Kouzelné obrazce na Chladniho desce

Projekt je určen především pro žáky 2. stupně se zájmem o audiotechniku, fyziku a týmovou spolupráci.

Projekt lze vypracovávat v hodinách fyziky v 9. ročníku, protože se zde žáci se zvukem a mechanickým vlnění seznamují.

Žáci by měli být schopni ovládat 3D tiskárnu, popř. laserovou gravírku a provádět základní údržbu těchto zařízení. 

Bylo by dobré, kdyby žáci minimálně jednou v životě v ruce drželi pájku a zkoušeli si zapojovat jednoduché elektrické obvody. 

Podmínkou je umět seskládat výsledný model z nabídky tvarů v Tinkercadu a následně jej pomocí funkce Easyprint odeslat k tisku.  Znalost pokročilejších programu např. Fusion360 výhodou.

Tento projekt propojuje 3D tisk a fyziku zvuku, což umožní žákům lépe pochopit mechanické vlnění, rezonanci a frekvenci.

Učí týmové spolupráci, organizaci práce a chápání neúspěchu jako součást práce.

Modelovali jsme v prostředí Fusion360. Pokud by někdo nechtěl řezat překližku, můžete použít laserovou gravírku. Pro vytvoření dat pro laserové gravírování může být použit program Inkscape. Dále potřebujete pájku a cín, pokud to spojení zesilovače a reproduktoru vyžaduje. Na zkrácení závitové tyče, či vyvrtání děr se hodí pilka vrtačka s vhodnými vrtáky.

Nakoupili jsme:

• reproduktor, nejlépe subwoofer
• zesilovač odpovídající doporučené impedance reproduktoru, doporučuji s Bluetooth a vestavěnou baterií pro snadnou manipulaci
• tabulka organického skla/překližka mezi reproduktor a vibrační desku, (zajišťuje její vodorovnou polohu a ochranu reproduktoru před pískem) 
• tenčí a lehký plech vystřižený do kruhu nebo čtverce o něco větší než je průměr reproduktoru
• plechový tác s okraji na vizualizaci zvuku pomocí vody
• silnější neodymové magnety zajišťující vodotěsný úchyt tácu s vodou
• jemný písek nebo sůl jako posyp na desku
• držák reproduktoru a ochranné desky
• závitová tyč, šrouby a velikostně odpovídající matice
• aku vrtačka

Projekt ani tisk není časově náročný. Nejvíce času mi zabralo hledání vhodného a levného reproduktoru, zesilovače a jako nejkomplikovanější se projevil nákup plechu. V železářstvích lze sehnat jako plech pod kamna.

seznámení s Chladniho deskou na internetu → rozdělení rolí (vedoucí, modelování, slicování, tisk, kompletace…) → sestavení časového harmonogramu práce → výběr vhodného reproduktoru a zesilovače → seznámení s generátorem tónů na internetu → práce na projektu (viz. návod) → nákup ostatního vybavení → tisk → kompletace (pájení, lepení, gravírování) → CÍL

Všechny fáze práce jsou uvedeny v návodu. Učitel v průběhu kontroluje práci a důslednost žáků. Před započetím každého kroku je proškolí o bezpečnosti práce a rozdá jim ochranu sluchu. 

Žáci mohou experimentovat spolu s učitelem a společně se projekt snažit dotáhnout do konce. 

Ti, co si vymodelují a vytisknou držák desky a reproduktoru si ušetří pár kroků.

Zařízení sestavíme následovně:

1. Propojíme pomocí dvoulinky pasivní reproduktor se zesilovačem odpovídající impedance. Tyto komponenty jsem sehnal za zanedbatelnou částku z druhé ruky přes internetový bazar, nebo lze použít vyřazené reprobedny a HiFi věž. 
2. Pomocí zesilovače, který je připojený pomocí Bluetooth nebo Jacku do počítače/mobilu generujeme v aplikace Frequency generator různé tóny a pozorujeme co se děje při různých nastaveních. Chvění vzduchu u reproduktoru osvědčeně upoutá žáky k zařízení.
3. Do překližky a organického skla vyvrtáme/vygravírujeme čtyři díry pro závitovou tyč. Následně nařežeme závitovou tyč na čtyři kusy tak, aby přesahovali montážní díry reproduktoru o 2 cm.
4. Závitovou tyčí a maticemi ukotvíme reproduktor k desce.
5. Do organického skla vyvrtáme/vygravírujeme pátou díru na průsečíku úhlopříček a prostrčíme jím šroub s vytištěným spojení membrány reproduktoru.
6. Do středu vibrační desky vyvrtáme díru a prostrčíme ní šroub kotvící vibrační desku s reproduktorem.

A máme hotovo :)