2014/15
Forsøgs mappe
Svingninger & bølger!!
Henrik Gabs
Glamsdalens Idrætsefterskole
2014/15
Indholdsfortegnelse
Indholdsfortegnelse........................................................................................................................................... 2
Begreber indenfor svingninger & bølger (teori opgave) ................................................................................... 3
Svingninger med Mr. Slinky ............................................................................................................................... 5
Bølge egenskaber ved snorbølger A .................................................................................................................. 6
Bølge egenskaber ved snorbølger B .................................................................................................................. 7
Svingning & energi- omsætning ........................................................................................................................ 8
Periodiske bølger
(teori opgave) .................................................................................................................. 9
Når 2 bølger går gennem hinanden? (teori opgave) ....................................................................................... 10
Beregning af vandbølgers fart
(teori opgave) ............................................................................................. 11
Bølgers interferensmønster............................................................................................................................. 12
Beregning af bølgelængde, ved hjælp af interferens striber.
(teoriopgave) .............................................. 13
Fastfrysning af bølger med stroboskop ........................................................................................................... 15
Bølgekaret........................................................................................................................................................ 16
Metalklingers’ egensvingning .......................................................................................................................... 17
Resonans med møtrik & magneter ................................................................................................................. 18
Stående bølger med vibrator & elastik............................................................................................................ 19
Resonans med motor på stang ........................................................................................................................ 20
stabilitet A
(Teori opgave) .......................................................................................................................... 21
Broers stabilitet B (Teori opgave) ................................................................................................................. 22
Forsøgsmappe
svingninger og bølger
Side | 2
Svingningstiden
I et snorpendul, svinger loddet frem og tilbage i en bestemt takt, altså tiden for en svingning.
Materialer:




Snor
Møtrik
Stativ
Elastikker/tape til at holde snoren fast

Iphone m. app: slowpro
Vejledning i slowpro:
Mål tiden for en svingning, målt i sekunder:
t1:
t2:




Svingnings tiden er:





Forsøgsmappe
Optag en film.
Vælg den film du vil bruge.
Klik på edit, og du kommer frem til
ovenstående skærm.
Find et punkt hvor loddet er i den ene side,
noter tiden (t1)
Kør filmen frem via curseren i bunden, til
næste gang loddet er i samme side.
Noter tiden til (t2).
Når der står 1.20 betyder det at vi er 1sek
og 20 frames inde i filmen.
Der går 60 frames pr.sek. hvilket betyder at
1 frame er 0,0167 sek
20 frames er således 20*0,0167=0,33sek
svingninger og bølger
Side | 3
Begreber indenfor svingninger & bølger
(teori opgave)
Tegn følgende begreber ind på tegningen:


Bølgelængden
Amplituden
Giv en forklaring på hvad følgende er:

Frekvensen
Forsøgsmappe
svingninger og bølger
Side | 4
Svingninger med Mr. Slinky
En slinky, er en lang spiral fjeder, som kan have
forskellige størrelser, alt efter dets anvendelse. Det har
gennem tiden, mest været anvendt som legetøj. Vi
kender den, som fjederen der kan gå ned af trapper. Eller
som den lange hund fra toystory
Den kan dog også anvendes til fysik undervisningen. Den
kan demonstrere de to bølgeformer/svingninger. Nemlig
længdebølger & tværbølger
Materialer:

Slinky
Tværbølger
Har amplituden på tværs af udbredelses retningen, der ar navnet.
1.
2.
3.
4.
5.
Lav tværbølger, ved at svinge fjederen fra side til side, mens en anden holder fast i den anden ende
Prøv nu at lave svingninger fra begge ender
Hvad sker der hvis I svinger i ”takt” og hvis I ikke gør det?
Hvad sker der hvis I laver korte udsving, og bølgen kommer til modsatte ende?
Hvor går en bølgelængde fra og til?
Skriv jeres forklaringer her så I har dem til senere brug:__________________
Længdebølger
Har amplituden i samme retning som udbredelsen.
1.
2.
3.
4.
Lav længdebølger ved at skubbe fjederen frem og tilbage.
I ser nu at der flere steder er kortere afstand mellem fjederens ringe.
Hvor går en bølgelængde fra og til?
Brug billederne herunder til beskriv fænomenet
Forsøgsmappe
svingninger og bølger
Side | 5
Bølge egenskaber ved snorbølger A
Vis bølge egenskaber ved snorbølger
Forsøgsmappe
svingninger og bølger
Side | 6
Bølge egenskaber ved snorbølger B
Forsøgsmappe
svingninger og bølger
Side | 7
Svingning & energi- omsætning
I et snorpendul, sker der en energi omsætning mellem potentiel og kinetisk energi.
Materialer:




