“Mikä on pitkittäisaalto?” Selitys yhdellä iskulla! Jousi paljastaa aaltojen perusteet ja maanjäristyshälytysten salaisuudet
Olen tiedekouluttaja Ken Kuwako. Joka päivä on koe.
Tee se makeiskaupan leluilla! Pitkittäisaaltojen tiedekoe, joka tempaa opiskelijat mukaansa
”Kuulemme äänen, mutta oletko koskaan nähnyt sen todellista muotoa?” ”Kuulemme uutisissa maanjäristyksen ’P-aalto’ -tyypistä. Sanotaan, että se on ensimmäinen pieni tärähdys, mutta millainen aalto se oikein on?”
Kun ’aalloista’ opetetaan fysiikan tunnilla, monella herää tällaisia kysymyksiä. Kyllä, erityisesti ’pitkittäisaallot’ (tai longitudinaaliaallot) ovat vaikeita hahmottaa. ’Poikittaisaallot’ (tai transversaaliaallot), kuten meren aallot tai köyden heiluttamisesta syntyvät, ovat helposti nähtävissä, sillä aallon kulkusuunta ja värähtelyn suunta ovat kohtisuorassa toisiaan vastaan. Sen sijaan pitkittäisaalloissa, jotka ovat äänen tai maanjäristyksen P-aallon (alkutärähdyksen) ydin, kulkusuunta ja värähtelysuunta ovat samat (yhdensuuntaiset).
Kun selitetään, että ”ilman hiukkaset värähtelevät edestakaisin…”, oppilaiden päiden ylle ilmestyy usein kysymysmerkkejä. Miten voimme saada tämän ”näkymättömän aallon” tuntumaan todelliselta?
Ei huolta. Itse asiassa voit ”visualisoida” pitkittäisaallon helposti käyttämällä sitä lelua, jonka saat makeiskaupasta tai euron kaupasta! Tässä artikkelissa jaamme reseptin ”helppoon pitkittäisaaltokokeeseen”, joka saa varmasti aikaan innostusta niin tunneilla kuin kotona. Pienellä oivalluksella tiede muuttuu heti paljon lähestyttävämmäksi!
◆ Tarvikkeet
• Slinky-jousi (muovinen tai metallinen)… 2-3 kpl • Sähköteippiä (tai tavallista teippiä)
Suositus: • Muovinen (kevyt ja helppo käsitellä, mutta liike on nopea) • Metallinen (hieman painavampi, aalto liikkuu hitaammin, joten se on helpompi nähdä)
Muovisia Slinky-jousia löytyy makeiskaupoista tai 100-Yen kaupoista, mutta metallisen voi löytää esimerkiksi Amazonista. Niitä myydään myös Narika-nimisessä paikassa (aaltokokeisiin tarkoitettu kierrejousi, tosin se maksaa 5000 jeniä).
◆ Kokeen valmistelu ja vinkit
Yhdistä 2-3 Slinky-jousta Yhdistä jouset tiukasti toisiinsa teipillä. Vinkki on kiinnittää ne niin, etteivät ne liiku, sillä liian löysästi kiinnitettynä aalto ei siirry kunnolla. Aseta laajalle alueelle Laita jousi suoraksi lattialle tai pitkälle pöydälle. Oppilaat voivat myös pidellä sitä vuorollaan.
Tee pitkittäisaalto Työnnä ja vedä jousta nopeasti edestakaisin toisesta päästä, jolloin puristus- ja harvennusaalto etenee jousessa. Tällöin jousessa pitäisi näkyä vuorotellen alueita, joissa jousi on ”tiheä” ja alueita, joissa se on ”harva”. Tämän ”tiheän” alueen, joka kiitää ”BAAARH!!” koko jousen läpi, näet pitkittäisaallon todellisen luonteen!
Katso tämän videon avulla, kuinka aalto etenee sujuvasti ja mukavasti.
Mitä mieltä olet? Verrattuna poikittaisaaltoliikkeeseen (ylös-alas -tärinä), voit huomata, että jokaisen jousiosan värähtelysuunta on sama kuin etenemissuunta. Tämä ero värähtelevän väliaineen (ainetta, joka välittää aallon) suunnassa on tärkeä tekijä, joka erottaa aaltojen luonteen toisistaan.
◆ Pitkittäisaallot ovat aivan lähellämme!
Tässä kokeessa näkemäsi pitkittäisaallot liittyvät läheisesti elämäämme.
