Äänen salaisuus on pitkittäisaalto! Tutki fysiikan ihmeitä halpiskaupan jousella
Tässä Ken Kuwako, tiedekouluttajanne. Joka päivä on koe!
Oletteko koskaan nähneet, miltä ääni todella näyttää? Itsehän se on näkymätön. Mutta koulun luonnontiedon tunneilla teemme kaikkemme, jotta tämä näkymätön äänimaailma saadaan jotenkin ”näkyväksi”. Nyt esittelen teille yllättävän salaisen aseen, jota käytetään yläkoulun 7. luokan ”Äänen ominaisuudet” -oppitunnilla. Se on ”se lelu”, jolla jokainen on taatusti leikkinyt!
Fysiikka: ’Asiat’ ja ’Tapahtumat’ (Ilmiöt)
Fysiikan tieteenala jakaantuu karkeasti kahteen pääosioon. Toinen on ”asiat” (konkreettiset esineet), eli hiukkasten liike. Tähän kuuluu ”mekaniikan” ala, jossa käsitellään esimerkiksi pallon heittämistä tai auton ajamista. Nämä ovat konkreettisia, silmin nähtäviä asioita, ja siksi ne ovat oppilaille helppoja ymmärtää ja tuttuja.
Toinen on ”tapahtumat” eli ilmiöt. Tässä pääosassa on aalto. Kyseessä on ilmiö, jossa itse aine ei liiku, vaan ”energia tai värähtely siirtyy eteenpäin”. Tätä aihetta ei käydä peruskoulussa kovin syvällisesti läpi, joten monet yläkouluun siirtyvät oppilaat ovat pulassa, kun he kohtaavat aalto-käsitteen ensimmäistä kertaa, eivätkä pysty visualisoimaan sitä mielessään.
Ratkaisuna tähän ”näkymättömän aallon” ymmärtämisen haasteeseen olen ottanut muutamia vuosia sitten käyttöön kokeilun lelujousen eli Slinkyn avulla.
100 jenin lelu on parempi kuin 5000 jenin laboratorioväline
Tämä lelujousi on itse asiassa yksi parhaista välineistä luonnontiedon opetuksessa. Se on todella halpa, koska niitä saa herkkukaupoista ja ”kaikki eurolla” -tyyppisistä kaupoista (100 jenin kaupoista). Koulun budjetilla on helppo hankkia niitä joko jokaiselle oppilaalle tai yksi kappale kahdelle.
Toki luonnontiedon luokassa on hienoja, noin 5000 jenin arvoisia ”opetuskäyttöön tarkoitettuja jousia”. Niiden etuna on sopiva paino, minkä ansiosta aallon liike on hidasta ja helposti havaittavissa. Mutta koska ne ovat kalliita, niitä on vaikea saada tarpeeksi, ja kokeista tulee helposti vain opettajan tekemiä etädemonstraatioita.
Sen sijaan oppimisvaikutus on moninkertainen, kun ”jokainen oppilas saa itse tarttua jouseen ja luoda aallon omilla käsillään”.
Koe pitkittäis- ja poikittais-aallot käytännössä
Kun oppilaat saavat jousen käteensä, he alkavat oppia aaltojen ominaisuuksia luonnollisesti leikin kautta.
・Poikittaistaalto (Transverse Wave): Kun jousta heilautetaan sivusuunnassa, syntyy käärmeen lailla kiemurteleva aalto. Tämä on poikittaistaalto. ・Pitkittäisaalto (Longitudinal Wave): Kun jousta työnnetään eteen ja taakse, jousen kierteet muuttuvat tiheiksi tai harvoiksi (harventumiksi) aallon kulkiessa läpi. Tämä on pitkittäisaalto. Liike muistuttaa kastemadon ryömimistä.
Itse asiassa ääni on juuri tämä ”pitkittäisaalto” (eli tihentymäaalto). Pelkät oppikirjojen kuvat ja taululle piirretyt kaaviot eivät avaudu kaikille, mutta kun oppilas tuntee jousen liikkeen omissa käsissään, hän pystyy intuitiivisesti ymmärtämään: ”Aivan, tällä tavoin ääni etenee, kun ilma työntyy eteenpäin!”
Jousella selviää myös maanjäristysten mekaniikka
Tätä jousikoetta voi hyödyntää suoraan myös yläkoulun maantieteen tunneilla maanjäristyksiä opiskellessa. Maanjäristyksen tärinähän jakautuu pieneen, nopeasti saapuvaan esivärähtelyyn (P-aalto) ja suureen, hitaammin saapuvaan päävärähtelyyn (S-aalto), eikö niin?
・P-aalto (Primary Wave): Ensimmäisenä saapuva, nopea aalto. Se on pitkittäisaalto. Koska se etenee työntöliikkeellä, se siirtyy nopeasti.
・S-aalto (Secondary Wave): Myöhemmin saapuva, tuhoisampi aalto. Se on poikittaistaalto. Koska se ravistelee maata voimakkaasti, se aiheuttaa suurimmat vauriot rakennuksille.
Lelujousen avulla näiden kahden aallon eron voi nähdä omin silmin. Tässä toteutuu sanonta: ”Sata kuultua sanaa ei korvaa yhtä kokemusta.” Tiedeharrastuksen ja oppimisen kannalta paras tie on se, että pääsee itse tekemään asioita ja pitämään hauskaa sen sijaan, että asioita vain selitettäisiin sanoin.
Yhteydenotot ja tarjouspyynnöt
Tuo tieteen ihmeet ja hauskuus lähemmäksi! Tältä sivustolta löydät selkeitä ja hauskoja tiedekokeita, jotka voit tehdä kotonasi. Tutki ihmeessä lisää! ・Science Idea Notebookin sisältö on julkaistu kirjana. Lisätietoja täältä ・Tietoa ylläpitäjä Ken Kuwakosta täältä ・Erilaiset tarjouspyynnöt (kirjoitukset, luennot, tiedekurssit, TV-konsultointi, esiintymiset yms.) täältä ・Artikkelipäivitykset julkaistaan X:ssä!
Tiedeideat-kanavalla julkaistaan kokeiluvideoita!
