Stojaté vlnění: harmonické na pevné struně

1 · Predikuj

Struna pevně upevněná na obou koncích rezonuje na specifických frekvencích zvaných harmonické. Jak se frekvence 2. a 3. harmonické vztahují k základní frekvenci?

• Frekvence harmonických nenásledují žádný jednoduchý vzorec vzhledem k základní frekvenci.
• Frekvence každé harmonické je polovina předchozí.
• Frekvence každé harmonické je celočíselným násobkem základní frekvence.

2 · Sestavení

1. Otevři předvolbu standing-string a stiskni Resetovat. Napětí (120 N), lineární hustota (0.01 kg/m) a délka (1.2 m) jsou pevné.
2. Zapni odečet základní frekvence na struně.
3. Nastav číslo harmonické n pro každý pokus a zapiš rezonanční frekvenci.

3 · Sbírej data

Vynes rezonanční frekvenci fₙ (osa y) proti číslu harmonické n (osa x) pro své tři pokusy. Prochází čára počátkem?

4 · Analyzuj

1. Spočti f₁ = √(T/μ)/(2L) s T = 120 N, μ = 0.01 kg/m, L = 1.2 m, pak fₙ = n·f₁ pro každý řádek. Porovnej s tabulkou.
2. Tvůj graf fₙ vs n by měl být přímka procházející počátkem se směrnicí f₁. Vysvětli, proč pevné upevnění obou konců dovoluje rezonovat jen celočíselným násobkům f₁.

5 · Rozšiř

1. Základní tón kytarové struny určuje notu, kterou slyšíš, ale struna zároveň kmitá na vyšších harmonických, což dává tónu jeho barvu. Kde jinde v této aplikaci můžeš vidět kombinovaných více harmonických?
2. Kdybys zkrátil strunu na polovinu délky (se stejným napětím a lineární hustotou), co by se stalo se základní frekvencí? Použij f₁ = v/(2L) k vysvětlení.

Fyzika za tímto experimentem

← Zpět na experiment

138 bezplatných tisknutelných pracovních listů z fyziky