2013年2月17日

科學玩具-聲學-雷射聲波筒(看見聲音第二章)


這是一種歷史悠久,可以帶到班上與學生同樂的聲波顯示器
每個人都可以試試看如何聲音的三要素表現出來讓自己觀察到

十幾年前的國外科普叢書就已經出現過這類型的聲波顯示器,只不過當時的器材是使用手電筒、保鮮膜、橡皮筋和硬紙管,後來在科教館的DVD中也有出現,現在則是採用了雷射筆、氣球膜與軟鏡、膠帶與硬紙管。器材雖然不同,不過與時俱進使得效果也更為顯著。

硬紙管就像耳道一樣,而一端的保鮮膜或氣球膜如同耳朵內的耳膜,來自聲源的快速振動使得鄰近的空氣產生疏密相間的波動,這種波動會引起耳膜振動,經由三小聽骨傳進內耳,再由內耳聽神經將刺激傳達到大腦形成可以理解辨識的聲音訊號。

原本的保鮮膜必須要拉平繃緊,才能形成平面以反射光線,並讓反射之後的光線投射在牆壁上。在聲波能量傳到保鮮膜時,保鮮膜的振動產生連續的振動,使得光所形成的圈圈同步地快速搖動。

後來的器材使用了雷射筆,形成的光點小而明顯,也改善了光圈範圍過大而讓波形重疊的缺點。另外以氣球膜取代保鮮膜也是不錯的構想,是種彈性足夠的素材,唯一要補強的地方就是氣球膜表面並非光滑,反射效果不佳,不過還好有製作袖珍模型所使用的軟鏡,只要貼一小塊在氣球膜中間就可以將雷射光反射至平面上。
架在氣球桿上的雷射筆調整好角度之後使用熱熔膠固定即可

我所選擇的硬紙管是從學校印刷室資源回收來的,是製版紙用完之後的空紙筒
適合嘴巴貼近再喊叫,尚稱平滑的圓弧則讓人不會有受傷的疑慮

接著就來看看聲音的樣子吧!一手拿著硬紙管,一手按下雷射筆開關,嘴巴向硬紙管內發出穩定而持續的聲音,就能看見光點在自己眼前產生週期性的振盪。由於每個人的聲音特質不同,加上聲音強弱會使得振幅發生改變,所以看到的波形稍有差異,甚至有獨特性。
由小朋友來擔綱操作示範的重責大任吧,他的姿勢可是經過調教的

當時剛滿一歲還不會說話的女兒看到哥哥在玩這個教具,也有樣學樣
拿起旁邊的硬紙管就直接學著哥哥「哦…哦……」地喊了起來

小朋友聲音可以產生較為圓潤的波形,跟經歷滄桑的大人不一樣

號稱教具的自製研發或是新穎的教案設計,其實有相當多的比例都是拾人牙慧或編修敘述而已,甚至是改個名稱就發表出來了,參加越多研習也看過很多演示就越有這種感覺。也有很多的科普教具或實作課程,並非演講者本人親力親為,投注心力研發或完全原創,但使用過程中卻隻字不提,儼然是以研發者自居,這就太不應該了,失去了科學的真、為人的善與道德的美。

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