Kluczowe pojęcia
Dźwięk
Fale
Słuch

Z krajowych standardów edukacji naukowej: Przekaz energii

Wprowadzenie
Czy kiedykolwiek próbowałeś porozmawiać z kimś tak daleko, że tak naprawdę nie mogliście się słyszeć? Bez krzyku trudno jest rozmawiać przez długi czas odległości. Tak więc w dzisiejszych czasach miło jest móc rozmawiać z kimś przez telefon – niezależnie od tego, czy jest on oddalony o 100 jardów, czy o 100 mil.

Jeszcze zanim były telefony komórkowe, a nawet telefony bezprzewodowe, wszystkie telefony były podłączone do przewodów, które pomagały przenosić dźwięk głosu osoby (poprzez sygnał elektryczny). I możesz użyć tej samej koncepcji, aby zbudować własny telefon, używając samych kubków i sznurka. Jakie przesłanie zamierzasz przekazać przez strunę?

Tło
Kiedy rozmawiamy, nasze struny głosowe wprawiają w drgania cząsteczki powietrza. (Możesz poczuć wibracje, przytrzymując dłoń przy gardle podczas mówienia). Te wibrujące cząsteczki powietrza wprawiają w drgania inne cząsteczki powietrza wokół siebie i tak dalej, tak jak dźwięk przemieszcza się w powietrzu. (Różne wysokości dźwięku poruszają się w postaci fal, które mają różne odstępy między nimi – lub „częstotliwość”). Inne źródła dźwięku, takie jak struny gitary, skrzypiec lub fortepianu, są dobrymi przykładami tego, jak wibracje mogą generować dźwięk.

W naszych uszach znajdują się drobne, wrażliwe włoski. Odbierają wibracje i przekazują te informacje do naszych mózgów, które interpretują je jako dźwięk. Mózg interpretuje dźwięki jako mające różne wysokości lub tony, w zależności od częstotliwości lub odstępów fal.

Ale cząsteczki w powietrzu są rozpraszane od siebie bardziej niż cząsteczki cieczy lub ciała stałego. . Tak więc wibracje dźwiękowe mają tendencję do zanikania, zanim przejdą bardzo daleko. Posiadanie miękkiego materiału łączącego, takiego jak bawełniany sznurek – który ma większą gęstość lub liczbę cząsteczek w danej ilości przestrzeni niż powietrze – może pomóc falom dźwiękowym przemieszczać się na większe odległości.

Materiały
• Dwa duże papierowe kubki (sprawdzą się również jednorazowe kubki plastikowe)
• Dwa spinacze lub wykałaczki
• Długość bawełnianego sznurka lub żyłki o długości około 10 do 30 stóp
• Cicha okolica

Przygotowanie
• Wybij mały otwór na środku dna każdego kubka (w przypadku kubków plastikowych może być potrzebny gwóźdź lub inne ostre narzędzie, dlatego należy zachować ostrożność podczas wykonywania tej czynności).
• Gwint jeden koniec sznurka przez spód każdego kubka.
• Umieść spinacz lub wykałaczkę na dnie każdego kubka i zawiąż luźny koniec sznurka wokół niego (klips lub kilof jest tutaj, aby zapobiec ślizganiu się sznurka przez dno kubka).

