Lydvitenskap: Gjør Re-Mi med Stråler


Musikalske stropper Nøkkelkonsepter Lyd Musikk fysikk Lydbølger Frekvens Introduksjon Har du noen gang lurt på hvordan et musikalsk instrument produserer de vakre lydene som den gjør? Alt kommer ned til vitenskapen! For å gjøre et visst notat, må instrumentet generere en bestemt lydbølge. Så det du hører som tonehøyde er egentlig bare en samling av like store lydbølger som beveger seg gjennom luften og slår på øret. Selvfølgelig

Musikalske stropper

Nøkkelkonsepter
Lyd
Musikk
fysikk
Lydbølger
Frekvens
Introduksjon
Har du noen gang lurt på hvordan et musikalsk instrument produserer de vakre lydene som den gjør? Alt kommer ned til vitenskapen! For å gjøre et visst notat, må instrumentet generere en bestemt lydbølge. Så det du hører som tonehøyde er egentlig bare en samling av like store lydbølger som beveger seg gjennom luften og slår på øret.
Selvfølgelig er de fleste instrumenter i stand til å produsere mange forskjellige notater eller størrelser av lydbølger. Mange instrumenter oppnår dette ved å endre lengden på en del av instrumentet, slik som strenger i et piano eller på en gitar eller en trombonens justerbare luftkolonne eller tastene i forskjellige lengder på en xylofon. I denne vitenskapsaktiviteten vil du lage dine egne musikkinstrumenter ved å bruke drikkerør og undersøke hvordan endring av lengden på stroppene endrer notatene de produserer.
Bakgrunn
Lyd er produsert av vibrasjoner. Vibrasjonene skyver og trekker på luftmolekyler, endrer lufttrykket rundt dem. Trykkene forårsaker lokal komprimering av luften (økt trykk), og trekkene forårsaker lokal oppslukking av luften (trykkreduksjon). Kompresjonene og sjeldne virkningene overføres raskt gjennom luften fra den opprinnelige kilden som awave, som gjør lyd. Lyden er en bølge, et mønster, for å endre lufttrykk.
For en lydbølge svarer frekvensen til bølgen til den oppfattede tonehøyde av lyden. Jo høyere frekvensen er, jo høyere oppfattes tonehøyde. Teknisk sett beskriver frekvensen av en bølge hvor mange sykler av bølgen som skjer i løpet av en viss tid. Dette måles i hertz (Hz), som er i sykluser per sekund. I gjennomsnitt er frekvensområdet for menneskelig hørsel fra 20 Hz ved den lave enden til 20 000 Hz i høyden.
På et strenget instrument, som en gitar eller et piano, når strengen plukkes (gitar) eller slått (piano), vibrerer den og produserer en stående bølge på strengen. Disse vibrasjonene overføres til instrumentets lydbord, som forsterker lyden.
materialer

  • Minst to plast eller papir drikker renner
  • Saks
  • Piano, elektronisk tastatur eller annet musikkinstrument som kan produsere en skala av notater (valgfritt)

Forberedelse
  • Klipp ett av de to drikkesømene slik at det er halve lengden på den andre halmen. Hvordan tror du at de forskjellige lengdene vil påvirke lydene som stråene gjør?
  • Ta en av stroppene og flate om en tomme i den ene enden av halmen. Du kan bruke tennene dine eller klemme det mellom fingrene eller neglene for å flate det.
  • På samme strå, bruk saks for å lage to små, kantede kutt, en på hver side av den flattede enden. Dette skal gjøre slutten på halmen lik en "V" -form når den er flatt, men uten spiss på slutten (enden skal ha et kort, flatt, ubeskåret segment igjen).
  • Gjenta dette med det andre halmen, slik at begge har små, vinklet kutt i den ene enden.

