Stämgaffel
Stämgaffeln är ett enkelt redskap för att frambringa en fast tonhöjd. Den består av en U-formad metallbit med ett litet handtag och två långa skänklar. När gaffeln slås mot något sätts skänklarna i vibration, vilket skapar en svag, sinusliknande ton. En stämgaffel ger efter en tid ifrån sig bara en frekvens, vilket gör den lämplig att ge referens- eller stämton då man stämmer instrument och för att ge ton vid a cappella-sång. Stämgaffeln uppfanns av den engelske lutspelaren John Shore år 1711. Eftersom stämgaffeln inte har någon egentlig resonanskropp är ljudet från den mycket svagt. För att uppfatta tonen måste den hållas nära, eller mot huvudet. Ett vanligt sätt är att hålla den mot kindbenet. Detta gör att den kan användas under pågående konserter utan att höras för publiken. Man kan också placera gaffeln mot något som ger resonans, till exempel en låda. Lådan fungerar då som ett slags förstärkare till ljudet från stämgaffeln. I sångsammanhang har stämgaffeln stor användning, medan dess funktion vid stämning av instrument allt oftare ersatts med stämapparater. Den vanligaste frekvensen är 440 Hz, men även varianter i 442 eller 444 Hz förekommer. Samtliga dessa tre används för att intonera ett ettstruket a. Andra tonhöjder förekommer sporadiskt. f är stämgaffelns frekvens. A är arean på området mellan skänklarna. l är längden på skänklarna. E är materialets elasticitetsmodul. ρ är materialets densitet.
Våg (instrument)
En våg är ett mätinstrument som beroende på utformning används för uppmätning av antingen tyngd eller massa (vikt). Andra principer för mätning av massa, oberoende av tillgång på ett gravitationsfält, är tänkbara. De förutsätter mätning av kraften och samtidigt våggodsets acceleration med tillämpning av Newtons andra lag. I en praktisk tillämpning som har använts för mätning av mycket små massor fästs våggodset vid en skänkel på en stämgaffel och ändringen av stämgaffelns frekvens används för att bestämma våggodsets massa. Med en enkel fjädervåg används av en eller flera fjädrar för att bestämma ett föremåls tyngd. Ju tyngre mätföremålet är desto mer tänjs fjädringen ut. Detta kan sedan avläsas på en skala. Fjädervågprincipen med mekanisk mätning av uttänjningen hos en fjädring används ofta i fiskevågar och analoga hushållsvågar. Elektroniska hushållsvågar och butiksvågar är fjädervågar, där uttänjningen mäts med trådtöjningsgivare, vars mätdata elektroniskt omvandlas till siffror, som förs över till en bildskärm. Samma princip används för moderna fordonsvågar och för att mäta andra mycket stora vikter, t ex belastningen på broar. En balansvåg bär upp en vikt i vardera änden på en stång (vågbalken, uppdelad på två vågarmar) som är upphängd så att den kan vrida sig lätt kring en axel mellan vikterna. Stången kan till exempel ligga på en egg. Den ena vikten är det som ska vägas. Den andra är känd och används som referens. På balansvågar med fasta vågarmar varieras referensvikten genom att man lägger till och tar bort vikter från en skål eller liknande, tills stången har kommit i balans. Om man känner vågarmarnas längd och vågen obelastad är i balans kan våggodsets massa beräknas, eftersom våggodset och referensvikterna ger lika vridmoment med motsatt riktning (vridmomentet är produkten av momentarmen och kraften, skalärt eller kryssprodukt). Detta kan formuleras som hävstångsprincipen. Om vågarmarna är lika är våggodsets vikt lika med referensvikternas. En annan princip är att man ändrar vågarmarnas längd för att uppnå jämvikt. Enligt hävstångsprincipen är vågen i jämvikt då produkten av vikten och vågarmarnas längder är lika på båda sidorna. Denna princip används i besman, där upphängningspunkten kan förskjutas på vågbalken. På ett besman används en vikt som är permanent fixerad vid den ena änden av vågbalken som referensvikt, och vågbalken har graderingar för avläsning av våggodsets vikt. Principen med ändring av vågarmarnas längder används också på en del hushållsvågar, där en eller två vikter förskjuts på stänger, som utgör vågarm, till dess vågen är i jämvikt. På dessa vågar är vågarmen för referensvikterna variabel, vågarmen för våggodset har fast längd. Den gamla pyndaren fungerade på samma sätt, men liknade i övrigt ett besman. En analysvåg eller apoteksvåg är en balansvåg som skall ge högsta möjliga noggrannhet och därmed vara användbara för kritiska vetenskapliga ändamål. Denna beskrivning illustreras med en antik analysvåg (från 1930-talet), eftersom vågens mekanism här är synlig och kan beskrivas tydligare. Som avslutning redogörs för skillnader mellan denna och moderna analysvågar. Analysvågar är inneslutna i ett s k kabinett (en huv), som skall skydda dem mot drag och damm, som skulle kunna störa mätningarna. I kabinettet sitter vågens olika delar monterade på en tung bottenplatta, för att i viss mån skydda mot vibrationer. För att ytterligare skydda från störande vibrationer brukar man rekommendera att analysvågar ställs upp på tunga stenbord, som inte har kontakt med bordsytan runtom. På bottenplattan finns ett vattenpass monterat för kontroll att vågen står vågrätt. Vid vågbalken är en lång vågtunga fäst, den räcker ned till foten av vågstativet. Därör den sig över en skala. Vågtungans läge på skalan visar hur nära jämvikt vågen är.
