Akustik och vågrörelse Arbetshäfte Namn: Klass:
Akustik och vågrörelse E- nivå Du genomför och redogör för uppgifter och undersökningar efter instruktioner, individuellt eller i grupp. Du kan med hjälp av en modell på ett öra namnge delar och kort beskriva vilken funktion de har. Du förstår och kan förklara för området centrala begrepp; materia, ljudkälla och ljudmottagare, svängning, förtätning och förtunning, våglängd, frekvens, ton, ljudhastighet, eko, ekolodning, ljudstyrka, buller, resonans, Du kan ge exempel på hur ljud skapas med föremål som svänger. Du visar förståelse att ljud är en svängningsrörelse som utbreder sig i materia, men inte i vakuum. Du kan rita modeller av vågrörelser, i vilka du markerar våglängder, samt förtätningar och förtunningar eller vågberg och vågdalar. Du kan ge exempel på olika ljudkällor, och kan med enkla modeller visa hur ljudvågor rör sig från en ljudkälla till en ljudmottagare. Du känner till ljudets hastighet i olika medium (luft, vatten, stål). Du kan med modeller av vågrörelse förklara olika slags frekvenser och ljudstyrkor. Du kan ge exempel på där ljud används inom medicin, kommunikation och informationsteknik. Du känner till några hörselrelaterade sjukdomar/skador, såsom tinnitus, dövhet, öroninflammation, samt kan ge exempel på hjälpmedel, såsom hörselapparat, teckenspråk, 3G-telefoni/bildtelefon, medicin mot tinnitus, textning på tv. 2
Akustik och vågrörelse C-nivå Du använder begrepp, modeller och teorier, när du förklarar förlopp och företeelser om akustik och vågrörelse i nya situationer. Du kan arbeta självständigt eller i grupp med enkla naturvetenskapliga problem, med eller utan lärarens hjälp, genom att planera och genomföra uppgifter och undersökningar samt redogöra för arbetet. Du kan förklara hur ljud fortplantas i örat för att uppfatta ljudkällor runt omkring oss, samt känner till olika hörselrelaterade sjukdomar/skador och hur de kan förhindras eller avhjälpas. Du kan förklara hur ljudets hastighet påverkas av materians täthet. Du känner till att ljud reflekteras och kan med modeller visa hur ljud beter sig när det stöter på olika föremål. Du ritar modeller av vågrörelser för att jämföra och utreda skillnader mellan frekvens och ljudstyrka, liksom mellan toner och buller. Du kan beskriva innebörden av resonans och ge exempel på användningsområden. Du ger exempel på hur ljud används inom medicin, kommunikation och informationsteknik, och reflekterar över hur en utveckling inom området kan komma se ut i framtiden. Du använder dina naturvetenskapliga kunskaper för att granska och värdera ställningstaganden och rapporter i media som rör hälsa och välbefinnande inom området hörsel och buller, såsom att mp3-spelare och klassrum har för hög ljudstyrka. Du kan utifrån kunskap om olika ljudalstrande föremål och apparaters funktioner ge exempel och reflektera om; hur de kunnat göra våra liv bättre och ibland sämre, hur de påverkat hur vi lever idag och vår syn på världen (till exempel; ultraljud hitta sjukdomar eller göra abort, ekolodning hitta fisk för överlevnad eller överkonsumera fisk), hur de påverkar individer och vårt samhälles utseende. A-nivå Du ger prov på mycket klara reflektioner när du beskriver nya förlopp och företeelser med begrepp, modeller och teorier inom akustik och vågrörelse, och du förankrar dina reflektioner i fakta uttryckt med ett naturvetenskapligt språk. Det kan du visa genom att lösa problem, jämföra ställningstaganden och utveckling inom olika områden som miljö, samhälle, teknik, granska argument och själv argumentera, kommentera information från media m.m. Du kan arbeta självständigt eller i grupp med vardagliga naturvetenskapliga problem genom att formulera och motivera hypoteser, planera och genomföra vetenskapliga undersökningar, göra iakttagelser, dra slutsatser relaterat till hypotesen samt redogöra för arbetet. Du inser sambandet mellan energi, frekvens och våglängd för ljudvågor. 3
