うなりの観察(はじめてのイージーセンス)その2


夏休みから、ナリカ製のセンサ、イージーセンスをいろいろと試しています。
モーションセンサーはいろいろためしたのですが、今日は音の実験で使える音センサーについて、
みなさんにご紹介しようと思います。

センサーを使うメリットは、

・測定時間が極端に短い現象や長い現象に対して、測定ができること

・データとして残し、後に解析ができること

・授業時間内で何度も実験ができること

にあると思います。

例えば、記録テープをつかった物体の運動の解析実験などは、
記録テープを使ったほうが、物体の運動の様子がよくわかりますが、
測定や解析に時間がかかり、1時間の中で何回もデータをとることができません。

対してセンサーを使えば、20回でも、測定をすることができます。
重力加速度の測定などは、この数をこなしてデータ数を増やすということが
非常に大切になります。

このため国際バカロレアの教科書などを見ると、必ずセンサーを使って実験を行うように
作られています(国際バカロレアの研究を参照)。

また今回紹介するうなりの実験は、測定時間間隔を1msなど、
をかなり短くしないと捉えることができないので、どうしてもセンサーが必要になってきます。

それでは、うなりの測定実験をご紹介します。

科学のレシピ

準備:ナリカイージーセンス3リンク、音センサ、おんさ2台またはiOS2台(トーンジェネレーター入り)

手順:

1 グラフを選ぶ

2 測定時間を2秒、測定間隔を500μs~5msの間に設定

1

設定例

3 おんさ2台をうならせてる。この際、デジタル音で測定をしたほうが、うなりの式と比べやすいので、もしあればiOS2台にトーンジェネレーターアプリをいれて、デジタル音でうならせる

4 音センサを間において、記録ボタンを押す

5 しばらく待つと、うなりのグラフが出来上がる

6 うなりの時間間隔を測定しする。

7 出している音の振動数の差の逆数をとり、比較をする。

結果:

実際に測定したのでその結果を例としてご紹介します。

音1 708.7 Hz
音2 713.0 Hz

音1と音2の差 4.3回(1秒間でうなりをきく回数)

グラフから読み取ったうなりの間隔
242.500ms = 0.242s

2

5

よって1秒にうなりを聞く回数は、
1÷0.242 = 4.13回

となり、ほぼ一致をしていることがわかります。
(この差については、グラフ上から時間間隔を読むときの誤差が
影響をしているものと考えられます。)

いかがでしたか?

試行錯誤をして、グラフを見やすいように調節をしてから、
生徒の目の前で行うとより効果的です。

3

y軸の調整

4

高校物理ではうなりの式の紹介のみで、うなりの時間間隔の導き方などは行わないのですが、
この実験をやって興味をもたせたら、指導書などを参考にうなりの導き方の紹介を
発展として見せると、興味を持ってついてきます。

センサー機材は高いので、なかなか生徒分買うということは難しいですが、
教師が1つでももっておくと、授業の幅がぐ~~っと広がります。

センサー機器は、実験の1つの「目」と捉えることができるので、
これを使っていろいろ何ができるのかを考えることが大切ですね(^^)

みなさんは何に使っていますか?もしこんな使い方がある!など、
面白い使い方があったらぜひ教えて下さい!

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