Keskeiset käsitteet
Ääni
Aallot
Kuuleminen

Kansallisista tiedeopetuksen standardeista: Energiansiirto

Johdanto
Oletko koskaan yrittänyt keskustella jonkun kanssa niin kaukana, ettet voinut oikeastaan kuulla toisiaan? Ilman huutamista on vaikea keskustella pitkään etäisyydet. Joten näinä päivinä on mukavaa, että voimme käyttää puhelimia puhuaksesi jonkun kanssa – olipa hän sitten 100 jaardin tai 100 mailin päässä.

Kaikki ennen puhelimia olivat matkapuhelimet tai jopa langattomat puhelimet. oli kytketty johtoihin, jotka auttoivat kuljettamaan henkilön äänen ääntä (sähköisen signaalin kautta). Ja voit käyttää samaa konseptia rakentaaksesi oman puhelimesi vain kupeilla ja jousilla. Minkä viestin aiot jakaa merkkijonon yli?

Tausta
Kun puhumme, äänijohtomme saavat molekyylit ilmassa värisemään. (Voit tuntea värähtelyt pitämällä kättäsi kurkustasi puhuessasi.) Nuo värähtelevät ilmamolekyylit saavat muut ilmamolekyylit ympärilleen värisemään ja niin edelleen, jolloin ääni kulkee ilman läpi. (Eri äänenvoimakkuudet liikkuvat aalloissa, joiden välinen etäisyys on erilainen – tai ”taajuus”.) Muut äänilähteet, kuten kitara, viulu tai pianokielet, ovat hyviä esimerkkejä siitä, miten tärinä voi tuottaa äänen.

Korvien sisällä on pieniä herkkiä karvoja. He ottavat tärinät vastaan ja välittävät tämän tiedon aivoihimme, jotka tulkitsevat sen äänenä. Aivot tulkitsevat ääniä eri sävelkorkeuksina tai sävyinä aaltojen taajuuden tai etäisyyden perusteella.

Mutta ilmassa olevat hiukkaset leviävät toisistaan enemmän kuin nesteen tai kiinteän aineen hiukkaset. . Joten äänen värähtelyt pyrkivät etenemään ennen kuin ne matkustavat hyvin pitkälle. Pehmeä sideaine, kuten puuvillanaru – jolla on suurempi tiheys tai molekyylien määrä tietyssä tilassa kuin ilmassa – voi auttaa ääniaaltoja liikkumaan suuremmalla etäisyydellä.

Materiaalit
• Kaksi isoa paperikuppia (myös kertakäyttöiset muovikupit toimivat)

• Kaksi paperiliittimiä tai hammastikkua
• Puuvillaneulan tai siiman pituus noin 10–30 jalkaa

• Hiljainen alue

Valmistelu
• Lävistä pieni reikä kupin pohjan keskelle (muovikuppeja varten saatat tarvita naulaa tai muuta terävää työkalua, joten ole varovainen, kun suoritat tämän vaiheen).
• Kierre narun toinen pää kupin pohjan läpi.
• Aseta paperiliitin tai hammastikku kunkin kupin pohjaan ja sido narun löysä pää sen ympärille (pidike tai nappula on juuri täällä, jotta naru ei liukastuisi) kupin pohjan läpi).

Menettely
• Anna yksi kuppi keskustelukumppanillesi ja pidä sitä itse kiinni.
• Kävele hitaasti toisistaan, kunnes merkkijono yhdistää kupit ovat suorat ja tiukat.
• Aseta kuppi korvasi yli ja anna kumppanisi puhua hänen kuppiinsa (pidä keskustelu suhteellisen hiljaisena, jos seisot lähellä toisiaan, mutta muista puhua kovempaa kuin kuiskaus).
• Kuuletko kumppanisi puhuvan?
• Yrität nyt puhua kupillesi ja pyytää kumppaniasi kuuntelemaan hänen kuppiaan. Voiko hän kuulla sinut?
• Yritä antaa merkkijono irti. Onko kupin ja kielen puhelin edelleen tehokas?
• Yritä nyt puhua toisillesi kuppia käyttämättä, pitäen äänesi samalla tasolla ja pysyessä samalla etäisyydellä toisistaan. Kuuletko sinäkin?
• Extra: Jos sinulla on runsaasti tilaa, katso kuinka kauas toisistaan saat kuppi- ja merkkijono-puhelimen toimimaan.
• Extra: Jos sinulla on kolmas henkilö lähellä, pyydä heitä pitämään kiinni merkkijonon keskiosasta kädellään. Tuleeko ääni edelleen läpi? Miksi tai miksi ei?
• Extra: Jos sinulla on muita materiaaleja (kuten lanka, siima, nailonnauha jne.) käsillä, kokeile niitä. Kuinka eri materiaalit muuttavat äänen laatua tai kuinka pitkälle ääni kulkee?

