Látogatóközpont Labor Installációk Tartalom

Átírás

1 Látogatóközpont Labor Installációk Tartalom Ferrofluid a mágnesezhető folyadék... 2 Érintsd meg a békát! (3D illúzió homorú tükörben)... 3 Tesla-transzformátor... 4 Teremin varázsolj hangokat!... 5 Bermuda henger... 6 Légörvény-ágyú... 7 Labda-egyensúlyozás levegőben... 8 Hangeffektek, késleltető... 9 Örvényáramú fék Nehézségi erő a Földön, a Holdon és a Marson Plazmagömb Parabolikus hangtükör Polarizáció... 14

2 Ferrofluid a mágnesezhető folyadék Változtasd az elektromágnes áramát a forgatógomb elforgatásával! A tálban lévő sötét folyadék felmászik a spirálon, és közben különféle csúcsos mintákba rendeződik. A tálban nagyon finom, nanoméretű vasszemcséket tartalmazó folyadék ferrofluid van. A tálka alatti szürke henger egy elektromágnes, vagyis egy feltekercselt dróthuzal, amelynek áramát a forgatógombbal lehet szabályozni. A tekercsben folyó áramtól a tálban lévő vaskúp felmágneseződik, és a folyadékot magához vonzza. A folyadékfelszín alakját a mágneses mező és folyadékrészek közötti kohéziós erő együttesen alakítja, úgy hogy minden részen az ébredő erők kiegyenlítsék egymást. Ennek eredménye a különleges, csúcsos alakzatok, amelyet a ferrofluid felvesz, addig, amíg az elektromágnest ki nem kapcsoljuk.

3 Érintsd meg a békát! (3D illúzió homorú tükörben) Nézz rá az eszközre és próbáld megsimogatni a békát! A béka ott nem létezik, ahol látod. A kettős tükör alján van valójában. A béka felületéről kiinduló fénysugarakat a két szembefordított homorú tükör újra egyesíti a látott helyen. Onnan ismét széttartó sugarak indulnak ki, mintha egy tárgy lenne ott. A szemünk (vagyis tulajdonképpen az agyunk, amely összerakja, értelmezi a szemeinkből érkező ingerületeket) ott véli látni a testet, ahol a szemünkbe jutó fénysugarak kiindulni látszanak. Ezért érzékcsalódás minden tükröződés (a tárgyak valójában nem ott vannak).

4 Tesla-transzformátor Nézz fel a ketrecben látható berendezésre! A tekercs gyűrűjéről szikrák indulnak el, miközben különböző magasságú hangot hallunk. A ketrecben elhelyezett fénycsövek közben világítanak. A ketrecben egy százezer volt feszültséget keltő berendezés, a Tesla-transzformátor van, amely a hálózati feszültségből állít elő. A keletkező hatalmas elektromos mezőben a levegő vezetővé válik, szikrakisülések indulnak el, épp úgy, ahogy a villámokban. A közelben lévő fénycsövekben a gázmolekulákat mozgatja meg a hatalmas tér, amelyek ettől fényt bocsátanak ki. A Tesla-transzformátor feltalálója Nikola Tesla volt, aki ennek segítségével elektromos energiát akart továbbítani vezetékek nélkül. Ma már tudjuk, ez nem lehetséges, ám a berendezést számtalan formában újraépítik ma is, szinte versenyezve, hogyan lehet minél kisebb berendezésből mindnél nagyobb szikrát kinyerni. A berendezés a transzformátor elvén működik: egy feltöltött kondenzátor a primer tekercsre egy szikraközön keresztül kisül, a tekercsben így rezgések alakulnak ki. Ennek hatására a tízezer menetből álló szekunder tekercsben hatalmas feszültség indukálódik. A hatás fokozható, ha a két kör rezonanciában van. Manapság ilyen ez a készülék is a szikraközöket félvezetők helyettesítik, így a kisütés ismétlődése kívülről vezérelhető, így tud változó magasságú hang létrejönni a kisülés során, ami lehet egy zeneszám is.

