2017年1月12日 星期四

管長與頻率_排笛篇

當然得先做出一個絕對音階的排笛出來囉
柯南這時候要上場了


我們普通人一般只能聽出相對音階
也就是說當你依序彈鋼琴上的七個白鍵
不管從哪個音開始彈
聽起來大概都像Do Re Mi Fa So La Si
只有音感特別好的人才會聽出其中的差別
所以要作出一個有音階順序(相對音階)的排笛很簡單
但絕對音階就必須經過設計了

維基百科可以查到絕對音階相對應的頻率
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%9F%B3%E9%AB%98
再從上一篇我們提到的管長對應駐波形狀的圖形來看


若輕吹管子的上緣
產生的聲音就屬於左邊第一種的圖形
也就是1/4個波長
代入波速=波長 * 頻率
就可以算出相對應頻率所需要的管長了
以標準的A4(La)來說,頻率為440Hz
波速如果用340m/s來計算
管長約19.3公分
同樣的,常用音階對應的長度就可以都算出來了
我們裁了11根全音的管子
底部可以用膠帶封口(一端封口的管子比較好吹,兩端開口的設計比較複雜)
在上緣輕吹,就可以聽到音調了
怎麼確定產生的音調是對的呢?
去下載調音器的APP就好了
(https://play.google.com/store/apps/details?id=org.cohortor.gstrings&hl=zh_TW)
實際測出來的結果一定會有些許誤差
但還滿準的
當玩具夠用了,當樂器當然不及格

市面上賣的玩具小排笛也是如此
實際測量長度
大致都對應第七度的音階
不過人家把管子作成斜口
就好吹多了
(原來玩具不是亂作的...我誤會人家好久了)


不過,用吹的實在是他X的累
若將膠帶的封口拆掉,讓兩邊都是開口
將管子快速撞擊掌心
也可以產生一個短音
輕鬆多了!!


可以試試讓學生每個人負責一個音階
完全靠指揮來指定發聲的音階順序(其他的人都不知道樂譜)
指揮就必須能確實掌握這首歌曲的拍子
才能指揮出整首樂曲
再讓其他人來猜演奏的是什麼歌
應該會是很好玩的一件事!!

所以反過來說
也可以利用這樣的方法來計算聲速
任意找一根管子(一端閉口)
輕輕吹出聲音之後測量頻率(要輕輕吹喔,原因下一篇會說)
再將管長*4就是此時聲音的波長了(注意單位要換成公尺)
將波長乘上頻率,波速就出來囉!!
利用不同的管長多做幾次
再求出平均值
可信度就更高了

2017年1月11日 星期三

管長與頻率

前一陣子教聲音說到直笛的例子
"原則上"笛子越長(按壓的孔越多)音調就越低
學生從小就學過直笛
很容易產生連結
後來有學生私底下來問我
「老師~那為什麼直笛用力吹,音調也會變高?難道吹的力量也會改變音調的高低?」
好小子!這種問題也被追問出來了
"基本上"管樂器的長度就決定了頻率的高低
但"實際上"可能會更複雜一點
想要了解其中的原理
很多時候就非得話說從頭
沒有捷徑
這也是自然科學會讓許多人卻步的原因吧...
就是"沒.有.捷.徑."

空氣在管子裡振動到底發生了甚麼事?
如果是兩端都封口的管子會比較容易理解
當波動碰到一個障礙物就會有反射的現象
但反射波卻會和原先行進方向的入射波合成
就會使得介質(管內的空氣)內的某些位置不振動(節點)
包含在管子的兩端就會產生節點
也就形成所謂的駐波(standing wave)
頻率越高,產生的節點數量也會越多
有關駐波的現象之前有一篇_通通給我立正站好有討論過
有興趣的夥伴可以去看看




但管樂器不可能兩端封口啊~~(最常見的就是排笛或管風琴)
因此若管子其中一端是開口
那就會在開口的那一端產生最大的振幅
也就是"其中一個"波腹的位置
大概就像以下的圖形


所以管子越長,波長也就越長
在相同介質(波速相同)的情況下,頻率就會越小
因此就產生了管子越長,音調越低的結果

那為什麼吹得越用力,音調又會越高呢?
同樣的,為什麼敲鼓敲的越用力,音調卻不變?

