Vad är ljud? När vi hör är det luftens molekyler som har satts i rörelse. När en mygga surrar och låter är det för att den med sina vingar puttar på luften. När en högtalare låter är det för att den knuffar igång luften genom rummet. I det här temat kommer vi att få svar på hur ljudvågor fungerar och varför ljud låter olika högt och lågt, starkt och svagt. Vi kommer att prata om hur ljudet sprids genom luft och vatten. Vi kommer att svara på hur fort ljudet går. Vi kommer också att ta reda på hur man gjorde förr i tiden för att spara på ljud, LP skivor, kassetband och CD skivor. Vi kommer också att träna på att labba och göra experiment. Hur gör man när man undersöker något? Hur ska man skriva för att någon annan ska kunna göra samma experiment? Hur ska man bete sig i en labsal? Under experimenten kommer vi att träna på att ta bra och beskrivande bilder av experimentet. Kanske vill du filma ditt experiment? Du och dina kompisar kommer att få hjälpa varandra att bli bättre på alla dessa saker. Att fundera på: När det åskar och blixtrar hör du mullret efter att du har sett blixten. Varför hörs inte mullret samtidigt som du ser blixten? Tror du att ljud hörs bättre, sämre eller lika bra i rymden jämfört med på jorden?
Mål med temat vad är ljud? Du ska, när det här temat är slut, kunna: Använda vetenskapliga ord för att förklara ljud: Ljudvågor Våglängd Frekvens Hertz (Hz) Ljudstyrka Decibel (db) Ultraljud Infraljud Hög ton Låg ton Starkt ljud Svagt ljud Resonans Beskriva den tekniska utvecklingen för att spara ljud Genomföra och planera en undersökning Välja ett experiment Skriva en frågeställning Genomföra experimentet Besvara din frågeställning Använda utrustning på ett säkert sätt lugnt och försiktigt i NO salen Dokumentera skriftligt och med bilder för att beskriva undersökningen Inledande del som förklara ljud och några Vad behöver du för experimentet? Hur gjorde du experimentet? Bilder på alla steg i experimentet och vad som behövdes Vad hände? Varför blev det så? Hur kan du göra experimentet bättre? Ge förslag på förbättringar genom kamratbedömning
Betygssteg för labrapport och experiment A C E Genomför enkla undersökningar utifrån givna planeringar Formulerar enkla frågeställningar och planeringar som det går att arbeta systematiskt utifrån Använder utrustning på ett säkert, ändamålsenligt och effektivt sätt Genomför enkla undersökningar utifrån givna planeringar Formulerar enkla frågeställningar och planeringar som det efter någon bearbetning går att arbeta systematiskt utifrån Använder utrustning på ett säkert och ändamålsenligt sätt Genomför enkla undersökningar utifrån givna planeringar Bidrar till att formulera enkla frågeställningar och planeringar som det går att arbeta systematiskt utifrån Använder utrustning på ett säkert och i huvudsak fungerande sätt Jämför dina och andras resultat och för då välutvecklade resonemang om likheter och skillnader Jämför sina och andras resultat och för då utvecklade resonemang om likheter och skillnader Jämför sina och andras resultat och för då enkla resonemang om likheter och skillnader Ger förslag som kan förbättra undersökningen Ger förslag som efter någon bearbetning kan förbättra undersökningen Bidrar till att ge förslag som kan förbättra undersökningen Gör välutvecklade dokumentationer av sina undersökningar i text och bild Gör utvecklade dokumentationer av sina undersökningar i text och bild Gör enkla dokumentationer av sina undersökningar i text och bild. Förklarar och visar på enkla samband med något gemensamt drag och med god användning av fysikens Relaterar till ljud i välutvecklade och väl underbyggda resonemang Förklarar och visar på enkla samband med relativt god användning av fysikens Relaterar till ljud i utvecklade och relativt väl underbyggda resonemang Ger exempel på och beskriver enkla samband med viss användning av fysikens Relaterar till ljud i enkla och till viss del underbyggda resonemang
Betygssteg för frågor och uppgifter A C E söker naturvetenskaplig information och använder olika källor och för välutvecklade resonemang om informationens och källornas användbarhet söker naturvetenskaplig information och använder olika källor och för utvecklade resonemang om informationens och källornas användbarhet söker naturvetenskaplig information och använder då olika källor och för enkla resonemang om informationens och källornas användbarhet har mycket goda kunskaper om fysikaliska fenomen förklarar och visar på enkla samband med något gemensamt drag och med god användning av fysikens har goda kunskaper om fysikaliska fenomen förklarar och visar på enkla samband med relativt god användning av fysikens har grundläggande kunskaper om fysikaliska fenomen ger exempel på och beskriva dessa med viss användning av fysikens relaterar till några fysikaliska samband med välutvecklade och väl underbyggda resonemang om ljud relaterar till några fysikaliska samband med utvecklade och relativt underbyggda resonemang om ljud relaterar till några fysikaliska samband med enkla och till viss del underbyggda resonemang om ljud
