Vlnění a zvuk
Rezonance trubky
Stiskni Spustit — buď otevřenou trubici na její základní frekvenci; rezonance zesílí odezvu.
Rezonance trubky — interaktivní simulace Vlnění a zvuk. Stiskni Spustit — buď otevřenou trubici na její základní frekvenci; rezonance zesílí odezvu. Bezplatná virtuální fyzikální laboratoř v prohlížeči se živými měřeními v SI a řízeným tutoriálem.
Rezonance trubky
Otevřená trubice rezonuje, když budicí frekvence odpovídá módu stojatého vlnění.
Pro trubici s obema konci otevřenými splňují dovolené vlnové délky L = nλ/2. Při rezonanci amplituda roste, protože energie se účinně přenáší do módu trubice.
- fₙ = n·v/(2L)
- Otevřená trubice: λₙ = 2L/n
Souhrn zkoumání
Naplánuj otázku dřív, než otevřeš laboratoř
Stručný přehled odpovídá předrenderované stránce: hlavní otázka, konkurenční predikce, role proměnných, řídicí zákony, sestavení, analýza i rozšiřující podněty zůstávají viditelné a v tomto pořadí.
Hlavní otázka
Vzduchový sloupec otevřený na obou koncích (jako otevřené varhanní píšťaly) rezonuje na základní frekvenci dané svou délkou. Když použiješ kratší trubici, jde rezonanční výška nahoru, nebo dolů?
Predikce k zvážení
- Kratší trubice rezonuje na nižší základní frekvenci.
- Kratší trubice rezonuje na vyšší základní frekvenci.
- Délka trubice neovlivňuje základní frekvenci.
Role proměnných
Co nastavuješ:
- Délka trubice L (m)
Co měříš:
- Vlnová délka základní harmonické λ (m)
- Základní frekvence f₁ (Hz)
Jak zkoumání probíhá
- Otevři předvolbu pipe-resonance a stiskni Resetovat. Trubice je otevřená na obou koncích, ve vzduchu 20°C.
- Zapni odečet základní frekvence na trubici.
- Nastav délku trubice pro každý pokus a zapiš základní frekvenci.
Řídící rovnice
Základní frekvence otevřené trubky — f₁ = c/(2L)
Vzduchový sloupec otevřený na obou koncích rezonuje s celou vlnovou délkou vejdoucí se dvakrát do jeho délky (λ = 2L), což dává základní frekvenci f₁ = c/(2L) — tentýž vztah rychlost–vlnová délka jako u každé vlny, aplikovaný na zvuk ve vzduchu.
Co tisknutelný pracovní list žádá žáky vypočítat
- Pro jeden pokus spočti f₁ = c/(2L) s c = 331.3·√(1 + 20/273.15) m/s pro vzduch 20°C. Porovnej s tabulkou.
- Základní tón trubice s obema konci otevřenými má celou vlnovou délku λ = 2L. Vysvětli pomocí v = fλ, proč f₁ = c/(2L) z té vlnové délky plyne přímo.
Kde se to objevuje mimo laboratoř
- Trubice zavřená na jednom konci (jako klarinet) nese jen liché harmonické a má základní frekvenci f₁ = c/(4L) — polovinu frekvence tohoto experimentu při stejné délce. Proč by zavření jednoho konce mohlo zdvojnásobit efektivní vlnovou délku?
- Rychlost zvuku c roste s teplotou vzduchu. Kdybys hrál na tutéž trubici venku mnohem chladnější den, šla by její rezonanční výška nahoru, nebo dolů? Proč dechové nástroje potřebují přeladění se změnou teploty?
- 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
- Vítej v Rezonanci trubice
- Vyber trubici
- Stiskni Spustit
- Buzení základní frekvence
- Otevři panel Vlastnosti
- Povedlo se!
Otevři interaktivní simulaci, postav scénu, stiskni Spustit a prozkoumávej s živými měřeními a řízeným tutoriálem.
Otevřít interaktivní laboratoř →