最簡單的原因當然就是振動的介質種類不同
敲擊鼓面的介質就是鼓皮本身
鼓皮本身就有屬於自己的自然頻率
即使敲擊一下,就會產生固定頻率的振動
除非敲擊速度超過鼓皮振動的頻率
否則不管敲的多快,產生的音頻基本上都是一樣的
只是聽起來比較急而已

但管子發聲的振動體就是空氣本身
當空氣快速切過管子的外緣時
就會使內部的空氣產生振動
若外緣的空氣流動的速度越快
內部空氣振動的頻率就越快
聽到的音頻當然也會比較高
那這兩種音頻(速度快和速度慢)有甚麼關係嗎?
當然有!!
科學怎麼會放過這個有趣的現象
不小心寫太多了...
下一篇再用實驗來說明

2017年1月7日 星期六

簡易焊接抽氣裝置

經常焊接的人就知道
焊錫在高溫時容易產生一些廢氣
聞久了真的不舒服
所以在工作台就作了一個抽氣機

但偶而在學校或研習時就沒有了
戴上口罩是最簡單的方式
但還是希望有一台簡易可攜帶的抽氣機
前一陣子捕蚊燈壞了

放了幾天忽然有了靈感
就改造成了抽氣機
加上透明遮罩

原本上面的支撐架變成底座


裡面再塞了海綿
過濾效果不錯
氣味少了許多

有需要的人推薦可以試試

2017年1月1日 星期日

EMP第二彈_簡易遙控裝置

前一篇的EMP裝置干擾了電子元件的正常運作
所謂正常運作和不正常運作其實指的是同一件事
反過來說
EMP也可以讓電器「正常運作」
我們將鋁箔揉成小球放在底片盒中
鋁箔球只有些微接觸的情況下
經常是不導電的情況
如果附近突然有一個電磁脈衝
就有可能會改變鋁箔球接觸點的金屬排列狀況
(詳細情況我也不甚明白,再請高手指點了)
反而產生了我們要的通路
若再有一個搖晃
又換變為原先的不通路狀態
也就是說
我們的EMP變成了一個遙控裝置
當然加上手機
我就可以變成遠端遙控



EMP的產生器在我們身邊就有
那就是電子打火機的壓電元件

影片如下
壓電元件通電後產生EMP
LED就亮了
輕敲桌面又熄了

若用原先我們作的高壓產生器
也有相同的效果
但因為是持續產生EMP
所以開啟的狀態輕敲桌面也無法熄掉LED



2016年12月30日 星期五

這不是馬蓋先之EMP

(請注意:以下言論許多都以馬迷角度發言,不喜好者請勿觀看)

上週AXN撥出新版馬蓋先(看完之後有一個聲音一直告訴我,這不是馬蓋先!!這不是馬蓋先!!這不是馬蓋先!!)
其中第一段的科學應用(這才是重點,卻被胡亂帶過)就是利用電磁鐵來干擾警衛的無線電
製作細節影集沒有交代(可能怕被罵吧)
但從畫面上,馬蓋先拿出來的應該只是單純用電池連接電磁鐵而已

天啊!!這不是馬蓋先,這不是馬蓋先,這不是馬蓋先

沒錯,線圈通電會產生磁場
當然同時間也會產生電磁波(但必須是變動磁場,這又是另一件事了)
電磁波如果夠強,頻率又對
理論上就會影響電子產品(其他非電子元件的電器幾乎不受影響)
但一般的通電可沒辦法產生如此強大的電磁波
基本上要能夠產生影響電子元件大概要到電磁脈衝的等級才有可能
電磁脈衝(Electromagnetic Pulse,EMP)顧名思義就是一個極短暫的高能電磁波
通常是核爆、閃電、或其他超高壓裝置瞬間釋放能量所伴隨產生的電磁場
EMP經常出現在許多電影情節中
不過通常都太誇大了
但EMP卻是真實存在的,不是科幻小說的情節

要能夠製造出EMP的首要條件就是高壓
看影片的裝置
應該沒有高壓產生器
單純用電池,,要在1公尺內影響電子產品
功率也絕對不夠
天啊!!第一集就搞成這樣...