Lue lisää havainnoista, tuloksista ja muista resursseista.

Havainnot ja tulokset
Voisitko kuulla kumppanisi paremmin käyttävän kuppia ja tiukkaa narua kuin puhuessasi toisillesi samalla äänenvoimakkuudella ilman kautta?

Tässä toiminnassa äänesi värisi kupin sisällä olevaa ilmaa, joka puolestaan sai kupin pohjan värisemään. Nämä värähtelyt siirtyivät merkkijonoon ja sitten kumppanisi kupin pohjaan, mikä sai hänen kupinsa sisäisen värisemään ja tulemaan havaittavaksi ääneksi. Kun merkkijono löystyy, tärinät hajoavat helpommin ja eksyvät pitkin tavalla. (Lankapuhelimet toimivat samalla ajatuksella, mutta ne siirtävät ääniaallot sähköiseksi signaaliksi, joka voi kulkea vieläkin kauempana johtojen yli – ja lankaverkkoja ei tarvitse pitää kireinä.)

Ääni, kuten ihmisen puhe, kulkee uskomattoman pienillä aalloilla – uskomattoman nopeasti (noin 1126 jalkaa sekunnissa), minkä vuoksi et voinut nähdä sitä tai havaita viivettä, kun se kulki kuppien ja narun yli.

Oletko koskaan huomannut, miten asiat kuulostavat erilaisilta veden alla? Koska veden molekyylit on pakattu yhteen läheisemmin kuin ilmassa olevat, ääniaallot liikkuvat helpommin – nopeammin ja kauemmas – veden alla. Valaat ja muut merieläimet, jotka käyttävät ääntä veden alla tapahtuvaan viestintään, hyödyntävät tätä tosiasiaa. Tutkijoiden mielestä valaat voivat kuulkaa toisianne satojen (ja ehkä jopa tuhansien) mailien päästä – ilman edes jousipuhelinta!

Jaa merkkijono-puhelimen havainnot ja tulokset! Jätä kommentti alla tai jaa valokuvasi ja palautteesi Scientific Americanista ” s Facebook-sivu.

Siivous
Irrota tai leikkaa merkkijono paperiliittimistä tai hammastikkuista. Kierrätä tai käytä uudelleen mahdollisia materiaaleja.

Lisää tutkittavaa
”Scientific American
” Korvasolut vahvistavat ääntä aktiivisesti ”(” Don ”t) Pump Up the Volume: Sound Waves Silence Whales” Kappale ”Scientific Americanista” – ”Ääni” -toiminta NASA Sci Files -taulukosta – Yleiskatsaus taajuudesta, aallonpituudesta ja äänenvoimakkuudesta liitännöistä – Wendy Pfeffer, 4–8-vuotiaat äänet kaikki ympärillä – Janice VanCleave ” s Fysiikkaa jokaiselle lapselle: Janice VanCleave, 9–12-vuotiaita, 101 helppoa kokeilua liikkeessä, lämmössä, valossa, koneissa ja äänessä.

Seuraavaksi…
Hiiva elossa! Katso hiiva elää ja hengitä

Mitä tarvitset
• Tuore paketti leivinhiivaa (tarkista viimeinen käyttöpäivämäärä)
• Rkl sokeria
• Kirkasta muovipulloa, jossa on pieni aukko (kuten vettä) pullo)
• Suppilo
• Pieni ilmapallo
• Lämmin vesi