Anja Røyne

Fysiker

Stikkordarkiv: lyd


av Legg igjen en kommentar

Senitbuen

Min tante observerte noe rart på himmelen her om dagen. En slags omvendt regnbue. Hva er dette?

Senitbue i Vesterålen, mai 2014. Foto: Ingrid Larssen

Senitbue i Vesterålen, mai 2014. Foto: Ingrid Larssen

Det vet jeg, svarte jeg eplekjekt, det er en del av en halo, og forklaringen ligger her. Jeg regnet med at sola stod bak taket. Hadde jeg vært litt mer observant, ville jeg ha oppdaget at denne buen er rød ytterst, mens haloen er rød innerst. Altså er ikke dette en del av en halo. Min tante kunne også fortelle at sola stod lavt på himmelen, og slett ikke bak taket. Litt mer observante og mindre eplekjekke observatører kunne raskt fortelle at dette er en senitbue.

Om du ligger på ryggen og ser rett opp på himmelen, så ser du på senit. Hadde senitbuen vært en hel sirkel, ville senit vært i sentrum. Derav senitbue.

Senitbuen dannes, som haloen, ved at lyset brytes når det passerer gjennom iskrystaller. De små iskrystallene i cirrus-skyene er formed som sekskantede plater. I haloen går lyset inn gjennom en og ut gjennom en annen av sidekantene på iskrystallen. I senitbuen, derimot, går lyset inn gjennom den flate oversiden av iskrystallen og ut gjennom en av sidekantene. Disse flatene står 90 grader på hverandre, så det blir akkurat som å sende lyset gjennom et prisme, som noen sikkert husker fra fysikktimene på skolen. Når lyset bøyes på vei inn i og ut av iskrystallen, ender de ulike fargene opp med å gå i litt forskjellige retninger, slik at vi ser dem hver for seg.

Sola står lavt. La oss si den står 20 grader over horisonten. Jeg kan se i retning 20 grader oppover, og så treffer lyset fra sola øynene mine direkte (men det anbefales IKKE!). Jeg kan se hvor som helst på himmelen, og siden det er en sånn fin dag, treffer blått lys fra sola øynene mine fra omtrent alle retninger – det har sprettet omkring mellom luftmolekylene, og noe av det ender omsider hos meg.

Eller jeg kan snu ansiktet mot sola og vende blikket 70 grader oppover. Da ser jeg lyset som har blitt bøyd nedover gjennom de flate iskrystallene. Blått lys bøyes mest, så det ser jeg lengst vekk fra sola. Og avhengig av hvilken retning sidekanten av iskrystallen hadde, blir lyset også vendt litt til siden, og resultatet blir en bue, mellom sola og senit, med senit som sentrum. En omvendt regnbue, et smil på himmelen.

Håper jeg får se det selv en gang.


av 2 kommentarer

Musikkfysikk. Strengteori.

Bilde: Andrew Sutherland/"<a href=

Jeg har en cello som jeg liker å spille på, aller helst sammen med andre. De siste årene har jeg lagt den klassiske opplæringen min fullstendig på hylla til fordel for folkemusikken. Fordelen med å spille cello i spellemannslag er at stort sett ingen andre gjør det, så jeg kan spille hva jeg vil – melodi, andrestemme, komp, med bue eller uten bue, få toner eller mange toner.

For at en cello skal lage lyd, må en av strengene settes i bevegelse. Strengen sitter fast i topp og bunn, men midten er fri til å bevege seg frem og tilbake. Denne bevegelsen forplanter seg til treverket og lufta inni instrumentet, og til lufta på utsiden av instrumentet, som fører lyden frem til ørene til den som hører på. Desto raskere strengen svinger frem og tilbake, desto lysere blir tonen.

Strenglovene

Vi tenker vel ikke så ofte over strengteorien, men strengpraksisen har alle prøvd. Strengen følger tre lover:

1. jo mer du trekker i strengen, jo fortere vibrerer den. Prøv en strikk. Eller lag prompelyder med en ballong.

2. jo lengre strengen er, jo saktere vibrerer den. Den lyse fiolinen er mye mindre enn den mørke kontrabassen.

3. jo tyngre (i praksis: tykkere) strengen er, jo saktere vibrerer den. Kontrabassens tykke strenger krever sterke fingre. De tynne fiolinstrengene gir såre fingertupper.