5 Teremin varázsolj hangokat! Állj a készülék elé, és a kezeiddel közelíts a vízszintes U alakú és a függőleges oszlopszerű antennákhoz. Bal kezeddel, ha elég közel tartod a hangerősséget (minél közelebb annál hangosabb), jobb kezeddel pedig a hang magasságát tudod változtatni. Léon Theremin találmánya a Teremin, egyike az első elektromos hangszereknek, amelyet a hangszer megérintése nélkül is meg lehet szólaltatni. Minél magasabb a hangrezgések rezgésszáma, más néven frekvenciája, annál magasabb hangot hallunk. A készülékben elektronikus rezgéskeltők (oszcillátorok) vannak, az egyik frekvenciája állandó, a másiké kismértékben megváltozik, ha a kivezetett fémes pontjához közelítünk. Az oszcillátorok rezgésszámainak különbsége az előállított hang a frekvenciájával adja meg.

6 Bermuda henger A pumpával fújj levegőt a vízoszlopba! Ha elég intenzív a pumpálás, a hajó süllyedni kezd. A folyadékban egy test akkor úszik, ha sűrűsége (átlagsűrűsége!) kisebb, mint a vízé. Azzal, hogy levegőbuborékokat juttattunk a vízbe, a víz átlagsűrűségét csökkentettük le, a hajó sűrűsége így már nagyobb, mint a fenntartó folyadéké, és a hajó elsüllyed. Az óceánok fenekén sok helyen vannak vulkánok, azaz repedések a Föld kérgén, ahol kibuggyan a forró, több ezer fokos láva. Ez felforralja a vizet, és más gázok is keletkeznek, amelyek buborékok formájában a felszínre törnek (hasonlóan, mint a mi kísérletünkben). Ez lehet az egyik magyarázata az Atlanti óceán egyik területén, a Bermuda háromszögben bekövetkezett rejtélyesnek látszó hajószerencsétlenségeknek. Ezért neveztük eszközünket Bermuda hengernek.

7 Légörvény-ágyú Célozd meg a kis asztalkán lévő műanyag poharat, húzd hátra a fogantyút, majd engedd el! Ha jól céloztál, a pohár lerepül az asztalkáról. Ha nem találtad el, figyeld, meg hogy a céltáblán hol mozdulnak meg a bolyhok? Oda lőttél. Célozz újra es lőj! Figyeld meg, hogy a lövés után hány másodperc elteltével ér célba a léglövedék! Ha füsttel töltjük meg az ágyút, akkor láthatók lesznek az örvénygyűrűk füstkarikák formájában. Ekkor megfigyelhetjük azt is, hogy haladó mozgásuk közben növekednek is a karikák. Mikor elengeded a fogantyút, a fólia előre csapódva lendületbe hozza a csőben lévő levegőt, melynek egy része a nyíláson kiáramlik. Az itt lévő éles peremen örvény képződik. A kialakuló örvénygyűrű hosszan megmarad, miközben előre halad. Ez borítja fel a poharat, és rezgeti meg a céltábla bolyhait. Az ágyúból kiáramló levegő irányába haladó örvény azért tud megmaradni több másodpercig, mert a benne nagysebességgel körbeáramló kisnyomású és így hígabb levegőben kicsi a súrlódás. Az örvényben gyorsan körbeáramló levegő dönti fel a poharakat, lebbenti meg a szalagokat.