Procedura
• Podaj jedną filiżankę rozmówcy i sam trzymaj jedną.
• Odchodź powoli, aż sznurek się połączy filiżanki są proste i ciasne.
• Umieść filiżankę na uchu i poproś partnera, aby mówił do swojej filiżanki (utrzymuj rozmowę stosunkowo cicho, jeśli stoisz blisko siebie, ale pamiętaj, aby mówić głośniej niż szept).
• Czy słyszysz rozmowę partnera?
• Teraz spróbuj mówić do swojego kubka i poproś swojego partnera o wsłuchanie się w swój kubek. Czy on lub ona cię słyszy?
• Spróbuj poluzować strunę. Czy telefon z kubkiem i sznurkiem jest nadal skuteczny?
• Teraz, trzymając głos na tym samym poziomie i w tej samej odległości od siebie, spróbuj rozmawiać ze sobą bez używania kubków. Czy też słyszysz?
• Dodatkowe: Jeśli masz dużo miejsca, sprawdź, jak daleko od siebie można sprawić, aby telefon na sznurku działał.
• Dodatkowe: Jeśli masz w pobliżu trzecią osobę, poproś ich, aby przytrzymali ręką środek sznurka. Czy dźwięk będzie nadal słyszalny? Dlaczego lub dlaczego nie?
• Dodatkowe: Jeśli masz pod ręką inne materiały (takie jak przędza, żyłka wędkarska, nylonowy sznurek itp.), wypróbuj je. W jaki sposób różne materiały zmieniają jakość dźwięku lub jak daleko dźwięk będzie się przemieszczał?

Przeczytaj obserwacje, wyniki i więcej zasobów.

Obserwacje i wyniki
Czy mógłbyś lepiej słyszeć swojego partnera używającego miseczek i ciasnego sznurka, niż gdybyś rozmawiał ze sobą tą samą głośnością przez powietrze?

W tym ćwiczeniu twój głos wibrował powietrze wewnątrz kubka, co z kolei wprawił w wibrację spód kubka. Wibracje te zostały przeniesione na strunę, a następnie na dno kubka partnera, co spowodowało, że powietrze wewnątrz jego kubka wibruje i staje się wykrywalnym dźwiękiem. Kiedy struna jest luźna, wibracje łatwiej rozpraszają się i gubią. (telefony stacjonarne działają na tym samym pomyśle, ale przenoszą fale dźwiękowe na sygnał elektryczny, który może przemieszczać się jeszcze dalej po przewodach – a telefony stacjonarne nie muszą być napięte).

Dźwięk, taki jak ludzka mowa, przemieszcza się w niewiarygodnie małych falach – niewiarygodnie szybko (około 1126 stóp na sekundę), dlatego nie można go było zobaczyć ani wykryć opóźnienia, gdy przemieszczał się po miseczkach i strunie.

Czy zauważyłeś kiedyś, jak różne rzeczy brzmią pod wodą? Ponieważ cząsteczki wody są ściślej upakowane niż cząsteczki powietrza, fale dźwiękowe poruszają się łatwiej – szybciej i dalej – pod wodą. Wieloryby i inne zwierzęta morskie, które używają dźwięku do komunikacji pod wodą, wykorzystują ten fakt. Naukowcy uważają, że wieloryby mogą słyszeć się z odległości setek (a może nawet tysięcy) mil – nawet bez telefonu ze sznurkiem!

Podziel się spostrzeżeniami i wynikami z telefonu komórkowego! Zostaw komentarz poniżej lub udostępnij swoje zdjęcia i opinie o Scientific American ” s Strona na Facebooku.

Porządkowanie
Rozwiąż lub wytnij sznurek od spinaczy lub wykałaczek. Przetwarzaj lub wykorzystuj ponownie wszystkie dostępne materiały.

Więcej do odkrycia
„Komórki uszne aktywnie wzmacniają dźwięk” z magazynu Scientific American
„(Nie) Zwiększ głośność: fale dźwiękowe ucisz wieloryby” Piosenka „z Scientific American
” Dźwięk „Działania z plików NASA Sci
Przegląd” Częstotliwość, długość fali i ton „z Connexions
Sounds All Around autor: Wendy Pfeffer, wiek 4-8
Janice VanCleave” s Fizyka dla każdego dziecka: 101 łatwych eksperymentów w ruchu, cieple, świetle, maszynach i dźwięku Janice VanCleave, 9-12 lat

Do następnego…
Yeast Alive! Oglądaj Yeast Live and Breathe

Czego będziesz potrzebować
• Świeża paczka drożdży piekarskich (sprawdź datę przydatności)
• Łyżka cukru
• Przezroczysta plastikowa butelka z małym otworem (np. woda butelka)
• Lejek
• Mały balonik
• Ciepła woda