Rezonance otevřené trubice: délka určuje výšku

1 · Predikuj

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?

2 · Sestavení

  1. Otevři předvolbu pipe-resonance a stiskni Resetovat. Trubice je otevřená na obou koncích, ve vzduchu 20°C.
  2. Zapni odečet základní frekvence na trubici.
  3. Nastav délku trubice pro každý pokus a zapiš základní frekvenci.

3 · Sbírej data

Délka trubice L (m)Vlnová délka základní harmonické λ (m)Základní frekvence f₁ (Hz)
0.30
0.50
0.70

Vynes základní frekvenci f₁ (osa y) proti 1/L (osa x) pro své tři pokusy.

4 · Analyzuj

  1. Pro jeden pokus spočti f₁ = c/(2L) s c = 331.3·√(1 + 20/273.15) m/s pro vzduch 20°C. Porovnej s tabulkou.
  2. 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.

5 · Rozšiř

  1. 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?
  2. 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?

Fyzika za tímto experimentem

Základní frekvence otevřené trubky

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.

← Zpět na experiment

Vlnění a zvuk

138 bezplatných tisknutelných pracovních listů z fyziky