Κύματα και ήχος

Συντονισμός σωλήνα

Πάτησε Αναπαραγωγή — τροφοδότησε ανοιχτό σωλήνα στη θεμελιώδη του· ο συντονισμός ενισχύει την απόκριση.

Συντονισμός σωλήνα — διαδραστική προσομοίωση Κύματα και ήχος. Πάτησε Αναπαραγωγή — τροφοδότησε ανοιχτό σωλήνα στη θεμελιώδη του· ο συντονισμός ενισχύει την απόκριση. Δωρεάν εικονικό εργαστήριο φυσικής στον φυλλομετρητή με ζωντανές μετρήσεις σε μονάδες SI και καθοδηγούμενο μάθημα.

Συντονισμός σωλήνα

Ένας ανοιχτός σωλήνας συντονίζεται όταν η διεγέρουσα συχνότητα ταιριάζει με λειτουργία στάσιμου κύματος.

Για ανοιχτό-ανοιχτό σωλήνα, τα επιτρεπόμενα μήκη κύματος ικανοποιούν L = nλ/2. Στον συντονισμό, το πλάτος χτίζεται επειδή η ενέργεια μεταφέρεται αποτελεσματικά στη λειτουργία του σωλήνα.

• fₙ = n·v/(2L)
• Ανοιχτός σωλήνας: λₙ = 2L/n

Σύνοψη έρευνας

Σχεδίασε την ερώτηση πριν ανοίξεις το εργαστήριο

Η σύνοψη κατοπτρίζει την προαποτυπωμένη σελίδα: η βασική ερώτηση, οι αντικρουόμενες προβλέψεις, οι ρόλοι των μεταβλητών, οι κύριοι νόμοι, η διάταξη, η ανάλυση και οι προεκτάσεις παραμένουν ορατά και με αυτή τη σειρά.

Βασική ερώτηση

Μια αέρια στήλη ανοιχτή-ανοιχτή (όπως ανοιχτός οργανωτής σωλήνας) συντονίζεται σε θεμελιώδη συχνότητα που ορίζεται από το μήκος της. Αν χρησιμοποιήσεις κοντύτερο σωλήνα, το συντονιζόμενο τονικό ύψος ανεβαίνει ή κατεβαίνει;

Προβλέψεις προς σταθμίσει

• Κοντύτερος σωλήνας συντονίζεται σε χαμηλότερη θεμελιώδη συχνότητα.
• Κοντύτερος σωλήνας συντονίζεται σε υψηλότερη θεμελιώδη συχνότητα.
• Το μήκος σωλήνα δεν επηρεάζει τη θεμελιώδη συχνότητα.

Ρόλοι μεταβλητών

Τι ρυθμίζεις:

• Μήκος σωλήνα L (m)

Τι μετράς:

• Μήκος κύματος θεμελιώδους λ (m)
• Θεμελιώδης συχνότητα f₁ (Hz)

Πώς εκτελείται η έρευνα

1. Άνοιξε την προεπιλογή pipe-resonance και πάτησε Επαναφορά. Ο σωλήνας είναι ανοιχτός και στα δύο άκρα, σε αέρα 20°C.
2. Ενεργοποίησε την ένδειξη θεμελιώδους συχνότητας στον σωλήνα.
3. Ρύθμισε το μήκος σωλήνα για κάθε δοκιμή και κατέγραψε τη θεμελιώδη συχνότητα.

Κυρίαρχη εξίσωση

Θεμελιώδης ανοιχτού σωλήνα — f₁ = c/(2L)

Αέρια στήλη ανοιχτή και στα δύο άκρα συντονίζεται με πλήρες μήκος κύματος που χωρά δύο φορές το μήκος της (λ = 2L), δίνοντας θεμελιώδη συχνότητα f₁ = c/(2L) — την ίδια σχέση ταχύτητας-μήκους κύματος με κάθε κύμα, εφαρμοσμένη στον ήχο στον αέρα.

Τι ζητά να επεξεργαστούν οι μαθητές το εκτυπώσιμο φύλλο εργασίας

• Για μία δοκιμή, υπολόγισε f₁ = c/(2L) χρησιμοποιώντας c = 331.3·√(1 + 20/273.15) m/s για αέρα 20°C. Σύγκρινε με τον πίνακα.
• Η θεμελιώδης του σωλήνα ανοιχτού και στα δύο άκρα έχει πλήρες μήκος κύματος λ = 2L. Εξήγησε, χρησιμοποιώντας v = fλ, γιατί το f₁ = c/(2L) προκύπτει ευθέως από αυτό το μήκος κύματος.

Πού εμφανίζεται αυτό πέρα από το εργαστήριο

• Ένας σωλήνας κλειστός στο ένα άκρο (όπως κλαρινέτο) υποστηρίζει μόνο περιττές αρμονικές και έχει θεμελιώδη f₁ = c/(4L) — το μισό της συχνότητας αυτού του πειράματος για το ίδιο μήκος. Γιατί το κλείσιμο ενός άκρου μπορεί να διπλασιάσει το αποτελεσματικό μήκος κύματος;
• Η ταχύτητα του ήχου c μεγαλώνει με τη θερμοκρασία αέρα. Αν παίζεις τον ίδιο σωλήνα σε εξωτερικό χώρο πολύ ψυχρότερης ημέρας, το συντονιζόμενο τονικό ύψος ανεβαίνει ή κατεβαίνει; Γιατί τα πνευστά όργανα χρειάζονται επανασυντονισμό καθώς αλλάζει η θερμοκρασία;

• 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

1. Καλώς όρισες στον Συντονισμό σωλήνα
2. Επίλεξε τον σωλήνα
3. Πάτησε Αναπαραγωγή
4. Διέγερσε τη θεμελιώδη
5. Άνοιξε το πάνελ Ιδιότητες
6. Το κατάφερες!

Άνοιξε τη διαδραστική προσομοίωση για να χτίσεις τη σκηνή, πάτησε Αναπαραγωγή και εξερεύνησε με ζωντανές μετρήσεις και καθοδηγούμενο μάθημα.

Άνοιγμα Διαδραστικού Εργαστηρίου →

Λήψη φύλλου εργασίας →

Η κυματική εξίσωση