Ko zazvenijo vodne kapljice, Odvisnost frekvence tona padle vodne kapljice
Raziskovalna naloga iz fizike
Avtorja: Katja Pirnat in Anže Zalokar, 9. c, 2004/2005
Mentor: Dušan Smole
Osnovna šola Rodica, marec 2005
Vprašanje: Padec vodne kapljice v vodo lahko spremlja ton. Zanimalo naju je, od česa je odvisna višina tona.
Mogoči odgovori:
- od višine, s katere pade kapljica,
- od velikosti kapljice,
- od velikosti posode,
- od kota, pod katerim pade kapljica na gladino, če je na gladini valovanje,
- od snovi, iz katere je kapljica,
- od temperature,
- od oblike posode, kjer je voda,
- od globine vode v posodi.
Raziskovanje: Raziskala sva odvisnost frekvence tona, ki ga povzroči padla kapljica, od višine, s katere je padla.
Hipoteza: Manjša kot je višina, višja je frekvenca tona.
Metode: Višino sva merila na cm natančno z metrom, frekvenco pa sva posnela in analizirala s pomočjo računalniškega programa Cooledit. Zapis zvoka, ki ga povzroči kapljanje, v katerem programu izgleda tako:
Rezultati:
Ugotavljanje po občutku: Rahlo sva odprla pipo, tako da je voda kapljala in s premikanjem kozarca, to je vodne gladine, po slušnem občutku poskušala ugotoviti, ali se frekvenca s spremembo višine spremeni ali ne in ali je frekvenca na isti višini približno enaka. Ugotovila sva, da se frekvenca z višino spreminja. Manjša kot je višina, višja je frekvenca. Pri isti višini so toni, to je frekvence padlih kapljic, približno enaki. Opogumljena s to ugotovitvijo sva se odločila za naslednji korak.
Prvo merjenje:
Ko sva po občutku ugotovila, da je frekvenca pri določeni višini kolikor toliko stabilna, sva to hotela dokazati z merjenjem. Izbrala sva tri višine in na njih opravila več meritev, nato pa iz njih izračunala povprečja. Iz povprečja sva potem narisala grafikon s programom Cooledit. S celotnim postopkom merjenja sva se šele spoznavala.
Drugo merjenje:
Pri drugem merjenju sva izbrala več višin in več meritev na isti višini. V bistvu je bilo to merjenje še vedno priprava na poznejše, bolj natančno merjenje. Hipotezo sva potrdila, zakonitosti pa nisva mogla razbrati.
Tretje merjenje:
Pri tretjem merjenju sva vzela še več višin kot pri drugem. Poskušala sva vzpostaviti kar se da stabilne pogoje merjenja. Frekvence na posamezni višini so zelo podobne med seboj. Moti pa to, da ima odvisnost vmes hribček.
Četrto merjenje:
Pri meritvah in pripravah nanje sva spoznala, da različne velikosti vodne kapljice močno vplivajo na frekvenco, zato sva poskušala poskus sestaviti tako, da bi bila velikost kar najbolj stabilna. Poskusila sva več načinov, kako spuščati stabilne velikosti kapljic, vendar so bile kapljice, spuščene po vseh teh načinih, premajhne. Tako sva ugotovila, da morajo biti kapljice, da povzročijo ton, tudi dovolj velike.
Najina ideja od začetka je bila, da bi spuščala kapljice tudi iz višjih višin. Poskusila sva z višine 2 m navzdol. Kapljice so bile premajhne in le vsaka peta je povzročila zvok. Hkrati so povzročale valovanje, ki je onemogočalo merjenje.
Peto merjenje:
Višino sva spreminjala po 3 cm in na vsaki višini naredila približno 10 meritev. Rezultati kažejo na to, kako kompleksen je ta problem. Veliko je dejavnikov, ki vplivajo in jih je težko nadzorovati. Predvsem velikost kapljic. Tudi pri tem merjenju se trend pokaže kot padajoč.
Zaključek Eksperiment je pokazal, kako zelo zanimiv je ta pojav. Hipotezo, manjša kot je višina, višja je frekvenca, sva potrdila, saj se je to zgodilo v vseh šestih primerih opazovanja in merjenja. Nisva pa mogla ugotoviti, kako ta odvisnost izgleda. Pri zelo majhnih razdaljah je frekvenca občutno višja. Pozneje pa ima funkcija odvisnosti nekakšen hrib, ki bi lahko bil posledica narave poskusa in ga ne znava razložiti, lahko pa je to merska napaka. Vsekakor na frekvenco vpliva masa kapljice; če kapljica ni dovolj velika, sploh ne povzroči tona. Na frekvenco vpliva tudi valovanje gladine, ki popolnoma spremeni frekvenco.
Opomba: Raziskovalna naloga Ko zazvenijo vodne kapljice, Odvisnost frekvence tona padle vodne kapljice je bila maja 2005 na državnem srečanju mladih raziskovalcev Slovenije nagrajena s srebrnim priznanjem.
