Fizika kísérletek: mechanikai hullámok

Nyomtatás

vissza

Egyenes és körhullámok hullámkáddal

(Horváth Petra - 11. évfolyam)

Eszközök:

Hullámkád, stroboszkóp, rezgéskeltők (fémlemez ,csúcsok), üveglemez, görbült felületek

A kísérlet leírása:

Keltsünk egyenes hullámokat a fémlemez segítségével. Helyezzük be az üveglemezt a hullámkádba úgy, hogy az egyenes hullámok szöget bezárva essenek rá. Az üveglemezről visszaverődő hullámok egyenes hullámok.

Tegyük a görbült felületet a vízbe úgy, hogy a homorú feléről verődjenek vissza a hullámok. A visszaverődött hullámok körhullámok lesznek.

Ismételjük meg az előbbi kísérleteket körhullámokkal is. A fémlemezt cseréljük ki a rezgéskeltő csúcsra.

 

 


 

Vízhullámok elhajlása

(Horváth Petra - 11. évfolyam)

Eszközök:

Hullámkád, víz, stroboszkóp, fémlemez (rezgéskeltő), 2 db kicsi üveglemez

A kísérlet leírása:

A fémlemez segítségével egyenes hullámokat keltünk a víz felszínén. Helyezzük a hullámok útjába a két üveglemezt, úgy hogy azok egy vonalba essenek és meghatározott távolságra legyenek egymástól. Így az üveglemezek között egy rés keletkezik. Változtassuk a rés szélességét (azaz az üveglemezek egymáshoz viszonyított távolságát) és figyeljük az akadály mögött kialakuló hullámképet.

 


 


 

Vízhullámok interferenciája

(Horváth Petra - 11. évfolyam)

Eszközök:

Hullámkád, víz, stroboszkóp, rezgéskeltő csúcsok

A kísérlet leírása:

A vízzel teli hullámkádban a két pontszerű rezgéskeltővel hozzunk létre körhullámokat a víz felszínen! Ezek a rezgéskeltők azonos fázisban, azonos frekvenciával rezegnek. A hullámok találkozásakor jellegzetes mintázat figyelhető meg. Ez az úgynevezett interferenciakép.

 


 


 

Doppler effektus hullámkáddal

(Horváth Petra - 11. évfolyam)

Eszközök:

Hullámkád stroboszkóppal, víz, rezgéskeltő csúcs.

A kísérlet leírása:

Rögzítsük a rezgéskeltő csúcsot. Kapcsoljuk be a hullámkádat működtető tápegységet. Állítsuk be a rezgéskeltő csúcs amplitúdóját és a stroboszkóp frekvenciáját. Mozgassuk a rezgéskeltő csúcsot a víz felszínén. Azt tapasztaljuk, hogy a hullámok a haladási irányban összesűrűsödnek, tehát hullámhosszuk csökken, így frekvenciájuk nő. A rezgéskeltő „ mögött” pedig  nagyobb hullámhosszú, kisebb frekvenciájú hullámokat látunk. HA a mozgatás sebessége eléri és meg is haladja a hullámok terjedési sebességét, akkor az úgynevezett Mach-kúp figyelhető meg.

 

 


 

Doppler-jelenség

(Bognár Gergely - 11. évfolyam)

Eszközök:

rugalmas gumicső, síp

A kísérlet leírása:

A kísérlet rendkívül egyszerű, és akár otthon is elvégezhető.  A gumicső végébe helyezzük a sípot, majd a cső végébe belefújunk, a síp megszólal. Ha a kísérletet úgy is megismételjük, hogy a cső segítségével a sípot pörgetjük, akkor a folyamatos hang helyett enyhén változó vibráló hangot figyelhetünk meg. A jelenség magyarázata az ún. Doppler-effektus, amely a mozgó hangforrásból származó hang frekvencia változását írja le.

 


 


 

Egyszerű hangtani kísérletek - Szívószálsíp

(Horváth Petra - 11. évfolyam)

Eszközök:

szívószál, olló, (csípőfogó)

A kísérlet leírása:

A szívószál egyik végét elvékonyítjuk, majd V-alakban bevágjuk. Ha erről az oldalról fújunk bele a szívószálba, akkor hangot hallhatunk. A képzett hang magassága (frekvenciája) a szívószál hosszának változtatásával módosítható. Minél rövidebb a szívószáldarab, annál magasabb (azaz nagyobb frekvenciájú) hangot hallunk.