Ljudvågor Ljudvågorna sprider sig som när man släpper ner en sten i vattnet, kommer ni ihåg experimentet med stämgafflarna och vattnet? Men eftersom luften är en gas kan vi inte se ljudvågorna. Men vi kan höra ljudvågorna och känna dem. Ljudvågorna skapas genom att molekylerna i luften pressas ihop på en sida och hamnar längre ifrån varandra på en annan sida. De luftmolekyler som pressas närmare varandra förtätas, de blir tätare. Medan de luftmolekyler som hamnar ifrån varandra förtunnas. Det bildas ljudvågor som rör sig genom luften. Avståndet mellan två förtätningar eller två förtunningar kallas för våglängd. När ljudvågen kommer fram och träffar ditt öra så börjar trumhinnan i örat att svänga fram och tillbaka precis som till exempel gitarrsträngen som skapade ljudvågen. Höga och låga toner Om ljudvågorna svänger regelbundet så hör vi det som en ton. Tonen låter olika beroende på hur snabb svängningen är. När ljudvågen svänger snabbt blir det en hög ton och när ljudvågen svänger långsamt blir det en låg ton. Tonens höjd mäts i antalet svängningar per sekund. Det kallas för ljudets frekvens. Frekvens mäts i enheten Hertz (Hz). ( 1 Hz = 1 svängning/sekund)
Figur 1. Här är ett exempel på höga och låga toner. Den översta är en låg ton och har få svängningar per sekund. Den understa är en hög ton och har många svängningar per sekund. Den mittersta ligger mitt emellan. Om en ton har högre frekvens än 20 000 Hz så kallas den för ett ultraljud. Om en ton har lägre frekvens än 20 Hz så kallas det infraljud. Människan kan bara höra ljud mellan 20 Hz och 20 000 Hz. Människan kan alltså inte höra infraljud och ultraljud. Däremot kan vissa djur det. Till exempel kan fladdermöss höra ultraljud och valar, elefanter och spindlar kan höra infraljud. Starkt och svagt ljud Ljudnivån kan variera mycket, ibland är ljudet starkt och ibland är det svagt. Ibland låter det mycket i klassrummet, i matsalen eller på ett disco. Ibland så viskar vi och då låter det svagt. Ljudets styrka beror på hur kraftig rörelsen i vågen är. Tänk på en mygga som puttar luften med sina vingar och ett flygplan som knuffar luften när det flyger. Ett flygplan kan putta luften mycket starkare än vad en liten mygga kan och därför blir ljudet också starkare. Eller föreställ dig att du spelar piano, om du slår hårt på tangenten blir det en stark ton och om du slår svagt på tangenten blir det en svag ton. Ljudstyrka mäts i enheten Decibel (db). Om ljudet är för starkt kan vi få ont i öronen och om vi har otur allvarliga skador. En vanlig hörselskada är tinnitus. Därför finns det rekommendationer, är ljudet starkare än 85 db så ska man ha hörselskydd på sig.
Figur 2. Bilden till vänster visar höga och låga toner (frekvens). Bilden till höger visar ljudets styrka. Hur förs ljudet vidare? Vanligtvis förs ljudet vidare genom luften genom att luftmolekylerna puttar på varandra. Men ljud kan höras genom vatten och andra material också. Luft är en gas och därför ligger luftmolekylerna utspridda långt ifrån varandra. Därför krävs det mer för att kunna knuffa igång molekylerna och skapa en ljudvåg. I vatten, som är i flytande form, är molekylerna närmare varandra och ljudet kan färdas snabbare. I metaller, i fast form, ligger molekylerna tätt ihop på bestämda platser och därför leds ljudet ännu snabbare. I luft är ljudets hastighet 340 meter/sekund (m/s). I vatten är ljudets hastighet 1500 m/s. I järn är ljudets hastighet 5100 m/s.
Figur 3. Ljudet i metall eller en vägg är ungefär som kulor på rad som knuffar på varandra. Hur blir det i rymden? I rymden är det vakuum. Vakuum betyder att det är helt tomt. Det finns alltså inga molekyler alls att knuffa på, ingen luft, inget vatten och ingen metall. Därför hörs det ingenting i rymden. Ljudvågorna kan inte komma fram i vakuum. Resonans Varför ser gitarren ut som den gör? Jo, gitarrens form gör att den fungerar som resonanslåda. När du spelar på strängarna på gitarren så börjar själva gitarren att svänga med samma frekvens som strängen och därför blir ljudet starkare. Det här fysikaliska fenomenet kallas för resonans. Kan man spara på ljud? Den första uppfinningen som gjordes för att spara ljud hette fonograf. Det var Tomas Alva Edison som uppfann fonografen år 1877. Ljudet ristades in på rullar med hjälp av en nål och sedan spelade man upp ljudet igen genom att låta en annan nål följa samma spår. Då hördes ljudet. Efter fonografen kom vevgrammofonen och på den spelade man något som kallades stenkakor, de var gjorda av hård plats. Då var musiken inristad i ett spår på skivan. Ljudet förstärktes med hjälp av en tratt. På 1950 talet använde man vinylplast till skivorna och därför kallas de vinylskivor, eller LP skivor. Under den tiden hade man satt på en elmotor på grammofonen så att man inte behövde veva för hand. Grammofonen hade också högtalare och förstärkare istället för en tratt.
På 60 talet utvecklade man kassetband, som är ett plastband med metall i. Efter det uppfanns CD skivorna och i dom ligger ljudet lagrat i gropar. Man kan se groparna om man tittar med förstoringsglas. Idag använder vi datorer och lagrar musik och ljud som mp3 filer. Med mp3 filer går det att lagra jättemycket mer musik, lika mycket som det finns på tusen CD skivor. Nu har det också blivit väldigt populärt att lyssna på musik via internet. Med hjälp av streamingsajter som spotify, itunes, soundcloud och youtube kan vi lyssna på musik utan att ha mp3 filen på datorn. Vi behöver bara internet. Figur 4. Bilden till vänster visar en grammofon. Bilden till höger visar en CD skiva.