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!