Kuin taikuutta! Edullinen koe, jossa hallitset seisovia aaltoja kaiuttimella ja narulla

Olen Ken Kuwako, tiedekouluttaja. Joka päivä on koe.

Haluaisitko nähdä näkymättömän äänen muodon? Vaikka mielikuva koulun laboratoriolaitteista olisikin kallis, todellisuudessa voit tehdä yllättävänkin tasokkaita kokeita arkipäivän esineillä. Tänään esittelen laitteen seisovan aallon (seisova aalto) kokeeseen, jossa lanka tuntuu tanssivan kuin elävä olento. Kehitin tämän halvan mutta tehokkaan laitteen yhteistyössä koulumme opettaja I:n kanssa, käyttäen pääasiassa vain euron (100 jenin) kaupan tuotteita. Tämä on täydellinen projekti niin opettajille kuin kotioloissakin vapaa-ajan tiedeprojekteihin.

Tiederesepti: Rakennetaan kokeellinen laite arjen esineistä

Vaikka puhummekin ”fysiikan kokeesta”, et tarvitse mitään erikoisvälineitä. Tässä on lista tarvittavista tuotteista. Koko setin hinta jää lounaan hinnan tasolle.

Tarvikkeet: Halpa kaiutin (puretaan myöhemmin). Esimerkiksi Daisolla myyty 300 jenin (noin 3 euron) kaiutin oli tehokas. Koska siinä on 3W lähtöteho, se pystyy heiluttamaan lankaa vahvemmin ja dynaamisemmin. Parhaimpia juttuja tieteellisissä kokeissa onkin löytää parempia osia ja päivittää laitetta ajan myötä.

・Narulanka (paksu puuvillalanka) ・Paino (esim. kalastuspaino tai nippu 5 jenin kolikoita käy) ・Leikkuulautateline (ostettu euron kaupasta)

・USB-laturi/verkkovirtapistoke (ostettu euron kaupasta)

・Äänenlähde: Älypuhelin tai iPad (Lataa ilmainen ”Tone Generator” -tyyppinen sovellus. Mikä tahansa sovellus, joka pystyy tuottamaan tietyn taajuuden ääniä, käy.)

Seuraavaksi kootaan nämä välineet. Sido narulanka kaiuttimen värisevään osaan, vedä toinen pää leikkuulautatelineen yli ja kiristä se tiukaksi painon avulla.

No niin, virta päälle! Kun lankaa todella heilutetaan…

Mitä sanot tähän? Kaunis aallonmuoto näkyy selvästi jopa paljaalla silmällä. Seisova aalto ilmestyi paljon selkeämpänä kuin aiemmilla laitteilla. Tämä on todella vaikuttavaa!

Kokeen vinkit ja resonanssin ihme

Tämän kokeen mekanismi on yksinkertainen, mutta siinä on syvyyttä. Appia käyttäen, kun muutat ääntä kaiuttimesta matalasta (matala taajuus) korkeampaan, lanka alkaa äkillisesti heilua voimakkaasti ja muodostaa kauniin aallonmuodon heti, kun ääni saavuttaa tietyn tason. Tätä ilmiötä fysiikassa kutsutaan resonanssiksi, ja tällöin syntyvä, liikkumaton aallonmuoto on seisova aalto.

Vinkki onnistumiseen: ”Perusvärähtelyä” (tilanne, jossa aaltoja on vain yksi) on vaikea löytää heti. Kokeile ensin säätää taajuutta ja etsiä 3. tai 4. harmonista värähtelyä (tilanne, jossa aaltokumpuja on kolme tai neljä). Nämä ovat suhteellisen helppoja löytää. Sieltä voit arvioida taajuutta ja laskea sitä alaspäin, tavoitellen 2. harmonista ja lopulta perusvärähtelyä. Perusvärähtelyssä voi kestää hetki äänen käynnistymisestä siihen, että lanka muodostaa kauniin muodon, joten ole kärsivällinen ja odota rauhassa.

Ammattilaisen niksi: Hiljennystekniikka ja parannukset

Kävin äskettäin Narikalla ja näin heidän laitteensa seisovien aaltojen havainnointiin (Seisovan aallon kokeilusetti). Kuten odotettua, toisin kuin kotitekoinen versio, siinä oli enemmän tehoa ja pystyin havaitsemaan kauniin seisovan aallon.

Oli mielenkiintoista huomata, että kun värähtelylaitteen asettaa pystyyn, värähtelytaajuus puolittuu. Ehkä tämä liittyy Melden kokeeseen? Sitä pystyi havainnoimaan hyvin. Kokeilin itsekin tätä temppua omatekoisessa Daiso-laitteessani: käänsin värähtelyosan ylöspäin ja asetin siihen viivaimen tms. Voi pojat, sainkin esiin entistäkin kauniimman seisovan aallon!

Kyselyt ja yhteistyöpyynnöt

Tehdään tieteen ihmeistä ja hauskuudesta entistä helpommin lähestyttävää! Olen koonnut selkeästi tietoa hauskoista kotona tehtävistä kokeista ja niiden nikseistä. Kokeile etsiä lisää! ・Tämän tiedeblogi (Kagaku no Netachō) on julkaistu kirjana. Lisätietoja löydät tästä ・Lisätietoja ylläpitäjä Ken Kuwakosta täältä ・Erilaiset yhteistyöpyynnöt (kirjoittaminen, luennot, kokeilupajat, TV-konsultointi/esiintymiset, jne.) täältä ・Artikkelipäivitykset lähetetään X:ssä!

Kagaku no Neta -kanavalla (Tiede-niksi-kanava) jaetaan kokeellisia videoita!