Atac asupra urechilor
Scopul acestui experiment este, pentru copii, de a înțelege funcționarea și importanța urechii astfel încât aceștia să reducă volumul dispozitivelor MP3 atunci când ascultă muzică pentru a preveni astfel, îmbolnăvirea / distrugerea propriului sistem auditiv. Folosind ca pretext o călătorie având ca punct de plecare o sursă sonoră și terminând cu urechea internă, în continuare sunt explicate producerea sunetului și anatomia urechii.
Ascultăm plimbându-ne
Organizați împreună cu copiii o plimbare pe coridoarele și prin curtea școlii sau grădiniței, copiii având o dată căștile puse pe urechi și o dată fără căști, pentru ca aceștia să expermenteze, să trăiască impresiile pe care le au atunci când își ”închid” auzul. Copiii vor învăța de asemenea despre pericolele la care sunt expuse (fie și numai parțial) persoanele cu deficiențe de auz.
Oare auzim chiar totul?
Urechea umană poate percepe sunete având de la 20 la 20 000 de oscilații pe secundă. Numărul de oscilații complete efectuate de un corp într-o secundă este numit frecvență. Pe măsură ce îmbătrânim, ne pierdem abilitatea de a auzi sunete cu frecvențe foarte înalte. Câinii pot auzi sunete de până la 35 000 oscilații pe secundă (35 kHz), iar liliecii pot auzi sunete chiar și mai înalte. Folosiți un fluier obișnuit și un fluier pentru câini pentru a da copiilor ocazia să compare sunetele emise de acestea. De regulă, sunetul produs de un fluier pentru câini este cuprins în domeniul 16 – 22 kHz față de frecvențele mai joase, sub 20 kHz, auzibile de către urechea umană (valoarea este orientativă, fiind în funcție de starea auzului fiecărei personae, este posibil chiar ca unii să nu audă nimic).
Ajustați volumul unui generator de semnal cu amplificator și difuzor la nivel mediu pentru o frecvență auzibilă. Modificați apoi frecvența la 50 kHz și apoi reduceți-o lent pornind de la această valoare. Solicitați copilului care anunță primul că aude ceva să descrie sunetul pe care îl aude (un fluierat foarte ascuțit).
Au urechile tale sunete favorite? O diagramă auditivă individuală
Prin testarea domeniului nostru personal de auz putem estima starea de sănătate a acestuia. Conectați un generator de semnal cu un osciloscop și un difuzor așa cum se observă în figură (vezi imaginea).
Clicați pe imagine pentru a o
mări
Pentru imagine, multumim
Nicola Graf
Utilizând generatorul de semnal se pot produce sunete cu frecvențe cuprinse între 250 și 16 000 Hz așa cum este ilustrat în Tabelul 1. Pentru a produce sunete comparabile asigurați-vă că acestea generează un ”front de undă” care să aibă o ”înălțime” egală cu cea observabilă pe osciloscop.
Solicitați fiecărui copil să completeze tabelul (care se poate, de asemenea, descărca de pe site-ul Science in School) și să înregitreze cum percep ei fiecare sunet: foarte tare, tare, potrivit, încet sau foarte încet. Modul de realizare al acestei sarcini de către copii poate fi surprinzător.
Pentru a ușura sarcina copiilor, se pornește de la 16 000 Hz și se efectuează comparații în perechi de sunete cu frecvențe măsurate învecinate de exemplu: ”Cum percepeți sunetul cu frecvența de 16 000 Hz? Acum ascultați sunetul cu frecvența de 8 000 Hz – cum îl percepeți pe acesta în comparație cu sunetul precedent?” și așa mai departe. De regulă, urechea umană are cea mai mare sensibilitate la frecvențele la care vorbim cotidian (cca. 200 – 3500 Hz).
Cu ajutorul elevului de gimnaziu-mentor (sau al profesorului) fiecare copil poate realiza graficul volumului perceput (de ex. tare = 8) în funcție de frecvența sunetului.
How do you perceive the sound? |
Sunetul 1 |
Sunetul 2 |
Sunetul 3 |
Sunetul 4 |
Sunetul 5 |
Sunetul 6 |
Sunetul 7 |
Cum percepi tu sunetul?
|
16000 Hz |
8000 Hz |
4000 Hz |
2000 Hz |
1000 Hz |
500 Hz |
250 Hz |
Foarte tare (10) |
|
|
|
|
|
|
|
Tare (8) |
|
|
|
|
|
|
|
Potrivit (5) |
|
|
|
|
|
|
|
Încet (3) |
|
|
|
|
|
|
|
Foarte încet (1) |
|
|
|
|
|
|
|
Diagrama auditivă a unei fete
în vârstă de 8 ani. Clicați pe
imagine pentru a o mări
Este util să efectuăm aceleași măsurători și cu adulții (de ex. profesorii sau părinții) deoarece pe măsură ce îmbătrânim auzim mai greu sunetele înalte. Puteți observa că atunci când aparatul TV funcționează, copiii pot auzi un zgomot, un fluierat foarte ascuțit în timp ce adulții nu îl aud deloc în aceleași condiții.
Cum ajunge sunetul în ureche? Lumânarea care se răsucește
Sunetele sunt transportate prin intermediul variațiilor de presiune ale aerului, adică se poate spune că sunetul deplasează particulele de aer. Mișcarea flăcării unei lumânări este utilizată pentru a ilustra acest lucru. Sunetele cu frecvență joasă pot chiar să stingă flacăra lumânării.
