Ποια είναι η ταχύτητα του ήχου με τον σωλήνα συντονισμού κλειστού στο ένα άκρο;
Κατανόηση του συντονισμού
* συντονισμός Εμφανίζεται όταν ένα δονητικό αντικείμενο (όπως ένα πιρούνι συντονισμού) προκαλεί μια στήλη αέρα σε ένα σωλήνα να δονείται στη φυσική του συχνότητα. Αυτό δημιουργεί σταθερά κύματα μέσα στο σωλήνα.
* Σωλήνας κλειστού άκρου: Ένας σωλήνας κλειστού τέλους έχει έναν κόμβο (σημείο μη μετατόπισης) στο κλειστό άκρο και ένα Antinode (ένα σημείο μέγιστης μετατόπισης) στο ανοικτό άκρο.
Το πείραμα
1. Ρύθμιση:
- Χρησιμοποιήστε έναν διαβαθμισμένο κύλινδρο ή ένα μακρύ, στενό σωλήνα κλειστή στο ένα άκρο.
- Ένα πιρούνι συντονισμού γνωστής συχνότητας (F).
- νερό για να ρυθμίσετε το μήκος της στήλης αέρα στο σωλήνα.
2. Διαδικασία:
- χτυπήστε το πιρούνι συντονισμού και κρατήστε το πάνω από το ανοιχτό άκρο του σωλήνα.
- Ρυθμίστε αργά τη στάθμη του νερού στο σωλήνα. Θα ακούσετε μια αξιοσημείωτη αύξηση της έντασης του ήχου όταν η στήλη αέρα στο σωλήνα αντηχεί με το πιρούνι συντονισμού.
- Μετρήστε προσεκτικά το μήκος της στήλης αέρα (L) σε αυτό το σημείο συντονισμού.
- Επαναλάβετε τη διαδικασία για διαφορετικά μήκη της στήλης αέρα, καταγράφοντας κάθε μήκος (L1, L2, κλπ.) Κατά την οποία εμφανίζεται ο συντονισμός.
Υπολογισμός της ταχύτητας του ήχου
* Σχέση: Το μήκος της στήλης αέρα στο συντονισμό σχετίζεται με το μήκος κύματος (λ) του ηχητικού κύματος με την ακόλουθη εξίσωση:
L =(n/4) * λ
όπου:
- l είναι το μήκος της στήλης αέρα
- n είναι ένας περίεργος ακέραιος (1, 3, 5, ...) που αντιπροσωπεύει τον αρμονικό αριθμό. Ο πρώτος συντονισμός είναι η θεμελιώδης συχνότητα (n =1), η επόμενη είναι η τρίτη αρμονική (n =3) και ούτω καθεξής.
* Βρίσκοντας το μήκος κύματος:
- Εάν μετράτε διάφορα μήκη συντονισμού (L1, L2, κλπ.), Μπορείτε να υπολογίσετε το μήκος κύματος βρίσκοντας τη διαφορά μεταξύ διαδοχικών μήκους συντονισμού:
λ =4 (L2 - L1)
* ταχύτητα ήχου:
- Η ταχύτητα του ήχου (V) σχετίζεται με τη συχνότητα (F) και το μήκος κύματος (λ) από την ακόλουθη εξίσωση:
v =f * λ
Παράδειγμα:
* Φανταστείτε ότι βρίσκετε τα ακόλουθα μήκη συντονισμού για ένα πιρούνι συντονισμού με συχνότητα 440 Hz:
- L1 =17,0 cm
- L2 =51,0 cm
* Υπολογίστε το μήκος κύματος:
- λ =4 (51,0 cm - 17,0 cm) =136 cm =1,36 m
* Υπολογίστε την ταχύτητα του ήχου:
- V =440 Hz * 1,36 M =598,4 m/s
Σημαντικές σημειώσεις:
* Η ταχύτητα του ήχου εξαρτάται από τη θερμοκρασία του αέρα. Οι παραπάνω υπολογισμοί υποθέτουν τυπική θερμοκρασία δωματίου.
* Αυτή η μέθοδος παρέχει μια λογική προσέγγιση της ταχύτητας του ήχου. Για πιο ακριβείς μετρήσεις, εξετάστε το ενδεχόμενο να χρησιμοποιήσετε μια εξελιγμένη συσκευή σωλήνα συντονισμού και να ελέγχετε προσεκτικά τη θερμοκρασία.
