Kan man se lyd eller høre lys? – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Niels Bohr Institutet > Spørg om fysik > ? om Fysik > Kan man se lyd eller h...

12. februar 2014

Kan man se lyd eller høre lys?

Hej Spørg om Fysik

Jeg er en elev fra 8. klasse på Maglegaardsskolen i Gentofte, og jeg skriver til dig, fordi jeg i fysik har fået stillet en opgave, der lyder: "Kan man se lyd eller høre lys?"

Jeg kender til bølgers egenskaber, så mit spørgsmål er, om man kan manipulere med f.eks. frekvens, så det bliver muligt for mennesket at enten se lyd eller høre lys. 

Jeg håber, du vil tage dig tid til at svare på mit spørgsmål. 

Tak på forhånd. 

Med venlig hilsen
A W

Der er en række måder, man kan ”se” lyd på. For strengeinstrumenter kan man i det mindste i visse områder se strengene vibrere. Det gælder også højttalere ved lavere frekvenser, og store trommer og pauker.

Holder man et stykke silkepapir foran tonelæben på en stor (dyb) orgelpibe, vil man også kunne følge svingningen. Det man ser, er altså ikke selve lyden, men effekter fra  lydfrembringeren.

Samme type fænomen ses, når man stryger en violinbue imod en metalplade med sand eller heksemel på, hvor der er områder der ikke bevæger sig, og andre der svinger hvor sandet hopper væk.

Jordskælv

Der vil man direkte kunne se virkningerne af lyden på omgivelserne, det hele svinger med lydgiveren. Man vil der også kunne se lydbølgen gå igennem støvskyer der rejser sig.

Ultralyd i vand

Hvis man laver stående bølger imellem bundet af et kar og et ultralydshoved (ved ca. 1 MHz) kan man se de stående bølger som en lagdeling, som delvis skyldes densitetsforskelle og delvis at luft frigøres af vandet. Delingen er så klar og ensartet, at man kan bruge den som optisk gitter.

Vinglas

Vi ved, at man kan spille på et vinglas med lidt vand i ved at lade fingeren glide hen langs kanten. Når det sker, vil man kunne se bølger i vandet i det fleste tilfælde. Visse sopraner er i stand til at ramme vinglassets egenfrekvens så præcist, at det går i stykker, der ser man også lydens virkninger.

Rubens flammerør og Kundts rør

Så er der Kundts rør med korkstøv eller heksemel, hvor man afstemmer røret og samtidigt laver en kraftig tone enten med højttaler eller en glasstand med en spritklud.

Man ser der, at støvet samles i buge og knuder for lyden. På samme måde virker Rubens flammerør, hvor man har et rør med en masse sidehuller. Der ledes gas igennem, hvor man så tænder små flammer i sidehullerne. Når man sender lyd ind i røret så der opstår stående bølger, kan man se bølgelængden på flammehøjden. Bortset fra chokbølger er næsten alle disse fænomener knyttet til stående bølger.

Hænges en meget tynd metaltråd op i et glasrør sender strøm igennem tråden til den er svagt glødende, og sender man lyd ind i glasrøret så man får en stående bølge, vil molekylbevægelserne af luften bevirke at tråden køles meget, hvor bevægelserne er store. Tilpasses strømmen i tråden rigtigt, vil man få skiftevis glødende områder og mørke områder på tråden, svarende til halve luftbølgelængder i luft.

 

Lydfølsom flamme, b med lyd a uden lyd

Lydfølsom flamme

En lang gasflamme fra et snævert hul uden lufttilførsel, andet end den der kommer ind i flammen, er også lydfølsom, idet den bliver kort og uregelmæssig ved passage af lyd ved hullet. Man kan også have en membran i røret med gassen lige ved flammen, og påvirke den med lyd.

Man kan så se flammen svinge i takt med lyden i et roterende spejl. Man kan også med ultralyd i luft vise lydtryk, hvis man ophænger et let stykke papir og retter lydstrålen imod papiret, så slår papiret ud væk fra lyden. Ud af dette har man lavet en lydmåler (radiometer), hvor lydtrykket på en flade drejer en fane ophængt i en tråd.