Materiale
- CD player cu difuzor cu bași și la care cântă muzică techno
- Lumânare și chibrituri
- Pâlnie din hârtie
- Tobă (bas) având deschisă partea din spate
- Generator de semnal cu amplificator
- Difuzor adecvat pentru frecvențe joase (cel puțin până la 100 Hz)
- Cabluri
Mod de lucru
- Așezați lumânarea aprinsă în fața CD player-ului cu difuzor cu bași și la care cântă muzică techno. Flacăra va pâlpâi în ritmul muzicii. Dacă efectul nu este foarte vizibil, pentru a-l amplifica, utilizați o pâlnie din hârtie plasată între difuzor și lumânare și observați efectul în acest caz.
- Așezați lumânarea aprinsă în fața deschiderii efectuate în partea din spate a tobei (bas). Bateți în tobă pe partea opusă și urmăriți mișcarea flăcării sau dacă flacăra se stinge.
- Folosți cablurile pentru a conecta difuzorul la generatorul de semnal, apoi porniți-l pe acesta din urmă la frecvență joasă (100 Hz). Lumânarea se va stinge. Pentru a amplifica acest efect se poate utiliza o pâlnie din hârtie așezată între difuzor și lumânare.
Ce se întâmplă în ureche?
Folosiți un model al urechii realizat din material plastic sau din hârtie (care poate fi realizat anterior acasă) pentru a ilustra diferitele părți componente ale urechii, componente care vor fi explicate în următoarele experimente.
The outer ear: the auricle and eardrum
Pavilionul auricular captează sunetele ca și pâlnia de hârtie de mai sus. Folosiți o astfel de pâlnie din hârtie pentru a îmbunătăți auzul: șoptiți la un capăt al acesteia și observați modul în care pâlnia amplifică sunetul.
Pentru imagine, multumim
Werner Stetzenbach
Urechea externă acționează ca un tub de orgă închis la un capăt, astfel încât aerul din interiorul său poate vibra. Această vibrație trece prin timpan, o membrană care se comportă ca o tobă și apoi printr-un sistem mecanic format din trei oscioare (oase mici).
Materiale
- Difuzor cu bași
- Generator de semnal cu amplificator sau CD player cu amplificator
- Cabluri
- Figurine ușoare din material plastic – gel
Mod de lucru
Pentru imagine, multumim
Werner Stetzenbach
Cu ajutorul cablurilor conectați difuzorul cu bași la generatorul de semnal sau la CD player. Așezați câteva figurine pe difuzor. Urmăriți-le cum ”dansează” în ritmul vibrațiilor membranei difuzorului, membrană care joacă rolul timpanului.
Urechea mijlocie: oscioarele
Materiale
- Două tamburine
- Băț de bătut în tobă
- Minge de tenis sau material plastic ușor legată de un fir
- Tavă pentru copt (cu fund concav)
- Ciocănaș din lemn sau un instrument similar din lemn
- Bol
- Folie de aluminium sau folie pentru acoperit
- Boabe de orez sau cristale de zahăr
Clicați pe imagine pentru a o
mări
Mod de lucru
- Suspendați mingea de tenis sau bilele din material plastic ușor (acestea reprezintă oscioarele) în fața uneia dintre tamburine astfel încât acestea să atingă ușor suprafața (T2 în imaginea de mai jos). Bateți în cealaltă tamburină (T1, sursa de sunet) cu ajutorul bățului și urmăriți mișcarea mingii pe măsură ce undele sonore ajung la T2.
- Acoperiți bolul cu folia de aluminiu și presărați boabele de orez sau cristalele de zahăr deasupra. Țineți tava pentru copt aproape de bol, loviți-o cu ciocănașul de lemn și urmăriți saltul boabelor de orez sau al cristalelor de zahăr (acestea reprezetând de asemenea oscioarele).
Urechea internă: cochlea
Clicați pe imagine pentru a o
mări
Pentru imagine, multumim
Nicola Graf
Nervii auzului sunt situați în celulele ca niște fire ale cochleei. Sunetul (variații în presiunea aerului) provoacă mișcarea firelor, ceea ce determină transmiterea informației la creier. Cu cât sunetul este mai putenic cu atât firele se mișcă mai tare (cu o amplitudine mai mare). Zgomotele foarte puternice pot chiar distruge, în mod real, celulele filiforme.
Un tub de sticlă este utilizat ca model pentru o cochlee desfășurată. Praful de cretă sau praful de talc presărat în interiorul tubului reprezintă celulele filiforme.
Clicați pe imagine pentru a o
mări
Pentru imagine, multumim
Werner Stetzenbach
Materiale
- Tub de sticlă
- Praf de cretă sau de talc
- Două suporturi (vezi imaginea)
- Generator de semnal
- Difuzor
- Cabluri
Mod de lucru
- Umpleți partea inferioară a tubului de sticlă cu praf de cretă sau de talc și apoi montați-l în poziție orizontală pe suporturi.
- Cu ajutorul cablurilor conectați difuzorul la generatorul de semnal și așezați-l în fața unei deschideri a tubului de sticlă.
- Reglați frecvența sunetului (în funcție de lungimea tubului) până în momentul în care tubul intră în rezonanță și pune într-o mișcare vizibilă praful (pentru o lungime oarecare dată, există mai multe frecvențe la care se produce fenomenul de rezonanță). Această mișcare modelează mișcarea celulelor filiforme din ureche.