Svar:
Begreppet resonans definieras som:

Resonans är ett allmänt fenomen hos oscillerande eller vibrerande system som innebär att även en svag periodisk yttre störning (pådrivande kraft) nära systemets egenfrekvens kan leda till att systemets svängningsamplitud, accelerationer och energiinnehåll ökar kraftigt. Ökningen beror av frekvensen och blir maximal då frekvensen är nära lika med det odämpade systemets egenfrekvens. Resonans

För att förstå resonans ska vi ta ett enkelt exempel. Ett barn gungar och någon "puttar på". Gungan svänger av sig själv med en viss takt (se fråga [14065] för perioden för en plan pendel). För att "påputtningen" ska vara effektiv måste den ske i takt med gungans svängningsrörelse i samma riktning som gungans rörelse, alltså en gång per svängning (eller alternativt en gång på N=2,3,4... svängningar). Då överförs energi till gungan och utslaget ökar. Om man puttar på i otakt är det lika sannolikt att man bromsar rörelsen, så puttandet blir i medeltal utan effekt.

Alltså: Vill man överföra energi till ett svängande system så ska man göra det i takt med systemets egen svängning.

Experiment: Håll nere en tangent på ett piano så att det inte låter något. Slå sedan på andra tangenter och se när du kan få strängen på den nedtryckta tangenten att låta!

Nu till stämgaffeln. Svängningarna från stämgaffeln sätter igång svängningar i resonanslådan. Energin till detta kommer från stämgaffeln. Resonanslådan har mycket bättre kontakt med luften än stämgaffeln (ytan är ju större), så överföringen av energi från stämgaffeln till luften (ljud) blir effektivare med en resonanslåda.

Testa: Undersök hur länge en stämgaffel ljuder om den är respektive inte är kopplad till en resonanslåda.
/Gunnar O/lpe 1998-11-06

Svar:
Det var en intressant fråga Du kommer med! Vi tycker det är roligt när man som Du observerar intressanta saker som har fysikanknytning i vardagen.

Det är inte lätt att finna någon enkel förklaring till fenomenet. Men låt oss gå igenom tänkbara orsaker. När chokladen hälls i koppen så värms koppen upp. Testa om fenomenet är kvar även om Du väntar någon minut med att börja knacka.

Sedan kan det naturligtvis bero på ljudets utbredning genom choklad eller vägg innan det når luften. Kanske knackar Du bort ett lager chokladpulver på botten?

Det enda råd vi kan ge Dig är att fortsätta att knacka och systematiskt gå igenom olika tänkbara alternativ och fundera ut "knackstrategier" som särskiljer de olika alternativen. Lycka till!

Tillägg 13/9/2008:

Jag har utfört lite muggknackningsexperiment. Det är inte helt lätt att höra hur tonen ändras - man bör nog ha ett bra musiköra!

Vad är det som bestämmer vilken ton (frekvens) man hör? Jo, muggen har en egenfrekvens precis som en stämgaffel. När man slår på en stämgaffel får man alltid samma frekvens - den ton som stämgaffeln är tillverkad för. Muggen är inte lika optimerad för en frekvens som stämgaffeln, men den har en viss huvudfrekvens som dominerar.

När man fyller en mugg med varm vätska och omedelbart börjar slå på den med en sked, så hör man tydligt att frekvensen ökar. Detta beror säkert på att muggens elasticitetsegenskaper ändras med den ökande temperaturen. När muggen nått sin jämviktstemperatur blir frekvensen konstant.

Om man rör om vätskan med skeden och slår på muggen, finner man att frekvensen minskar något. Uppenbarligen påverkas egenfrekvensen av att vattnet roterar. Det är emellertid inte klart varför frekvensen minskar. Kanske kan man se det så att en stående våg som bildas i vattnet tvingas rotera och blir därmed utsträckt. Större våglängd motsvarar lägre frekvens.

Tillägg 7/12/2013:

I Hot_chocolate_effect och länk 1-2 ger man förklaringen att ljudhastigheten beror på hur mycket bubblor som finns i vätskan. Länk 2 är ett mycket omfattande arbete av Frank Crawford, Berkeley med sammanfattningen:

The "hot chocolate effect" was investigated quantitatively, using
water. If a tall glass cylinder is filled nearly completely with water and tapped on the bottom with a softened mallet one can detect the lowest longitudinal mode of the water column, for which the height of the water column is one quarter wavelength. If the cylinder is rapidly filled with hot tap water containing dissolved air the pitch of that mode may descend by nearly three octaves during the first few seconds as the air comes out of solution and forms bubbles. Then the pitch gradually
rises as the bubbles float to the top. A simple theoretical expression for the pitch ratio is derived and compared with experiment. The agreement is good to within the ten percent accuracy of the experiments.

