Uwaga redaktora: Staraliśmy się utrzymać dostępność w naszych działaniach Bring Science Home poprzez ograniczenie wymaganej technologii. Zdajemy sobie sprawę, że technologia jest obecnie bardziej dostępna niż wtedy, gdy rozpoczynaliśmy tę serię w 2011 roku i że może ona stanowić wartość dodaną do eksploracji naukowej. To jest nasze pierwsze ćwiczenie, które wymaga użycia smartfona lub tabletu. Daj nam znać, co o tym myślisz! Wyślij wiadomość e-mail na adres [email protected] z opiniami na temat wykorzystania technologii w tym i przyszłych zajęciach w ramach programu Bring Science Home.
Kluczowe pojęcia
Fizyka
Dźwięk
Pomiar
Logarytmiczne
Wprowadzenie
Czy wiesz, że możesz użyć smartfona jako instrumentu naukowego do badania otaczającego Cię świata? Smartfony zawierają wiele wbudowanych czujników elektronicznych, które mogą mierzyć takie zjawiska jak dźwięk, światło, ruch i wiele innych! W tym ćwiczeniu użyjesz mikrofonu telefonu, aby zbadać głośność różnych dźwięków w Twoim otoczeniu. Jak cicho jest w bibliotece? Jak głośny jest ryk ciężarówki? Spróbuj tego ćwiczenia, aby się dowiedzieć!
Tło
Prawdopodobnie znasz jednostki, których używamy do mierzenia codziennych wielkości, takich jak długość lub temperatura. Nie mrugnąłbyś okiem na kogoś, kto powiedziałby, że ma 6 stóp wzrostu lub że na zewnątrz jest 70 stopni. Ale jak mierzymy dźwięk? Możesz opisać dźwięk jako „cichy jak szept” lub „głośniejszy niż silnik odrzutowy”, ale prawdopodobnie nie użyłbyś liczby. Dźwięk mierzy się za pomocą jednostki zwanej decybelami, w skrócie dB. Skala decybeli jest trochę nietypowa, ponieważ jest logarytmiczna, a nie liniowa. Co to oznacza? Przy każdym wzroście o 10 dB głośność dźwięku podwaja się. Na przykład, dźwięk o natężeniu 30 dB jest dwa razy głośniejszy niż dźwięk o natężeniu 20 dB. Dźwięk o natężeniu 40 dB jest dwa razy głośniejszy niż dźwięk o natężeniu 30 dB, cztery razy głośniejszy niż dźwięk o natężeniu 20 dB itd. Zero dB nie oznacza, że nie ma żadnego dźwięku. Raczej 0 dB jest wybierane jako poziom odniesienia na progu ludzkiego słuchu. Brzmi zagmatwanie? Nie martw się – oto lista dźwięków referencyjnych i ich przybliżone poziomy decybeli:
0 dB: próg słyszalności człowieka
20 dB: szelest liści
40 dB: cicha biblioteka
60 dB: normalna rozmowa
80 dB: krzyczące dziecko
100 dB: piła łańcuchowa
120 dB: koncert rockowy
140 dB: silnik odrzutowy
Poziomy dźwięku powyżej 80 dB mogą powodować uszkodzenie słuchu przez długi czas, a poziomy dźwięku powyżej 120 dB mogą powodować natychmiastowe uszkodzenie. Dlatego właśnie ochrona słuchu jest zalecana dla osób używających takich urządzeń jak kosiarki do trawy. Należy pamiętać, że głośność dźwięku zależy również od odległości od źródła dźwięku (dźwięk staje się cichszy, gdy jesteś dalej od niego), więc aby dokonać bezpośredniego porównania różnych dźwięków, musisz zachować tę odległość na stałym poziomie.
Co to wszystko ma wspólnego ze smartfonem? Jeśli chciałeś zmierzyć poziom dźwięku wcześniej, musiałbyś kupić samodzielny decybelomierz – urządzenie z mikrofonem i ekranem, który wyświetlałby poziom dźwięku w dB. Nowoczesne smartfony (które mają już wbudowane mikrofony) mogą jednak uruchamiać aplikacje, które wyświetlą odczyt dźwięku w dB bezpośrednio na ekranie telefonu. Więc jeśli chcesz odkrywać dźwięki otaczającego Cię świata, wszystko czego potrzebujesz to telefon!
Materiały
- Smartfon lub tablet z dostępem do Internetu i pozwoleniem na pobranie i zainstalowanie aplikacji
- Dorosły (do pomocy w weryfikacji i pobraniu aplikacji)
- Inni ludzie, których głosy możesz (opcjonalnie)
- Wiele miejsc, w których można wziąć telefon (opcjonalnie)
Przygotowanie
- Poproś osobę dorosłą, aby pomogła Ci wyszukać aplikację „decybelomierz” lub „miernik dźwięku” na smartfonie lub tablecie. Dostępnych jest wiele darmowych opcji, ale niektóre aplikacje mogą mieć włączone reklamy lub zakupy w aplikacji.