我們利用之前的高壓產生器(用高壓電寫字)當作發射器
再用實心銅線繞成線圈(不要用漆包線,電壓太高了,漆包線無法絕緣)
高壓線的其中一端接上線圈
另一端連接上開關再和電源相接



試試看我們作的EMP
計算機很容易被影響
一般計算機被影響的很嚴重

工程用計算機必須按下開關才會有明顯的影響
不然就要更接近才行


數位型的撥放器也是
有些會變成快轉

有些甚至直接當機

當然也會影響FM的收訊

這才是EMP

忽然覺得理化老師要被列管...

2016年12月19日 星期一

昆蟲觀察盒&玄機杯

我喜歡拼拼湊湊的東西
就像是積木一樣的概念
許多東西莫名其妙組在一起它就是剛剛好
我也不知道為什麼
大家彷彿說好的一樣...

之前因緣際會買了一批超級便宜的38mm平凸透鏡(一個不到5元)
因為是壓克力的
雖然光學效果不是很好
但直覺告訴我它就是個好東西

買了一堆
之前狂送給一些科學同好
自己也剩下沒幾個留下來玩
沒想到放到50ml的燒杯"將將好"

根本就像量身訂做
這能幹嘛~~
我也不知道...

後來又在五金行發現化妝品用的分裝罐(一組25元)

媽媽咪啊~~
雖然大了一些些,但也是剛剛好
兩層的分裝罐
焦距竟然對得剛剛好
剛好可以當作昆蟲觀察罐
手邊沒東西
先用50元硬幣權充一下
因為下層是透明的
打光也很方便


想起之前輔導團秀玲老師分享的玄機杯
放張紙在下層的杯底
遠看不成形
裝入水之後...
因為水和壓克力的折射率差不多
讓原本壓克力平凸透鏡變成一整塊的水(或也可以稱為一整塊的壓克力)
就可以觀察到內層的圖案了




完全不用加工
就是剛剛好
很多人問過我
那如果沒有剛剛好呢?
ㄜ~~~
A計畫都成功了
我怎麼會知道B計畫是什麼??

2016年12月10日 星期六

用高壓電寫字

好久以前買了冷光燈管作實驗
冷光燈管需要高壓電才能啟動
所以需要再買一個啟動開關
大該有3KV左右

之前就利用這個啟動開關在閃光燈裡面產生一條可見的電流

我喜歡沒事坐在實驗室裡
玩著玩著就會有靈感
發現這個高壓電產生的溫度還真不是普通的高!!
保守估計在針尖處至少有千度以上

如果在木板上用鉛筆先塗上痕跡
高壓電就會沿著鉛筆易導電的地方燒出美麗的圖案
這種科學造成的美真的讓人無法抵擋
或許也只有我們這種無可救藥的科學人懂得欣賞吧...
別說科學人理性得讓人討厭
我們也有屬於我們無可救藥的浪漫啊~~








電子元件的包裝袋秘密

很多電子模組都會用這種黑色半透明的包裝袋 為什麼要用這種特殊的包裝袋呢? 用一般的PE袋或PVC袋不行嗎? 這就要回到電子電路的工作原理來說了 傳統電路主要靠電流來控制電路 電子電路則是靠電壓來控制 (這麼粗略的說法一定會被罵,但無法在三千字內說清楚就乾脆不說了,有興趣研究的可以...