Strengfinesser

En cello har fire strenger i forskjellig tykkelse. Jeg tror tykkelsene er beregnet slik at alle strengene må være omtrent like stramme for å få riktige toner. Om alle strengene hadde vært like tykke, så hadde den øverste blitt vanskelig for fingrene å klemme ned, mens den nederste hadde vært vanskelig å få i bevegelse.

For å få frem alle tonene i skalaen, bruker man fingrene på venstre hånd til å klemme strengen man spiller på ned mot gripebrettet på riktig sted. Det gjør strengen kortere og tonen lysere. Det som jeg egentlig synes er litt rart er at man setter fingrene på akkurat samme plass på de forskjellige strengene. Jeg kan for eksempel legge en finger på tvers over to strenger og spille to (riktige) toner på en gang. På en gitar går jo båndene tvers over halsen.

Dette fungerer fordi skalaen vi bruker (som er bare en av mange, men det lar jeg være akkurat nå) er konstruert slik at det er like langt mellom hver halvtone. For å gå fra en tone til den neste må du kutte vekk en viss andel av strengen. Siden det er andelen som er konstant, blir avstanden mellom fingrene mindre og mindre jo lengre opp på strengen man er. Dette er det også lett å se på en gitar.

Barnestrenger

Om du skulle ha blitt en verdensberømt fiolinist, måtte du ha startet øvingen før du begynte på skolen. Siden små barn har korte armer og fingre spiller de på små instrumenter. Strengene er kortere, men lager de samme tonene som de store vokseninstrumentene.

Er barnestrengene like tykke som voksenstrengene? lurte vi på en gang vi hadde pause. Tykkere strenger kunne ha kompensert for at strengene var kortere, og gitt samme tone. Men sånn er det visst ikke. Siden barnestrengene er kortere men like tykke som de voksne, må de være slakkere for at tonen skal bli riktig. Det gjør sikkert også at det er lettere å klemme strengene ned, og det passer fint for barnefingre.

Bratsj

Jeg skulle gjerne ha spilt bratsj. Den er enkel å ta med seg, som en fiolin, men dyp og kul litt på samme måte som en cello. Bratsjen er større en fiolinen, men har tonene på tre av strengene til felles med den. Den bruker litt tykkere strenger. Når strengene er både lengre og tyngre, betyr det at de må være veldig stramme for å få riktig tone? Eller hvordan fungerer egentlig dette? Er det noen bratsjister der ute som kan komme meg til unnsetning?


av Legg igjen en kommentar

Kakaoeffekten

20140302-104055.jpgDu har sikkert prøvd å lage kakao, eller kanskje kaffe, ved å blande pulver og varmt vann i en kopp. Om du rører ut pulveret med en metallskje og lar den dunker mot siden av koppen mens du rører, kan du noen ganger høre at tonen i dunkelyden stiger mens du rører.

Hvorfor er det sånn?

Dette har selvfølgelig blitt besvart på skikkelig vis av en fysiker. Frank Crawford publiserte en artikkel i 1982 i American Journal of Physics med navnet «The hot chocolate effect». Effekten har også fått sin egen side på engelskspråklig Wikipedia, men ikke på norsk ennå, dessverre.

Kakaomusikk

Koppen med kakao oppfører seg som et musikkinstrument med en bestemt egenfrekvens. Egenfrekvensen til koppen avhenger av hva som er i den, og hvor mye som er i den. Om du dunker på koppen mens du heller vann oppi, vil tonen bli dypere desto fullere koppen blir. På samme måte lager en stor tromme dypere lyd enn en liten tromme, og kontrabassen har mye lengre strenger enn den lyse fiolinen.

Egenfrekvensen avhenger altså av hvor langt lyden må reise, men også av hvor lang tid den bruker på å reise. Om lyden går raskere, blir egenfrekvensen høyere og tonen lysere.

Hva som skjer i koppen

Når du skal lage kakao fra pulver, starter du med å varme opp vann. De fleste gasser liker seg ikke like godt i varmt som i kaldt vann. Det betyr at når du varmer opp vann som har vært kaldt, begynner den oppløste luften i vannet å få lyst til å komme seg ut. For å klare dette, må den lage bobler, og det er ikke gjort i en håndvending. Den vil helst ha noen passende overflater å begynne å  bygge boblene sine på.

Dette får den, først når du heller vannet ned i din ikke helt perfekt glatte kopp, og dernest i massevis når du tilsetter kakaopulveret. Vips blir koppen fylt av ørsmå, glade bobler. Når du rører hjelper du boblene med å finne veien opp til overflaten og over i lufta.

