Wiązka zadań
Grające butelki
Zadanie
Dominika zobaczyła w Internecie film na którym grupa chłopców grała na butelkach. Chciała zrobić samodzielnie taki instrument, by zagrać „Sto lat” na urodziny babci. Przygotowała kilka szklanych butelek różnej wielkości. Nalała do każdej z butelek pewną ilość wody i uderzała w butelki łyżeczką. Gdy stopniowo dolewała wody do danej butelki to uzyskiwała coraz niższe dźwięki. Zauważyła też, że gdy do dwóch butelek różnej wielkości nalała tę samą ilość wody, to wydały one dźwięki różniące się częstotliwością. Gdy zawiesiła butelki na nitkach dźwięki były głośniejsze niż wówczas, gdy trzymała butelkę w ręce. Na podstawie swoich doświadczeń Dominika sformułowała kilka wniosków.
Oceń poprawność wniosków Dominiki:
| Wniosek | Poprawny czy niepoprawny? | |
| 1. | Wysokość dźwięku zależy między innymi od wielkości butelki. | `square` Poprawny / `square` Niepoprawny |
| 2. | Częstotliwość dźwięku zależy od tego, czy butelka jest trzymana w dłoni, czy jest zawieszona na nitce. | `square` Poprawny / `square` Niepoprawny |
| 3. | Głośność dźwięku zależy od ilości wody w butelce. | `square` Poprawny / `square` Niepoprawny |
Poprawna odpowiedź
1 - poprawny
2 - niepoprawny
3 - niepoprawny
Wymaganie ogólne
2 Przeprowadzanie doświadczeń i wyciąganie wniosków z otrzymanych wyników.
Wymaganie szczegółowe
6.5. Ruch drgający i fale. Uczeń opisuje mechanizm wytwarzania dźwięku w instrumentach muzycznych
9.13. Wymagania doświadczalne. Uczeń wytwarza dźwięk o większej i mniejszej częstotliwości od danego dźwięku za pomocą dowolnego drgającego przedmiotu lub instrumentu muzycznego
Komentarz
Zadanie sprawdza umiejętność wyciągania wniosków na podstawie wyników eksperymentu. Proste doświadczenie przedstawione w zadaniu dotyczy wytwarzania dźwięku poprzez uderzanie metalowymi przedmiotami w szklane butelki.
Przy uderzeniu ściana butelki szklanej jest wprawiana w ruch drgający. Drgania te wytwarzają wokół siebie falę akustyczną. Fala rozchodzi się w powietrzu we wszystkich kierunkach, między innymi również po wewnętrznej stronie ściany butelki, przesuwa się w dół, i kiedy trafia na przeszkodę w postaci wody odbija się od jej powierzchni i następnie wraca z powrotem w górę naczynia. Przemieszczając się wzdłuż tej samej drogi odbita fala napotyka pierwotną falą dźwiękową i obie te fale nakładają się na siebie (sumują się) i tworzą wzmocnioną falę akustyczną.
Słup powietrza, od powierzchni wody do górnych brzegów naczynia, działa jak pudło rezonansowe w gitarze: wzmacnia falę dźwiękową przebiegającą w powietrzu. Częstotliwość fali (czyli wysokość dźwięku) zależy od wysokości słupa powietrza, liczonej od powierzchni wody do górnych brzegów ścian butelki (czyli zależy od wielkości naczynia i ilości wody w naczyniu). To wskazuje na poprawność stwierdzenia 1. Natomiast głośność uzyskiwanego dźwięku zależy od stopnia pobudzenia do drgań ścianek butelki czyli amplitudy drgań butelki. Największe drgania uzyskamy jeśli butelka nie dotyka żadnych innych obiektów np. jest zawieszona na nitce. Nie wpływa to jednak na częstotliwość drgań. Wynika z tego, że drugi wniosek Dominiki jest nieprawdziwy. Również nieprawdziwe jest stwierdzenie 3. To częstotliwość zależy od ilości wody w naczyniu, nie głośność.
Zadanie okazało się jednym z trudniejszych w badaniu pilotażowym przeprowadzonym w pierwszych klasach liceum ogólnokształcącego. Spośród wszystkich uczniów, biorących udział w badaniu jedynie 10% zrobiło całość zadania prawidłowo. Pierwszy wniosek prawidłowo oceniło 61% badanych. Drugie i trzecie stwierdzenia okazały się trudniejsze. Zaledwie 35% i 38 % wszystkich uczestników badania odpowiedziało prawidłowo na odpowiednio 2 i 3 stwierdzenie.
Większość uczniów (ponad 60%) odpowiadała na wszystkie trzy pytania twierdząco. Widać stąd, że uczniowie mylą pojęcia częstotliwość (czyli wysokość tonu) z głośnością dźwięku (czyli amplitudą drgań).
Powyższe zadanie może posłużyć jako instrukcja do nieskomplikowanego doświadczenia, które każdy nauczyciel może wykonać w szkole. Do zademonstrowania wzmocnionej fali dźwiękowej wystarczy zaledwie szklana butelka i łyżeczka. Jednakże, bardzo wskazane byłoby rozszerzenie eksperymentu o detektor dźwięku: może nim być głośnik dynamiczny podłączony do oscyloskopu. Uczniowie mieliby wtedy możliwość ‘zobaczenia’ dźwięku oraz konfrontacji wrażeń słuchowych (wysokość i głośność dźwięku) z wrażeniami wizualnymi (częstotliwość i amplituda fali dźwiękowej) na ekranie oscyloskopu.
Utwór powstał w ramach projektu "Badanie jakości i efektywności oraz instytucjonalizacja zaplecza badawczego” współfinansowanego przez Unię Europejską ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
"Masz uwagi do treści? Uważasz, że zawiera błąd? Napisz na bnd@ibe.edu.pl
