Aantonen Dat Golven Minder Goed Voortplanten Bij Lage Druk

Hoe planten golven zich voort in een vacuüm? Dat is heel makkelijk: niet! Maar hoe kan je dat aantonen? Er is namelijk geen mogelijkheid dat je een perfect vacuüm kan maken in een klaslokaal. Toch gaan we het proberen, en dat kan nog best een cool resultaat opleveren!

1. Vacuümkamer met koppelstuk
2. Vacuümpomp
3. 2 breadboards
4. Arduino
5. Jumper wires
6. Piezo plaat
7. 10 Ω potmeter
8. 2 x 10k Ω ws
9. 3 x 100k Ω ws
10. 3 ringmagneten
11. ∅16mm spoel, 10 mm hoog
12. doosje van MDF
13. 2 esp 8266
14. tl072
15. membraan
16. 2 9V batterij

Om een buzzer te maken heb je niet veel nodig:

1. Arduino
2. 2 jumper wires
3. Piezo plaat

Kies eerst een Piezo plaat uit, hoe groter de doorsnee hoe meer geluid deze maakt, wat handig is voor het experiment. Zitten er nog geen draadjes op de Piezo plaat? Geen probleem! Soldeer 2 draadjes aan het plaatje, 1 op de middencirkel, en 1 op de buitenring. Geef ze verschillende kleurtjes zodat ze goed uit elkaar te houden zijn! In het voorbeeld heeft de middencirkel een rood draadje en de buitenring een blauwe, dit houden we vanaf nu aan. Soldeer vervolgens twee jumper wires aan de draadjes. Nu kan je de Piezo plaat gebruiken!

Om de Piezo plaat als buzzer te kunnen gebruiken moet je hem aansluiten op je Arduino. Sluit het rode draadje aan op poort 8 op je Arduino, de blauwe moet naar ground. Upload vanaf je laptop deze code op de arduino:

const int piezo = 8;

int melody[] = {

659, 622, 659, 622, 659, 494, 587, 523,

440, 262, 330, 440, 494, 330, 415, 494,

523, 659, 622, 659, 622, 659, 494, 587,

523, 440, 262, 330, 440, 494, 330, 523,

494, 440, 494, 523, 587, 659, 784, 659,

622, 659, 622, 659, 494, 587, 523, 440

};

int duration[] = {

200, 200, 200, 200, 200, 200, 200, 300,

300, 200, 200, 200, 200, 200, 200, 300,

200, 200, 200, 200, 200, 200, 200, 300,

300, 200, 200, 200, 200, 200, 200, 300,

200, 200, 200, 200, 200, 200, 400, 300,

200, 200, 200, 200, 200, 200, 200, 500

};

void setup() {

}

void loop() {

int length = sizeof(melody) / sizeof(melody[0]);

for (int i = 0; i < length; i++) {

tone(piezo, melody[i]);

delay(duration[i]);

noTone(piezo);

delay(30);

}

delay(2000);

}

Gefeliciteerd! Nu kan je zelfgemaakte buzzer Für Elise spelen! Voor een eentonig geluid gebruik je deze code (hij kan altijd aangepast worden naar een toon die je zelf fijner vind):

const int piezo = 8;

void loop() {

// Generate a 1000 Hz tone for 500 milliseconds

tone(piezo, 1000);

delay(500);

// Turn off the tone

noTone(piezoPin);

delay(500);

}

We hebben nu een buzzer gemaakt, alleen werkt deze alleen als hij aangesloten is op een stroombron, en een laptop in een vacuüm stoppen is geen goed idee... Dus wat doen we dan? Een draadloze oplader natuurlijk! De ene kant, degene die buiten de vacuümkamer zal zitten, is de kant met de batterij. Sluit de draadjes van de oplader aan op een 9V batterij. De andere kant sluit je aan op Vin en ground op je Arduino. Bevestig de twee delen aan de binnen en buitenkant van je vacuümkamer.

Om het geluid van de buzzer te versterken kan je een klankenkast gebruiken. De simpelste oplossing daarvoor in ons geval is een korte cilinder met een dichte bovenkant en open onderkant. Als je deze hebt (kan van verschillende simpele dingen zoals bekertjes en flesjes gemaakt worden) kan je door middel van verschillende frequenties af te spelen de eigenfrequentie van de klankenkast vinden zodat de buzzer het best versterkt wordt. de piezo plaat moet met de gesoldeerde kant naar beneden wijzen, dan maakt hij het meest geluid omdat hij de trillingen het best aan de ondergrond kan doorgeven.