Huvudmoden för ljudet är en kvarts våglängd. Våglängden l är konstant. Om ljudhastigheten v minskar så blir alltså även frekvensen f mindre (v=lf). När det bildas bubblor sjunker alltså ljudhastigheten och därmed frekvensen. Bubblorna försvinner sedan efterhand (stiger till ytan), ljudhastigheten ökar och frekvensen ökar.

Eftersom det kan bildas bubblor på flera olika sätt är denna förklaring mycket generell.

Se även nedanstående video, och länk 1-2 nedan.


/GO/Peter Ekström 1999-06-27

Svar:
Det är mycket svårt att göra gymnasieexperiment som visar dopplereffekten
för ljus. Med ljud däremot går det bra. En enkel demonstration är att
hänga upp en högtalare så att den kan pendla fram och tillbaks. Anslut en
tongenerator och ställ Dig framför högtalaren och lyssna på tonhöjden.

Sedan kan Du göra mer noggranna försök genom att mäta frekvensen med hjälp av ett oscilloskop.

Se vidare nedanstående länk.
/GO 1998-03-01

Svar:
Ultraljud är vanligt ljud med hög frekvens. Man kan säga att tonen är så
hög att man inte kan höra den. I ultraljudsapparaten
utnyttjar man att ljud kan studsa mot ytor.

Försök Ställ dig ca 50 m från en stor vägg. Klappa händerna
eller skrik. Du hör då ett eko från väggen.

På samma sätt fungerar ultraljudet. Man skickar in ljudet i mammans mage.
Sedan studsar ljudet på fostret. Genom att mäta hur lång tid det tar för
ljudet att komma tillbaka så kan apparaten rita en bild av fostret.
/GO 1998-03-19

Svar:
Ljud är svängningar (tryckvariationer) i luften. Man anger antalet
svängningar per sekund i enheten Herz (Hz). Vi kan höra ljud mellan
ungefär 20 - 20000 Hz (från dov bas till ilsket pip). Ljud med mer
än 20000 Hz kallas ultraljud. Ljud med mindre än 20 Hz kallas
infraljud. Vi kan alltså inte höra dessa ljud, men andra djur kan.
En hund hör ljud upp till 30000 Hz, och en fladdermus ända till
100000 Hz.

Människor blir ofta störda av infraljud och känner sig trötta och hängiga även om de inte kan höra någonting av ljudet.
1999-01-20

Svar:
En sorts pip kallas tinnitusljud. Det är egentligen inte ett ljud, utan
ett fenomen som uppstår i nervsystemet. Ultraljud kan vi inte höra. Se vidare Tinnitus och Tinnitus.
/KS/lpe 1999-09-27

Svar:
För gaser är det ganska enkelt, ljudhastigheten beror på molekylernas hastighet, som i sin tur beror på temperaturen och molekylvikt, se fråga [12639]. Ljudhastigheten beror alltså inte på t.ex. densiteten som för fasta ämnen och vätskor (se nedan). Anledningen till att gaser och fasta ämnen/vätskor beter sig så olika är att i en gas är molekylerna helt fria - de påverkar inte varandra med krafter som i fasta ämnen/vätskor.

I väte och helium (lätta gaser) är ljudhastigheten 1300 m/s och
900 m/s repektive. Jämför luft, 330 m/s.

I vätskor är det inte så enkelt, där kommer krafterna mellan molekylerna in.
Liksom för gaser ökar ljudhastigheten i de flesta vätskor med temperaturen.
Vatten är ett undantag.

I fasta ämnen är det mera komplicerat, där talar man om två olika
ljudhastigheter, för longitunell våg och för transversell våg.

Longitudinell = svängningsrörelser i färdriktningen.

Transversell = svängningsrörelser vinkelrätt mot färdriktningen.

Den longitudinella vågen tar sig fram ungefär
dubbelt så snabbt som den transversella. Också här spelar bindningarna
mellan atomerna en stor roll. I en hård metall som beryllium är de två
hastigheterna 13000 m/s och 9000 m/s. I en mjuk metall som bly är de
2200 m/s och 700 m/s. Här kommer också in att beryllium är en lätt atom, medan blyatomen är tung.