 


 


 

Egyszerű hangtani kísérletek – Pohárzene

(Horváth Petra - 11. évfolyam)

Eszközök:

Vízzel töltött üvegpohár

A kísérlet leírása:

Ha nedves ujjunkat végighúzzuk egy pohár peremén, akkor hol megtapad, hol megcsúszik. Ez a súrlódás rezgésbe hozza a pohár falát. Minden testnek van úgynevezett sajátrezgése, azaz az adott mennyiségű vizet tartalmazó pohár meghatározott frekvencián tud csak rezegni. A súrlódással keltett rezgés egy széles frekvenciájú gerjesztés, amelyből a pohár csak a sajátrezgésének megfelelő frekvenciát erősíti föl. Ha több víz van a pohárban, akkor a sajátfrekvencia kisebb, tehát mélyebb hang tartozik hozzá, a gerjesztési spektrumból ez erősödik föl.

 


 


 

Terjed-e a hang vákuumban?

(Bognár Gergely 7. évfolyam)

Eszközök:

vákuumszivattyú, vákuumharang, elektromos csengő, vezetékek, tápegység

A kísérlet leírása:

A címben feltett kérdésre a válasz egyértelműen nem! A hang mechanikai hullám, aminek a terjedéséhez közegre van szükség. A fizikus csak akkor hisz el valamit, ha azt kísérletileg is igazolja. A következő videóban a hang terjedéséhez szükséges közeget, jelen esetben levegőt szívunk ki egy vákuumharang alól, és igazoljuk a fenti megállapítást.

 


 


 

Hangsebesség meghatározása

(Juhász Zoltán - közép szintű érettségi felkészítés)

Eszközök:

mérőhenger
mindkét végén nyitott vastag üvegcső, mérőszalag
Több, különböző ismert frekvenciájú hangvilla.

A kísérlet leírása:

Töltsük meg a mérőhengert vízzel, helyezzük bele az üvegcsövet. Hozzuk rezgésbe a hangvillát és tartsuk az üvegcső fölé, ahhoz közel. Ez után az üvegcsövet a hangvillával együtt mozgassuk felfelé mindaddig, amíg a hangvilla hangját felerősödni nem halljuk.

  • Keressük meg a leghangosabb helyzetet, itt mérjük meg a hangvilla távolságát a víztől.
  • Ismételjük meg a kísérletet a több hangvillával is.
  • Számoljuk ki a hang levegőbeli terjedési sebességét, eredményeinket átlagoljuk!

A számolás menete általánosan:

Mivel az alapfrekvenciát halljuk, így k=0, azaz:

 

 


 

Transzverzális állóhullámok

(Juhász Zoltán emelt szintű érettségi felkészítés)

 Transzverzális hullám:

Transzverzális hullámról akkor beszélhetünk, ha a részecskék kitérési iránya merőleges a hullám terjedési irányára.
Csak nagy szilárdságú közegben jön létre, ahol az anyagban jelentős nyírófeszültség jön létre a részecskék elmozdulása esetén.

 Eszközök:

gumiszalag, állvány, 2db lengő vezeték
rezgés keltő eszköz (vibrátor)
függvénygenerátor (jelgenerátor)

 A kísérlet leírása:

Feszítsük ki a gumikötelet az állvány és a vibrátor között. Csatlakoztassuk a rezgéskeltő eszközt a jelgenerátorhoz.
Kapcsoljuk be a függvénygenerátort és állítsunk be rajta szinuszos kimenő feszültséget, kb. 2V maximális amplitúdóval.
A jelgenerátor frekvenciáját finoman állítsuk 20Hz-től fölfelé úgy, hogy a gumikötélen 1, 2, 3 vagy még több csomópontot észleljünk.

  • Magyarázzuk meg a jelenséget!
  • Mi történik, ha megérintjük a kötelet a csomóponton, ill. a duzzadó helynél?
  • Olvassuk le pl. két csomópont esetén a jelgenerátorról a frekvenciát és határozzuk meg a gumikötélen a hullám terjedési sebességét.

 Észrevétel, tapasztalat:

A gumikötélen a transzverzális hullámok oda-vissza verődnek a két vég között és önmagukkal interferálva állóhullámokat hoznak létre.
Akkor jön létre szép interferenciakép, azaz állóhullám, ha a gerjesztő frekvencia megegyezik a kötél saját alapfrekvenciájával, vagy valamely felharmonikusával.

 ahol l  a kötél hossza, k pedig a csomópontok száma. ( k = 0,1,2… )

A csomóponton megérintve a kötelet, a rezgés tovább folytatódik, míg a duzzadó helyet megérintve a rezgés elhal.

 A számolás menete:

 

azaz:

 

A kötél feszítettségét megváltoztatva más terjedési sebességet kapunk.

