לקט ניסויי מעבדה ממוחשבת לבית ספר יסודי
נושא :אנרגית קול /כיתה ו'
מהי השפעת החומר על עוצמת הקול המתפשטת בחלל הקופסה? אתגר
קבוצת חברים מכיתה ו' הקימה להקה :אודי היה המתופף ,אורית הזמרת ,יואב ניגן בגיטרה בס. הם כתבו והלחינו את השירים והתאמנו במרתף הגדול והריק בביתו של אודי .הכל היה מושלם עבור הלהקה הצעירה למעט ....ההד! בכל פעם ששרו וניגנו נשמע הד...ד...ד.... כיוון שלא היה להם מספיק כסף להקליט באולפן הקלטות הם החליטו ללמוד הכל על הקול ולפתור את בעיית ההד במרתף. .1תארו במילים את תופעת ההד. .2הציעו רעיונות לפיתרון בעיית ההד המרתף? .3הציעו דרך לבדוק את הרעיונות שהנכם מציעים.
מה נחקור? במעבדה ממוחשבת זו נבחן את תופעת בליעת הקול באוויר באמצעות ניסוי הבודק השפעת חומרים שונים על עוצמת הקול המתפשטת בחלל קופסה.
imagine explore learn •
•
לקט ניסויי מעבדה ממוחשבת לבית ספר יסודי
ציוד וחומרים
טאבלט אינשטיין +או לאבמייט איינשטיין+
חיישן קול
מקור קול ()pure tone
440Hz.wav
גליל סקוטש (זכר ונקבה)
קופסת נעליים עם מכסה
סרגל
נייר דבק (סלוטייפ)
3חומרים לבחירה: צמר גפן קלקר קרטון ספוג
נייר טואלט סול * הכמות של כל חומר צריכה לכסות את 4הפיאות הצדדיות של התיבה (בהתאם לגודל הקופסה שבחרתם).
העמדת הניסוי עבודה קבוצתית .1הפעילו את טאבלט אינשטיין +או לאבמייט איינשטיין+ .2הקפידו לשמור על שקט בזמן מדידות עוצמת הקול.
imagine explore learn •
•
לקט ניסויי מעבדה ממוחשבת לבית ספר יסודי )
.3לחצו על תוכנת ה) MiLAB- .4הגדירו את מערך אוגר הנתונים
מערך אוגר הנתונים קול ) )45-85 dBחיצוני קצב הדגימה:
25דגימות בשניה
משך הדגימה:
60שניות
ביצוע הניסוי מדידה 1 .1בחרו את אחת הפינות בתוך קופסת הנעליים וקבעו בסלוטייפ את מקור הקול בפינה זו. .2חברו את כבל חיישן הקול לאחת היציאות בטאבלט. .3הציבו את חיישן הקול ממול למקור הקול (הקפידו שהרמקול שלו יהיה מכוון לעבר מקור הקול) קבעו את חיישן הקול בסלוטייפ לקופסה. .4הקפידו לשמור על שקט בזמן מדידות עוצמת הקול. .5הפעילו את מקור הקול ,סגרו את הקופסה ולחצו על צלמית התחל )
( כדי
להתחיל רישום של הנתונים. .6חזרו על המדידה 3פעמים. .7בסיום רשמו את ממוצע עוצמת הקול שנמדדה. .8תנו שם לניסוי ושמרו את הנתונים על-ידי לחיצה על צלמית שמור ( הכלים העליון.
עיבוד נתונים .1השלימו את הטבלה במהלך ביצוע המדידות .2העלו את הממצאים לטבלה שיתופית.
imagine explore learn •
•
) בסרגל
לקט ניסויי מעבדה ממוחשבת לבית ספר יסודי מדידת עוצמת מדידת עוצמת מדידת עוצמת הקול בקופסה הריקה (דציבל )dB
הקול ( )dB בקופסה המכוסה בדפנות
בחומר צמר גפן
מדידת עוצמת
הקול ( )dB
הקול ( )dB
בקופסה המכוסה
בקופסה המכוסה
בדפנות
בדפנות
בחומר______
בחומר______
מדידה 1 מדידה 2 מדידה 3 ממוצע
רגע לפני... ציירו את גובה העמודה שהתקבלה ממדידת עוצמת הקול בקופסה הריקה( ,ציינו את עוצמת הקול בדציבלים בציר האנכי). כעת שערו :כיצד עוצמת הקול בדציבלים תעלה /תרד /לא תשתנה כשנרפד את פיאות הקופסה כל פעם בחומר אחר? בחרו 2חומרים מתוך הרשימה המוצגת בציר האפקי וציירו את גובה העמודות המציגות את השערתכם.
