Titta på ljud

Vad händer i experimentet?

Arbeta med experimentet i fysikundervisningen

Material och tillverkning

Ordlista

Till huvudsidan

Klicka här för att se experimentet!

Ljud är en tryckvåg i luften. Försöket visar hur tryckvågen kan sätta föremål i ljudets väg i rörelse och hur vibrationen i ett membran förändras med ljudets frekvens. Experimentet kan användas i högstadiet eller gymnasiet i en diskussion om ljud eller vågrörelser.

Vad händer i experimentet?

Ljudet ut ur högtalaren transporteras fram till våra öron i form av en tryckvåg i luften. Tryckvågen fortplantar sig som förtätningar och förtunningar i luften; här finns en snygg applet som visar detta. Lägg märke till de röda punkterna - de symboliserar enskilda molekyler. Dessa svänger när tryckvågen passerar men stannar kvar på sin plats utan att följa med vågen.

Vi har spänt upp en diskhandske över en papprulle så att handsken formar ett membran och sedan satt rullen över en datorhögtalare. Membranet sätts i rörelse av tryckvågen från högtalaren.

För vissa frekvenser ligger saltkornen alldeles stilla längs linjer på membranet, medan de skakas bort från andra delar. Att saltet ligger stilla innebär att membranet är stilla just där. Membranet uppvisar en stående våg där noderna synliggörs av saltlinjerna. Där saltet skakas bort rör sig membranet upp och ner - här finns alltså den stående vågens bukar.

För att skapa ljud med olika frekvenser använder vi oss av en applet som spelar upp toner med frekvenser upp till 4 kHz i datorns högtalare. Man kan öka frekvensen ända upp till 8 kHz, men över 4 kHz är signalen förvrängd och har inte rätt frekvens.

På Youtube finns imponerande tjusiga varianter på vårt enkla försök, där man använt större högtalare och fina regelbundna vibrerande skivor/membran. Här använder man en fyrkantig skiva.

Eftersom vårt membran inte är perfekt runt och säkert har en lite ojämn spänning, får vi också lite ojämna och asymmetriska mönster. Med hjälp av denna simuleringsapplet kan den intresserade studera svängningar i perfekt cirkulära membran. Lägg märke till att om svängningen är en kombination av flera grundsvängningar är det för det mesta så att noderna flyttar sig under vibrationen, medan de alltid ligger stilla om du aktiverar bara en svängning i appleten.

Arbeta med experimentet i fysikundervisningen

Kunskapsmål

• Ljud är en tryckvåg (förtätningar och förtunningar) i luften
• Insikt om att det finns två-dimensionella stående vågor
• Insikt om att en nod innebär ett område som är stilla

Förslag på hur du kan använda experiment

Försöket har ett nära samband både med akustik och med svängningar i allmänhet.

• Ljud är en fysisk tryckvåg i luften och kan därför sätta föremål i rörelse - t.ex. membranet i vårt försök. Titta på membranet från sidan så ser ni saltkornen hoppa. Är ljudet högre vibrerar luftmolekylerna mer och kan överföra mer energi till membranet - saltet hoppar högre när man ökar upp volymen.

• Membran i musiken - membranet fungerar som ett trumskinn. När man slår på det sätter man igång många olika svängningar som dock snabbt dämpas av spänningen i membranet. Våra trumhinnor är också membran som sätts i svängning av ljudvågor som når våra öron.

• Många högstadie och gymnasieskolor har utrustning för att visa hur endimensionella stående vågor ser ut - t.ex. kan man använda en lång fjäder. Man kan då tydligt observera noder i svängningen - punkter där fjädern är i princip stilla.

• Undersök saltet på det vibrerande membranet - för vissa frekvenser kan man se att saltet ligger stilla längs tunna linjer - här finns noderna. Hur ändras antalet noder när man ökar frekvensen?

• Använd gärna simuleringsappleten för att visa hur ett cirkulärt membran svänger och hur noderna uppkommer. I appleten; välj 'Display 3d+2d' för att se membranet både i 3d vy och rakt uppifrån.

Material och tillverkning

Det kommer lätt in salt i högtalaren när man gör försöket. Våra högtalare verkade inte ta skada av det, men ni kanske inte ska använda dyra högtalare.

I försöket har vi svärtat ytan på diskhandsken så att de vita saltkornen syns bättre. Det var enbart för att saltmönstrena överhuvudtaget skulle synas på film.

Vi lade märke till att när vi gjorde om försöket efter en vecka så fick vi mer symmetriska mönster i saltet. Vi tror att diskhandsken hade töjt sig där den var hårdast spänd och att det då blev en jämnare spänning i hela membranytan.

Ordlista