Επίθεση στα τύμπανα των αυτιών
Στόχος είναι οι μαθητές να κατανοήσουν τη λειτουργία και τη σημασία του αυτιού, έτσι ώστε να χαμηλώσουν την ένταση του MP3 τους για να αποτραπεί βλάβη στο ακουστικό τους σύστημα. Μέσα από ένα ταξίδι που ξεκινά από μια πηγή ήχου και καταλήγει στο εσωτερικό αυτί, εξηγούνται η παραγωγή του ήχου και η ανατομία του αυτιού.
Ακουστικός περίπατος
Βάλτε τους μαθητές να περπατήσουν στους διαδρόμους του σχολείου ή του νηπιαγωγείου, μία φορά φορώντας ωτοασπίδες και μία φορά χωρίς ωτοασπίδες, για να βιώσουν την απώλεια των περιβαλλοντικών εντυπώσεων όταν εν μέρει «σβήνουν» την ακοή τους. Επίσης θα μάθουν σχετικά με τους κινδύνους στους οποίους εκτίθενται (μερικά) κωφοί άνθρωποι.
Ακούμε πραγματικά τα πάντα;
Το ανθρώπινο αυτί μπορεί να αντιλαμβάνεται ήχους από 20 έως 20000 ταλαντώσεις ανά δευτερόλεπτο. Ο αριθμός των ταλαντώσεων ανά δευτερόλεπτο ονομάζεται συχνότητα. Όσο μεγαλώνουμε, χάνουμε την ικανότητα να ακούμε πολύ υψηλές συχνότητες. Τα σκυλιά μπορούν να ακούν ήχους μέχρι 35000 ταλαντώσεις ανά δευτερόλεπτο (35 kHz), ενώ οι νυχτερίδες ακόμη υψηλότερης συχνότητας ήχους. Χρησιμοποιήστε μία συνηθισμένη σφυρίχτρα και μία σφυρίχτρα για σκύλους, για να κάνουν συγκρίσεις τα παιδιά. Συνήθως, μία σφυρίχτρα σκύλου παράγει ήχους εύρους συχνότητας 16-22 kHz, με μόνο τις συχνότητες κάτω από τα 20 kHz να είναι δυνατό να ακουστούν από το ανθρώπινο αυτί (και, ανάλογα με την κατάσταση της δικής σας ακοής, ίσως να μην μπορείτε να ακούσετε ούτε αυτές).
Ρυθμίσετε την ένταση μιας γεννήτριας συχνοτήτων συνδεμένης με ενισχυτή και μεγάφωνο σε μεσαίο επίπεδο σε μία ακουστική συχνότητα. Στη συνέχεια, αυξήστε τη συχνότητα στα 50 kHz και σιγά-σιγά αρχίστε να τη μειώνεται. Ζητήστε από το πρώτο παιδί που μπορεί να ακούσει κάτι, να περιγράψει τον ήχο (ένα σφύριγμα υψηλού τόνου).
Έχουν τα αυτιά μας αγαπημένους ήχους; Ένα ατομικό ακοόγραμμα
Ελέγχοντας το εύρος της δικής μας ακοής, μπορούμε να εκτιμήσουμε την κατάσταση της ακοής μας. Συνδέστε μια γεννήτρια συχνοτήτων με έναν παλμογράφο και ηχεία, όπως υποδεικνύεται στην εικόνα.
Κάντε κλικ στην εικόνα για
μεγέθυνση
Η εικόνα προσφέρθηκε από
Nicola Graf
Χρησιμοποιώντας τη γεννήτρια συχνοτήτων, δημιουργήστε ήχους μεταξύ 250 και 16000 Hz, σύμφωνα με τον Πίνακα 1. Για να κάνετε συγκρίσιμους τους ήχους, βεβαιωθείτε ότι όλοι δημιουργούν μια κυματομορφή ίσου «ύψους» στον παλμογράφο.
Ζητήστε από κάθε παιδί να συμπληρώσει τον πίνακα (τον οποίο μπορείτε επίσης να «κατεβάσετε» ως ένα φύλλο εργασίας από το δικτυακό τόπο του Science in School websitew4), καταγράφοντας πότε αντιλαμβάνονται κάθε ήχο ως πολύ δυνατό, δυνατό, μέτριο, ασθενή ή πολύ ασθενή. Αυτό μπορεί να είναι κάπως δύσκολο.
Για να το κάνετε ευκολότερο, ξεκινήστε με ήχο στα 16000 Hz και κάντε συγκρίσεις ανά δύο μεταξύ ήχων γειτονικών συχνοτήτων που πρόκειται να μετρήσετε. Για παράδειγμα: «Πώς αντιλαμβάνεστε τον ήχο στα 16000 Hz; Τώρα ακούστε τον ήχο στα 8000 Hz – πώς τον αντιλαμβάνεστε σε σχέση με τον προηγούμενο;» Και ούτω καθεξής. Κανονικά, το ανθρώπινο αυτί είναι ιδιαίτερα ευαίσθητο στις συχνότητες στις οποίες μιλάμε συνήθως (περίπου 200–3500 Hz).
