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2021年1月16日 星期六

繩波現形

這是老教具了~~
十多年前就做過
詳細原理可以參考這篇,就不再多說了
這次利用氣球座來製作新版
方便日後研習大量複製

基本上就是組裝而已,看圖就知道
旋轉的部分用減速馬達來驅動





利用可調電源就可以方便控制速度
速度越慢,看到的波長越短(為什麼??)

圓筒塗上白線,相隔約1公分
                                       

                                      

                                       

                                        

                                        
旋轉圓筒就可以呈現不同張力彈性繩的波長(模擬,非真正的波長)
左邊較鬆,右邊較緊


影片如下
因為在日光燈下拍攝,頻閃現象加上錄影機的頻率,讓波形很不明顯
可以看到背後的白線感覺上動得很慢,其實轉速還蠻快的


注意事項:
在日光燈下要留意頻閃的現象可能造成一些不一樣的結果
建議可以在自然光底下實驗或是打上無調光的直流電LED燈或一般白熾燈泡

2020年6月3日 星期三

橫波模擬器


先說明,這只是一個模擬裝置
不是真正橫波產生的原因或方法

十多年前做過一個類似的繩波觀察裝置

最近在近80年校史的居仁國中發現了一個骨董!!
橫波模擬投影裝置~~
這真的太有趣了,不復刻一下實在對不起自己


首先需要一螺旋...
從垃圾堆裡找出以前留下的九連環玩具,裡面就有一組鋼製的螺旋
利用氣球座就可以固定在減速馬達上
螺旋要稍微拉開一些
這樣投影出來的波長會比較長,也比較好觀察




螺旋中間處黏上一些黏土當作介質的標示點
再用PP板裁成L型當作底座
前方挖出一個方形,貼上半透明紙當作投影幕




利用手電筒照光,再從後方觀察就可以看到橫波前進的模樣
但我只有白色PP板,手電筒太強會漏光,不好看
因此再貼上一張黑紙擋光

調整減速馬達的高度,反正手邊有甚麼就用甚麼
結果像這樣






拿一支牙籤放在前方當標尺
更可以清楚觀察到介質只會上下動
但波卻前進了

老學校真是一個神奇的寶庫~~

點名120年老校羅東國小
我又要來了!!!


2019年10月2日 星期三

認識波動

波,其實真的很抽象...
可被定義為在一個質點附近反覆振盪的運動
(http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=1298)
或者簡單來說是傳遞能量(光、聲...等)的一種形式
但其實學了這麼多年也沒能說得清楚(真丟臉)
因此希望讓學生從觀察和操作中去了解"影響「波」這個現象"的可能因素

首先一些名詞的概念當然要先給學生
我們才能有共同的語言
包含力學波、橫波、縱波、波長、介質等(頻率先不出現)
這些東西比較有具體的現象可以觀察
基本上給了學生兩個相同的塑膠彈簧、兩個不同大小的鐵彈簧
還有實驗室常用的超級大彈簧

先用超級大彈簧說明甚麼是橫波、縱波(包含產生的方法)以及波長的概念

再讓學生自己去操作,發現有那些因素「可能」影響波速和波長
至於你要甩橫波或縱波,自己決定
當然學生很快發現縱波是比較容易觀察的!!







但因為學生操作的彈簧較小
很多人快速振動(增加頻率)後因為產生更多的波(波長變短)
感覺上似乎波速變快了
提醒學生用大彈簧操作,才有學生發現其中的不同

有學生將兩個彈簧串在一起
振動就可以同時產生,觀察起來就更明顯了(真棒,我之前都沒想到)
雖然兩個彈簧的彈性依舊是一個變因沒有控制好
但對初學者來說已經不錯了
事後當然也將這件事提出和大家討論



再來連接不同的彈簧觀察波的變化
主要是希望帶出波動可以在不同介質中傳遞
有些學生很認真的處理如何將兩個彈簧連接起來
有些當然....(學生沒學好一定是老師的錯,我先承認了)




最後再根據各組的答案來討論
引出"甩動速度(快慢)"用"頻率"這個物理量的概念會更好

這也是第一次的嘗試
看來可以修正的方向還有很多了...
不過...實驗紀錄單終於好一點點了(標準真低啊~~)



2017年3月13日 星期一

八爪按摩器的共振現象

這真是史上最輕鬆的一次教具
啥事都不用作...
撥動長腳,其他長腳也會跟著一起動,但短腳是不動的
撥動短腳,變成其他短腳也會一起動
但首先必須先知道振動的頻率和長度的關係
所以最好先作單擺的實驗會比較容易進入狀況

2017年3月4日 星期六

免插電水管擴音機





這個東西之前就作過類似的
只不過更精巧了一些
其實這樣的裝置並沒有放大聲音能量的效果(不符合能量守恆啊~)
只是利用圓錐狀的造型,將聲音利用反射集中在圓錐狀喇叭的正前方
加上圓錐內部的空間也加強了空氣的共振效果
因此如果你在喇叭的正前方
聽起來就好像聲音放大了

同樣的原理就是上次作的聽診器


2017年1月16日 星期一

管長與頻率_測量篇

之前提到泛音
就再深入討論一下吧
當我們輕吹管子(一端閉口)
會出現一個1/4波長的基音
但實際上在管內也會同時出現3/4、5/4、7/4、9/4等倍數的波長
如果用調音器就只能測出最主要的音頻
但改一下
若用音頻分析器就厲害了
音頻分析器可以到這裡下載
https://play.google.com/store/apps/details?id=com.zephyr.soundAnalyserPRO
這個強大的軟體可以偵測出所有的音頻
以我作出的A3音調為例
下面是偵測出來的圖形
綠色部分就是信號較強的頻段
拉開可讀到基音頻率為225Hz


第一泛音668.5Hz,為基音的2.97倍


                                                       

第二泛音1146.6Hz,為基音的5.096倍

                                                       


第三泛音1552.6Hz,為基音的6.9倍

                                                           

第四泛音1992.6Hz,為基音的8.856倍

                                                       
這真是太強了,竟然到第四泛音都能偵測到
而且竟然這麼準!!
沒想到啊沒想到

後記
調一下響度範圍就更清楚了,有六個明顯的尖端,也就是第五泛音也抓到了