Een dynamische microfoon bestaat 3 onderdelen, Een magneet, een spoel en een membraan, om dit op de juiste plek te houden uiteraard ook een shell.

Het doosje van de microfoon maken we door 3mm MDF te lasersnijden. Dit is daar staat hierboven het ontwerp van.

Het membraan is nog wat troep plastic dat ergens gevonden was, dit zit vast met behulp van een elastiekje.

Bij de twee uiteinden van de spoel is de coating eraf geschaafd en vast gesoldeerd aan twee aparte draden. Deze draden zijn door geboorde gaten naar beneden gebracht zodat het membraan er later makkelijk op kon. In de lagen boven en onder de spoel moeten 2 kleine gaatje geboord worden zodat de draadjes door het doosje heen kunnen. Deze zijn met een dun boortje gemaakt.

De spoel moet natuurlijk om de gestapelde magneetjes heen passen. Wij hebben gekozen voor ∅16 mm spoel aangezien de magneten ∅15 mm zijn. Om de spoel te wikkelen hebben we een op maat gemaakt stukje teflon laten uitsnijden. Hier is een klein stukje bakpapier omheen gewikkeld zodat de spoel makkelijk van de vorm af te halen is. De spoel heeft ongeveer 140 wikkelingen. Na het draaien is er een laagje twee-componenten lijm aangebracht over het oppervlakte van de spoel, zodat deze niet losspringt. Dit moet ongeveer een uurtje drogen voordat de spoel gebruikt kan worden. Zorg dat er ruim genoeg draad aan beide uiteindes van de spoel over blijft om met de andere draad te contact te maken.

Nu de microfoon gebouwd is zou je op een oscilloscoop kunnen zien dat deze een Vpp geeft tussen de 2 en 25mV. Een ESP8266 werkt helaas niet het zelfde als een oscilloscoop dus zou de output van de microfoon aangepast moeten worden. Eerst wordt de output versterkt met behulp van een OpAmp en daarna wordt het signaal verhoogd met een DC offset. De verhoging moet gebeuren omdat een ESP geen negatieve voltages kan aflezen en dus maar een halve golf gemeten zou kunnen worden. De foto laat zien hoe de connecties gemaakt moeten worden. Hierin is de condensator uit de opamp 10uF en de condensator aan de rechter kant 47nF. Voor een gedetailleerde uitleg bekijk de instructables van Amandaghassaei, https://www.instructables.com/Arduino-Audio-Input/. Ons design is een klein beetje gemodificeerde variant van die van Amandaghassaei.

Met een ESP die nu correct de data van de microfoon kan verwerken zijn we bijna op het einde gekomen, nu moet deze data nog zichtbaar op je eigen device met een mooie sinusgolf. Import beide codes in je twee ESP's de code voor de wifi maker zit buiten het vacuum en de code voor de sender zit erin. Open je device, ga vervolgens naar wifi en klik op Iphone van Rolf met wachtwoord ocean123. Ga naar een search engine en zoek op 192.168.4.1, een website met de data van je microfoon weer gegeven in een sinusgolf is nu zichtbaar. Wellicht valt het je op dat de data niet direct op de verschillen van input op je microfoon reageert, dit komt omdat het in stappen van pakketjes van 500 metingen worden verstuurd, dit is gedaan zodat de sinusgolf mooi blijft en er zo min mogelijk data verlies plaats vind tussen de twee ESP's. Als je wil kan je natuurlijk ook een andere leuke wifinaam kiezen zoals eduraom of FBI secret network! Een andere goede uitleg in ESP's aansluiten is deze instructable: https://www.instructables.com/ESP-to-ESP-Communication/, van M Hammad Ullah

Om het fenomeen nu ook daadwerkelijk aan te kunnen tonen moeten we alle onderdelen samenvoegen. De draadjes worden door de het koppelstuk van de kamer naar buiten geleid, en met tweecomponenten lijm bevestigt voor een luchtdichte sluiting. Bevestig de Piezo buzzer en de klankenkast aan de bovenkant van de vacuumkamer, de microfoon beneden. Doe de deksel op de kamer en sluit de vacuumpomp aan. Als je het leuk vind kan je ook nog en manometer aansluiten. Nu kan je op je laptop via de wifi zien hoeveel geluid er de microfoon binnenkomt, en als het goed is zal dit getal zakken!