Akustik och vågrörelse Uppgift Örat och hörseln Biologi s.333-335. 1. Markera namnen (1-7) på örats delar på bilden. 2. Beskriv kort varje örondel och vad som händer med ljudvågorna här! Örondel: 1. Ytteröra Beskrivning av örondel: 2. Hörselgång 3. Trumhinna 4. Hörselben 5. Snäckan 6. Hörselnerven 7. Örontrumpet 4
3. Vad kallas våra tre hörselben? 4. a) Var finns hörselsinnescellerna? b) Hur många hörselsinneceller har vi i varje öra? 5. a) Förklara vad tinnitus innebär. b) Ge exempel på buller. c) Hur kan du skydda dig mot bullerskador? 6. Förklara hur öroninflammation uppstår, och kan botas. 7. Vilka hjälpmedel i vardagslivet finns idag för personer med hörselskador? 8. Berätta om vårt balanssinne och ge exempel på hur yrsel kan uppkomma. 9. Beskriv ljudvågornas väg genom örat tills de ger upphov till en nervimpuls. 5
Akustik och vågrörelse Uppgift Svängningar. 1. Zingo spelar kontrabas för Pepsi. a) Hur bildas ljudet från kontrabasen? b) Rita en modell som visar hur ljudet sprider sig från Zingos kontrabas fram till Pepsis ytteröra. c) Vad händer med ljudvågorna när de kommer in i Pepsis öra? 2. Modellen visar en stämgaffel som vibrerar. a) Markera en förtätning. b) Markera en förtunning. c) Markera en våglängd. d) Vad är en förtätning? Beskriv med ord. 6
3. När en stämgaffel vibrerar svänger skänklarna fram och tillbaka. Blir toner högre eller lägre ju fler svängningar en stämgaffel gör? 4. Du spelar på en gitarr. a) Ger en tjock eller tunn sträng lägst ton? b) Varför blir tonen lägre? c) Hur kan du få en gitarrsträng att få ännu högre toner? 5. När ljud svänger kan man rita det som vågor. a) Markera en hel våglängd i modell 1. och en i modell 2. Modell 1. Modell 2. b) Vilken av ljudvågorna har längst våglängd? c) Vilken av ljudvågorna svänger flest gånger? d) Vilken av ljudvågorna har högst ton? 6. Markera vågberg och vågdalar i modellen. 7
Akustik och vågrörelse Uppgift Frekvens. 1. När man spelar på en gitarr vibrerar strängarna och de svänger fram och tillbaka. Antalet svängningar per sekund kallas också för frekvens. a) Vilken enhet har frekvens? b) Vad händer med tonen hos en gitarr ju fler svängningar en sträng hinner med? 2. a) Vilken av följande ljudvågor har högst frekvens? b) Vilken frekvens har ljudvåg 1? c) Vilken frekvens har ljudvåg 2? Ljudvåg 1. Ljudvåg 2. 3. Rita en vågrörelse med frekvensen 3,5 Hz (ett vågberg är 2 rutor hög). 1 sekund 8
Sambandet mellan svängningstid och frekvens kan sammanfattas med denna formel: frekvens (Hz) = antalet svängningar tiden (s) 4. En stämgaffel svänger i 440 gånger per sekund. Vilken frekvens har stämgaffeln? 5. Vilken frekvens har en cellosträng som svänger 792 våglängder på 3 sekunder? 6. Hur många svängningar hinner en trumma avge om den låter i 2,5 sekunder med frekvensen 290 Hz? 7. En vinge på en geting svänger fram och tillbaka när getingen flyger. Vilken är frekvensen på det ljud som hörs, om vingarna svänger 1 gång på 0,004 s? 8. Vingarna hos ett bi har istället en frekvens på 375 Hz. a) Hur många gånger hinner vingarna svänga på 0,004 s? b) Är frekvensen högre eller lägre än hos getingen? 9. Myggornas vingar har en frekvens på ca 1000 Hz, och hinner då svänga 2,5 gånger. Hur många sekunder tar det för vingarna att svänga en gång? 10. Har ljudvågorna från getingen, biet eller myggan kortast våglängder? 9
11. Mellan vilka frekvenser hör en ung människa som har normal hörsel? 12. Hur förändras hörseln hos äldre människa? Varför? 13. a) Vad kallas frekvenser som är högre än vad vi kan höra? b) Ge exempel på ljud som är högre än vi kan höra. c) Vad kan detta ljud användas till om vi ändå inte kan höra det? 14. Vad kallas frekvenser som är lägre än vad vi kan höra? 15. Varför hörs inte ljudet från en penna som du viftar med? 16. Vad finns det för biologiska orsaker till att tjejer oftast har ljusare röster än killar efter puberteten? 10