Με τη βοήθεια ενός μαθητή γυμνασίου (ή του δασκάλου), κάθε παιδί θα πρέπει να σχεδιάζει την ένταση του ήχου που αντιλαμβάνεται (π.χ. δυνατά = 8) σε συνάρτηση με τη συχνότητα του ήχου.
Πώς αντιλαμβάνεσαι τον ήχο; |
Ήχος 1 |
Ήχος 2 |
Ήχος 3 |
Ήχος 4 |
Ήχος5 |
Ήχος 6 |
Ήχος 7 |
Πίνακας 1: ατομικό ακοόγραμμα
|
16000 Hz |
8000 Hz |
4000 Hz |
2000 Hz |
1000 Hz |
500 Hz |
250 Hz |
Πολύ δυνατός (10) |
|
|
|
|
|
|
|
Δυνατός (8) |
|
|
|
|
|
|
|
Μέτριος (5) |
|
|
|
|
|
|
|
Ασθενής (3) |
|
|
|
|
|
|
|
Πολύ ασθενής (1) |
|
|
|
|
|
|
|
Το ακοόγραμμα ενός
οκτάχρονου κοριτσιού. Κάντε
κλικ στην εικόνα για
μεγέθυνση
Είναι χρήσιμο να κάνετε επίσης τις ίδιες μετρήσεις με ενήλικες (π.χ. με δασκάλους ή γονείς) γιατί καθώς μεγαλώνουμε, ακούμε τους υψηλών τόνων ήχους λιγότερο καλά. Ενδέχεται να το έχετε παρατηρήσει όταν είναι ανοικτή η τηλεόραση – μικρά παιδιά μπορεί να ακούν ένα υψηλού τόνου σφύριγμα ενώ οι ενήλικες όχι.
Πώς ο ήχος φτάνει στο αυτί; Το κερί που τρεμοπαίζει
Επειδή οι ήχοι μεταφέρονται από διακυμάνσεις της πίεσης του αέρα, ο ήχος μετακινεί σωματίδια αέρα. Η κίνηση της φλόγας ενός κεριού χρησιμοποιείται για να το καταδείξει. Ήχοι χαμηλής συχνότητας μπορούν ακόμη και να σβήσουν τη φλόγα ενός κεριού.
Υλικά
- Μία συσκευή αναπαραγωγής CD με ένα ηχείο μπάσων που παίζει μουσική techno
- Ένα κερί και σπίρτα
- Ένα χάρτινο χωνί
- Ένα (μπάσο) τύμπανο με μία τρύπα στο πίσω μέρος
- Μία γεννήτρια συχνοτήτων με ενισχυτή
- Ένα ηχείο κατάλληλο για χαμηλές συχνότητες (τουλάχιστον μέχρι 100 Hz)
- Καλώδια
Οι εικόνες προσφέρθηκαν από
Werner Stetzenbach
Διαδικασία
- Τοποθετήστε ένα αναμμένο κερί μπροστά από μία συσκευή αναπαραγωγής CD με ένα ηχείο μπάσων που παίζει μουσική techno. Η φλόγα θα τρεμοπαίζει σε συγχρονισμό με τη μουσική. Εάν το αποτέλεσμα δεν είναι πολύ ορατό, χρησιμοποιήστε ένα χάρτινο χωνί μεταξύ του ηχείου και του κεριού για να το κάνετε πιο εμφανές.
- Τοποθετήστε το αναμμένο κερί μπροστά από την οπή στο πίσω μέρος του τυμπάνου. Κτυπήστε το τύμπανο από την άλλη πλευρά και παρακολουθήστε την φλόγα να κινείται ή και να σβήνει ακόμη.
- Χρησιμοποιώντας τα καλώδια, συνδέστε το ηχείο στη γεννήτρια συχνοτήτων και ενεργοποιήστε την σε μια χαμηλή συχνότητα (100 Hz). Το κερί θα σβήσει. Για να κάνετε πιο εμφανές το φαινόμενο, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ένα χάρτινο χωνί μεταξύ του ηχείου και του κεριού.
Τι συμβαίνει μέσα στο αυτί;
Χρησιμοποιήστε ένα πλαστικό ή χάρτινο μοντέλο του αυτιού (που μπορεί να είναι κατασκευασμένο στο σπίτι) για να απεικονίσετε τα διάφορα μέρη του αυτιού, τα οποία θα εξηγηθούν στα πειράματα που ακολουθούν.
Το εξωτερικό αυτί: το πτερύγιο και το τύμπανο
Το πτερύγιο συλλέγει ήχους όπως μία χοάνη. Χρησιμοποιήστε ένα χάρτινο χωνί ως ακουστικό κέρας (ακουστικό βαρηκοΐας) για να βελτιώσετε την ακοή: ψιθυρίστε μέσα σε αυτό και δείτε πώς ενισχύει τον ήχο.
Η εικόνα προσφέρθηκε από
Werner Stetzenbach
Το εξωτερικό αυτί δρα όπως ένας αυλός εκκλησιαστικού οργάνου που είναι κλειστός στη μία άκρη, έτσι ώστε ο αέρας να δονείται μέσα σε αυτόν. Αυτή η δόνηση μεταδίδεται στο τύμπανο του αυτιού, μια μεμβράνη που συμπεριφέρεται σαν ένα τύμπανο και στη συνέχεια, μέσω μηχανικής σύνδεσης, στα τρία οστάρια (μικρά οστά).