השפעת החומר על עוצמת הקול
עוצמת הקול (דציבלים)
קרטון
צמר גפן
ספוג
קלקר סול
נייר טואלט
קופסה ריקה
imagine explore learn •
•
לקט ניסויי מעבדה ממוחשבת לבית ספר יסודי
ביצוע הניסוי מדידה 2 .1מדדו את רוחב הפאות הצדדיות בקופסה. .2גזרו 8רצועות סקוטש (זכר ונקבה) ברוחב הפיאות של הקופסה 2 ,לכל פאה (ברצועות אלה נשתמש לבדיקת החומר הראשון -צמר גפן). .3גזרו עוד 16רצועות נקבה באותו הרוחב של הפיאות שגזרתם ( .ברצועות אלה נשתמש בהמשך לבדיקת 2חומרים נוספים 8 ,רצועות נקבה שיתחברו לכל חומר). רצועות סקוטש (נקבה)
.4הדביקו לרוחב כל אחת מהפאות בחלק הפנימי של הקופסה 2רצועות סקוטש (זכר) , רצועה אחת בחלק העליון ורצועה שנייה בחלק התחתון של הפאה.
imagine explore learn •
•
לקט ניסויי מעבדה ממוחשבת לבית ספר יסודי
.5הוציאו את נייר הדבק מעל רצועות הסקוטש (נקבה) והדביקו את צמר הגפן לרוחב הרצועות ,כך שכל אחת מארבעת הפאות תהיה מרופדת בצמר גפן.
.6הצמידו את רצועות הצמר גפן (נקבה ) אל הרצועות (זכר) בדופן הפנימית של הקופסה. .7הקפידו שכל אחת מפאות הקופסה תהייה מרופדות בצמר הגפן באותה כמות ובאותו עובי. .8הקפידו לשמור על שקט בזמן מדידות עוצמת הקול.
imagine explore learn •
•
לקט ניסויי מעבדה ממוחשבת לבית ספר יסודי .9הפעילו את מקור הקול ,סגרו את הקופסה ולחצו על צלמית התחל) רישום של הנתונים. .10ולחצו על צלמית התחל) .11חזרו על המדידה 3פעמים.
( כדי להתחיל
( כדי להתחיל רישום של הנתונים.
.12בסיום רשמו את ממוצע עוצמת הקול שנמדדה .13שמרו את הנתונים על-ידי לחיצה על צלמית שמור (
) בסרגל הכלים העליון.
עיבוד נתונים .1השלימו את הטבלה במהלך ביצוע המדידות .2העלו את הממצאים לטבלה שיתופית. מדידת עוצמת הקול בקופסה הריקה (דציבל )dB
מדידת עוצמת הקול ( )dB בקופסה המכוסה בדפנות
בחומר צמר גפן
מדידת עוצמת
מדידת עוצמת
הקול ( )dB
הקול ( )dB
בקופסה המכוסה
בקופסה המכוסה
בדפנות
בדפנות
בחומר______
בחומר______
מדידה 1 מדידה 2 מדידה 3 ממוצע
ביצוע הניסוי מדידה 3 .1כדי לבדוק חומר חדש יש להוציא את צמר הגפן מחיבורן לדופן הפאות הפנימיות. .2הפרידו את רצועות הנקבה של צמר הגפן מחיבורן לרצועות (הזכר) המודבקות על דופן התיבה והניחו בצד.
imagine explore learn •
•
לקט ניסויי מעבדה ממוחשבת לבית ספר יסודי .3כעת נחבר חומר חדש לפי בחירתכם ,לשם כך הפרידו מגליל הסקוטש את רצועות הנקבה( ,רצועות שתתחברנה לרצועות המודבקות בדופן התיבה). .4קחו 8רצועות שגזרתם ברוחב פיאות התיבה. רצועות סקוטש (נקבה)
.5בחרו חומר נוסף מתוך רשימת החומרים המוצעת (קלקר ,קרטון ,ספוג ,נייר טואלט, סול). .6הוציאו את נייר הדבק מעל רצועות הסקוטש (נקבה) והדביקו את החומר שבחרתם לרוחב הרצועות ,כך שכל אחת מארבעת הפאות הפנימיות תהיה מרופדת בחומר הנבחר.