Akustik och vågrörelse Uppgift Ljudhastighet. Tabellen visar ljudets hastigheter i olika ämnen och temperaturer. 1. a) Vilken hastighet har ljud i luft vid temperaturen 0 C? b) Vilken hastighet har ljud i luft vid temperaturen 15 C? c) Hur förändras ljudets hastighet i luft ju mer temperaturen ökar? 2. a) Vilken hastighet har ljud i vatten? b) Vilken hastighet har ljud i stål? c) Hur förändras ljudets hastighet i ämnen ju tätare och hårdare de är? 3. Antag att det skedde en kraftig explosion på månen. Skulle vi kunna höra ljudet från den? Motivera ditt svar! 4. Om man sätter örat mot ett tågräls kan vi höra ett tåg på flera mils avstånd. Varför kan vi höra tåget genom rälsen men inte genom luften? 11
Sträckan (m) = hastigheten (m/s) x tiden (s) 5. Hur lång sträcka hinner en ljudvåg i vatten på 1 sekund? 6. Hur långt kommer ljudet i vatten på 2,5 sekunder? (avrunda till km) 7. Hur lång tid tar det ungefär för ljud att färdas 1 km i luft vid -10? (Avrunda till en decimal.) 8. Du ser en blixt slå ner, och det tar 4 sekunder innan du hör mullret. a) Hur långt bort ifrån dig slog blixten ner? (svara i km). Temp. är +15 C. b) Varför ser du blixten innan du hör mullrandet vid ett åskväder? 9. a) Vilken hastighet har ljudet om det tar 8 sekunder för ljudet att nå en mottagare som befinner sig 36 km längre bort? b) Vilket ämne skulle detta kunna vara som ljudet fortplantas i? 10. En späckhuggare söker en partner och sänder ut lockrop. Den närmsta späckhuggare som hör lockropet befinner sig 20 mil bort. Hur lång tid tar ljudet på sig för att nå mottagaren? (svara i hela sekunder) 12
Akustik och vågrörelse Uppgift Eko. Ljud reflekteras mot föremål. Ett ljud som studsar och kommer tillbaka till ljudkällan kallas eko. Om det tar en sekund innan du hör ekot är avståndet till väggen 170 meter, eftersom ljudet då har gått fram OCH tillbaka till ljudkällan. Sträcka = Hastighet Tid Hastighet = Sträcka Tid Tid = Sträcka Hastighet Luft Kork Vatten Gummi Glas Stål 340 500 1500 1550 4500 5100 m/s m/s m/s m/s m/s m/s 1. Du står 510 meter från en bergsvägg och ropar Hallå! a) Vilken hastighet har ljud i luft? b) Hur lång sträcka färdas ekot totalt från ljudkälla till mottagare? c) Hur lång tid tar det för dig att höra ekot? 2. Du flyttar dig bort från bergsväggen så att du istället står 765 meter från bergsväggen. Efter hur lång tid hör du ekot nu? 3. Hur långt bort står du om det tar 4,5 sekunder för dig att höra ekot? 13
4. Hur lång sträcka färdas ett eko som kan registreras a) efter 1 sekund i vatten? b) efter 2 sekunder i kork? c) efter 7,5 sekunder i glas? 5. Förklara med hjälp av en tydlig modell hur ett eko fortplantar sig från en ljudkälla till en ljudmottagare. o o. o. o o. Botten på havet 6. Vilken nytta kan fiskebåtar ha av ekolodning? 7. Ge exempel på fler användningsområden av eko utöver fiskebåtar! 14
8. Sjön Mörtgömman är 22,5 meter där den är som allra djupast. Hur lång tid tar det för ett ekolod att uppfatta ekot efter att den skickat iväg ljudsignalen? 9. Från ett fartyg sänds en ljudvåg mot havsbottnen. Ekot uppfångas efter 0,36 sekunder. Hur djupt är det om ljudets fart i vatten är 1500 m/s? 10. En ljudsignal skickas iväg och kommer tillbaka efter 0,3 s. Den totala sträckan ljudsignalen färdas mäts upp till 1530 m. a) Vilken hastighet har ljudsignalen? b) Vilket medium skickas ljudsignalen igenom? 11. Fladdermusen Robin sänder ut ultraljud och fångar sedan upp ekot för att orientera sig. Hur nära bergsväggen är fladdermusen Robin om han uppfattar ekot från sig själv efter 0,01 sekund? 12. Du vill att en yta ska reflektera ljudet bra. Ska ytan då vara jämn eller skrovlig? Förklara varför. 15