För vissa fasta och flytande ämnen ges (se länk 1) ljudhastigheten av

v = sqrt(E/r)

där E är elasticitetsmodulen och r är densiteten. Uttrycket stämmer t.ex. mycket bra för vatten. För fasta ämnen tillkommer dessutom komplikationen att ljudhastigheten är olika i olika riktningar.

Hur kan man förstå ovanstående uttryck åtminstone kvantitativt? Föreställ dig en löst spänd gitarrsträng. Den svänger med en låg frekvens f. Eftersom v = fl där l är våglängden (som för grundtonen är 2L där L är strängens längd), så blir utbredningshastigheten låg. Om vi spänner strängen hårdare blir f högre, l är detsamma, så v blir högre. Spänningen i strängen motsvarar elasticitetsmodulen E.

På motsvarande sätt motsvarar densiteten r massan hos stängen. Det vill säga att hög densitet gör svängningen långsammare (tänk på de olika tjocka men lika långa gitarrsrängarna).

För elastiska material med låg densitet (t.ex. järn) är alltså ljudhastigheten hög, medan den för icke elastiska material med hög densitet (bly) är låg. Se länk 2.

Se vidare Sound och Speed_of_sound.
/KS/lpe 2000-01-14

Svar:
Jo, man kan i princip tänka sig att ta bort ljud med motljud, men det är inte helt lätt. Ett ställe där man faktiskt försöker ta bort buller är i flygplan (fast i allmänhet bara i förstaklass-kabinen). Här kan man sätta på sig ett par hörlurar som på utsidan har små mikrofoner som registrerar vilket buller som finns på just den plats där du sitter. Detta ljud skickas till en apparat som skapar precis det "motljud" som behövs för att släcka ut bullret. (Man kan också säga att apparaten "vänder uppochner" på ljudsignalen.) Motljudet sänds sedan ut i dina hörlurar och det blir så gott som helt tyst. På fackspråk kallas fenomenet för "aktiv bullerreduktion". Se vidare Active_noise_control.
/KS/EN 2002-10-15

Svar:
Man ska i princip ha glasets grundton. Man knäpper på ett glas och
spelar in ljudet med en bra bandspelare. Om man sedan spelar upp ljudet
med kraftig förstärkning, kommer glaset i svängning. I värsta fall
kan det spricka om man får det att svänga tillräckligt mycket. Man kan även söka efter grundtonen med en tongenerator. Tyvärr passar mormors finaste kristallglas bäst för detta experiment :-), billiga köksglas är alltför "sega"!

Se länk 1 för mer om resonans i vinglas. Länk 2 är en artikel om operasångare som spittrar glas. Nedanstående video verkar autentisk, men man vet aldrig. Observera att mannen tar reda på resonansfrekvensen genom att knäppa på glaset.


/KS/lpe 2000-12-07

Svar:
Hela tiden när planet flyger över ljudhastigheten, åstadkommer det en ljudbang
på marken. Man kan likna det vid en konformad bogvåg, som uppstår vid planet,
och når marken en bit bakom planet. Närmast planet uppstår en så kallad
chockvåg. Det är en våg med högt övertryck, som rör sig snabbare än ljudet,
och som avger energi till luften. Energin tas från planet, som måste kompensera
med starkt motorpådrag. Det är jobbigt att flyga snabbare än ljudet. Ett
tiotal meter från planet omvandlas chockvågen till en vanlig ljudvåg.
Det är alltså vanligt ljud som når marken.

En utbredd missuppfattning är att det smäller när planet går genom "ljudvallen".
Detta är för övrigt ett mycket olyckligt ord, som för tankarna åt fel håll.
Den maffiga bild som visas nedan (Ensign John Gay, USS Constellation, US Navy, se länk 1), har publicerats i vissa tidningar
som ett "fotografi av ljudvallen". Det är naturligtvis helt galet. Bakom
chockvågen förtunnas luften. Mindre lufttryck betyder enligt den allmänna gaslagen lägre temperatur. Om luftfuktigheten är den rätta,
kondenseras vattenångan, och man får ett stationärt moln, som följer planet. Texten i sajten är korrekt.

Se vidare Ljudvallen.

/KS/lpe 2001-04-12