Nyckelbegrepp – Ljud och vågor
hörsel

Från National Science Education Standards: Överföring av energi

Introduktion
Har du någonsin försökt att ha en konversation med någon så långt borta att du verkligen inte kunde höra varandra? Utan att skrika är det svårt att ha en konversation under lång tid avstånd. Så idag är det trevligt att kunna använda telefoner för att prata med någon – oavsett om han eller hon är 100 meter eller 100 mil bort.

Tillbaka innan det fanns mobiltelefoner eller till och med trådlösa telefoner, alla telefoner var anslutna till ledningar som hjälpte till att bära ljudet av en persons röst (via en elektrisk signal). Och du kan använda samma koncept för att bygga din egen telefon med bara koppar och lite sträng. Vilket meddelande ska du dela över strängen?

Bakgrund
När vi pratar får våra stämband att molekyler i luften vibrerar. (Du kan känna vibrationerna genom att hålla handen mot halsen medan du pratar.) Dessa vibrerande luftmolekyler får andra luftmolekyler runt dem att vibrera, och så vidare, vilket är hur ljudet rör sig genom luften. (Olika ljudhöjningar rör sig i vågor som har olika avstånd mellan sig – eller ”frekvens”.) Andra ljudkällor, som gitarr-, fiol- eller pianosträngar är bra exempel på hur vibrationer kan generera ljud.

Inuti öronen är små känsliga hårstrån. De tar upp vibrationerna och överför den informationen till våra hjärnor, som tolkar den som ljud. Hjärnan tolkar ljud som olika tonhöjder eller toner baserat på frekvensen eller avståndet mellan vågorna.

Men partiklarna i luft sprids ut från varandra mer än partiklar i en vätska eller fast ämne . Så ljudvibrationer tenderar att peter ut innan de reser väldigt långt. Att ha ett mjukt bindningsmaterial, som bomullsträng – som har en högre densitet eller ett antal molekyler i en viss mängd utrymme än luft – kan hjälpa ljudvågorna att röra sig över ett större avstånd.

Material
• Två stora pappersmuggar (engångsplastkoppar kommer också att fungera)
• Två gem eller tandpetare
• Längd på bomullssnöre eller fiskesnöre ungefär 10 till 30 fot långa • • Tyst område

Förberedelse
• Stans ett litet hål i mitten av botten på varje kopp (för plastkoppar kan det hända att du behöver en spik eller annat skarpt verktyg, så var försiktig när du slutför det här steget). • • Tråd ena änden av strängen genom botten av varje kopp.
• Placera en gem eller tandpetare i botten av varje kopp och bind den lösa änden av strängen runt den (klämman eller plockningen är här för att förhindra att strängen glider genom botten av koppen).

Förfarande
• Ge en kopp till din konversationspartner och håll en själv.
• Gå långsamt isär tills strängen ansluter kopparna är raka och täta.
• Lägg din kopp över örat och låt din partner prata i hans eller hennes kopp (håll konversationen relativt tyst om du står nära varandra, men var noga med att prata högre än en viskar).
• Kan du höra din partner prata?
• Nu försöker du prata i din kopp och få din partner att lyssna på hans eller hennes kopp. Kan han eller hon höra dig?
• Försök att låta strängen slacka. Är cup-and-string-telefonen fortfarande effektiv?
• Nu, när du håller din röst på samma nivå och håller samma avstånd från varandra, försök att prata med varandra utan att använda kopparna. Kan du höra lika bra?
• Extra: Om du har gott om plats, se hur långt ifrån varandra du kan få kopp-och-strängtelefonen att fungera.
• Extra: Om du har en tredje person i närheten, be dem hålla fast i mitten av strängen med handen. Kommer ljudet att fortsätta? Varför eller varför inte?
• Extra: Om du har andra material (som garn, fiskesnöre, nylonsträng, etc.), prova dem. Hur förändrar olika material ljudkvaliteten eller hur långt ljudet kommer att resa?

Läs vidare för observationer, resultat och fler resurser.

Observationer och resultat
Kunde du höra din partner bättre att använda kopparna och den snäva strängen än om du pratade med varandra i samma volym över luften?

I denna aktivitet vibrerade din röst luften inuti koppen, vilken i sin tur fick koppens botten att vibrera. Dessa vibrationer överfördes till strängen och sedan in i botten av din partners kopp, vilket fick luften inuti hans eller hennes kopp att vibrera och bli detekterbart ljud. När strängen släpper, försvinner vibrationerna lättare och går vilse längs vägen. (fasta telefoner fungerar på samma idé men de överför ljudvågorna till en elektrisk signal, som kan färdas ännu längre över ledningar – och fasta telefoner behöver inte hållas spända.)

Ljud, som mänskligt tal, färdas i otroligt små vågor — otroligt snabbt (ca 1,126 fot per sekund), varför du inte kunde se det eller upptäcka en fördröjning medan det färdades över kopparna och strängen.

Har du någonsin lagt märke till hur saker låter annorlunda under vattnet? Eftersom vattenmolekyler packas ihop närmare än i luften rör sig ljudvågor lättare – snabbare och längre – under vatten. Valar och andra marina djur som använder ljud för att kommunicera under vatten drar nytta av detta faktum. Forskare tror att valar kan hör varandra hundratals (och kanske till och med tusentals) mil bort – utan ens en strängtelefon!

Dela dina strängtelefonobservationer och resultat! Lämna en kommentar nedan eller dela dina foton och feedback om Scientific American ” s Facebook-sida.

Rengöring – Lossa eller klipp av strängen från gem och tandpetare. Återvinn eller återanvänd vilket material du kan.

Mer att utforska
”Ear Cells Actively Amplify Sound” from Scientific American
”(Don” t) Pump Up the Volume: Sound Waves Silence Whales ” Sång ”från Scientific American
” Ljud ”-aktiviteter från NASA Sci-filer
” Frequency, Wavelength and Pitch ”översikt från Connexions
Sounds Around av Wendy Pfeffer, åldrarna 4-8 år – Janice VanCleave” s Physics for Every Kid: 101 enkla experiment i rörelse, värme, ljus, maskiner och ljud av Janice VanCleave, 9-12 år

Nästa gång …
Yeast Alive! Se Yeast Live and Breathe

Vad du behöver
• Färskt paket bakjäst (kontrollera utgångsdatumet)
• Matsked socker
• Klar plastflaska med en liten öppning (t.ex. vatten flaska)
• Tratt
• Liten ballong
• Varmt vatten