2013年1月15日

科學玩具-聲學-手搖鼓罐


小時候唸書的記憶,也許不是很鮮明,讀過哪些文字,或許會遺忘、遺漏,但大腦中儲存記憶的地方,常會把文字轉換成畫面、聲音,讓人可以回味再三。
不起眼的自製發聲工具,卻是讓人一聽就知道是誰來了的正字標記

其中一個印象最深的畫面與聲音就是「咖啦咖啦~咖啦咖啦~拍唐古下啊~酒瓶倘賣否」,一個騎著車的老伯,手拿著他自製的手搖鼓罐,沿街叫喊,收購各家各戶不需要的資源回收物品,這個聲音和賣冰淇淋的「叭噗~叭噗叭噗~」並列為最讓我印象鮮明的童年記憶。

以前的年代,講究DIY,什麼東西都可以自己做,所以組合回收物中的材料,便可以做出各式各樣的玩具和道具。這種會發聲的手搖鼓罐,結合了聲音、能量和力矩的概念在裡面,不需要過多的原理認知,只是透過簡易的組合方式,就能將科學融合在生活裡。
這裡是發聲的地方,圓滾滾的罐身,形成了最易取得的共振裝置
聲音在裡面經過加成相長之後,傳出來的聲音比單純的拍打鐵片大很多

首先是聲音部分,利用到的是共振箱。如同我們敲音叉及附有箱子的音叉時,就可以比較出來,有共振箱的聲音效果大得多。這也就是為什麼絃樂器的弦線後面都會裝有共振箱的道理,有放大且集中能量的效果。吉他、小提琴、二胡及月琴都可以發現其蹤跡。

那為什麼不用其他材質的罐子呢?這就跟罐子本身的硬度、音色、發聲頻率和易將聲音反射(也就是吸音的比例較少)有關,使用效果以堅硬的金屬罐較佳。
為什麼一搖就會持續發聲?這跟木桿上的小橫桿數目有關哦
橡皮筋中間有個像翹翹板的木片,它的功用是什麼?

再者,則是其不斷發聲的機制。聲音是因為在空氣中的物體快速振動而產生,因此要去敲打金屬罐使其振動。但收舊物的老伯如果邊喊叫、邊騎車又邊敲罐子,那可能需要多出幾隻手來,不然就要另想它法。手搖是一個不錯的方式,因為兩手可以搭在龍頭上,邊搖邊騎不致影響行車安全(其實依這種車的行車速度,要發生車禍也很難啦)。
橡皮筋中間的木片則是在小橫桿和金屬罐中起了連結的作用
但最主要是由它來執行敲打的任務

因此在木桿上加裝鐵絲,鐵絲再連接到罐子上,以及橫向延伸出四支小橫桿,負責撥動木片。這個部分是將旋轉與力矩的觀念融在裡頭,當小橫桿順時針旋轉,就能將木片一端壓下,而使另外一端抬起。當小橫桿繼續轉過去後,木片便能敲打金屬罐,因為有四支小橫桿,所以每轉一圈就會敲四下。
這是另外一種復刻版的手搖鼓罐
比較一下和上面那一組最大的差異在那裡吧

裝置裡還有數條橡皮筋纏繞著一片木片,捲動的橡皮筋中儲存了彈力位能。當小橫桿的作用力出現時,就會使木片旋轉,使得橡皮筋伸長,獲得了跟形變量有關的彈力位能;而當小橫桿作用力消失時,彈力欲使橡皮筋恢復成原狀,所以帶動著木片一起反向旋轉,因此可以敲打金屬罐。
最大的差別在於罐身長度
因為共振箱長度不同,發出來的聲音響度也不一樣哦

復刻版做的供就沒那麼紮實了,只有一條橡皮筋纏繞在木片上
不過維修起來也比較方便就是了

我們的生活中,有很多聲音會和記憶一起被掩埋住,稍不注意就會覆蓋上一層厚厚的灰。當我們再想起時,就需要用心的再挖掘。當然時代背景不同,生活方式迥異,歲月和經驗的累積也不一樣,新世代的學生也許感受不到它在三十歲以上的人的地位,但身為教師,就有義務傳承這些經驗。懷舊不能只是玩玩具,而應該讓學生感受到它的生命力。

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