Klassisk betingning
Klassisk betingning (alternativt Pavlovsk betingning eller respondent betingning) är en typ av associativ inlärning, där en organism lär sig att koppla ihop ett stimulus med ett annat. Företeelsen har särskilt utforskats i behaviorismen. Det typiska sättet att beskriva klassisk betingning involverar ett obetingat stimulus och en obetingad respons, samt ett betingat stimulus och en betingad respons. Det obetingade stimuluset väcker en obetingad respons hos organismen utan att någon tidigare inlärning har orsakat detta, vilket kallas för en reflex. Då ett tidigare neutralt stimulus upprepade gånger förekommer samtidigt som det obetingade stimuluset, blir det neutrala stimuluset ett betingat stimulus, som väcker den betingade responsen utan att det obetingade stimuluset förekommer. Det mest berömda exemplet på klassisk betingning är Pavlovs hundar. Ivan Pavlov forskade på salivbildning hos hundar. Hundarna saliverade naturligt då mat sattes fram. Detta kallade Pavlov för en obetingad reflex, där maten är det obetingade stimuluset, och saliveringen den obetingade responsen. Då Pavlov lät en ton klinga några sekunder varje gång innan maten togs fram, till exempel genom att slå på en stämgaffel, så kom till slut hundarna att salivera även då enbart tonen hördes, utan mat. Denna kallade då Pavlov för en betingad reflex. De två olika reflexerna har olika ursprung. Den obetingade reflexen har kommit till i artens evolution, medan den betingade reflexen beror på den individuella organismens erfarenheter. Man har dock kunnat visa på att organismer har vissa biologiskt bestämda tendenser att koppla ihop vissa typer av stimuli med vissa typer av responser. Till exempel har människor en benägenhet att betinga en viss maträtts smak och lukt med illamående, om illamående tidigare har förekommit i samband med att man ätit denna mat.
Ernst Chladni
Ernst Florens Friedrich Chladni, född 30 november 1756 i Wittenberg, död 3 april 1827 i Breslau, var en tysk musiker och fysiker. Chladni har ansetts som grundare av den experimentella akustiken. Han upptäckte att man kunde göra vibrationsmönster synliga. Han monterade en tunn metallskiva på en violin, strödde ut sand på skivan och såg att sanden bildade de mest fantastiska mönster när han spelade på violinen, så kallade Chladnis klangfigurer. Han visade också att mönstren korresponderade med svängningsfrekvensen hos ljudets olika klanger. Han undersökte även ljudet från stämgafflar, klockor och metallskivor. Chladni undersökte även ljudets fortplantningsförmåla i gaser och fasta kroppar. Chladni studerade även meteoriter, och utgav två arbeten, där han visade att dessa var av kosmiskt ursprung.