Sonoluminescence
Med et kraftigt ultralyd-felt i væsker kan der opstå et fænomen, man kalder sonoluminescence, hvor der fra væsken afgives lyskvanter (elektromagnetisk stråling). Det sker fordi små bobler imploderer, når de eksiteres af et ultralyd-felt. Målinger viser tilsyneladende, at der under processen kortvarigt er temperaturer inde i boblen kan være over 20 000 K, men er ofte 4-5 gange mindre. Lysglimtene er kortvarige, under nanosekunder og energien 1 – 10 mW.

Mikrofon og forstærker

Endeligt bør standardmetoden nævnes - en mikrofon (der er mange principper) og en forstærker. Man kan så få lydstyrken ud som et viserudsving, man kan få lyden ud som kurver på computerskærme, eller som frekvenser ved frekvensanalyse på computerskærme, og sikkert på mange andre måder. F.eks. bruger man at styre projektøres lys, farve og retning ved underholdning ud fra lyden (diskoteker).

Elektromagnetiske bølger (lys) omsat til lyd. Her har vi de sædvanlige elektroniske metoder, radio, TV osv. Hvor vi ved hjælp af passende elektronik modtager elektromagnetiske bølger, i det mindste i området fra VLF, dvs. frekvenser omkring 10.000 Hz (bruges til kommunikation til u-både) over LF omkring 0,1 MHz, MF 1MHz, HF 10 MHz, VHF 100 MHz, UHF 1 GHz, det er også muligt at sende lyd på højere frekvenser.

Man bruger også lys til overførsel af lyd dvs. omkring 1015 Hz. Det er ikke den elektromagnetiske bølge, man får ud som lyd direkte, det er modulationen af den (forandringer i amplitude, AM og frekvens eller fase, FM). 

Tilsvarende vil den intense varmestråling fra et A-våben, uden tvivl skabe akustiske effekter, men de drukner nok i trykbølgen. I denne sammenhæng kommer mobiltelefoner nok ind på en flot plads i dag, som lydgiver med signalet overført med elektromagnetiske bølger.

Mikrobølger og Radar

Det er påvist at modulerede mikrobølger i visse tilfælde kan høres direkte, af den person der rammes. Det der sker er, at det indre øres dele (sneglen) direkte opvarmes lidt af mikrobølgen, og derved modtager signalet som om det var lyd. Det kan ske selv ved moderate effekter. Effekten optræder i det mindste imellem 02, GHz og 3 GH og karakteristisk strålingsniveau under 100 mW/cm2.

Strålingsniveauet af Radar kan være langt større) under uheldige omstændigheder kan kraftige radarsystemer endog koagulere cellerne i strålen, man har døde radarteknikere, som har været for nær antenner på ikke slukkede militære anlæg. Det er præcis den effekt der anvendes i mikrobølgeovne, ikke til at de opvarmede frikadeller skal høre noget, men til opvarmning af madvarer.

Lydspor aflæses med lys

Man kan vel også sige, at de gamle film med optiske lydspor aflæses med lys, og giver lyd ud i biografen (i dag er de fleste film med magnetiske lydspor, hvis de produceres som film). Film i dag er normalt i biograferne digitalt overført. Til hjemmebrug bruges DVD og blue-ray, det er også aflæsning af information med lys (den LASER som rammer DVD-en), og som omsættes til billede og lyd, det samme gælder musik fra DVD.

Der findes hørerapparater i dag, som er opereret ind bag øret i direkte forbindelse med det indre øre. Modtager apparatet sidder så udenfor og overfører signalet elektromagnetisk, altså lyd fra elektromagnetisk overførsel.

Aviserne har skrevet om personer med ældre metalplomber og bopæl i nærheden af store AM sendere, som direkte modtog signalet hørbart via plomberne, noget som forsvandt når plomben udskiftedes. Jeg har desværre ikke kunnet få disse nyheder bekræftet, og der er tilsyneladende ingen grundigere undersøgelser (det skulle da være licenskontoret). Da AM senderne efterhånden ikke bruges så meget mere, i alle tilfælde ikke med stor sendeeffekt, er det nok noget, som forsvinder.

Med venlig hilsen
Malte Olsen

PS. H.C. Ørsted arbejdede også med lyd, (såvel som elektromagnetisme) se nedenfor:

Forblad på skriftet

 

Chladniske figurer af Ørsted