דוגמא לחומר ספוג
imagine explore learn •
•
לקט ניסויי מעבדה ממוחשבת לבית ספר יסודי .7הצמידו את רצועות החומר שבחרתם (נקבה ) אל הרצועות (זכר) בדופן הפנימית של הקופסה. .8הקפידו לשמור על אותה כמות ואותו עובי של החומרים השונים בריפוד הפאות של הקופסה בכל החומרים. .9הקפידו לשמור על שקט בזמן מדידות עוצמת הקול. .10הפעילו את מקור הקול ,סגרו את הקופסה ולחצו על צלמית התחל) רישום של הנתונים. .11חזרו על המדידה 3פעמים.
( כדי להתחיל
.12בסיום רשמו את ממוצע עוצמת הקול שנמדדה .13שמרו את הנתונים על-ידי לחיצה על צלמית שמור (
) בסרגל הכלים העליון.
עיבוד נתונים .1השלימו את הטבלה במהלך ביצוע המדידות .2העלו את הממצאים לטבלה שיתופית. מדידת עוצמת הקול בקופסה הריקה (דציבל )dB
מדידת עוצמת הקול ( )dB בקופסה המכוסה בדפנות
בחומר צמר גפן
מדידת עוצמת
מדידת עוצמת
הקול ( )dB
הקול ( )dB
בקופסה המכוסה
בקופסה המכוסה
בדפנות
בדפנות
בחומר______
בחומר______
מדידה 1 מדידה 2 מדידה 3 ממוצע
imagine explore learn •
•
לקט ניסויי מעבדה ממוחשבת לבית ספר יסודי
ביצוע הניסוי מדידה 4 .1כדי לבדוק חומר חדש יש להוציא את צמר הגפן מחיבורן לדופן הפאות הפנימיות. .2הפרידו את רצועות הנקבה של צמר הגפן מחיבורן לרצועות (הזכר) המודבקות על דופן התיבה והניחו בצד. .3כעת נחבר חומר חדש לפי בחירתכם ,לשם כך הפרידו מגליל הסקוטש את רצועות הנקבה( ,רצועות שתתחברנה לרצועות המודבקות בדופן התיבה). .4קחו 8רצועות שגזרתם ברוחב פיאות התיבה. רצועות סקוטש (נקבה)
.5בחרו חומר נוסף מתוך רשימת החומרים המוצעת (קלקר ,קרטון ,ספוג ,נייר טואלט,סול). .6הוציאו את נייר הדבק מעל רצועות הסקוטש (נקבה) והדביקו את החומר שבחרתם לרוחב הרצועות ,כך שכל אחת מארבעת הפאות הפנימיות תהיה מרופדת בחומר הנבחר.
imagine explore learn •
•
לקט ניסויי מעבדה ממוחשבת לבית ספר יסודי
דוגמא לחומר ספוג .7הצמידו את רצועות החומר שבחרתם (נקבה ) אל הרצועות (זכר) בדופן הפנימית של הקופסה. .8הקפידו לשמור על אותה כמות ואותו עובי של החומרים השונים בריפוד הפאות של הקופסה בכל החומרים. .9הקפידו לשמור על שקט בזמן מדידות עוצמת הקול. .10הפעילו את מקור הקול ,סגרו את הקופסה ולחצו על צלמית התחל ) רישום של הנתונים. .11חזרו על המדידה 3פעמים.
( כדי להתחיל
.12בסיום רשמו את ממוצע עוצמת הקול שנמדדה .13שמרו את הנתונים על-ידי לחיצה על צלמית שמור (
) בסרגל הכלים העליון.
עיבוד נתונים .1השלימו את הטבלה במהלך ביצוע המדידות .2העלו את הממצאים לטבלה שיתופית. מדידת עוצמת הקול בקופסה הריקה
מדידת עוצמת הקול ( )dB בקופסה המכוסה בדפנות
מדידת עוצמת
מדידת עוצמת
הקול ( )dB
הקול ( )dB
בקופסה המכוסה
בקופסה המכוסה
imagine explore learn •
•
לקט ניסויי מעבדה ממוחשבת לבית ספר יסודי בדפנות (דציבל )dB בחומר צמר גפן בחומר______
בדפנות בחומר______
מדידה 1 מדידה 2 מדידה 3 ממוצע
תוצאות ומסקנות השוו בין השערתכם אשר הצגתם בדיאגרמת עמודות לבין הממצאים שהתקבלו מהמדידות. דונו בשאלות הבאות: דיון במליאה .1
באיזה חומר מתוך החומרים שמדדתם בקבוצה עוצמת קול הייתה הגבוהה ביותר?
