Tato úloha neprošla kontrolou správnosti

Neprostupnost zvuku vakuem

Pokus číslo: 2073

  • Cíl pokusu

    • Žák slyší, že zvuk se vakuem nešíří.

  • Teorie

    Pro šíření zvuku je potřeba látkové prostředí, ve vakuu nedochází k přenosu pohybu kmitajících částic. Umístíme-li pod skleněný zvon reproduktor a následně vývěvou vyčerpáme vzduch, zvuk z reproduktoru nebude slyšet.

    Na tento experiment se odkazuje mnoho učebnic. Jak se ukázalo, experiment lze demonstrovat s ruční kuchyňskou vývěvou (Obr. 1). Na tom, zda hlasitost zvuku poklesla, jsme nedošli ke shodě: Výsledek experimentu byl nejednoznačný. Pro zvýraznění výsledku jsme provedli měření i za použití laboratorní vývěvy (Obr. 2), s tou experiment nebyl průkazný, a to i přes dosažení tlaku pouhých \(0{,}05\,\mathrm{atm}\).

  • Pomůcky

    Ruční vývěva, molitan, mobilní telefon. V přesnější verzi laboratorní vývěva, polystyren, reproduktor, generátor tónů a hlukoměr

  • Postup s ruční vývěvou

    Vnitřek vývěvy vyplníme molitanem a vložíme do něj mobilní telefon (Obr. 1). Pumpováním odčerpáme část vzduchu uvnitř vývěvy. Zavoláme na mobilní telefon a necháme jej vyzvánět. Do vývěvy postupně vpouštíme vzduch a posloucháme, zda se hlasitost vyzvánění zvyšuje.

    Obr. 1:	Mobilní telefon umístěný v ruční vývěvě.
  • Vzorový výsledek

    Změnu hlasitosti vyzvánění vně vývěvy detekujeme subjektivně sluchem. Pro tuto práci jsme provedli také měření hlukoměrem (během výuky nedoporučujeme). Naměřená intenzita při odčerpaném zvuku byla v rozpětí 71,5 dB až 72 dB, po opětovném napuštění zvuku do vývěvy stoupla na 73,5 dB až 74 dB.

  • Technické poznámky

    Pokusili jsme se demonstrovat přesnější experiment s použitím laboratorní vývěvy. Experiment nebyl průkazný, postup a výsledky uvádíme níže.

    Do laboratorní vývěvy jsme umístili reproduktor podložený větší vrstvou polystyrenu, který měl zajistit zvukovou izolaci od kovové kostry vývěvy. K reproduktoru jsme přivedly vývody z generátoru tónů. Ve směru zvuku z reproduktoru jsme umístili hlukoměr (Obr. 2). Veškerá měření se tak odehrávala uvnitř vývěvy, kde je značně odstíněn hluk okolí.

    Uspořádání experimentu s laboratorní vývěvou.

    Odčerpávání vzduchu z vývěvy je hlučné, proto měření provádíme od chvíle, kdy ve vývěvě dosáhneme co nejnižšího tlaku. Postupným připouštěním vzduchu do vývěvy zvyšujeme tlak uvnitř vývěvy.

    Měření jsme provedli s různými frekvencemi tónů. Závislost hlasitosti na tlaku můžeme vidět v grafu 1.

    Závislost hlasitosti Lp na tlaku vzduchu p uvnitř vývěvy pro různé frekvence tónu.

    Při frekvenci tónu 330 Hz došlo při tlaku kolem 0,3 atm nejprve k nepatrnému zesílení tónu a až na hranici 0,05 atm pak k mírnému snížení hlasitosti o necelé 3 dB. Zesílení si vysvětlujeme rezonancí zvonu.

    Frekvence tónu 80 Hz je zástupcem frekvencí, při kterých k rezonanci nedošlo. Hlasitost se začala snižovat při tlacích nižších než 0,2 atm, ale celkově o pouhý 1 dB. Takto malá změna je sice měřitelná, není však v rámci experimentu slyšitelná. Spolu s dalšími vlivy – jako je rezonance konstrukce – podléhá měření větší hrubé chybě než samotný efekt, který chceme pozorovat.

Typ pokusu: kvalitativní
Věková skupina: od 2. stupně základní školy
Potřebné vybavení: vyžaduje specifické pomůcky
Čas přípravy pokusu: do 3 minut
Čas provedení pokusu: do 3 minut