Vlnění v Liberci
15. 4. 2011
Kde je možné si hrát a přitom se poučit? V iQparku v Liberci! A jaký je rozdíl mezi science centrem a muzeem? Zatímco v muzeu naleznete cedulku: NESAHAT, v iQparku žádnou takovou neuvidíte. Naopak! Sáhnout si musíte na vše. A přesně to učinili Michael s Filipem, aby prozkoumali podstatu vlnění.
Michael: Last week I hope you remember I showed you how to visualize sound waves using a Rubens’ tube.
Doufám, že si pamatujete, že minulý týden jsem vám ukazoval, jak zviditelnit zvukové vlny pomocí Rubensovy trubice.
And this was a result.
A tohle byl výsledek.
Tereza: Zvuk můžeme nejen slyšet, ale i vidět.
Filip: Terinka a moje oblíbená Kundtova trubice.
Michael: Ano, ano.
This week I’m going to show you other method, how to visualize sound waves. And not only the sound waves but also as the other waves as well, we’re going to come to that. The first experiment involves this – a sound cannon.
Tento týden vám předvedu jiný způsob, jak zvukové vlny zviditelnit. A nejen zvukové, ale i jiné vlny. Jdeme sem. První experiment se týká tohohle – zvukové dělo.
Filip: Náš zvukový kanon není nic jiného než obyčejný plechový buben, zakončený na jedné straně gumovou membránou, která vytváří naše zvukové vlny.
Michael: Sound is transmitted through air by means of compression waves. So when Filip hits a drum at this end, the air inside the cylinder is compressed towards this end, where we have a small opening. The reason why it’s a small opening is, because it accelerates the air compression waves inside through this way …towards our target.
Zvuk se přenáší vzduchem prostřednictvím podélného vlnění. Když tedy Filip udeří na konec bubnu, vzduch uvnitř válce se stlačí směrem k druhému konci, v němž je malý otvor. Ten je malý proto, aby urychlil podélné vlnění vzduchu uvnitř tímto směrem k našemu cíli.
Tereza: Kanonáda ze zvukového děla naše dva experimentátory zcela okouzlila. Určité potíže však tato zbraň činí při přesném zaměření cíle.
Michael: Kapalný dusík a vřelou vodu.
Tereza: Tyto dvě látky jsme použili pro zviditelnění vln stlačeného vzduchu, které vystřelujeme na citlivý cíl – zavěšená CD.
Filip: Zdrojem zvuku jsou vibrace nebo chvění. A ty můžeme také vidět. Michaele, ukazuj.
Tereza: Tentokrát je Michaelovým nástrojem klasický smyčec. Sledujte a žasněte – stejně jako my – nad obrazci, které na kovové desce vznikají.
Filip: Stojaté vlnění na kovové desce.
Tereza: Jemný písek se koncentruje v uzlech – místech, která jsou v klidu.
Filip: Deska se naopak nejvíc chvěje v místech, z nichž písek zmizí. Tudy procházejí kmitny stojatého vlnění.
Tereza: Poněkud odlišné obrazce vznikají na kruhové desce.
Michael: Experiments that investigate how vibrations and sounds propagate themselves as compression waves through different substances and materials aren’t just fun experiments they’re actually important and profound scientific knowledge that enables for example this…
Pokusy, které zjišťují, jak se chvění a zvuky šíří v podobě podélného vlnění různými látkami, nejsou jen pro zábavu. Jsou to opravdu důležité a hluboké vědecké znalosti, které umožňují například toto.
Filip: Ano, Michael má pravdu. Příklade je třeba tento seismograf. Je to velice citlivý vědecký přístroj, který zaznamenává velikost, sílu a průběh seismických vln, způsobených nejenom při zemětřesení, ale také člověkem. Podívejte:
Michael: But it’s not just Filip’s footstep, we can see. We can also use this technology to locate nuclear explosions for example.
Ale takto neuvidíme jen Filipovy stopy. Tuto techniku můžeme použít například i k určení místa jaderných výbuchů.
Who are doing nuclear testing and where and when. Or even earthquakes and their epicentres.
Kdo, kde a kdy provádí jaderné pokusy. Nebo třeba zemětřesení a jejich epicentra.
We can locate them with this technology. We can even experiment and investigate what materials are beneath our very feet. What are the materials in our Earth core, using this technology.
Můžeme je lokalizovat pomocí této techniky. Dokonce můžeme zjistit, jaké horniny jsou pod našima nohama. Jaké horniny jsou v zemském jádře.
Tereza: Hlavní hrdina dalšího pokusu – obyčejný budík. Michael s Filipem jej umísťují pod poklop vývěvy.
Filip: Důležité je, že tento budíček umí pípat velice dlouho. Jeho zvuk totiž budeme sledovat po celou dobu pokusu.
Tereza: A jdeme na to. Jak vidíte, tlak pod poklopem rychle klesá.
Filip: A zvuk budíku, který jsme zpočátku i přes rámusící vývěvu aspoň trochu slyšeli, postupně slábne. Teď mě napadá jedna zajímavá věc: že veškeré science-fiction filmy, kde jsou výbuchy kosmických lodí ve vesmíru, jsou vlastně hloupost. Protože je nikdo neuslyší.
Tereza: Ano, to je hlavní poznatek tohoto pokusu. Zvuk, toto vlnění, se šíří jen vzduchem nebo jiným hmotným prostředím. Vakuem to prostě nejde. Budík pod poklopem zcela zmlkl.
Filip: Pod poklop vývěvy vracíme vzduch. A budík se zase začíná ozývat.
Tereza: Světlo, na rozdíl od zvuku, se i vzduchoprázdnem dokáže šířit bez potíží.
Filip: Tady je důkaz. Pokus s Crookesovým mlýnkem. V baňce, z níž byla odčerpána většina vzduchu, se na hrotu jehly otáčí mlýnek. Jeho lopatky jsou z jedné strany černé, z druhé bílé.
Tereza: Černá barva na rozdíl od bílé pohlcuje víc dopadajícího tepla, které spolu se světlem přichází od žárovky. Vzduch kolem lopatky se od černého povrchu ohřeje a rozpíná se. Tím lopatku odtlačuje. A mlýnek se roztočí.
Michael: Of course it’s not just sound waves that are invisible. Around me now a lot, lots of invisible waves of electromagnetic radiation. Of course visible light, what we can see, is also electromagnetic radiation. It’s a very tiny part of the entire electromagnetic spectrum. One part of it, that we can’t see normally, we can now, thanks to this technology. And what we can see here is infrared radiation.
Neviditelné nejsou jen zvukové vlny. Kolem mne je teď spousta neviditelných vln elektromagnetického záření. Elektromagnetickým zářením je samozřejmě také to, co vidíme. Viditelné světlo. Je to ovšem velice malá část celého elektromagnetického spektra. A jedna jeho část, kterou normálně nevidíme, teď díky této technice vidíme. Je to infračervené záření.
Filip: Neboli teplo. A teď máte jedinečnou možnost díky infrakameře, umístěné nahoře nad námi, vidět, jak nás asi vnímá takový had.
Michael: On the opposite side of the visible spectrum from infrared is of course UV radiation. And animals that can see in the UV have a slightly different perspective of the world. Have a look at this.
Na opačné straně od viditelného světla, než je infračervené záření, je samozřejmě ultrafialové. A zvířata, která v něm vidí, mají trochu odlišné vidění světa. Podívejte se.
Tereza: Pohledem na květy očima včely jsme se protentokrát rozloučili se spoustou interaktivních pokusů, kterými oplývá IQ Park v Liberci.
Autoři: Vladimír Kunz, Michael Londesborough