Chladnin levy
Pöydällä on metallilevy, joka on kytketty moottoriin. Älkää kytketkö laitetta päälle vielä. Huom: laitteesta tulee kova ääni, joka häirtsee muiden työskentelyä. Pitäkää laitetta päällä aina lyhyen aikaa kerrallaan.
Ainoa käytettävä säädin (vasemmanpuoleinen iso käännettävä nuppi), on merkitty sanalla Taajuus. Muita nappuloita ei käytetä. Virran taajuus (yksikkö hertsi, Hz) vaikuttaa, montako kertaa sekunnissa levy heilahtaa koko edestakaisen kierroksen ylös ja alas.
- Mieti kokeilematta, mitä tarkoittaa 5 Hz:n taajuus – onko liike nopeampaa vai hitaampaa kuin 1 Hz?
- Laittakaa nyt jännitelähde päälle. Kokeilkaa 5 Hz:n taajuutta. Näyttääkö liike siltä, miltä ajattelit? Huomatkaa, että mitä isompi taajuus on, sitä vähemmän levyllä on aikaa liikkua yhteen suuntaan ennen kuin suunta muuttuu. Toisin sanoen: mitä useampia kierroksia levy tekee sekunnissa, sen vähemmän se ehtii edes liikkua.
- Kokeilkaa korkeampia taajuuksia. kHz eli kilohertsi tarkoittaa tuhatta hertsiä, eli 3 kHz = 3 000 Hz. Minkä taajuiset värähtelyt voitte nähdä? Entä mitkä värähtelyt voitte tuntea sormenpäällä? Muistakaa sammuttaa laite välillä melun takia.
- Miten levyn värähtelyn nopeus vaikuttaa syntyvään ääneen? Jos soitat jotain soitinta, miten tämä liittyy soittimeesi? Alla on hidastettua kuvaa viulun soittamisesta. Esimerkiksi kun kuulet A4-nuotin, ilma korvassasi värähtelee 440 Hz:n taajuudella, keski-C:n taajuus on 261,63 Hz.
(cc) Wikimedia Commons / ViolinB0W. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bowed_violin_string_in_slow_motion.gif
Chladnin kuviot
Kone heiluttaa levyä keskikohdasta (ruuvin kohdalta). Kun ruuvi työntää levyä esimerkiksi ylöspäin, muu levy seuraa vähitellen perässä. Levy siis taipuu, tai tarkalleen ottaen aaltoilee. Aallot lähtevät ruuvista liikkeelle ja etenevät hyvin nopeasti reunoja kohti. Kuitenkin tietyillä taajuuksilla, niin sanotuilla ominaisvärähtelytaajuuksilla, levyyn syntyy seisova aalto, eli levy vain vaihtelee kahden eri asennon välillä kuten kuvassa alla.
Lähde: Steve Mould. Katso kotona video: https://www.youtube.com/watch?v=CR_XL192wXw
Kokeilkaa seuraavaa:
- Laittakaa levy värähtelemään jollain ominaistaajuudella. Tälle levylle ominaistaajuuksia ovat 334 Hz, 469 Hz, 523 Hz, 787 Hz, 950 Hz ja 1047 Hz.
- Sirotelkaa noin ruokalusikallinen hiekkaa levyn päälle tasaisesti.
- Sammuttakaa virta kokonaan jottei melu häiritse muita.
- Pyyhkikää hiekka paperilla takaisin kippoon. Kokeilkaa toistaa koe käyttäen eri taajuutta.
Osaatteko selittää ilmiön? Katso edellistä kuvaa. Jos olisit itse hiekanjyvänen, missä kohti kuviota voisit pysyä paikallaan ja mistä lentäisit heti pois?
Pyyhkikää lopuksi kaikki hiekka kippoon ja sulkekaa rasia. Kääntäkää taajuus minimiin laitteen ollessa päällä. Sammutatkaa laite ja jättäkää työpiste siistiksi.