8 Labda-egyensúlyozás levegőben Helyezd a labdát a légáram útjába! Figyeld meg a labda mozgását, lebegését! Hol kell elengedni a labdát, hogy biztosan a levegőben maradjon? Hol és mikor esik ki a labda a légáramból? A kör alakú nyíláson gyorsan kiáramló levegő tartja fenn a labdát. Az áramló levegő felfelé ható nyomóereje tart egyensúlyt a Föld gravitációs erejével. Oldalt azért nem esik le a labda, mert a légáram szélénél lassabban áramlik a levegő, és ennek nagyobb a nyomása, mint a középütt gyorsabban áramló levegőnek. A nyomáskülönbségből adódó nyomóerő a légáram közepe felé nyomja vissza a labdát.

9 Hangeffektek, késleltető Foglaljatok helyet a székeken, tegyétek fel a fejhallgatókat, és próbáljatok beszélgetni egymással! A saját és a partnered hangja meglehetősen késéssel jut a fejhallgatóba, mintha nagyon messziről beszélnétek egymással. Ráadásként még visszhangot is hallasz, így különösen nehéz a párbeszéd. Egy idő után, a hangok káoszában már egyáltalán nem tudtok beszélgetni. A mikrofonok egy miniatűr stúdióhoz csatlakoznak, ahol elektronikusan egy áramkör tárolja el a hangot, majd többször, visszhangszerűen lejátssza. Agyunk egy idő után nem képes ezeket az információkat feldolgozni, ezért hamar elveszítjük a beszélgetés fonalát. Ilyen hanghatásokat a zenészek használnak, effektgépeikkel tudják például a gitár hangját jellegzetesen zengővé vagy hápogóvá tenni.

10 Örvényáramú fék Emeld fel a gyűrűt, és engedd el a cső felső végénél! A gyűrű anélkül, hogy az alumíniumcsőhöz érne, a vártnál lassabban esik le. A gyűrűben erős állandó mágnesek vannak, amelynek mágneses mezője átjárja az alumínium csövet. Esés közben a csőben a változó mágneses mező feszültséget kelt, amitől a csőben áram folyik ezt nevezzük örvényáramnak, ettől a cső maga is mágnessé válik, és vonzani fogja az eső gyűrűt. A mágneses kölcsönhatás miatt a gyűrű lassabban esik le, mintha szabadon esne.

11 Nehézségi erő a Földön, a Holdon és a Marson Emeld meg a Föld, Hold és Mars feliratú egyébként egyforma - súlyokat! Tartsad meg, majd mozgassad oldalirányban őket! A tárgyak különböző súlyúnak mutatkoznak (a gumikötél jóvoltából), tartani kettőt lényegesen kisebb erővel lehet (a Mars kb. fele, a Hold hatoda a Földi súlynak). Az oldalirányú mozgatásnak azonban hasonlóan állnak ellent, vagyis ugyanakkora sebességre való gyorsításukhoz ugyanakkora erőlökés kell. A testekben lévő anyagmennyiségnek két lényegében különböző tulajdonsága van. Az egyik, hogy egy másik test (esetünkben a Föld) vonzza, ez a testek súlya. A másik tulajdonsága a tehetetlensége, vagyis, ha ugyanakkora erővel hatunk különböző tömegű testekre, a gyorsulásuk fordított arányban áll a tömegükkel (Newton II. axiómája). Ha egy másik égitestre megyünk, annak más a tömege, más erővel vonzza ugyanazt a testet, vagyis más a súlya. De a tehetetlensége nem változik, a gyorsításnak ugyanúgy ellenáll, mint a Földön. A kísérletben a gumikötél ereje kompenzálta a Föld -höz képesti súlykülönbözetet a Hold és a Mars egyébként egyforma testeken.

