Näe näkymättömät “äänen muodot”! Resonanssin ihmeitä tabletin ja veden avulla (Ilmapatsaiden resonanssi)

Täällä tiedevalmentaja Ken Kuwako. Joka päivä on uusi koe.

Ääni on näkymätöntä. Mutta eikö olisikin hienoa, jos saisimme nuo näkymättömät aallot kiinni laskelmien ja kokeiden avulla? Tänään esittelen teille oppitunnin ilmapatsaan resonanssista. Yhdistämme siinä modernin tabletin ja perinteisen vesiputken, jotta voimme selvittää äänen nopeuden ja aallon muodon. Kuvittele mielessäsi ilman värähtely lukiessasi tätä!

Äänen visualisointi: Tabletti kohtaa analogisen kokeen

Narika Science Academy hyödyntää aktiivisesti tabletteja fysiikan kokeissa. Eilen teimme ilmapatsaan resonanssikokeen akryyliputkella ja tabletilla. Tämän kokeen mekanismi on yksinkertainen, mutta syvällinen. Tuotamme akryyliputkeen tabletin sovelluksella ääntä tarkalla taajuudella. Sitten muutamme putkessa olevan veden pinnan korkeutta (eli suljetun putken pituutta) liikuttamalla putken alaosaan yhdistettyä vesisäiliötä ylös ja alas.

Yhtäkkiä, tietyllä syvyydellä, kuuluu voimakas ”VUUUUM!”. Ääni voimistuu hetkellisesti. Tämä on resonanssi.

Etsi äänen solmut ja kuvut!

Kun kuuntelet tarkasti, löydät useita kohtia, joissa ääni voimistuu. Muuntelemme pituuksia ja mittaamme ilmaputken pituuden näissä kohdissa.

Tällöin putken sisällä tapahtuu ilmiö nimeltä seisova aalto – aalto näyttää pysyvän paikallaan. Äänekkään kohdan löytäminen tarkoittaa itse asiassa sitä, että olemme löytäneet kohdan, jossa ilma värähtelee voimakkaimmin (aallon kupu). Näiden kahden resonanssikohdan pituuseroista voimme laskea äänen nopeuden.

[Tietovisa] Hyppääkö ilma ulos putkesta? ”Suuaukkokorjauksen” arvoitus

Ratkaistaanpa pieni fysiikkapähkinä. Tässä kokeessa törmäämme usein ilmiöön, jossa laskennallinen aallonpituus ja putken todellinen pituus eivät aivan täsmää.

Eräs ryhmä sai resonanssin aikaan, kun etäisyys putken suusta oli 0,415 m. Mittaamalla kahden resonanssikohdan välin (puoli aallonpituutta) he laskivat aallonpituudeksi 0,34 m.

Tämän perusteella päättelemme, millainen seisova aalto putkessa on, ja selvitämme suuaukkokorjauksen määrän.

Vinkki: Koska aallonpituus on 0,34 m, perusvärähtelyn (1/4 aallonpituudesta) pituus on 0,34 ÷ 4 = 0,085 m. Tämänkertainen resonanssikohta 0,415 m on hyvin lähellä lukua, joka saadaan kertomalla 0,085 m viidellä (0,425 m). Kyseessä on siis todennäköisesti viides yläsävel (kolmas resonanssipiste).

Mutta laskennallinen arvo on 0,425 m ja todellinen mittaus vain 0,415 m. Tämä erotus johtuu siitä, että ääni värähtelee hieman putken suun ulkopuolelle. Tätä kutsutaan suuaukkokorjaukseksi.

0,425 m – 0,415 m = ???

Mikä on vastaus senttimetreinä? (Aivan, vastaus on 1 cm!) On fysiikan suolaa, että yhdistämällä kokeelliset ja teoreettiset arvot voimme mitata jopa näkymättömän ilman ”ylivuodon”.

Yhteydenotot ja pyynnöt

Tiede on täynnä ihmeitä ja hauskuutta! Olen koonnut yhteen helposti ymmärrettäviä vinkkejä ja hauskoja tiedekokeita, joita voit tehdä kotona. Käy ihmeessä tutkimassa! ・ Tiedeaiheinen blogini on julkaistu nyt kirjana. Lisätietoja täällä ・ Tietoja ylläpitäjästä (Ken Kuwako) täällä ・ Erilaiset pyynnöt (kirjoittaminen, luennot, tiedeluokat, TV-esiintymiset jne.) täällä ・ Päivitykset ja uutiset X-palvelussa!

Tiedekanavani YouTubessa tarjoaa videoita kokeista!

３月のイチオシ実験！

• 押し花を作ろう！：梅や桜の花の押し花を作ってみましょう。特別なケースに入れると、長く保存できて、しおりにもなります。

テレビ番組・科学監修等のお知らせ

• 「月曜から夜更かし」（日本テレビ）にて科学監修・出演しました。
• 2月27日放送予定「チコちゃんに叱られる」（NHK）の科学監修しました。

書籍のお知らせ

• 1/27 『見えない力と遊ぼう！電気・磁石・熱の実験』（工学社）を執筆しました。
• サクセス15 ２月号にて「浸透圧」に関する科学記事を執筆しました。
• 『大人のための高校物理復習帳』（講談社）…一般向けに日常の物理について公式を元に紐解きました。特設サイトでは実験を多数紹介しています。※増刷がかかり６刷となりました（2026/02/01）
• 『きめる!共通テスト 物理基礎 改訂版』（学研）…　高校物理の参考書です。イラストを多くしてイメージが持てるように描きました。授業についていけない、物理が苦手、そんな生徒におすすめです。特設サイトはこちら。

講師・ショー・その他お知らせ

• 3/20（金）　日本理科教育学会オンライン全国大会2026「慣性の法則の概念形成を目指した探究的な学びの実践」について発表します。B会場 第３セッション： 学習指導・教材（中学校）③　11:20-12:20
• 7/18（土）　教員向け実験講習会「ナリカカサイエンスアカデミー」の講師をします。お会いしましょう。
• 10/10（土）　秘密兵器「帯電ガン」が炸裂！ビリビリ！ドキドキ！静電気サイエンスショー＠千葉市科学フェスタ（午後予定）
• 各種SNS　X(Twitter)／instagram／Facebook／BlueSky／Threads

Explore

• 楽しい実験…お子さんと一緒に夢中になれるイチオシの科学実験を多数紹介しています。また、高校物理の理解を深めるための動画教材も用意しました。
• 理科の教材… 理科教師をバックアップ！授業の質を高め、準備を効率化するための選りすぐりの教材を紹介しています。
• Youtube…科学実験等の動画を配信しています。
• 科学ラジオ …科学トピックをほぼ毎日配信中！AI技術を駆使して作成した「耳で楽しむ科学」をお届けします。
• 講演 …全国各地で実験講習会・サイエンスショー等を行っています。
• About …「科学のネタ帳」のコンセプトや、運営者である桑子研のプロフィール・想いをまとめています。
• お問い合わせ …実験教室のご依頼、執筆・講演の相談、科学監修等はこちらのフォームからお寄せください。