- Zapoznaj się z aplikacją miernika decybeli. Niektóre aplikacje będą po prostu wyświetlać liczbę na ekranie, podczas gdy inne będą wyświetlać miernik lub wykres. Niektóre pozwolą Ci również rejestrować dane. Upewnij się, że aplikacja działa: Rozmawiaj z normalną głośnością, a powinieneś zobaczyć wahania liczb.
Procedura
- Określ poziom hałasu w tle. Odłóż telefon, usiądź nieruchomo i wstrzymaj oddech. Jaki jest poziom decybeli? Czy zmienia się on wraz z odgłosami tła, takimi jak przejeżdżający samochód lub ćwierkanie ptaków?
- Teraz zbadaj swój własny głos. Spróbuj szeptać, mówić, a nawet krzyczeć przez telefon. Możesz również spróbować innych dźwięków, takich jak gwizdanie lub nucenie. Czy szept w ogóle się rejestruje, czy jest zagłuszany przez hałas w tle? Jak głośny jest twój krzyk?
- Jeśli są inni ludzie wokół, spróbuj zmierzyć ich głosy, jak również. Czy „normalny” głos każdego z nich jest na tym samym poziomie decybeli? Kto może krzyczeć najgłośniej?
- Teraz przetestuj różne dźwięki. Może to być tak proste, jak klaskanie w dłonie lub pukanie do drzwi. Jest też wiele innych codziennych dźwięków, które możesz wypróbować – na przykład uruchomienie kranu lub kliknięcie włącznika światła. Można również spróbować uruchomić niektóre urządzenia, takie jak mikrofalówka lub odkurzacz. Jak wypadają te różne dźwięki? Które z nich są najgłośniejsze?
- Sprawdź, jak odległość od źródła dźwięku wpływa na jego poziom. Spróbuj znaleźć względnie stały dźwięk, taki jak płynący kran lub nucenie osoby. Zacznij od telefonu tuż przy źródle dźwięku, a następnie powoli się od niego oddalaj. Jak zmienia się poziom decybeli w miarę oddalania się?
- Spróbuj zmierzyć poziom hałasu tła w różnych miejscach. Zabierz telefon do różnych pomieszczeń, biblioteki, na plac zabaw lub do parku. Gdzie jest najcichsze miejsce, które możesz znaleźć? Najgłośniejsze? Czy gdziekolwiek poziom hałasu jest na tyle wysoki, że może stanowić zagrożenie dla Twojego słuchu?
- Dodatkowe: Możesz również pobrać aplikacje do mierzenia częstotliwości lub wysokości dźwięków. Częstotliwość mierzona jest w hercach (Hz). Zakres słyszalności człowieka wynosi od około 20 do 20 000 Hz. Z wiekiem tracimy zdolność słyszenia dźwięków z wyższej części tego zakresu. Niektóre zwierzęta, np. psy, słyszą dźwięki o częstotliwości do 45 000 Hz. Jaki jest zakres częstotliwości Twojego głosu? A co z innymi dźwiękami, które zmierzyłeś wcześniej?
- Dodatkowe: Zmierz dźwięki wydawane przez różne instrumenty muzyczne. Jeśli nie masz pod ręką żadnego instrumentu, możesz zrobić własny (zobacz sekcję „Więcej do odkrycia”)!
Obserwacje i wyniki
Używając przedmiotów codziennego użytku, prawdopodobnie mógłbyś zmierzyć dźwięki w zakresie od 20 do 80 dB. Nawet w idealnie „cichym” pomieszczeniu szumy tła, takie jak szum komputera czy nawet Twój własny oddech, mogą sprawić, że ciężko będzie zejść poniżej 10 dB. Jeśli znajdujesz się w bardziej ruchliwym miejscu, gdzie jest dużo ludzi lub w pobliżu ulicy o dużym natężeniu ruchu, poziom hałasu w tle będzie prawdopodobnie znacznie wyższy. Głośne urządzenia, takie jak odkurzacz czy elektronarzędzia, mogą przekraczać 80 dB. Ludzkie krzyki mogą być dość głośne, prawdopodobnie przekraczając 100 dB (w marcu 2019 r. rekord świata wynosi 129 dB!)- ale prawdopodobnie chcesz tego uniknąć, ponieważ tak głośne krzyki mogą ranić uszy! Powinieneś również zauważyć, że poziom dźwięku szybko spada wraz z oddalaniem się od źródła. Osoby, które będą przebywać bardzo blisko głośnego dźwięku przez cały dzień (np. ktoś, kto kosi trawniki lub pracuje w pobliżu silników odrzutowych) powinny nosić ochronę słuchu.
Więcej informacji
dB: What Is a Decibel?, z University of New South Wales, School of Physics
Tune Up Your Rubber Band Guitar!, z Scientific American
Sound Science: Make Your Own Harmonica!, z Scientific American
Make Sprinkles Dance, z Scientific American
STEM Activities for Kids, z Science Buddies
This activity brought to you in partnership with Science Buddies
This: What Is Decibel!