Lydens hastighet i vann og luft

Hva har dette med lyden å gjøre? Lydens hastighet avhenger av hva den må reise gjennom. Lyd er trykkbølger. En forstyrrelse et sted forplanter seg gjennom systemet ved at molekyler dytter på hverandre.

Se for deg en stor idrettsplass som er rigget til for konsert med et kjent band. I begynnelsen står og går folk spredt rundt omkring på plassen. Om en snubler og faller, dytter han kanskje til en annen, som kanskje vakler litt før han treffer en til, og en til… men forstyrrelsen beveger seg ikke spesielt fort. Etterhvert kommer flere folk til, og når konserten er i gang, står tilhørerne trengt tett i tett sammen foran scenen. Når noen faller over hverandre bak, går det en bølge gjennom forsamlingen og de som står forrerst blir ganske raskt dyttet inn mot gjerdet.

Det siste er en lydbølge i vann. Det første er en lydbølge i luft. Lyden går raskere jo tettere og mer ordnet molekylene i stoffet sitter.

Kakaoeffekten

Når koppen nettopp har blitt fylt med varmt vann og pulver, blir lydbølgene bremset av alle de små boblene, noe som gir en lav tone. Etterhvert som boblene stiger opp og forsvinner blir det mindre luft og dermed høyere tone på dunkingen.

Du er forresten ikke nødt til å bruke pulver, det bør klare seg med varmt vann. Men materialet på både koppen og skjeen kan ha noe å si. Om vannet har kokt en stund, eller vært varmt lenge, kan det hende at mye av luften har unsluppet slik at effekten blir mindre. Prøv selv!


av 1 kommentar

Om hvordan verdens søteste dyr kan høres ut som et skummelt monster

For omtrent ti år siden var jeg og kjæresten min på tur rundt i Australia med telt og en 27 år gammel Golf. Vi er ingen utpregede villmarksmennesker, så vi sov stort sett på campingplasser, men en dag kom vi til en nasjonalpark der det bare var en ubemannet teltplass og en utedo, og der var det så fint at vi bestemte oss for å bli værende.

Jeg har aldri sovet så dårlig.

Problemet var hverken de usannsynlig store insektene og edderkoppene på do eller tanken på hvilke farlige slanger som kunne snike seg rundt i mørket.

Det var LYDEN.

NOE var i nærheten av teltet og hørtes ut som – vel, som en gris, på størrelse med en elefant, og med store hoggtenner.

Det var helt umulig å forstå hva som kunne lage denne lyden. Det er faktisk ikke så mange store dyr i Australia. Kenguru, emu, og noen ville hester og kameler, men ingenting som kunne tenkes å høres så skummel ut.

Da det endelig ble lyst våget vi oss ut av teltet, og på en gren over teltet satt
koala
en koala.

Vi følte oss naturligvis som noen pyser etter å ha blitt skremt av et så søtt dyr. Jeg ble derfor veldig, veldig glad da jeg leste om denne forskningsartikkelen som ble publisert forrige uke. Det har tydeligvis vært kjent at koalaene kan lage denne skumle lyden, men ingen har riktig forstått hvordan et så lite dyr kan lage en så stor lyd («den passer bedre for en elefant», i følge artikkelen).

Forskerne dissekerte ti hannkoalaer og så at de hadde helt normale stemmebånd, som var alt for korte til å kunne lage denne dype lyden. Men så oppdaget de en slags spalte i området som forbinder nesa med munnhulen, der det satt noe som kunne se ut som et par ekstra stemmebånd. Jeg kan forestille meg oppstandelsen i disseksjonsrommet. Et helt nytt organ var oppdaget!

Disse nye stemmebåndene er lengre enn de vanlige, og av samme grunn som en kontrabass lager dypere lyd enn en fiolin, vil lange stemmebånd lage dypere lyd enn korte. I tillegg er de tyngre, og det gjør at koalaen kan lage en kraftig lyd som bærer langt. Lyden lages ved å puste inn gjennom nesa. Derav min assosiasjon til griser.

For å være sikre på at de hadde funnet det riktige organet, brukte forskerne en slags støvsuger til å suge luft inn gjennom nesa og ned i halsen til koalaen. Lyden var riktig, mekanismen var definitivt funnet.

Hvorfor koalaen skulle ønske å høres ut som en monstergris med hoggtenner sier studien ingenting om. Du kan høre lyden her.