Fysik, Ljud, åk 8, vt 20

I detta arbetsområde ska vi prata om ljudets egenskaper, ljudvågor och hörsel.

Till dig som elev:

Arbetsområdet

I detta arbetsområde ska vi bland annat prata om ljudets egenskaper, om hur vibrationer från en ljudkälla som breder ut sig i luften, så kallade ljudvågor, kan bli till ljud. Alla ljud uppkommer på liknade sätt, antingen är det luften som börjar vibrera eller är det föremål som vibrerar och knuffar på luften runtomkring. Ljudvågor är förtätningar och förtunningar av luft. Om det inte finns något i vägen, sprider sig ljudvågorna åt alla håll. Samtidigt blir de svagare, eftersom de breder ut sig över ett större områden. Ljudets hastighet är olika i olika material, i luft är det ungefär 340 meter per sekund (m/s). Förtätningarna och förtunningarna sprids i materialet genom att atomerna och molekylerna knuffar på varandra. Ju tätare partiklarna ligger, desto fortare går ljudet. Med eko menas ett ljud som har studsat mot t ex en vägg och som man hör en liten stund efter det första ljudet. Ekon hör man oftast utomhus, mot bergväggar eller i stora hus som i kyrkor och tomma idrottshallar. Även om du inte tycker att du märker något eko spelar det stor roll för hur ljud låter i ett rum, det kallas för rummets akustik. Man kan använda ljud för att bestämma avstånd. På många båtar finns det ekolod, som skickar ut en ljudstöt ner i vattnet och sedan mäter hur lång tid det tar tills ekot kommer tillbaka. På det viset kan man ta reda på hur djupt det är.

Med hjälp av ett oscilloskop kan man få en bild av ljudvågor. Om man t ex omvandlar ljudet från en gitarr i oscilloskopet kan man se ljudet som en vågrörelse. Förtätningar syns som vågtoppar och förtunningar ses som vågdalar på skärmen (se sid 70-71). Man kan se på oscilloskopet om gitarrens ton är mörk eller ljus. om en sträng vibrerar långsamt blir tonen mörk, det blir långt mellan vågtopparna. Om man sätter fingret på samma sträng (så att den blir kortare) kommer den att vibrera snabbare och tonen blir då ljusare, det blir då tätare mellan vågtopparna. Man säger att den ljusa tonen har en högre frekvens. Med frekvens menar man hur många vibrationer eller vågtoppar det blir på en sekund. Frekvensen mäts i enheten hertz (Hz). Om gitarrsträngens frekvens är 1 000 Hz betyder det att den vibrerar 1 000 gånger per sekund. När man spelar olika toner på ett instrument ändrar man frekvensen. Det är alltså frekvensen som avgör om en ton upplevs som ljus eller mörk. På ett stränginstrument beror frekvensen på strängens längd, tjocklek och hur hårt den är spänd. Resonans betyder medsvängning och innebär att ett föremål börjar svänga i takt med ett ljud. Resonans kan på så vis användas för att förstärka ljud. Fenomenet med resonans används t ex i olika musikinstrument. Gitarren och fiolen är exempel på olika instrument med resonanslåda. Strängarnas vibrationer överförs till resonanslådan som måste vara av rätt längd för att komma i medsvängning. Vibrationerna överförs sedan till luften inne i lådan och ljudet förstärks. En elgitarr eller elbas behöver ingen resonanslåda, då ljudet från elektriska instrument förstärks istället med hjälp av elektricitet.

Med hjälp av vår hörsel kan vi uppfatta ljudvågor. Ljudvågorna leds först in genom ytterörat till trumhinnan som då börjar vibrera. Trumhinnans vibrationer överförs till hörselbenen i mellanörat och vidare till hörselcellerna i innerörat. Hörselcellerna skickar sedan signaler genom hörselnerven till hjärnan som tolkar signalerna som ljud. Ljud med frekvenser över 20 000 Hz kallas ultraljud. Vi kan inte höra ultraljud och det påverkar oss inte. Men vi använder ändå ultraljud i många sammanhang, t ex inom vården och som ekolod på båtar. Många andra djur kan höra ultraljud, t ex fladdermöss, näbbmöss och valar. De använder ultraljud som som ett sorts ekolod. De skickar skickar först ut ljudstötar på upp till 200 000 Hz, sedan lyssnar de på ekot för att upptäcka t ex byten. Ljud med frekvenser under 20 Hz kallas infraljud. Fastän vi inte kan höra infraljud kan det påverka oss på andra sätt. Till exempel så att vi mår illa eller får svårt att koncentrera oss. Ljudvågor kan ha nästan vilken frekvens som helst, men människan kan bara uppfatta frekvenser mellan 20 Hz och 20 000 Hz. Ju äldre man blir desto svårare blir det att uppfatta de riktigt höga frekvenserna. Toner kan inte bara vara ljusa eller mörka, de kan också vara starka eller svaga. Om man knäpper riktigt hårt på gitarrsträngen får man en stark ton. Spelar man samma ton men knäpper mycket svagare ligger vågtopparna på skärmen lika tätt, men de blir mycket lägre. En stark ton ger höga vågtoppar och en svag ton ger låga vågtoppar på oscilloskopets bildskärm. Ljudnivå, som också kallas ljudstyrka, mäts i enheten decibel som förkortas dB. Alltför starka ljud kan skada hörseln eller göra att man ständigt hör oljud i örat, så kallad tinnitus. Det kan räcka med att utsättas för starka ljud under ett enda tillfälle för att hörseln ska skadas för alltid.        

Mål

• känna till hur ljud bildas och hur det sprids i luften 
• känna till att ljud kan beskrivas som en vägrörelse 
• veta vilken hastighet ljud har i luft 
• veta hur ett eko uppstår och hur man kan använda ljudets eko för att mäta avstånd
• veta vad som menas med frekvens 
• veta i vilken enhet man mäter frekvens 
• känna till hur tonhöjd och ljudstyrka påverkar utseendet på ljudvågorna
• veta vad som menas med resonans
• kunna beskriva hur örat fungerar 
• känna till vad som menas med infraljud
• veta vad som menas med ultraljud och kunna redogöra vad man kan använda det till 
• veta vad som menas med ljudstyrka och vilken enhet man mäter den i 

Arbetssätt 

• muntliga genomgångar och diskussioner 
• enskilt och/eller gemensamt arbete med instuderingsfrågor  

Redovisningsform

Du redovisar dina kunskaper genom:

• ditt resonemang vid diskussioner
• dina svar på provet

Bedömning

Jag bedömer dina förmågor vid varje lektionstillfälle. Det jag tittar på är:

• om du bidrar till att föra diskussionen framåt på lektioner genom frågor och resonemang 
• huruvida och i vilken utsträckning du använder för arbetsområdet relevant begrepp i diskussioner och i det skriftliga provet 

Läroplanskopplingar

Syfte

• använda kunskaper i fysik för att granska information, kommunicera och ta ställning i frågor som rör energi, teknik, miljö och samhälle,
• använda fysikens begrepp, modeller och teorier för att beskriva och förklara fysikaliska samband i naturen och samhället.

Centralt innehåll

• Hur ljud uppstår, breder ut sig och kan registreras på olika sätt. Ljudets egenskaper och ljudmiljöns påverkan på hälsan.