الموجات والصوت
رنين الأنبوب
اضغط تشغيل — اثأر أنبوبًا مفتوحًا عند تواتره الأساسي؛ الرنين يضخّم الاستجابة.
رنين الأنبوب — محاكاة الموجات والصوت تفاعلية. اضغط تشغيل — اثأر أنبوبًا مفتوحًا عند تواتره الأساسي؛ الرنين يضخّم الاستجابة. مختبر فيزياء افتراضي مجاني يعمل في المتصفح مع قياسات حية بوحدات النظام الدولي وشرح موجّه.
رنين الأنبوب
يرن أنبوب مفتوح حين يطابق تردد الإثارة نمط موجة وقوفية.
للأنبوب المفتوح الطرفين، الأطوال الموجية المسموحة تحقق L = nλ/2. عند الرنين تنمو السعة لأن الطاقة تُنقل بكفاءة إلى نمط الأنبوب.
- fₙ = n·v/(2L)
- أنبوب مفتوح: λₙ = 2L/n
موجز التحقيق
خطط للسؤال قبل فتح المختبر
تعكس المقدمة الصفحة المُصيّرة مسبقًا: سؤال القيادة، والتوقعات المتنافسة، وأدوار المتغيرات، والقوانين الحاكمة، والتجهيز، والتحليل، وأسئلة التوسع تبقى مرئية وبهذا الترتيب.
السؤال القائد
عمود هوائي مفتوح الطرفين (كأنبوب أرغن مفتوح) يرن عند تردد أساس تحدده طوله. إذا استخدمت أنبوبًا أقصر، فهل ترتفع طبقة الرنين أم تنخفض؟
توقعات للموازنة
- الأنبوب الأقصر يرن عند تردد أساس أدنى.
- الأنبوب الأقصر يرن عند تردد أساس أعلى.
- طول الأنبوب لا يؤثر في التردد الأساس.
أدوار المتغيرات
ما تضبطه:
- طول الأنبوب L (m)
ما تقيسه:
- الطول الموجي الأساس λ (m)
- التردد الأساس f₁ (Hz)
كيف يجري التحقيق
- افتح تجربة رنين الأنبوب واضغط إعادة. الأنبوب مفتوح الطرفين، في هواء 20°C.
- فعّل قراءة التردد الأساس على الأنبوب.
- اضبط طول الأنبوب لكل تجربة وسجل التردد الأساس.
المعادلة الحاكمة
أساس الأنبوب المفتوح — f₁ = c/(2L)
عمود الهواء المفتوح من الطرفين يرن بطول موجي كامل يسع ضعفي طوله (λ = 2L)، معطيًا ترددًا أساسيًا f₁ = c/(2L) — علاقة السرعة بالطول الموجي نفسها لأي موجة، مطبقة على الصوت في الهواء.
ما يطلب من الطلاب استخراجه في ورقة العمل القابلة للطباعة
- لمحاولة واحدة، احسب f₁ = c/(2L) باستخدام c = 331.3·√(1 + 20/273.15) m/s لهواء بدرجة 20°C. قارن بالجدول.
- الأساسي لأنبوب مفتوح الطرفين له طول موجي كامل λ = 2L. اشرح، باستخدام v = fλ، لماذا تتبع f₁ = c/(2L) مباشرة من ذلك الطول الموجي.
أين يظهر هذا خارج المختبر
- الأنبوب المغلق من طرف واحد (كالكلارينيت) يسند التوافقيات الفردية فقط وأساسيه f₁ = c/(4L) — نصف تردد هذه التجربة للطول نفسه. لماذا قد يضاعف إغلاق أحد الطرفين الطول الموجي الفعال؟
- تزداد سرعة الصوت c مع حرارة الهواء. لو عزفت هذا الأنبوب نفسه في الخارج بيوم أبرد بكثير، فهل ترتفع طبقة رنينه أم تنخفض؟ ولماذا تحتاج الآلات النفخية إعادة ضبط مع تغير الحرارة؟
- AP Physics 2 — Unit 14: Waves, Sound, and Physical Optics
- IB Physics — C.4 Standing waves and resonance
- General High School Physics — Waves & sound
- NGSS High School Physics — Wave properties
- أهلًا بك في رنين الأنبوب
- حدد الأنبوب
- اضغط تشغيل
- اثأر الأساس
- افتح لوحة الخصائص
- أحسنت!
افتح المحاكاة التفاعلية لبناء المشهد، واضغط تشغيل، واستكشف بقياسات حية وشرح موجّه.