Akustik och vågrörelse Uppgift Ljudstyrka och resonans. 1. I vilken enhet mäts ljudstyrka? 2. Vilken ljudstyrka har a) två personer som pratar med varandra? b) ett ljud som gör ont i öronen? c) någon som viskar? d) ett ljud som riskerar att skada öronen? e) människans lägsta hörbarhetsgräns? 3. Ett kylskåp är märkt med bland annat 35 db. Är det ett acceptabelt värde? 4. Du hör ett ljud som har ljudnivån 80 db. Ljudnivån ökar så att du efter en stund uppfattar ljudet dubbelt så starkt. Vilken ljudnivå har ljudet nu? 5. a) Vilken av ljudvågorna har högst ljudstyrka? b) Markera amplituden i ljudvågorna. Ljudvåg 1. Ljudvåg 2. Ljudvåg 3. 6. Att uppmana någon att tala högre är ett felaktigt sätt att uttrycka sig om man hör personen dåligt. Förklara varför. 16
7. Buller är ljud som är oregelbundna, starka och konstanta. a) Ge exempel på miljöer som är bullriga. b) Vilka risker finns det med att befinna sig i bullriga miljöer? c) Hur kan du skydda din hörsel mot skador? 8. Vad är det för skillnad på toner och buller? Rita gärna modeller till hjälp. 9. En stämgaffel sätts i rörelse och bildar en ton. Stämgaffelns skaft sätts sedan mot ett bord. a) Hur förändras tonens frekvens? b) Hur förändras tonens volym? c) Vad kallas fenomenet? 10. Varför blir ljudet från en elgitarr mycket svagt om gitarren inte är ansluten till en elektronisk förstärkare? 17
Akustik och vågrörelse Laboration Ljudexperiment. 1. Beröring med stämgaffel Slå an en stämgaffel försiktigt och låt skänklarna nudda kinden, nästippen eller ögonfransen. Hur känns det? Anteckna. 2. Stämgaffel i en skål med vatten Fyll en kristallisationsskål eller en stor bägare med vatten. Slå an en stämgaffel försiktigt och låt skänklarna nudda vattenytan. Vad händer? Anteckna. 3. Hängande bordtennisboll Sätt fast en sytråd med tejp på en bordtennisboll. Häng upp sytråden i ett stativ på en klämma. Slå an en stämgaffel försiktigt och låt den nudda bollen som hänger i tråden. Vad händer? Anteckna. 4. Burktelefon Gör ett hål i botten på två burkar av metall eller på två plastmuggar. För igenom sytråden eller snöret i hålet och fäst tändstickorna i vardera burk eller mugg. Håll muggarna spända mellan varandra och viska till varandra en i taget. Vilken väg tar ljudvågorna mellan burkarna? Rita och anteckna. 18
5. Plastlinjaler Håll fast en linjal på bordet. Linjalen ska sticka ut en aning utanför. Slå lätt på linjalen så den kommer i svängning. Ger linjalen ifrån sig något ljud? Variera längden på linjalen som sticker utanför bordskanten. Är det någon skillnad mellan ljuden? Anteckna. 6. Hörselgränser för ljud Undersök vilka ljud du kan uppfatta med en tongenerator. Hur låg ton kan du uppfatta? Hur hög ton kan du uppfatta? 7. Vibrerande strängar Knäpp på instrumentets strängar och lyssna på tonerna. Hur ser strängen ut som ger högst ton i jämförelse till de andra strängarna? Hur kan du påverka strängen så den ger en ännu högre ton? Anteckna. 8. Ljud från en ballong Blås upp en ballong utan att knyta änden. Släpp ut luften långsamt från pipen genom att hålla den med båda händerna. Vad får ballongen att låta? Kan du ändra tonhöjden. Anteckna. 19
9. Flaskblåsare Häll upp olika mängd vatten i tre glasflaskor. Blås över kanten på flaskorna så att du får klara toner. Vilken flaska ger högst respektive lägst ton? Varför blir det olika toner i flaskorna? Rita och anteckna. 10. Xylofon Slå med en gummiklubba på en xylofon (klangspel). Vilken platta ger den högsta tonen och hur ser plattan ut i jämförelse med de övriga plattorna? Anteckna. 11. Metallbestick Bind fast ett metallbestick i 2 trådar. Häng besticket rakt ner i tråden och slå med exempelvis en hammare. Lyssna på ljudet Håll ändarna på trådarna vid örongångarna. Slå på besticken igen. Hur låter det nu? Kan du förklara skillnaden? Anteckna. 12. Ljud i olika medium Fyll upp en hink med vatten. Slå samman två stenar i luften. Jämför ljudet när du slår samman stenarna i vattnet. Är ljudet svagare eller kraftigare i vattnet än i luften? Anteckna. 20
