CHVĚNÍ PRUŽNÝCH TĚLES

Tyto pokusy lze zařadit do středoškolské kapitoly mechanické vlnění, zvuk.

Demonstrujeme jimi, že tělesa vydávající zvuk se chvějí, neboli že zdrojem zvuku jsou tělesa, ve kterých vzniká stojaté vlnění (chvění)

Pokusy předpokládají, že studenti byli seznámeni s pojmy vlnění, stojaté vlnění, resp. chvění, dále s úvodními informacemi o zvuku:

Zdrojem zvuku je chvění pružných těles, které vzbuzuje v okolním prostředí mechanické vlnění o frekvenci 16 Hz až 20 kHz (meze frekvencí jsou individuální, toto je nejčastěji udávaný rozsah frekvencí, který je lidské ucho schopno zaznamenat).

CHVĚNÍ LADIČKY

Tímto pokusem demonstrujeme chvění ladičky, resp. kmitání konce ramena ladičky. Tedy potvrzujeme tvrzení, že zdrojem zvuku je chvění pružných těles.

Ladička je zdrojem jednoduchého tónu, tj. periodického zvuku, který má harmonický

(sinusový) průběh.

Časový průběh tlaku zvukové vlny:

(Ladička se používá k ladění hudebních nástrojů. Rezonanční skřínka slouží k rezonančnímu zesílení zvuku ladičky.)

POKUS

Pomůcky: dvě ladičky na rezonančních skříňkách, které zní se stejnou frekvencí, pryžové 

kladívko, stojan, nit, kulička

Ladička je zdrojem zvuku. Následujícím pokusem se můžeme přesvědčit, že ramena ladičky, která zní, se chvějí. Chvění ramen ladičky (kmitání jednotlivých částí) není pozorovatelné okem, jako např. chvění struny. Lze však pozorovat kmitání ladičky v místě, kde se jí dotýká kulička.

Všimněme si, jak je pokus uspořádaný:

Vedle sebe jsou umístěny dvě ladičky na rezonančních skřínkách. Jedné z ladiček se dotýká kulička zavěšená na niti (na stojanu).

Demonstrátor udeří kladívkem do ladičky (u které není kulička). Díky rezonanci se rozezní i druhá ladička a kulička od ní začne odskakovat. Kmitání kuličky je způsobené nárazy kmitající ladičky.

Poznámka: Kmitání ladičky (kuličky) se postupně utlumí, což je způsobeno ztrátami mechanické energie.

CHLADNIHO OBRAZCE

Tímto pokusem lze demonstrovat, že chvění nevzniká jen v pružných tělesech s jedním převládajícím rozměrem, ale že zvuk může vznikat i chvěním desek.

POKUS

Pomůcky: kovová deska upnutá do svěrky, jemný písek, smyčec

Demonstrátor posype desku -upevněnou uprostřed do svěrky- pískem a táhne po okraji desky smyčcem (ve směru kolmém k rovině desky). Deska se rozezvučí – různě vysokým tónem podle toho, v jakém místě demonstrátor táhne smyčec. Zároveň se rozkmitají zrnka písku, protože v desce vzniká stojaté vlnění. Podobně jako u stojatého vlnění na laně vznikají místa, kde deska (a zprostředkovaně i zrnka písku) kmitá s maximální amplitudou, a místa, kde je deska neustále v klidu - kmitny a uzly. Zrnka písku odskakují z kmiten a soustředí se v tzv. uzlových čarách. Zrnka písku se seskupují do tzv. Chladniho obrazců.

Poznámka:

Chvění desek, blan a podobných objektů má význam při konstrukci elektroakustických zařízení (jako jsou membrány reproduktorů, sluchátek, mikrofonů), jimiž se přenáší zvukové vlnění.

Takové chvění při přenosu zvuku můžeme pozorovat také u dětského nitkového telefonu, kde se chvěje dno kelímku.

CHVĚNÍ MISKY

Pokus můžeme místo demonstrace toho, že zdrojem zvuku je chvění pružných těles, předložit studentům k vysvětlení po probrání učiva, případně po shlédnutí podobných video ukázek – „Ladička“ a „Chladniho obrazce“.

POKUS

Pomůcky: kovová miska na stojánku, pryžové kladívko, ping-pongový míček

Demonstrátor rozezvučí misku úderem kladívka. Po té umístí do misky ping-pongový míček a znovu ji rozezvučí. Míček začne poskakovat.

Proč?

Odpověď:

Při úderu kladívka se miska rozechvěje (vytvoří se na ní uzly a kmitny – místa, která nekmitají a místa, která kmitají s maximální amplitudou

Chvění misky je zdrojem zvuku, který slyšíme z video ukázky.

Zároveň kmitající miska předává svou energii míčku (naráží do něj) a způsobuje  poskakování míčku.

Varianta „ověření“: Poskakování míčku je důkazem toho, že v misce vzniklo chvění.

Zdrojem zvuku je tedy skutečně chvění tělesa, v tomto případě kovové

misky.