Snor
Møtrik
Stativ
Elastikker/tape til at holde snoren fast
Lav en opstilling tilsvarende den vist her under
Giv her forklaring på følgende:
1.
2.
3.
4.
Hvad er potentiel og kinetisk energi?
Hvornår er disse to største og mindst, og hvorfor?
Hvorfor taber pendulet fart?
Forklar om de andre begreber vi bruger ved et pendul, der må gerne tegnes
Forsøgsmappe
svingninger og bølger
Side | 8
Periodiske bølger
(teori opgave)
Tegningen er en primitiv tegning af hvordan et bølgekar
er opbygget.
En vibrator laver bølger i vandoverfladen, den gør det
med samme hastighed, derfor kan man sige at det
gentager sig periodisk, altså lige mange gange pr. sek. På
den måde laver den bølgetoppe og bølgedale.
Når lyset går gennem vandet, vil det samles under
bølgetoppe, og spredes under bølgedale, det ser vi som
lyse striber for toppe på skærmen., og mørke områder
som dale.
Lyset og vibratoren kører lige hurtigt, derfor ser vi det som om bølgerne står stille.
Tegningen viser periodiske bølger, (afstanden mellem to bølgetoppe er den samme). Afstanden mellem to
toppe er det samme som bølgelængden.
1. Hvor er den på tegningen:_____________________________________________
2. Angiv hvor I har målt
fra og til.
3. På denne tegning nedenfor, er der også tegnet nogle bølger. Begge tegninger er forstiller periodiske
bølger, men hvad er forskellen?:_____________________________________________
4. De to tegninger (a) & (b) viser også periodiske bølger, fra et bølgekar. De har ikke samme frekvens,
men hvilken har den største, og hvordan kan man se det?:______________________
Forsøgsmappe
svingninger og bølger
Side | 9
Nar 2 bølger gar gennem hinanden? (teori opgave)
Forsøgsmappe
svingninger og bølger
Side | 10
Beregning af vandbølgers fart
(teori opgave)
Beregn følgelængden:__________________________________________________
Forsøgsmappe
svingninger og bølger
Side | 11
Bølgers interferensmønster
Mønstrene på de to plastark, skal forestille ringbølger.
De sorte streger er bølgetoppe og mellemrummene
er bølgedale. Læg de to ark, på et stykke hvidt papir.
Afstanden mellem de to bølge kilder, sættes til to
bølgelængder. Der fremkommer nu nogle grå striber.
Materialer:

2 ark med ringbølger
1. Hvor opstår disse striber?
a. Hvor bølgetoppe
mødes?:_________________
b. Hvorbølgedale mødes?___________________
c. Hvor bølgedale møder bølgetoppe?:____________________
2. Hvad sker der med antallet af interferensstriber, når afstanden mellem bølgekilderne
ændres?:___________________________________________________________________
3. Udfyld skemaet
Afstanden mellem de to bølgekilder (cm)
Antal interferens striber
Forsøgsmappe
svingninger og bølger
Side | 12
Beregning af bølgelængde, ved hjælp af
interferens striber.
(teoriopgave)
Bølgelængden på de bølger, som danner interferensstriberne. Kan beregnes ved hjælp af denne formel. I
skal lave målingerne på det nederste billede.
𝜆=
𝑑∗𝑥
𝐿
Du skal gøre som på tegningerne:
Afstanden (d) mellem
Afstanden (x) mellem 2
Afstanden (L) mellem de to
bølgekilderne måles
interferensstrider måles
andres streger måles, og der
og der tegnes en streg mellem
og der tegnes en streg mellem
imellem sættes den 3. Streg
dem
dem.
d=_____________________cm
X=_____________cm
L=____________cm
i meter er det
I meter er det
I meter er det
d=____________________mete X=_____________meter
L=___________meter
r
Grunden til at I skal omskrive det til meter, er at man altid måler bølgelængder i meter. Og denne metode
kan I også bruge både til bølgekaret, til lydbølger og fx laserpointeren.
Forsøgsmappe
svingninger og bølger
Side | 13
Forsøgsmappe
svingninger og bølger
Side | 14
Fastfrysning af bølger med stroboskop
Med et stroboskop, er man i stand til at fastfryse bølger og svingninger, og i vores tilfælde også få at vide
ved hvilken frekvens bølgerne står stille.
Det er i virkeligheden et synbedrag, at de står stille, vi kan jo stadig høre at fx højtaleren spiller. Men når vi
blinker ind på højtaleren, vender vores øje sig, til kun at se når der er lys. Og hvis højtaleren er det samme
sted hver gang vi ser den, tror vi jo den står stille. Vi laver forsøget med en højtaler, men man kan også gøre
det med en motor, en dryppende vandhane, og find selv på flere.
Materialer:



