Elevforsøg i 10. klasse Lyd

Transkript

1 Fysik/kemi Viborg private Realskole Elevforsøg i 10. klasse Lyd

2 Lydbølger og interferens SIDE At påvise fænomenet interferens At demonstrere interferens med to højttalere Teori Interferens: Det fænomen, der opstår når bølger overlejres, og derved vekselvis forstærker og svækker hinanden. Forsøget går ud på at undersøge det lydbillede, som dannes foran to højttalere, der udsender den samme tone. Tonegenerator med forstærker 2 ens højttalere, som er i fase Ledninger Sæt 2 små højttalere med min. 25 cm afstand Højttalerne er tilsluttes en tonegenerator, så de er i fase Forsøg med toner mellem 150 og 180 Hz Gå ud på ca. 1,5 m afstand; bevæg dig forbi højttalerne og bemærk, at lyden stiger og falder i styrke. Forklar de lyddøde områder Tegning Fig. 1 viser en tegning af lydbilledet fra én højttaler. Lyden udbredes i alle retninger. De sorte og hvide striber viser fortætninger og fortyndinger i lydbølgen. fig. 1 Fig. 2 viser lydbilledet fra to højttalere, der står tæt på hinanden. Lydbølgerne går ind over hinanden og blander sig med hinanden. Det ses som interferensstriber. fig. 2 Resultater / konklusion Hvad er konklusionen på dine undersøgelser? Er beviset fuldført?

3 Resonans SIDE At få to ens stemmegafler til at gå i resonans At påvise resonans med stemmegafler, der har samme egensvingning 2 stk resonanskasser med stemmegafler på 440 Hz Tegning Stil resonanskasserne med nogle få centimeters afstand, således at åbningen vender mod hinanden Anslå en ene stemmegaffel, evt med en lille gummihammer Læg en hånd på stemmegaflen, så du standser dens svingning Lyt efter om den anden stemmegaffel er kommet i resonans Find andre eksempler på resonans og skriv dem i boksen nederst på siden Beskriv hvad resonans er. Brug begreberne svingning, egenfrekvens, overførsel af energi, lydbølger, stemmegaffel (sammenlign med gyngeforsøget) Eksempler på resonans 1 2 Hvad er resonans?

4 Stående lydbølger SIDE At lave stående lydbølger i et resonansrør At påvise fortætninger og fortyndinger i lyden fra en stemmegaffel At lære noget om interferens og lydbølgers længde 440 Hz stemmegaffel Resonansrør af glas eller plastik, ca. 25 cm langt Stort bægerglas Vand Målebånd Teori Forsøget går ud på at lave stående bølger med en stemmegaffel hen over et glasrør, der er delvis nedsænket i vand. Lydbølgerne går ned mod vandoverfladen og reflekteres opad mod lydgiveren. Hvis højden er indstillet korrekt, vil lyden meget nemt kunne høres. Det er konstruktiv interferens. Hvis lyden er svag eller ophæves, fordi fortyndinger og fortætninger møder hinanden og giver destruktiv interferens. Fyld bægerglasset ca. 3/4 med vand Tag resonansrøret og sænk den ene ende ned i vandet. Hold en stemmegaffel hen over resonansrøret og forsøg at få forstærket lyden ved at hæve eller sænke resonansrøret Prøv at måle afstanden fra resonansrørets top og ned til vandoverfladen - afstanden er 1/4 bølgelængde Sammenlign den målte længde fra resonansrøret med længden på resonanskassen fra forsøg nr /4 lambda Resultater 1/4 bølgelængde for 440 Hz 1 hel bølgelængde for 440 Hz cm cm Bølgeformel og beregninger Bølgeformlen siger, at hastigheden v er lig med bølgelængden gange frekvensen... Heraf følger, at bølgelængden λ er hastigheden divideret med frekvensen... Lydens hastighed er ca. 340 m/s. Beregn bølgelængden for stemmegaflen med 440 Hz. Bølgelængden bliver dermed lidt længere end det målte. Det er fordi fortyndingen ligger lidt oven over resonansrøret. v = λ f v / f = λ Hastighed v Frekvens f Bølgelængde = v / f