Blivet
Blivet, också känd som djävulens treudd eller djävulens stämgaffel, är ett omöjligt objekt och en optisk illusion. Illusionen, som betecknas som en kognitiv paradoxal illusion, förefaller att ha två stämgaffel-liknande stavar i basen, som sedan successivt förvandlas till en treudd i den andra änden. Den mest vanliga benämningen av "blivet" är att den är en paradox och en omöjlig figur. Den publicerades första gången i mars 1965 på omslaget till tidningen Mad, och har senare förekommit i en mängd olika sammanhang. Den förekom också som ett anonymt bidrag i juninumret 1964 av Analog Science Fiction, där den benämndes som en "hole location gauge", med en skämtsam kommentar om ett möjligt ursprung från en namngiven ingenjörsfirma. I USA:s armé förekom vid tiden för det andra världskriget ett talesätt som sade att en "blivet" definierades som: "ten pounds of manure in a five pound bag" (en beskrivning för något som var extremt fult eller ogörligt), det användes på olösliga uppdrag eller situationer eller på självutnämnt viktiga personer. I Cormac McCarthys novell All the Pretty Horses definierade Rawlins en blivet som, "10 pounds of shit in a 5 pound bag". Under Vietnamkriget användes benämningen för en tyngre gummiblåsa i vilken flygbränsle eller POL (petroleum, oil, and lubricants) transporterades i, då den gemensamma nämnaren var allt som (när det väl var uppackat) inte kunde bringas tillbaka i den ursprungliga förpackningen. Denna benämning för en bränsleförpackning är fortfarande i användning. I olika andra militära sammanhang i United States Air Force, till exempel i Strategic Air Command, används benämningen till en emfatisk omskrivning som refererar till "Special Weapons" vars innehav varken bekräftas eller förnekas. I programmerarkretsar refererar en "blivet" till en försmädlig händelse som dyker upp under en kunddemonstration. Bland datorsäkerhet-specialister kan en blivet avse en Denial of Service-attack uppsatt av monopoliserande begränsade resurser som inte har accesskontroller (till exempel, delat spoolutrymme i ett fleranvändarsystem). Det finns andra användningsområden i olika teknikkulturer, bland psykiatriker och hårdvaruingenjörer kan benämningen stå för ett valfritt objekt med en okänt syfte. Tidiga versioner av bildhanteringsprogrammet Adobe Photoshop använde den grafiska figuren som en plugin-ikon. Trichotometric indicator support.
Resonans
Resonans, även kallat självsvängning eller egensvängning, uppkommer när ett oscillerande eller vibrerande system driver ett annat system till att oscillera med en större amplitud vid en specifik frekvens, resonansfrekvensen. Även en svag periodisk yttre störning (pådrivande kraft) nära det drivna systemets egenfrekvens kan leda till att systemets svängningsamplitud, accelerationer och energiinnehåll ökar betydligt. Ökningen beror av frekvensen och är maximal då frekvensen är nära det odämpade drivna systemets egenfrekvens. Vid resonans kan stora energimängder överföras av det drivande systemet till det drivna systemet, vilket kan leda till skador eller driftstörningar. Ett villkor för resonans är att det drivna systemet är i stånd att lagra och med små förluster kan överföra energi mellan två eller flera lagringssätt (till exempel kinetisk energi och potentiell energi som i fallet med en pendel). Det finns dock vissa förluster från cykel till cykel, vilka kallas dämpning. När dämpningen är liten, är resonansfrekvensen ungefär lika med det drivna systemets egenfrekvens. Vissa system har flera, distinkta, resonansfrekvenser. Resonansfenomen inträffar med alla typer av vibrationer eller vågor: det finns till exempel mekanisk resonans, akustisk resonans och elektromagnetisk resonans. Resonanser har stor teknisk betydelse, bland annat ur säkerhetssynpunkt. Resonanssystem kan användas för att generera vibrationer av en viss frekvens (till exempel i musikinstrument), eller skilja ut specifika frekvenser från vibrationer som innehåller många frekvenser (som i ett filter). Om exempelvis en stämgaffel sätts i svängning och hålls mot ett bord, förstärks ljudet om någon av bordets egenfrekvenser ligger tillräckligt nära stämgaffelns frekvens. Intensiteten definieras som kvadraten på amplituden hos oscillationerna och är cauchyfördelad och denna respons förekommer i många fysiskaliska situationer som innefattar resonanssystem. Γ är en parameter som är beroende av oscillatorns dämpning och är känd som linjebredden vid resonans. Kraftigt dämpade oscillatorer tenderar att ha stora linjebredder och reagerar på ett större intervall av drivande frekvenser runt resonansfrekvensen. Linjebredden är omvänt proportionell mot Q-faktorn, som är ett mått på resonansens skärpa (resonanskurvans bredd). En sträng som vibrerar kan sätta andra strängar i resonans. Exempelvis har A-strängen vid 440 Hz en tendens att förmå E-strängen vid 330 Hz att röra sig, eftersom båda har en överton vid 1320 Hz (3:e övertonen hos A och 4:e övertonen hos E). Koto och Nyckelharpa är instrument som använder denna effekt. Speciella strängar kan användas för effekten och dessa kallas resonanssträngar. Aliquotsträng – ett strängingsystem uppfunnet av Julius Blüthner, 1873 för Piano. Vibrerande system och resonans - Läs mer om resonans i form av vibrerande system.
