V okviru predmeta Projektno delo v šolskem letu 2014/15 je naša ekipa dobila nalogo za izdelavo cevi, ki bo delovala kot merilnik frekvence. Naloga že od samega začetka ni bila lahka, kar smo ugotovili že na našem prvem skupnem srečanju v bližnji kavarni, kjer smo zbirali ideje in imeli t.i. »brainstorming«.
Začetna ideja je bila kar kompleksna. Zamislili smo si, da bi cev z določeno dolžino navpično postavili v čeber vode in potem na dnu čebra izbili čep, da bi voda začela odtekati. Tako bi dobili celoten spekter frekvenc, ki bi jih ponujala cev z določeno dolžino, a le za kratek čas – čas odtekanja vode. To idejo smo predstavili asistentom na našem prvem uradnem srečanju, ki pa nad njo niso bili ravno navdušeni oz. so imeli v mislih najverjetneje lažji in bolj praktičen način takšnega eksperimenta z vodo. Tako smo sklenili, da vodo odstranimo iz načrtov in vključimo drugo tekočino – zrak. 

VSEBINA:
1.SREČANJE
2.SREČANJE
3.SREČANJE
4.SREČANJE



1. SREČANJE:

Po izključitvi ideje z vodo smo prešli na ideje, kjer bi namesto vode uporabili zrak. Tako smo ustvarili prvo skico našega poskusa (ki je prikazana na spodnji sliki).


Na sliki: skica naprave za merjenje frekvence (večja slika)

Odločili smo se, da uporabimo cev, ki bo zaradi praktičnosti končnega izdelka zaprta na eni strani, zraven pa smo lahko pridobili cel spekter frekvenc, ki bi jih z dvakrat daljšo cevjo istega preseka in odprtostjo na obeh straneh. Tako smo pridobili na dolžini cevi. Cev bi postavili vodoravno, s pomičnim batom v notranjosti cevi, ki bi ga premikali s pomočjo lahke palice oz. vodila (na katerega je bat pritrjen) pa bi spreminjali dolžino cevi oz. bi krajšali/daljšali razdalje zaprtega konca od odprtega. Pri odprtem koncu, kot je razvidno iz skice, bi postavili izvor valovanja (zvoka) in mikrofon, ki bi beležil odbito zvočno valovanje in zaznal ojačanje zvoka pri interferenci. Tako bi lahko ustvarili skalo, ki bi nam prikazovala odvisnost frekvence od odmika bata v cevi od odprtega konca cevi proti pomičnemu zaprtemu koncu.
To idejo smo sprejeli s skupno odločitvijo in se lotili izdelave naše cevi. Na prvem srečanju smo izbrali dolžino cevi (0,90m) z srednjim presekom (37 mm), jo odrezali in izdelali bat z vodilom (lahko palico), ki smo ga vstavili v cev ter tako ustvarili polodprto cev z možnostjo spreminjanja dolžine od odprtega do zaprtega konca (zajem različnih frekvenc).

2. SREČANJE:

Na našem drugem srečanju smo dokončali cev s pomičnim batom. Naša naprava (cev kot merilnik frekvence) bo izgledala (slika spodaj)  in delovala tako:
  •     Z držalom premikamo bat – spreminjamo dolžino polodprte cevi
  •     S tem spreminjamo lastno frekvenco cevi , ki nam bo koristila pri iskanju frekvence, ki jo bo oddajalo neko zvočilo 

Na sliki: opis naprave za merjenje frekvence zvoka (večja slika)
Postopek merjenja pa bo potekal tako:
  •     Na odprtem koncu cevi neko zvočilo oddaja zvok z neko poljubno frekvenco, ki jo mi poskušamo ugotoviti s pomočjo cevi
  •     Bat premikamo po cevi, dokler ne zaznamo ojačitve zvoka pri nekem določenem odmiku bata od odprtega konca cevi
  •     Iz zveze c=λf, kjer je λ valovna dolžina zvoka in f frekvenca zvoka, ki ga oddaja zvočilo, vidimo odvisnost med dolžino cevi (λ/4) in frekvenco zvoka
  •     Iz te zveze lahko sklepamo o vrednosti frekvence zvoka
3. SREČANJE:

Na našem tretjem srečanju smo začeli z umerjanjem naše cevi. S pomočjo računalnika smo generirali različne frekvence (150-2500Hz), ki jih je oddajal zvočnik, s pomočjo mikrofona in računalnika pa smo umerjali cev, medtem ko smo iskali frekvence zvoka, ki so enake lastnim frekvencam cevi in tako dobili ojačitev zvoka, kar se je videlo tudi na grafu meritve na računalniku. Ko smo to dosegli smo zabeležili dolžino cevi od odprtega do pomičnega zaprtega konca in meritev ponavljali od 200 do 1000Hz s korakom po 100Hz, od 1000 do 2000Hz s korakom 200Hz, za zaključek pa smo poskusili še z 2500Hz in 150Hz. Med umerjanjem smo opazili, da smo lahko najlepše in najenostavneje umerjali frekvence med 500 in 1700Hz, kjer je bila tudi dovolj velika toleranca pri premiku bata, da je ojačanje zvoka še bilo prisotno (0,5—0,2mm). Nižje frekvence niso ponudile tako očitnega preskoka na računalniškem grafu meritev, ko je prišlo do ojačanja. Večje frekvence pa so imele zelo majhno tolerančno območje (≤0,1mm). Tako smo umerili našo cev in jo pripravili na preizkus, ki nas je čakal na našem četrtem srečanju. 


Na sliki: Miha Rot in Matija Recelj pri umerjanju (večja slika)


4. SREČANJE:

Na našem četrtem srečanju smo opravili preizkus naše cevi, ki naj bi delovala kot merilnik frekvence. Zasnovali smo nov, neodvisen poskus s katerim smo ovrednotili rezultate prvih poskusov določevanja frekvence, ki smo jih opravili s pomočjo naše cevi, kjer smo določili dolžino polodprte cevi in frekvence, ki pri določeni dolžini polodprte cevi nastopi v resonanci.

Naše zadnje srečanje je potekalo takole:

  •       Določevanja frekvence smo se lotili tako, da smo našo cev prosto postavili na mizo, pred odprti konec postavili izvor zvočnega valovanja – zvočnik ter na računalniku zgenerirali zvok naključne frekvence. 
  •    Frekvenco smo določali s pomočjo cevi in našega sluha, saj smo zaznali okrepitev zvoka pri določeni dolžini polodprte cevi iz česar je mogoče izračunati kakšno frekvenco zvoka oddaja zvočnik.
  •    Neodvisni poskus, ki je bil popolnoma ločen od cevi pa je izgledal tako, da smo s pomočjo mikrofona in vmesnika (LabPro, LabQuest2) neodvisno od cevi izmerili frekvenco, ki jo oddaja zvočnik.
  •    Rezultate oz. frekvence ki smo jih določili sami s pozornim poslušanjem smo primerjali z rezultati pridobljenimi z neodvisnim poskusom. Od začetka smo bili preveč nestrpni in smo namesto prve lastne frekvence naleteli na drugo, zaradi česar se nam rezultati cevi in neodvisnega poskusa niso ujemali. Ko pa smo postali bolj pozorni in umirjeni, smo zbrano s posluhom določili frekvenco v cevi, ki se je znotraj napake ujemala s frekvenco, ki smo jo pridobili z neodvisnim poskusom. To je bilo za nas veliko olajšanje saj smo se tako prepričali, da naša naprava – cev deluje!