Årskurs: 7-9, Gymnasiet
Ämnesområde: Ljus och ljud, Våglära och optik

Det här experimentet visar hur olika föremål reagerar, beroende på storlek och styvhet, när de utsätts för skakningar med skilda frekvenser. Resultatet ger bland annat en förklaring till varför inte alla hus rasar vid en jordbävning. 

Material

• En bit kartong cirka 10 x 30 centimeter.
• Ett papper i A3-format. Helst något styvare än vanligt kopieringspapper.
• Tejp.

Tillverka

(15 minuter eller mindre)

Klipp ut fem stycken remsor, tre centimeter breda, ur A3-pappret. Låt den längsta remsan vara lika lång som pappret och gör sedan de följande remsorna cirka 8 centimeter kortare än den föregående. Tejpa ihop remsorna till ringar och fäst därefter ringarna på kartongen, se bilden ovan.

Experimentet

(5 minuter eller mer)

Skaka kartongen med ringarna fram och tillbaka i sidled. Starta mycket långsamt och öka sakta farten så att du skakar allt fortare.

Som du märker kommer ringarna att svänga kraftigt (i takt med skakningarna) vid skilda frekvenser. Den största ringen kommer i svängning först, följd av den näst största och så vidare. Den minsta ringen börjar svänga vid högst frekvens.

Skaka snabbare
Fortsätt skaka kartongen allt snabbare och lägg märke till att den största ringen börjar att svänga snabbt igen. Varje ring kommer att svänga vid mer än en frekvens men ringarnas utseende när de svänger kommer att skilja sig åt vid de olika frekvenserna.

Ringarna kommer också att ha skilda resonansfrekvenser om du skakar kartongen uppåt och neråt i stället för åt sidan.

Vad händer?

Den frekvens där ringarna har lättast för att vibrera (resonansfrekvensen) bestäms av flera olika faktorer, bland annat ringens massa och papprets styvhet. Om pappret är styvt får ringarna en högre resonansfrekvens medan en ring som är tyngre har en lägre frekvens.

Den största ringen har den största massan och den minsta styvheten och därför också den lägsta resonansfrekvensen. Sett på ett annat sätt - den största ringen har större tröghet när det gäller att reagera på kraften som vill sätta den i rörelse.

Jordbävningens frekvens
Under en jordbävning kommer två byggnader av olika storlek att reagera mycket olika på markens vibrationer beroende på hur byggnadens egen resonansfrekvens stämmer överens med de frekvenser som jordbävningens krafter skapar. Byggnadens styvhet - som bestäms av hur den är konstruerad och vilket material den är byggd av - är förstås lika betydelsefullt i sammanhanget som byggnadens storlek.

Hör frekvensen
Om du vill höra den frekvens som du skakar kartongbiten med, är det ganska enkelt fixat.

Tag ett tjockt sugrör och klipp till det så att det blir lika långt som kartongbiten är bred (10 centimeter). Lägg en liten pärla i sugröret och tejpa pappersbitar för sugrörets båda ändar. Tejpa fast sugröret längs kartongens kortsida. När du nu skakar kartongbiten "knackar" pärlan på sugrörets ändar med samma frekvens som skakningen.

(Materialet ingår i Science Snacks och är översatt av NRCF med tillstånd av The Exploratorium, San Francisco. Besök deras hemsida för mer inspiration, ny flik)