13. Örat på bordet Lägg örat på bordet och blunda. Be en kamrat skrapa och knacka lätt på olika ställen på bordet. Kan du säga exakt var personen befinner sig? Blir det någon skillnad om du håller för det andra örat som inte har kontakt med bordet? Är det någon skillnad om du lyfter på huvudet? Anteckna. KNACK! KNACK! 14. Studsar ljud lika bra mot alla material? Lägg en tickande klocka i ett stort mätglas. Håll huvudet i samma höjd som mätglasets öppning. Lyssna. Placera en skiva av ett mjukt material med 45 -vinkel. Håll huvudet i samma höjd som mätglasets öppning. Lyssna. Byt skivan till en hård skiva, och lyssna igen. Vad händer? Är det några skillnader? Har materialet närvaro och hårdhet någon betydelse? Rita och anteckna. 15. Försök med decibelmätare Undersök med hjälp av decibelmätaren olika ljud i din omgivning. Exempelvis viskningar, normalt samtal, skrik, hostningar, stolskrap, MP3spelar, m.m. Gör en tabell där du antecknar resultaten. 21
16. Ett språk för döva Lär dig uttrycka ditt namn i bokstäver med hjälp av stencil med dövspråket! Kan du några ord eller meningar som du uttrycker med gester. Visa andra! 17. Hur väl hörs en viskning? En person står och viskar (ev. med en annan person). Mät avståndet till den plats där du inte längre hör personen som viskar. Anteckna meter Kupa händerna bakom öronen. Hör du personen som viskar nu? Hur ändras avståndet? Anteckna. 18. Stämgaffel i rörelse Slå an en stämgaffel och placera den på olika platser och föremål. Testa till exempel ett fönster, bordskiva, golv, stängd dörr m.m. Hur ändras ljudet i förhållande till material och hårdhet? Anteckna. 19. Stämgaffel i låda Slå an en stämgaffel och placera den i en resonanslåda. Hur förändras tonen från stämgaffeln i resonanslådan? Anteckna. 20. Dubbla stämgafflar i lådor Placera två resonanslådor framför varandra som på bilden. Avståndet bör vara ca 10 cm. Slå på den ena stämgaffeln med en gummiklubba. Dämpa omedelbart denna stämgaffel genom att hålla på den med handen. Lyssna noga! Anteckna. 22
21. LP-skivan Gör en tratt i papper. Fäst en nål med tejp i den smala änden av tratten. Starta en LP-skiva på en grammofonspelare. Sätt ner nålen försiktigt på LP-skivan och håll tratten så stilla du kan. Vad händer? Anteckna. 22. Ljud i tratt Sätt en bit gummislang över pipen på en tratt. Placera tratten över en tickande klocka. Hur tycker du att ljudet hörs nu i jämförelse utan tratt? Vad är skillnaden? Vilken nytta gör tratten och slangen? Rita och anteckna. 23. Språk-rör Sätt fast två trattar på ändarna av en lång slang. Ställ dig med ena änden av slangen så att du är så långt som möjligt från den andra änden, gärna i olika rum. Försök höra och prata med en person i den andra änden. Hur fungerar det? Rita och anteckna. HALLÅ? HEJ! HEJ! 23
24. Trum-pet 1. Såga av botten på en pet-flaska. Spänn över en bit ballong. Rikta öppningen mot någons hår och slå på trumman. Vad händer med håret? Anteckna. 25. Trum-pet 2. Strö lite salt på trumman, och sjung starkt i närheten av den. Vad händer med saltet? Anteckna...... 26. Ljudets väg till örat Placera två stora burkar av plåt eller plast med öppningarna mot varandra. Sätt fast en sytråd på en bordtennisboll. Låt bollen hänga i tråden men samtidigt ha kontakt med baksidan på en burk. Slå till den andra burkens baksida med en träklubba eller något liknande. Vad händer? Anteckna. 27. Stearinljuset - Testa hemma! Håll ett stearinljus ungefär en decimeter framför en högtalare. Skruva upp musiken på ganska hög volym. Vad händer med lågan? Anteckna. 24