5 Lydens hastighed SIDE At måle lydens hastighed i almindelig luft Impulstæller (elektronisk stopur) Målebånd 2 mikrofoner Lommeregner De to mikrofoner anbringes med stor afstand. Mikrofonerne tilsluttes impulstælleren/stopuret. Mikrofonerne skal pege i samme retning. Mikrofonerne må ikke ligge på samme bord, så lyden kan påvirkes af rystelser i bordet. Lav en kraftig lydbølge med to træklodser. Når lydbølgen passerer den første mikrofon, starter tælleren, og når lydbølgen passerer den anden mikrofon, vil tælleren stoppe. Aflæs tallet på tælleren og beregn lydens hastighed. Husk at få det rigtige antal decimaler med. Lav et lignende forsøg med lydens hastighed gennem bordet. Skriv forsøgsbeskrivelse og resultater på bagsiden. Tegning Resultater Forsøg Tid Afstand Fart = Afstand Tid 1. måling sek m m/sek 2. måling sek m m/sek 3. måling sek m m/sek 4. måling sek m m/sek 5. måling sek m m/sek

6

7 Øret - menneskets høresans SIDE At afprøve nogle af ørets funktioner At se at der er en sammenhæng mellem lyd og energi Musikanlæg Tegning Hovedtelefoner Prøv at tale med en person, der hører musik i et par hovedtelefoner. Hvorfor taler personen højrøstet? Prøv at retningsbestemme lyde, hvis du holder dig for ét øre. Hvorfor har vi to ører? Kig på tegningen af øret. Find trommehinden og afgør, hvilken vej den kan svinge. Forklar hvorfor trommehinden kun kan påvirkes af og registrere længdesvingninger. Skriv navnene på ørets enkelte dele ind på tegningen. Hvorfor har øret en smertegrænse? Hører emnet lyd sammen med emnet energi? Hver gang en lydbølges energiindhold fordobles, så øges lydniveauet med 3 decibel - og så fordobles sliddet på vores hørelse. Dog skal lydniveauet stige med 10 decibel før vi oplever lyden som dobbelt så kraftig. Lydniveau db Støjkilde 140 Jetfly ved start 130 Lavtgående fly 120 Smertegrænsen 110 Diskoteksmusik 100 Kraftigt tudehorn på bil 90 Støjgrænse på arbejdesplads 80 Symfoniorkester 70 Bytrafik 60 Højrøstet tale 50 Almindelig tale 40 Soveværelse om natten 30 Rolig villavej 20 Hvisken 10 Susen i løvet 0 Høregrænse

8 Det hørbare frekvensområde SIDE At undersøge hvilke frekvensområder, det menneskelige øre kan høre At undersøge hvilke frekvensområder øret er mest følsomt overfor Tonegenerator Højttaler En person sidder med ryggen til højttaler og tonegenerator. Frekvensen sættes til 100 Hz og skrues nedad, så man finder den nedre grænse for det hørbare område. Herefter findes det område, hvor lyden føles højest i lysstyrke. Frekvensen øges nu mere og mere, indtil der ikke kan høres nogen tone. Sammenlign resultaterne med kurven på fig. 2. Test evt. flere personer. Tegning Lydstyrke / volume Ørets følsomhed Hz Frekvens Resultater Frekvens Nedre grænse Tonen nem at høre Tonen særlig kraftig Tonen aftager Øvre grænse

9 Forsøg med længdebølger. Lav forsøg med materialerne på bordet. Prøv om du kan blæse et stearinlys ud. Find den største afstand, hvor det kan lykkes. Beskriv og forklar jeres forsøg.

10 Tegn og sæt følgende begreber på en længdebølge: Amplitude, bølgelængde, fortætning og fortynding. Hvad betyder amplitude og frekvens for lyden? Hvad afhænger lydens fart af? Beskriv dopplereffekten (ambulance) Hvordan opleves/høres interferens? Beskriv hvordan vi hører lyd, og hvilke frekvenser vi kan høre. Hvad er infra- og ultralyd? Hvad bruges det til?