Fremgangsmåte
  • Sett kuttenden av lengre halm inn i munnen. Plasser kuttene slik at de bare er inne i leppene dine. Så buk leppene dine ned og innover litt og legg lett trykk på halmen med leppene dine. Hvorfor tror du at du må legge press på halmen?
  • Blås gjennom halmen. Hva hører du? Kuttene skal vibrere og produsere en tone. Du må kanskje flytte halmen rundt litt for å finne den beste posisjonen for å lage musikknotatet. Det kan ta litt øvelse og gjentatte ganger prøver å produsere et konstant, enkelt notat.
  • Blås nå gjennom det kortere strået med samme metode. Hva hører du denne gangen? Hvordan sammenligner det med det du hørte med lengre halm? Igjen, må du kanskje prøve å blåse gjennom halmen et par ganger for å få det til å produsere et konstant, enkelt notat.
  • Ekstra: Hvis du har et piano, et elektronisk tastatur eller et annet musikkinstrument, kan du prøve å sammenligne notatene fra stråene til notatene på det virkelige musikalske instrumentet. Kan du finne ut hvilke notater sugene gjør? Kan du fortelle hva forholdet er mellom de to notatene? Hvordan sammenligner notatet fra det kortere halmen til notatet fra lengre halm?
  • Ekstra: Du kan prøve å gjenta denne aktiviteten, men bruk åtte stropper og prøv å kutte dem slik at hver halm produserer et notat fra en skala. For eksempel, for en skala som begynner med C, svarer disse åtte notatene til de hvite tastene på et piano: C, D, E, F, G, A, B, C. Se Science Buddies-prosjektideen i "Mer å utforske "for detaljer om hvordan du kan gjøre dette. Kan du lage en skala ved å bruke åtte stropper kuttet i forskjellige lengder?
  • Ekstra: Andre instrumenter er enkle å lage også! Du kan lage flere notater ved å fylle brusflasker med forskjellige mengder vann og blåse over toppen av dem, eller ved å fylle goblets med forskjellige mengder vann og bruke en ren, litt våt finger til å strekke rundt glassets kant for å forårsake vibrasjoner . Hvordan endres notatene som produseres av disse instrumentene når du endrer hvor mye vann er i dem? Kan du bruke dem til å spille en skala eller en sang?


Observasjoner og resultater
Har det kortere strået en mye høyere lyd enn den lengre halmen?
Lyden av en lyd tilsvarer frekvensen av lydbølgen. Jo høyere frekvensen er, jo høyere oppfattes tonehøyde. Det kortere strået burde ha laget en lydbølge med høyere frekvens enn lengre halm, og det kortere strået bør derfor ha gjort en høyere tone enn lengre halm.
Faktisk, fordi den kortere halmen var halv lengden på lengre halm, skulle det kortere halmen ha produsert en frekvens som var dobbelt så lang halmfrekvensen. (Dette er basert på en matematisk ligning som beskriver hvordan frekvensen som produseres i en åpen sylinder påvirkes av sylinderlengden, hvor frekvensen tilsvarer lydens hastighet, som skal være konstant delt med to ganger sylinderlengden. Se " Mer for å utforske "delen for ressurser på dette.) Når en lydbølge er to ganger frekvensen av en annen lydbølge, er pitchene en oktav fra hverandre. For eksempel har musikknotaten midt C en frekvens på 262 Hz, og C-notaten en oktav over dette har en frekvens på 524 Hz (eller to ganger 262 Hz). Det kan imidlertid hende du har funnet ut at det kan ta litt øvelse ved å bruke halminstrumentene i denne aktiviteten for å produsere et konstant, enkelt notat.
Mer å utforske
Lydbølger og musikk, fra fysikklokalet
Air Column Resonance, fra Hyperphysics
Musikkfysikk-Notater, fra Michigan Technological University
Morsom, vitenskapelig aktivitet for deg og din familie, fra vitenskapelige venner
Gjør Re-Mi med Stråler, fra Science Buddies

Denne aktiviteten brakte til deg i samarbeid med Science Buddies

Next Generation Nuclear PowerNy studie beregner år for livet tapt til ekstrem temperaturRhinoceros gjennomgår assistert reproduksjon for å redde arter fra utryddelseOppvarmende troper kan få store konsekvenser for kalde blodarterWeily Soong: En lidenskap for virologi oversetter til en karriere som allergikerEn oppdatering på CP Snow "To kulturer"Kan Outback kutte Australias drivhusgassutslipp?Kan Mexico lede veien i å bevise karbon kutt?