Υλικά
- Ένα ηχείο μπάσων
- Μία γεννήτρια συχνοτήτων ή μία συσκευή αναπαραγωγής CD με ενισχυτή
- Καλώδια
- Καραμέλες jelly babies
Διαδικασία
Η εικόνα προσφέρθηκε από
Werner Stetzenbach
Χρησιμοποιώντας τα καλώδια, συνδέστε το ηχείο μπάσων στη γεννήτρια συχνοτήτων ή στη συσκευή αναπαραγωγής CD. Τοποθετήστε μερικές καραμέλες jelly babies πάνω στο ηχείο. Παρακολουθήστε τις να «χορεύουν» με τους κραδασμούς της μεμβράνης του ηχείου, η οποία αναπαριστά το τύμπανο του αυτιού.
Το μέσο αυτί: τα οστάρια
Υλικά
- Δύο ντέφια
- Μία μπαγκέτα
- Μία μπάλα πινγκ πονγκ ή μπάλα από φελιζόλ, δεμένη σε ένα νήμα
- Ένα ταψί
- Ένα ξύλινο σφυρί ή κάποιο παρόμοιο ξύλινο εργαλείο
- Ένα μπολ
- Φύλλο αλουμινίου ή διαφανή μεμβράνη περιτύλιξης τροφίμων
- Κόκκοι ρυζιού ή ζάχαρη
Κάντε κλικ στην εικόνα για
μεγέθυνση
Οι εικόνες προσφέρθηκαν από
Nicola Graf
Διαδικασία
- Κρεμάστε τη μπάλα του πινγκ πονγκ ή του φελιζόλ (που αντιπροσωπεύει τα οστάρια) μπροστά από ένα από τα ντέφια, ακουμπώντας την επιφάνειά του (T2 στην παρακάτω εικόνα). Κτυπήστε το άλλο ντέφι (T1, η ηχητική πηγή) με την μπαγκέτα και παρακολουθήστε την μπάλα να μετακινείται, καθώς τα ηχητικά κύματα φθάνουν στο T2.
- Καλύψτε το μπολ με αλουμινόχαρτο ή μεμβράνη που τα τραβάτε ώστε να είναι τεντωμένα και τοποθετήστε κόκκους ρυζιού ή ζάχαρη στο πάνω μέρος. Κρατήστε το ταψί κοντά, κτυπήστε το με το ξύλινο σφυρί και παρακολουθήστε το ρύζι ή τη ζάχαρη (που αντιπροσωπεύουν τα οστάρια) να χοροπηδούν.
Το εσωτερικό αυτί: ο κοχλίας
Κάντε κλικ στην εικόνα για
μεγέθυνση
Υπάρχουν ακουστικά νεύρα στα τριχωτά κύτταρα του κοχλία. Ο ήχος (αλλαγές στην πίεση του αέρα) τα υποχρεώνει να κινηθούν, γεγονός που ενεργοποιεί τις πληροφορίες που διαβιβάζονται στον εγκέφαλο. Όσο ισχυρότερος ο ήχος, τόσο περισσότερο τα τριχωτά κύτταρα κινούνται. Πολύ ισχυροί θόρυβοι ακόμη μπορεί και να καταστρέψουν τα τριχωτά κύτταρα.
Ένας γυάλινος σωλήνας χρησιμοποιείται ως μοντέλο ενός αποσυσπειρωμένου κοχλία. Τρίμματα φελλού ή σκόνη ταλκ στο εσωτερικό του σωλήνα αντιπροσωπεύει τα τριχωτά κύτταρα.
Κάντε κλικ στην εικόνα για
μεγέθυνση
Η εικόνα προσφέρθηκε από
Werner Stetzenbach
Υλικά
- Ένας γυάλινος σωλήνας
- Τρίμματα φελλού ή σκόνη ταλκ
- Δύο στατήρες (δείτε την εικόνα)
- Μία γεννήτρια συχνοτήτων
- Ένα ηχείο
- Καλώδια
Διαδικασία
- Γεμίστε το κάτω μέρος του γυάλινου σωλήνα με τρίμματα φελλού ή σκόνη ταλκ και στερεώστε τον οριζόντια στους στατήρες.
- Χρησιμοποιώντας τα καλώδια, συνδέστε το ηχείο με τη γεννήτρια συχνοτήτων και τοποθετήστε το μπροστά από το ένα άνοιγμα του γυάλινου σωλήνα.
- Ρυθμίστε τη συχνότητα του ήχου (ανάλογα με το μήκος του σωλήνα) έως ότου ο σωλήνας να συντονιστεί (για οποιαδήποτε δεδομένο μήκος, υπάρχουν πολλές συχνότητες στις οποίες θα συντονιστεί), καθιστώντας ορατή τη σκόνη που δονείται. Αυτή η δόνηση αντιπροσωπεύει την κίνηση των τριχωτών κυττάρων.