Klíčové koncepty
Zvuk
Vlny
Sluch

Z národních standardů pro vědecké vzdělávání: Přenos energie

Úvod
Zkoušeli jste někdy konverzovat s někým tak daleko, že jste se navzájem opravdu neslyšeli? Bez křiku je těžké vést konverzaci dlouho vzdálenosti. Takže v dnešní době je hezké mít možnost s někým komunikovat pomocí telefonů – ať už je to 100 metrů nebo 100 mil daleko.

Dříve, než byly mobilní telefony nebo dokonce bezdrátové telefony, všechny telefony byly připojeny k drátům, které pomáhaly přenášet zvuk hlasu osoby (prostřednictvím elektrického signálu). Stejný koncept můžete použít k sestavení vlastního telefonu pouze pomocí šálků a nějaké šňůry. Jakou zprávu budete sdílet přes řetězec?

Pozadí

Když mluvíme, naše hlasivky způsobují vibrace molekul ve vzduchu. (Vibrace můžete cítit tak, že si budete při hovoru držet ruku proti krku.) Tyto vibrující molekuly vzduchu způsobují vibrace dalších molekul vzduchu kolem nich atd., Což je způsob, jakým vzduch prochází vzduchem. (Různé výšky zvuku se pohybují ve vlnách, které mají různé mezery mezi nimi – neboli „frekvence“.) Dobrými příklady toho, jak mohou vibrace generovat zvuk, jsou jiné zdroje zvuku, jako jsou kytarové, houslové nebo klavírní struny.

V našich uších jsou drobné citlivé chloupky. Zachytávají vibrace a přenášejí tyto informace do našich mozků, které je interpretují jako zvuk. Mozek interpretuje zvuky tak, že mají různé výšky tónu nebo tóny, založené na frekvenci nebo rozestupu vln.

Částice ve vzduchu se ale šíří od sebe více než částice v kapalině nebo pevné látce . Takže zvukové vibrace mají tendenci se vytratit, než se dostanou velmi daleko. Měkký spojovací materiál, jako je bavlněná šňůra – která má vyšší hustotu nebo počet molekul v daném množství prostoru než vzduch – může pomoci zvukovým vlnám pohybovat se na větší vzdálenost.

Materiály
• Dva velké papírové kelímky (jednorázové plastové kelímky budou také fungovat)
• Dvě kancelářské sponky nebo párátka
• Délka bavlněné šňůry nebo vlasec přibližně 10 až 30 stop dlouhá
• Tichá oblast

Příprava
• Ve středu dna každého šálku vyřízněte malý otvor (u plastových kelímků budete možná potřebovat hřebík nebo jiný ostrý nástroj, proto při provádění tohoto kroku buďte opatrní).
• Závit jeden konec šňůry skrz spodní část každého šálku.
• Do spodní části každého šálku vložte sponku nebo párátko a volný konec šňůrky kolem něj uvázat (sponka nebo trn je právě tady, aby šňůra neklouzala) přes spodní část šálku).

Postup
• Jeden šálek dejte svému partnerovi v konverzaci a jeden držte sami.
• Pomalu kráčejte od sebe, dokud se provázek nepřipojí šálky jsou rovné a těsné.
• Položte si šálek na ucho a nechte partnera mluvit do jeho šálku (pokud stojíte blízko sebe, konverzaci udržujte relativně tichou, ale mluvte hlasitěji než šepot).
• Slyšíte, jak váš partner mluví?
• Nyní zkuste mluvit do svého šálku a nechat svého partnera naslouchat jeho šálku. Slyší vás?
• Zkuste strunu uvolnit. Je telefon typu cup-and-string stále účinný?
• Nyní, udržujte svůj hlas na stejné úrovni a zůstávejte ve stejné vzdálenosti od sebe, zkuste si spolu promluvit, aniž byste použili cup. Slyšíte také?
• Extra: Máte-li dostatek místa, podívejte se, jak daleko od sebe můžete dostat telefon do šálku a šňůry.
• Extra: Máte-li kolem sebe třetí osobu, požádejte je, aby se rukou držely středu provázku. Bude se zvuk stále přenášet? Proč nebo proč ne?
• Extra: Máte-li po ruce jiné materiály (například příze, vlasec, nylonový provázek atd.), vyzkoušejte je. Jak různé materiály mění kvalitu zvuku nebo jak daleko se zvuk dostane?

Přečtěte si pozorování, výsledky a další zdroje.

Pozorování a výsledky
Slyšíte svého partnera lépe používat šálky a pevnou šňůrku, než kdybyste spolu mluvili vzduchem ve stejné hlasitosti?

Při této aktivitě váš hlas vibroval vzduch uvnitř šálku, který na oplátku vibrovalo dno šálku. Tyto vibrace byly přeneseny na strunu a poté do dna šálku vašeho partnera, díky čemuž vzduch uvnitř jeho šálku vibroval a stal se detekovatelným zvukem. Když se struna uvolní, vibrace se snadněji rozptýlí a ztratí se způsobem. (Telefonní linky fungují na stejném principu, ale přenášejí zvukové vlny do elektrického signálu, který může cestovat ještě dále po vodičích – a pevné linky nemusí být udržovány napnuté.)

Zvuk, jako je lidská řeč, se šíří neuvěřitelně malými vlnami – neuvěřitelně rychle (asi 1126 stop za sekundu), a proto jste jej neviděli ani nezjistili zpoždění, když cestovalo přes šálky a šňůru.

Všimli jste si někdy, jak to pod vodou zní jinak? Protože molekuly vody jsou sbaleny těsněji než ty ve vzduchu, zvukové vlny se pohybují snadněji – rychleji a dále – pod vodou. Velryby a další mořští živočichové, kteří používají zvuk ke komunikaci pod vodou, tuto skutečnost využívají. Vědci si myslí, že velryby mohou navzájem se posloucháte ze stovek (a možná i tisíců) kilometrů daleko – dokonce ani bez telefonního řetězce!

Sdílejte své postřehy a výsledky telefonního řetězce! Níže zanechejte komentář nebo sdílejte své fotografie a zpětnou vazbu na Scientific American “ Stránka na Facebooku.

Vyčištění
Odviažte nebo odstřihněte šňůrku ze sponek nebo párátků. Recyklujte nebo znovu použijte, jaké materiály můžete.

Více k prozkoumání
„Ušní buňky aktivně zesilují zvuk“ od společnosti Scientific American
„(Ne) načerpejte hlasitost: Zvukové vlny umlčí velryby“ Píseň „from Scientific American
„ Sound “Aktivity ze souborů NASA Sci Files
„ Frequency, Wavelength and Pitch “- přehled od Connexions
Zní to všude kolem Wendy Pfeffer, věk 4–8 let
Janice VanCleave“ s Fyzika pro každé dítě: 101 snadných experimentů s pohybem, teplem, světlem, stroji a zvukem od Janice VanCleave ve věku 9–12 let

Hned další…
Kvasinky živé! Sledujte kvasinky živě a dýchejte

Co budete potřebovat
• Čerstvý balíček pekárenských kvasnic (zkontrolujte datum spotřeby)
• Lžíce cukru
• Průhledná plastová láhev s malým otvorem (například voda) láhev)
• Nálevka
• Malý balónek
• Teplá voda