12 Plazmagömb Nyomd be a piros gombot! A gömb belsejéből minden irányban kis villámok indulnak ki a gömb falához. Ha kezünket a gömbre helyezzük, a villámok oda húznak. A készülék belsejében egy elektronikus egység V feszültséget állít elő, ez kapcsolódik az üveggömb középpontjában lévő elektródhoz. A gömbben kisnyomású gázkeverék van, amelyben a nagyfeszültség hatására elektromos kisülések keletkeznek: a semleges atomok ionokra és elektronokra szakadnak szét, áramvezető csatornák alakulnak ki. Itt az atomok gerjesztődnek, és a felesleges energiájuktól fény formájában szabadulnak meg, ezeket látjuk szikraként. Ha tenyerünket az üvegre helyezzük, a kisülés a testünkön keresztül történik, nagyon kevés áram folyik a bőrünkön át, ám ez veszélytelen: ún. nagyfrekvenciás áram folyik, ami nem hatol a testünkbe, csak a testfelületünkön, ezért érezzük a melegedést.

13 Parabolikus hangtükör Két parabola hangtükör van a teremben. Egyik társad halkan beszéljen bele a magasban lévő parabolikus hangtükör fókuszpontjához vezető cső végébe. Ezzel egy időben tedd a füled a teremben lévő másik hangtükör fókuszpontját jelölő gyűrűhöz. Majd cseréljetek! Te beszélj a lenti parabola hangtükör fókuszánál, s társad hallgassa a cső végén, amit mondtál. Figyeld meg, hogy csak a fókuszpont közelében hallod jól a társadat. Ha máshonnan beszélsz, akkor társad hiába hallgatódzik jó helyen. Azt is megfigyelheted, hogy a magasabb hangokat jobban hallod. Ha nagy a zaj, akkor természetesen hangosabban beszéljetek. A zajból ekkor is kiemelkedik társatok hangja, ha jó helyen, a fókusznál van a füle. A parabolikus hangtükör fókuszából kiinduló hanghullámok a parabola felületéről visszaverődve párhuzamos nyaláb formájában haladnak a másik parabola hangtükör felé. Erről a fókuszpontja irányába verődnek a hanghullámok. Az így összegyűjtött hangot halljuk ott meg. A teremből máshonnan érkező hangokat nem gyűjti össze a parabolikus hangtükör, ezért ezeket a hangokat nem rajta keresztül, hanem közvetlenül halljuk.

14 Polarizáció Fordítsd el a középső ablakot (polarizátort) úgy, hogy a legkevesebb fény haladjon át rajta (legsötétebb legyen az ablak)! Ezután alulról tedd be a fényforrás elé az ott található tárgyakat (vonalzó, fólia, plexi idom, szemüveg)! A tárgyakon színes csíkok jelennek meg. Görbítve a plexi idomot, változik a csíkok helye, színe. Minden hullámban valamilyen rezgés terjed a térben. A fényben gyorsan rezgő elektromos és a mágnesen tér terjed, és ezeknek a rezgéseknek iránya van: merőleges a terjedés irányára (és egymásra is). Az egyforma rezgési irányú fényt nevezzük polarizáltnak. A természetes fény általában nem polarizált, vagyis mindenféle rezgési irányú összetevő jelen van (keverék). A polarizátor olyan eszköz, amely kiválaszt egy rezgési irányt, a másik komponenst elnyeli (vagy visszaveri). Ha egy másik polarizátort úgy forgatunk el, hogy az első által kiválasztott rezgési irányra merőlegesen álljon (keresztezett polarizátor pár), nem jut át fény (vagy csak nagyon kevés). Ha a kettő közé átlátszó tárgyakat helyezünk, azok megváltoztatják az első polarizátoron átjutott tisztán poláros fény polarizációs állapotát, mégpedig a fény színétől függő mértékben. Ugyanis a szilárd anyagok legnagyobb részében belső feszültségek vannak, (például üvegben a készítésekor gyors lehűtés miatt, vagy a plexiben külső erőhatások eredményeként) amelyek irányokat jelölnek ki az anyagban. Ezekben az irányokban a fény terjedési sebessége a polarizációs iránytól függ, és az anyagból kilépve erősítik, vagy kioltják egymást, színes csíkok keletkeznek, mutatva a belső feszültségek elhelyezkedését az tárgyakon belül.