Stroboskop lampe
Højtaler og forstærker
Iphone med denne app: dog Whistler (gratis)
Forsøgsmappe
svingninger og bølger
Side | 15
Bølgekaret
Bølgekaret kan lave modeller af bølger, og derfor er det godt til at vise de begreber vi bruger indenfor
svingninger og bølger.
Disse begreber kalder vi for bølgeegenskaber, altså noget som ikke andre ting kan, og hvorpå man kan
kende en bølge.
Bølgeegenskaber:
Bølger kan reflekterer
Bølger kan gå gennem hinanden
Bølger kan bøje om hjørner
Bølger kan interfererer
Materialer:


Bølgekaret som i forvejen er opstillet og klar.
æsken med ting til at lægge i vandet.
Kom med forslag til hvordan I vil beskrive og vise de fire egenskaber. Skriv dem her under så I har dem til
senere brug.
Forsøgsmappe
svingninger og bølger
Side | 16
Metalklingers’ egensvingning
Forskellige materialer har hver deres egensvingning. Egensvingning er den frekvens som materialet
påvirkes med, og det her giver store udslag. Det samme materiale, men med forskellig længde har heller
ikke den samme egenfrekvens. Det skal I, i dette forsøg se nærmere på
Materialer:



Metalklinger af forskellig længde ( de sidder sammen og ligner egerne fra et cykelhjul)
Vibrator
Tonegenerator
Monter vibratoren korrekt og I kan ændre på frekvensen på tonegeneratoren, og I vil se der er forskal på
hvornår udsvinget kommer.
Forsøgsmappe
svingninger og bølger
Side | 17
Resonans med møtrik & magneter
I dette forsøg skal vi igen se på begrebet resonans. Det er her gjort simpelt ved at man tilfører en svingning
energi. ”resonans er, at overfører energi fra et svingende system til et andet, og dermed sætte det sidste
system i større svingninger”.
Vi kan tilføre energi med vores magnet, som vi har i hånden, til den magnet som er ophængt i snoren.
Materialer:




Stativ
Snor
Stor møtrik
2 stangmagneter
Lav opstillingen som vist
Giv en forklaring på hvordan I kan tilføre ”pendulet” mere energi.
Hvor opfatter I resonans i jeres hverdag.
Kan man også bremse pendulet igen.
Forsøgsmappe
svingninger og bølger
Side | 18
Staende bølger med vibrator & elastik
I dette forsøg skal I lave stående bølger i en snorelastik. Her efter kan I måle bølgelængden.
Vibratoren sender en bølge af sted mod stativet, som sender den retur, som om det var en refleksion mod
en mur. De her to bølger kommer således til at gå mod hinanden, da de stammer fra samme kilde, vil de
også have samme frekvens.
Afhængigt af frekvensen vil I se den lave større eller mindre udslag.

Materialer:




Vibrator
lang elastik
stativ til fastgørelse af elastik
tonegenerator
ledninger
Monter vibratoren korrekt og I kan ændre på frekvensen på tonegeneratoren, og I vil se der er forskal på
hvornår udsvinget kommer. Sørg for at elastikken er stram, og ikke have stor amplitude på vibratoren.
Giv en forklaring på hvad der sker i tilfælde med store udsving:__________
Giv en forklaring på hvad der sker i tilfælde med små udsving:_______________________
Ved store udsving, er der steder hvor snoren står helt stille, hvad kaldes de punkter, og hvor mange
bølgelængder er der mellem dem?:_______________________________________________________
Find metode til at beregne frekvensen ud fra at I kender ½ bølgelængde
Forsøgsmappe
svingninger og bølger
Side | 19
Resonans med motor pa stang
Resonansen er også det som får den lange jernstang til at give store udslag når man rammer stangens
egenfrekvens.
Materialer:





Motor med crocodillenæb påmonteret, (pas på den kan godt flyve af)
Alm strømforsyning
Ledninger
lang jernstang
Bordklemme til stangen
Lav opstillingen som I kan se på tegningen. Husk at starte
strømmen fra 0v og max op til 12v
Mens I tilfører motoren mere og mere strøm, vil den dreje
hurtigere rundt. På et tidspunkt vil jernstangen vibrere
meget.
Giv en forklaring på hvorfor stangen vil gøre det:_____________________________________
Forsøgsmappe
svingninger og bølger
Side | 20
stabilitet A (Teori opgave)
Undersøg kendte broers stabilitet
Forsøgsmappe
svingninger og bølger
Side | 21
Broers stabilitet B
(Teori opgave)
Fakta om broer
Forsøgsmappe
svingninger og bølger
Side | 22