Tři fousaté experimenty (s inovací)

Milan Rojko

Ve starých školních kabinetech je možné najít historické pomůcky i pro výuku akustiky, které půvabně ukazují některé z vlastností zvukových vln, a to způsobem didakticky přesvědčivějším než pomůcky moderní.

Jednou z takových pomůcek je Königova píšťala, která je na obrázku 1. Její původní způsob použití je zřejmý. Vstup A je připojen na plynový kohout, vstupem B postupují zvukové vlny, např. od ladičky, k tenounké slídové membráně, která odděluje v rozšířené části píšťaly část vzduchovou a plynovou. Malý plamínek na výstupu plynové trubičky C indikuje tlakové změny plynu, vyvolané zvukovou vlnou.

Změny délky plamínku ovšem probíhají příliš rychle, než aby byly postřehnutelné prostým pozorováním. Lze je ale časově rozvinout pomocí rotujícího zrcadla a získat tak pohled (viz obr. 2), který přesvědčivě ukazuje, že zvuk ve vzduchu je vyvolán změnami tlaku.

Dnes můžeme volit jako zdroj zvuku reproduktor buzený tónovým generátorem a ukázat rozdíly ve frekvenci kmitání plamínku při různých frekvencích zvuku, stejně jako ovlivňování hloubky modulace při zvuku stejné frekvence, ale rozdílné intenzity. Individuální pozorování můžeme nahradit demonstrací, jestliže na rotující zrcadlo z těsné blízkosti namíříme videokameru spojenou s televizorem. V takovém případě je vhodné snížit jas televizoru, aby byl plamínek kontrastní na tmavém pozadí.

Další ze zapomenutých pomůcek je Quinckeho trubice, která je na obrázku 3. Ze zdroje zvuku, kterým byla původně asi opět ladička, vstupuje zvuková vlna do trubice A , z níž se zvuk poté dělí do dvou ramen. Jedno rameno má délku stálou, druhé rameno je výsuvné. Na konci se oba signály opět setkávají ve výstupní trubici B. U jejího ústí se přiloženým uchem vnímaly změny intenzity zvuku které nastávaly pro různé délky horní trubice. Je zřejmé, že pokud byly délky ramen stejné nebo se lišily o násobek vlnové délky použitého zvuku, byl vystupující signál nejintenzivnější. Pokud byl dráhový rozdíl zvukových vln roven lichým násobkům půlvln, byla na výstupu intenzita zvuku minimální.

I v tomto případě lze snadno funkci Quinckeho trubice demonstrovat. Za zdroj zvuku byl opět zvolen reproduktor napojený na tónový generátor. Výstupní signál byl zachycován stejným reproduktorem s výstupním transformátorkem (zde ve funkci dynamického mikrofonu) a registrován oscilografem, nebo jednodušeji demonstračním voltmetrem. Aby byly změny intenzity zvuku ve třídě slyšitelné, byla vstupní část zvukově odizolována zabalením do vlněné pokrývky. Celá sestava, jak je používána na naší škole, je na obrázku 4.

Pomůcka na obrázku 5 slouží k demonstraci způsobu chvění kovových nebo skleněných desek. Rozmístění uzlů a kmiten při tomto stojatém vlnění se demonstruje nasypaným jemným pískem nebo solí, po rozechvění desek třením okraje basovým smyčcem. Různé módy chvění je možné vyvolat dotykem prstu v různých místech okraje desky, a tím vznikem uzlové čáry, tímto místem procházející.

I v tomto případě jsme nahradili buzení smyčcem reproduktorem, připojeným na tónový generátor. Duralová deska tloušťky 1 mm byla posazena těsně nad reproduktor na čtyřech hřebíčcích s navlečenou gumovou trubičkou nepatrně přesahující hroty hřebíčků. Při vhodných frekvencích vykreslila jemná sůl nasypaná na desce Chladniho obrazce (viz obr. 6).

Bohužel je pohled na krásy přírody trochu znehodnocen intenzivním vysokým tónem, který nutí k zacpání uší. Přesto mě krásné ornamenty při tomto pokuse stále znova uchvacují.

Literatura:

[1] Kohl N.: Physikalische Apparate – Preiseliste No. 50, Chemnitz 1911

[2] Ernecke F.: Physikalische Apparate – Preiseliste No. 18, Berlin 1885

[3] Strouhal Č.: Akustika, JČMF, Praha 1902