FYSIKbasen.dk - Den danske database for pædagogiske undervisningsforsøg til fysiklærere
Forside Nyheder Forsøg Om siden Kontakt English
Gå en side tilbageUdskriv dette forsøgForetag ny søgning

rød pilStående bølger i kaffekop

Forsøg nr.: 92
Formål: At demonstrere stående bølger i en kaffekop samt hankens indvirkning på frekvensen.
Resume: Hvis man slår på siden af en kaffekop lige over for hanken, vil koppen ringe med en bestemt frekvens. Hvis man slår 45 grader ved siden af, ringer koppen med en anden frekvens.
Nøgleord: Dæmpede svingninger, harmonisk bevægelse, lyd, resonans, stående bølger, svingninger, transverse bølger.

Beskrivelse:

Hvis man tager en teske og slår på siden af en kop, vil man sætte koppen til at vibrere. I praksis er vibrationerne så små, at man ikke kan se dem med det blotte øje, men i virkeligheden vil kaffekoppens åbning svinge, så den skiftevis har en cirkulær form og en elliptisk form. Der er altså tale om en stående bølge rundt langs koppens omkreds.

Selv om vibrationerne er for små til at se, så kan man høre dem, idet koppen sætter den omgivende luft i svingninger og derved skaber lyd. Man hører altså koppen ringe med samme frekvens som vibrationerne.

Hvis kaffekoppen var helt symmetrisk, vil koppen ringe med samme frekvens uafhængigt af, på hvilken side man slår på koppen. Dette er dog ikke tilfældet, hvis man slår på en kaffekop med hank.

To forskellige svingningsmønstre kan eksiteres i en kaffekop afhængig af, hvor man slår på koppen
To forskellige svingningsmønstre kan eksiteres i en kaffekop afhængig af, hvor man slår på koppen.

Kaffekoppens hank vil nemlig have betydning for koppens svingninger. Når koppen vibrerer, vil den stående bølge rundt langs åbningen have skiftevis bug og knudepunkt. Grundsvingningen har 4 knudepunkter, mens bugen optræder lige der, hvor man anslår kaffekoppen.


Stående bølge i en kaffekop. Grundtonen består af 4 knudepunkter og 4 buge. Hvis koppens håndtag er placeret der, hvor der er en bug, vil håndtaget skulle bevæge sig, hvilket resulterer i en langsom svingning (lav frekvens). Hvis håndtaget falder sammen med en bug, vil håndtaget ikke påvirke svingningen, som dermed bliver hurtig (høj frekvens).

Hvis man anslår kaffekoppen lige over for hanken, vil det medføre, at selve hanken befinder sig på en bug, altså der hvor der er maksimalt udsving. Da hanken virker som et ekstra masselod på svingningen, vil koppen vibrere langsomt. Hvis hanken i stedet befandt sig i et knudepunkt, vil den ikke påvirke svingningen, som dermed har en højere frekvens.

Med en kuglepen anslåes stående bølger i en kaffekop
Med en kuglepen anslåes stående bølger i en kaffekop. Afhængig af, hvor kuglepenne rammer i forhold til hanken, kan man anslå forskellige svingninger.

Bemærk at man kan anslå koppen flere steder. Hvis man anslår kaffekoppen lige over for hanken eller 90 grader til hver side, vil koppen ringe med samme frekvens. Slår man i stedet 45 grader til hver side, får koppen en anden frekvens.

For at synliggøre svingningerne i koppen kan man tage billeder med en særlig teknik kaldet holografisk interferometri. Dette er for eksempel blevet gjort af to amerikanske forskere, som har stillet der billeder til rådighed for Fysikbasen:

Billede af stående bølger i kaffekop optaget med holografisk interferometri
Billede af stående bølger i kaffekop optaget med holografisk interferometri. På det ene billede falder koppens hank sammen med et knudepunkt, og på det andet billede falder hanken sammen med bølgens bug. Billedet er venligst stillet til rådighed for Fysikbasen af Dr. Andrew Morrison og Dr. Thomas D. Rossing fra Northern Illinois University i USA.

Billede af stående bølger i kaffekop optaget med holografisk interferometri
Endnu et billede optaget med holografisk interferometri. Her falder hanken sammen med et knudepunkt. Billedet er venligst stillet til rådighed for Fysikbasen af Dr. Andrew Morrison og Dr. Thomas D. Rossing fra Northern Illinois University i USA.

Udstyr og materialer:

grøn pil Kaffekop

Referencer:

grøn pilLink til forsøg i database på Oberlin College.
grøn pilLink til forsøg i database på Georgia Institute of Technology.
grøn pilArtikel om forsøget hos Society for Amateur Scientists.
grøn pilEnglish translation of this page.
grøn pilLink til forsøg i database på University of Maryland.

PIRA DCS: 3D40.00 (Svingninger og bølger: Instrumenter) Hvad er PIRA DCS?

Opdateret: 01.06.2006