1. Maanjäristys ja ”P-aalto / S-aalto”
Maanjäristyksen sattuessa maahan syntyy ja etenee samanaikaisesti pitkittäis- ja poikittaisaaltoja. Näistä:
- Pitkittäisaalto = P-aalto (Primary wave / ensisijainen tärinä) … etenee nopeasti ja ravistaa kevyesti.
- Poikittaisaallo = S-aalto (Secondary wave / päävärähtely) … saapuu myöhemmin ja ravistaa voimakkaasti.
P-aalto (pitkittäisaalto) on nopeampi, joten se saapuu ensin. Juuri tämä ”P-aalto on tullut!” -tiedon nappaaminen ja sen ilmoittaminen, että ”kohta tulee voimakas tärinä (S-aalto)!”, on hätämaanjäristysvaroituksen (Emergency Earthquake Warning) toimintaperiaate. Sama aalto, jonka näimme Slinkyllä, antaa meille henkemme pelastavia tietoja!
2. ”Äänen” todellinen luonne
Myös ”puheemme” ja ”musiikkimme” ovat ilmassa eteneviä pitkittäisaaltoja. Kuvittele, että Slinky-kokeessa ”tiheä” alue vastaa ilmamolekyylien tiivistynyttä aluetta (korkean paineen aluetta). Kun nämä ”tiheät” ja ”harvat” aallot etenevät ilmassa ja värähtelevät korvassamme olevaa tärykalvoa, me havaitsemme sen ”äänenä”.
Voit kokeilla aaltoja digitaalisesti tällä sivustolla, joka simuloi pitkittäis- ja poikittaisaaltojen toimintaa:
◆ Vinkkejä kokeen hyödyntämiseen tunneilla
• Poikittaisaallon kertaaminen etukäteen tehostaa oppimista! Ero poikittaisaallon kanssa tulee selkeämmäksi ja ymmärrys syvenee.
• Videokuvaus ja hidastus ovat hyviä! Erityisesti metallisen Slinky-jousen kanssa voit käyttää puhelimen hidastusominaisuutta tarkkaillaksesi aallon etenemistä huolellisesti.
• Yhdistä ”Ääni on pitkittäisaalto” -asiaan! Kokeen jälkeen yhdistämällä sen äänen etenemiseen (ilman pitkittäisaaltoihin) paranee koko oppimiskokonaisuuden ymmärrys huimasti.
◆ Makeiskauppa on ”tieteen siementen” aarreaitta
Makeiskaupoissa myydään paljon muitakin tieteellisiä leluja, kuten puhkeamattomia saippuakuplia (geelimäisiä), bambuhelikopterin kaltaisia muovipropelleja ja paukkunappeja. Saatat ajatella, ettei makeiskauppoja ole enää lähelläsi, mutta nykyään niitä on usein ostoskeskuksissa.
Esimerkiksi Aeon Mallin Fuurindou
ja vastaavat. Makeiskauppa on toisesta näkökulmasta kuin ”mini-tiedekeskus”. Jokainen edullinen lelu kätkee sisäänsä fysiikan lakeja (Slinky on ”aalto”, bambuhelikopteri on ”noste” ja paukkunapit ovat ”kemiallinen reaktio”). Mikset menisi lastesi kanssa etsimään ”tieteen siemeniä” kourallinen taskurahaa puristuksissa?
Pitkittäisaaltojen käsite ei ole vain teoriaa, vaan ”näkemisen ja tuntemisen” kokemus on avain. Se on tilaisuus saada oppilaat, joilla on vaikeuksia fysiikan kanssa, sanomaan ”Ymmärrän!” ja ”Tämä on hauskaa!” Lisäksi valmistelu on helppoa ja kustannukset vähäiset. Eikö olekin jännittävää, että makeiskaupan tasoisilla välineillä pääsee käsiksi tieteen ytimeen? Kokeile ”pitkittäisaalto jousella” seuraavalla oppitunnilla!
Jos haluat tehdä vielä pidemmän version, katso myös tämä:
Yhteydenotot ja pyynnöt
Tehdään tieteen ihmeistä ja hauskuudesta lähestyttävämpää! Olen koonnut helposti ymmärrettäviä ohjeita kotona tehtävistä hauskoista tiedekokeista ja niiden vinkeistä. Selaa ja etsi lisää! • Tieteen muistikirjan sisältö julkaistiin kirjana. Lisätietoja täältä • Tietoa ylläpitäjästä, Ken Kuwakosta, täältä • Kaikenlaiset pyynnöt (kirjoittaminen, luennot, kokeelliset työpajat, TV-konsultaatio/esiintymiset jne.) täältä ・Artikkelipäivitykset X:ssä!
Tieteen Ideakanava julkaisee kokeellisia videoita!
