajuan bunyi di dalamnya lebih tinggi (965 m/s berbanding 331). Kekerapan, panjang gelombang dan kelajuan bunyi dalam gas dikaitkan dengan hubungan tertentu. Ini menyebabkan fakta bahawa, walaupun konfigurasi resonator tidak berubah, frekuensi yang lebih tinggi menjadi resonan, dan spektrum keseluruhan suara beralih ke kawasan frekuensi yang lebih tinggi. Dalam istilah muzik, helium tidak mengubah nada suara, tetapi timbrenya. Lebih tepat lagi, ketinggian berubah, tetapi sangat sedikit - ia bergantung terutamanya pada ketegangan pita suara, dan apabila menghembus helium ia sedikit berbeza daripada semasa menghembuskan udara.
“... farinks ialah, dari sudut pandangan akustik, resonator volumetrik yang ditala kepada panjang gelombang tertentu (bukan frekuensi!). Dan jika seseorang menghirup udara, maka bunyi (suara) dengan frekuensi tertentu diperolehi... Tetapi jika sekarang bukannya udara kita mengambil helium, maka UNTUK PANJANG GELOMBANG YANG SAMA disebabkan kelajuan bunyi yang lebih tinggi, frekuensi yang berbeza akan diperolehi - yang lebih tinggi. Dan apabila bergerak dari satu persekitaran ke persekitaran yang lain (dari tekak yang dipenuhi helium ke udara biasa) frekuensi bunyi tidak berubah lagi.”