Akustik
Akustik är läran om ljud, främst hörbart ljud. Ljud är små vibrationer och i en vidare mening omfattar begreppet även lågfrekvent ljud (infraljud) och högfrekvent ljud (ultraljud) även om dessa inte kan uppfattas med hörseln. I fasta material talar man om strukturburet ljud. Både buller och välljud behandlas inom akustiken. Ordet akustik kommer från den klassiska grekiskans ακουστός (akoustos), som betyder att kunna göra sig hörd. En person som arbetar professionellt med akustik kallas akustiker. Begreppet "akustik" är kanske mest bekant för allmänheten som beteckning för ljudkaraktären hos ett rum. Kortfattat, kan man säga att följande parametrar har betydelse för hur ljudet i ett rum uppfattas: ljudets utbredning och dämpning, som bestäms av lokalens utformning, materialval (ljudabsorption) och stomme (konstruktion och ljudisolering av väggar, golv och tak). Grundläggande fysikaliska egenskaper för ljud behandlas inom fysikalisk akustik. Akustik i byggnader behandlas inom byggnadsakustiken och rumsakustiken, där det förra främst behandlar ljudisolering och bullerreduktion i byggnader och det senare exempelvis behandlar konsertsalars akustiska egenskaper. Musikakustik behandlar hur musikinstrument fungerar fysikaliskt. Strukturakustik behandlar vibrations- och ljudutbredning samt ljudgenerering i fasta material, medan fluidakustik (eller hydroakustik) behandlar det samma i flytande material och gaser. Elektroakustik handlar om högtalare och mikrofoner och andra gränsområden mot elektroteknik. Psykoakustik behandlar hur ljud uppfattas av den hörande. Närliggande ämnen till akustik är audiologi och mekanik, men även byggteknik, maskinteknik, geoteknik och musikvetenskap är närliggande de olika delområdena. Hörselfenomenet har troligen alltid fascinerat mänskligheten. De grekiska naturfilosoferna intresserade sig för ljud och exempelvis matematiken och fysiken bakom musikinstrumenten, exempelvis Pythagoras. Den matematiska teorin för ljudutbredning kan sägas börja med Isaac Newton (1642–1727), vars verk Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (Principia) innehöll en mekanisk tolkning av ljudet som tryckpulser under utbredning i mediet. Teori på fastare matematisk och fysikalisk grund formulerades av Euler (1707–1783), Lagrange (1736–1813) och d'Alembert (1717–1783). Samtidigt utvecklades kontinuummekaniken och fältteorin på liknande sätt och vågekvationer formulerades för funktioner av rum och tid. Den moderna teorin för ljud och vibrationer är till stor del frukten av dessa matematiska fysikers arbeten. Större renodlade arbeten om akustik gjordes av Helmholtz och Lord Rayleigh. Även W. C. Sabine (1868–1919) anses ha bidragit till utvecklingen av det som brukar kallas rumsakustik. Om man slår på en stämgaffel och håller den mot en bordsskiva, förstärks ljudet tack vare fenomenet resonans. Detta beror på att bordsskivan kommer i medsvängning och vibrerar i samma takt som stämgaffeln. En hög frekvens (många svängningar per sekund) motsvarar en hög ton. Dessa toner kallas för diskanttoner inom musiken. Låga toner med få svängsningstal kallas för bastoner. Ljudnivån mäts i decibel (dB), vilket är en måttenhet på en logaritmisk skala. En människa utan hörselskador kan höra ljud mellan 0 och 130 dB, den så kallade smärtgränsen. Ljudnivåer över 130 dB kan medföra bestående hörselskador. Något förenklat kan sägas att 130 dB är 10 dB starkare än ett flygplans motorer på nära håll. Oönskat ljud, oavsett om de är regelbundna eller oregelbundna kallas för buller. Begreppet är således högst subjektivt och varierar från person till person.
