naturfag.no blir utvikla av Nasjonalt senter for naturfag i opplæringa
Kontakt oss: post@naturfag.no Ansvarleg redaktør: Merethe Frøyland
Personvernerklæring
Tilgjengelegheitserklæring
- Inne
- fysikk 1
- fysikk 2
- 30 minutt
Lydfart i stål
Hensikten med dette forsøket er å benytte seg av muligheten for rask logging til å finne lydfarten i jern og få erfaring med bruk av dataloggingsutstyret og tilhørende programvare.
Framgangsmåte
Legg spolen rundt jernstanga og kople spenningssensoren til spolen.
Oppgave
- Tenk på hammerslaget som en lydpuls (”én bølgetopp”) som forplanter seg gjennom stanga, reflekteres i enden og går tilbake, og så videre. Hva representerer avstanden mellom to topper (to bunner) på grafen?
- Finn tidsavstanden mellom toppene/bunnene så nøyaktig som mulig og beregn lydfarten i jernstanga. Tips: Mål tidsavstanden mellom for eksempel 10 topper/bunner og del på 10 – da blir nøyaktigheten bedre.
Tabellverdien for lydfart i stål er omkring 5000 m/s (litt avhengig av hvilken type stål det er snakk om).
Faglig forklaring
Jernstanga vil alltid være litt magnetisk. Den lille bevegelsen av jernet i en lydimpuls som går fram og tilbake langs stanga og reflekteres i hver ende, vil kunne indusere en spenning i en spole som ligger rundt den ene enden av stanga. Effekten kan forsterkes ved å legge stavmagneten på stanga like ved spolen.
Tabellverdien for lydfart i stål er omkring 5000 m/s.
Kommentarer/praktiske tips
Det er ganske mye støy i disse målingene, så det gjelder å studere et område av kurven som kommer ganske fort etter slaget (dette kan man tydelig identifisere på grafen når bildet er ”zoomet ut”). Toppene/bunnene ligger tett; det er stort sett bare et par målepunkter pr bunn når målefrekvensen er 20 000 Hz.
I beregningen av lydfart må man bruke to ganger stangas lengde, for avstanden mellom to bunner eller to topper representerer tiden det tar mellom hver gang lydpulsen passerer gjennom spolen i samme retning. I våre forsøk på Skolelaboratoriet er det, av uviss grunn, alltid bunnene som er lettest å identifisere på grafen.
Tilknytning til læreplan (Fagfornyelsen, LK20)
-
Læreplan i naturfag (NAT01-04)
Kjerneelement
- Energi og materie (KE69)
Kompetansemål
-
Vg1 SF
- utforske og beskrive noen sentrale bølgefenomener (KM818)
-
Vg3 Påbygging
- utforske og beskrive noen sentrale bølgefenomener (KM734)
Materialer og utstyr
NB! Dette forsøket krever en nokså ny (kraftig) PC
- Datalogger med programvare
- Spenningssensor
- Jern- eller stålstang, minst ca. 1 m lang
- Liten stavmagnet
- Strømspole, 1200 vindinger (600 går også)
- Hammer