.2באיזה חומר מתוך החומרים שמדדתם בקבוצה עוצמת קול הייתה הנמוכה ביותר? .3החומר מבודד הקול הטוב ביותר לפי ממצאי הקבוצה_______________ .4
השוו את תוצאות המדידות שקיבלתם לממצאים הכיתתיים ודרגו את החומרים לפי רמת עוצמת הקול שנמדדה מהגבוהה ביותר עד לנמוכה ביותר. החומר מבודד הקול הטוב ביותר לפי ממצאי הכיתה_______________
.6
השלימו:
.5
חומר מבודד קול הינו חומר שבולע את רוב /מעט עוצמת הקול ומחזיר רק חלק ממנה.
יישום חזרו לבעיית האתגר שהוצגה בתחילת הפעילות ,כעת לאחר שהתנסתם בבדיקת ההשפעה של חומרים שונים על התפשטות הקול בחלל ומצאתם חומרים שיכולים לבלוע קול ולעזור בפתרון בעיית ההד ,הציעו ללהקת החברים מכיתה ו' פתרונות יישומיים למניעת ההד במרתף ביתו של אודי.
רקע מדעי
imagine explore learn •
•
לקט ניסויי מעבדה ממוחשבת לבית ספר יסודי קולות וצלילים הם צורה של אנרגיה המשמשת אותנו ואת בעלי החיים כדי ליצור תקשורת .הקול נוצר על ידי תנודות שמעבירות אנרגיה דרך האוויר או דרך חומרים אחרים (נוזל ,מוצק) .עוצמת הקול מבטאת עד כמה חזקות התנודות שיוצרות את הקול (החוזק שבו אנו שומעים את הקולות). עוצמת הקול נמדדת ביחידות של דציבלים ( .(dBתופעות הקשורות בקול :מעבר קול ,החזרת קול (הד) ובליעת קול. גלי הקול היוצאים מפינו ,או ממקור הקול ,מתקדמים ומתרחקים מאתנו בהתמדה ,אלא אם כן הם נתקלים בדרכם במחסום ,כלומר -בחומר כלשהוא הגורם לשינוי במסלולם .כאשר גלי הקול המתפשטים בחלל נתקלים במחסום (למשל ,חומרים כמו קיר ,סלע) הם מושלכים חזרה ומגיעים שוב למקום ממנו יצאו( .תופעות של מעבר קול ,והחזרת קול) .באולמות קונצרטים ותיאטראות משתמשים לבניית הקירות בחומרים שיאפשרו החזרת קול בכוון הקהל .משטחים קשים וחלקים משמשים בדרך כלל כמחזירים טובים של גלי קול ,כאשר גל קול פוגע במשטח קשה וחלק ,חלק גדול מגלי הקול חוזר וחלק קטן נבלע .ואילו משטחים רכים ומחוספסים ,כגון בד הם מחזירים גרועים .אם מדברים באולם ריק אפשר לשמוע הדהוד חוזר .אם באותו אולם יושבים אנשים רבים ,לא ישמע כמעט כל הד ,כיון שהבגדים קולטים במידה מרובה את גלי הקול ,ומונעים את החזרתם .כאשר גלי קול פוגעים במשטחים רכים ומחוספסים חלק גדול מגלי הקול נבלע וחלק קטן חוזר.
מתוך מסמך ההתנסויות המרכזיות המוצעות לכיתה ו' רעיונות ודגשים
ציוני דרך
אנרגיית הקול
לאנרגיה מופעים שונים (סוגי אנרגיה)
התפשטות הקול בחומר )הולכה בגז ,בנוזל ,במוצק ( ולא בריק)
imagine explore learn •
•
לקט ניסויי מעבדה ממוחשבת לבית ספר יסודי מיומנויות
ניסוי העלאת השערות לשאלה נתונה
כיצד מתפשט הקול ?
סיכום הניסוי
הסבר לתופעה :הקול נוצר מתנודות אוויר המתפשטות ומגיעות לאוזניים.
ההתנסות-
התפשטות הקול באוויר
הניסוי/התצפית/תהליך
שינוי עוצמת הקול ובבדיקת השפעת השינוי בעוצמת הקולות
טכנולוגי/דגם
הבוקעים מן הרמקול על תנודות יריעת הניילון.
הצעות למקורות תומכים
מדע וטכנולוגיה לכתה ו' הוצאת רמות אוניברסיטת תל אביב עמודים .224- 225
מסע מדע ו' הוצאת כינרת עמודים .74-76
מדע בעידן טכנולוגי חלק שישי ,הוצאת רכס עמודים 117-125
imagine explore learn •
•