 
 

 


 

Állóhullámok boton

(Juhász Zoltán emelt szintű érettségi felkészítés)

Eszközök:

jelgenerátor, 2 db lengő vezeték
rezgés keltő eszköz (vibrátor)
laprugók

A kísérlet leírása:

A rezgéskeltő eszközre erősített laprugókat, mint egyik végén rögzített botokat, rezgésbe hozza a vibrátor, a jelgenerátor által biztosított frekvencián. A frekvenciát folyamatosan emelve figyeljük meg a kialakuló állóhullámokat.

  • Figyeljük meg a kialakuló alapfrekvenciát, a 0 csomópontú állapotot.
  • Állítsunk elő 1 csomópontú állóhullámot.

Észrevételek tapasztalatok:

Jól látható állóhullámot akkor figyelhetünk meg, ha a jelgenerátor által biztosított frekvencia megegyezik a bot sajátfrekvenciájával, azaz rezonancia alakul ki.

Az egyik végén rögzített boton kialakuló állóhullám hullámhossza és a bot hossza között a következő összefüggés írható fel:

Ahol k, a csomópontok száma.


 


 

Longitudinális hullámok, állóhullámok

(Juhász Zoltán - 11. évfolyam)

 Longitudinális hullám:

Longitudinális hullámról akkor beszélünk, ha a rezgő közeg részecskéinek kitérési iránya párhuzamos a hullám terjedési irányával.
Bármilyen közegben létrejöhet, ilyen pl. a hanghullám.

 Eszközök:

hosszú csavarrugó, műanyag ill. fém,
kisebb fém csavarrugó, állvány, 2db lengő vezeték
rezgés keltő eszköz (vibrátor), függvénygenerátor (jelgenerátor)

 A kísérlet leírása:

Húzzuk ki a csavarrugót a két kezünk között és lendítsük meg az egyik végét hosszanti irányba. Figyeljük meg a hullám haladását.

Akasszuk fel az állványra a kisebb csavarrugót és a másik végét fogjuk be a rezgéskeltő eszközbe a felfüggesztési pont alatt. Csatlakoztassuk a rezgéskeltő eszközt a jelgenerátorhoz. Kapcsoljuk be a függvénygenerátort és állítsunk be rajta szinuszos kimenő feszültséget, kb. 2V maximális amplitúdóval.
A jelgenerátor frekvenciáját finoman állítsuk kb. 20Hz-től fölfelé úgy, hogy a rugón 1, 2, 3 vagy még több csomópontot észleljünk.

  • Magyarázzuk meg a jelenséget!
  • Mi történik, ha megérintjük a rugót a csomóponton, ill. a duzzadó helynél?

Észrevétel, tapasztalat:

A hosszú csavarrugón a sűrűsödési hely tovább terjed, a két vég között ide oda verődik.
A vibrátorral rezgésbe hozott rugón a frekvencia alkalmas megválasztásával a longitudinális hullám önmagával interferál. Állóhullám alakul ki, csomópontokkal és duzzadóhelyekkel.
A csomóponton megérintve a rugót, a rezgés tovább folytatódik, míg a duzzadó helyet megérintve a rezgés elhal.

 

 


 

Kundt cső

(Juhász Zoltán - 11. évfolyam)

Eszközök:

Kundt cső tartozékokkal, parafareszelék, ruha, gyanta
Jelgenerátor, átalakított hangszóró, léggömb

A kísérlet leírása:

A Kundt csőbe szórjunk parafareszeléket, A végeit zárjuk le a lezáró botokkal. Az üvegrudat rögzítsük, gyantázzuk be, és kezdjük el dörzsölni a ruhával, hogy nyikorogjon.

  • Figyeljük meg mi történik a parafareszelékkel a csőben.
  • Szükség esetén a fa pálca segítségével állítsunk a mozgatható lezárón. A kísérlet türelmet igényel.

Az üvegcsövet vegyük ki és a cső e végét zárjuk le rugalmas gumihártyával (léggömb) Csatlakoztassuk a jelgenerátorhoz az átalakított hangszórót és a hangszóró tüskéjét illesszük a gumihártyához.

  • Kapcsoljuk be a jelgenerátort, ami rezgésbe hozza a hangszórót, ami megrezegteti a gumihártyát.
  • Változtassuk a frekvenciát igény szerint és figyeljük meg, mi történik a parafareszelékkel.
  • Magyarázzuk meg a jelenséget.

Magyarázat:

A Kundt csőben, megfelelő frekvencia esetén rezonancia alakul ki, és mint mindkét végén zárt sípban állóhullámok jönnek létre. A levegő rezgése mozgásba hozza a parafareszeléket és azok a csomópontok és duzzadóhelyek mentén sajátos mintázatot hoznak létre.

 


 

Eseménynaptár


Akadálymentes változat

Impresszum  |  Oldaltérkép |  Kapcsolat 
©2013 All Right Reserved.
Révai Miklós Gimnázium és Kollégium
9021 Gyõr, Jókai u. 21.