Fysik på Ullevi - Levande experiment
Under Vetenskapsfestivalen 2023 deltog 400 mellanstadieelever i en storskalig demonstration av bland annat hur ljud utbreder sig. Demonstrationen gjorde det möjligt att både uppleva fenomen med hörseln nere på planen, och visuellt med hjälp av drönare som filmade eleverna ovanifrån när de undersökte ljudets utbredning och interferens.
Begreppet ”ljudvåg” indikerar att det finns koppling mellan ljud och andra typer av vågor. Redan i antikens Grekland såg man tecken på att ljud är något som breder ut sig, och Aristoteles jämförde dess utbredning med vattenvågor. Under 1600-talet publicerades det första beviset på att ljud kräver ett medium för att spridas. Robert Boyle visade att ljudintensiteten för en ringande klocka innesluten i en behållare minskade när luften pumpades ut.
Eftersom ljud är ett så pass vardagsnära fenomen, samtidigt som dess vågnatur liknar mer abstrakta företeelser som ljus och kvantmekanik, är det en god idé att låta elever studera viktiga egenskaper hos ljud tidigt. Det öppnar upp möjligheter för barnen att inte bara få en grundläggande förståelse för vad ljud är, utan också få upp ögonen för andra intressanta vågfenomen i naturen.
För att på ett unikt sätt introducera barn till ljudets fysik, arrangerade en grupp inom institutionen för fysik vid Göteborgs universitet, med stöd från Göteborg & Co. och Thorlabs en storskalig demonstration av ljudvågor som en del av Vetenskapsfestivalen 2023. Till Ullevi i Göteborg bjöds 400 mellanstadieelever och deras lärare in att delta i evenemanget.
Under eventet fick eleverna och deras lärare delta i tre demonstrationer av ljudvågors utbredning. Detta genom att agera mänskliga mikrofoner och förflytta sig eller dra ner plakat de höll över huvudet beroende på hur och när de uppfattade ljud.
Genom att filma alla demonstrationer med drönare från ovan, som både visades live på storbildsskärm och delades med lärarna efteråt, skapades en visuell bild av hur ljuder utbreder sig. Eleverna kunde på så sätt inte bara delta i demonstrationen, utan också se hela händelsen från en åskådares perspektiv. Detta gav dem en möjlighet att få en tydligare uppfattning om ljudets vågnatur.
Den första demonstrationen gick ut på att visa att ljudet breder ut sig med en given hastighet. Detta visualiserades genom att eleverna placerades längs diagonalen över fotbollsplanen med var sitt plakat över huvudet. I ena ändan placerades en högtalare som sände ut en ton som en puls. När eleverna hörde ljudet, skulle de dra ner sitt plakat.
Demonstration nummer två fokuserade också på ljudets utbredning, men nu ville vi visa att det breder ut sig likadant i alla riktningar. Detta gjordes genom att eleverna spreds ut jämnt över fotbollsplanen och en högtalare i mitten sände ut en ton. När eleverna hörde tonen drog de ner sitt plakat, och i efterhand var det möjligt att se hur plakaten drogs ner på samma sätt som vattenvågor sprids cirkulärt när en sten kastas i stilla vatten.
Den tredje demonstrationen introducerade fenomenet interferens. Detta genom att sända ut samma ton från två högtalare placerade två meter ifrån varandra. Eleverna var utspridda på planen och skulle förflytta sig i sidled tills de hittade en plats där ljudet upplevdes som extra svagt. I en av filmerna går det tydligt att se hur eleverna ordnade sig längs ljudintensitetsnoderna. Fenomenet gav upphov till livliga diskussioner om hur ljudet kan variera i styrka.
Text:
Sebastian Kilde Löfgren, Javier Tello Marmolejo, Annie Ringvall Moberg, Jonas Enger, Dag Hanstorp
Foto:
Johan Wingborg
Artikeln publicerades urspungligen i Fysikaktuellt nr 2, maj 2023