موج و صوت
تشدید لوله
Play را بفشارید — لولهٔ باز را با هارمونیک پایه برانگیزید؛ تشدید پاسخ را تقویت میکند.
تشدید لوله — شبیهسازی تعاملی موج و صوت. Play را بفشارید — لولهٔ باز را با هارمونیک پایه برانگیزید؛ تشدید پاسخ را تقویت میکند. آزمایشگاه مجازی فیزیکِ رایگانِ مرورگری با اندازهگیریهای زندهٔ SI و آموزش هدایتشده.
تشدید لوله
لولهٔ باز وقتی تشدید میکند که بسامد محرک با یک مود موج ایستاده منطبق شود.
برای لولهٔ باز-باز، طول موجهای مجاز L = nλ/2 را برآورده میکنند. در تشدید، دامنه بالا میرود چون انرژی بهکارآمدی به مد لوله منتقل میشود.
- fₙ = n·v/(2L)
- لولهٔ باز: λₙ = 2L/n
خلاصهٔ پژوهش
پرسش را پیش از بازکردن آزمایشگاه برنامهریزی کنید
این خلاصه همان صفحهٔ از پیش رندرشده است: پرسش محوری، پیشبینیهای رقیب، نقش متغیرها، قوانین حاکم، برپاسازی، تحلیل و پرسشهای گسترش — به همین ترتیب و همیشه در دید میمانند.
پرسش محوری
ستون هوای باز-باز (مثل لولهٔ ارگ باز) در بسامد پایهای که طولش تعیین میکند تشدید میکند. اگر لولهٔ کوتاهتری به کار ببرید، زیرِ تشدیدی بالا میرود یا پایین؟
پیشبینیهایی که باید سنجیده شوند
- لولهٔ کوتاهتر در بسامد پایهٔ پایینتری تشدید میکند.
- لولهٔ کوتاهتر در بسامد پایهٔ بالاتری تشدید میکند.
- طول لوله بر بسامد پایه اثر ندارد.
نقش متغیرها
آنچه شما تنظیم میکنید:
- طول لوله L (m)
آنچه اندازه میگیرید:
- طول موج بنیادی λ (m)
- بسامد بنیادی f₁ (Hz)
پژوهش چگونه اجرا میشود
- پیشتنظیم تشدید لوله را باز کنید و Reset بزنید. لوله هر دو سر باز، در هوای 20°C است.
- قرائت بسامد پایه را روی لوله فعال کنید.
- طول لوله را برای هر آزمایش تنظیم کنید و بسامد پایه را ثبت کنید.
معادلهٔ حاکم
بسامد بنیادی لولهٔ باز — f₁ = c/(2L)
ستون هوایی که دو سرش باز است با طول موج کاملی که دو برابر طولش جا میشود تشدید میکند (λ = 2L) و بسامد بنیادی f₁ = c/(2L) میدهد — همان رابطهٔ تندی-طولموج هر موج، اینبار برای صدا در هوا.
برگهٔ کار چاپی از دانشآموزان چه میخواهد به دست آورند
- برای یک آزمایش، مقدار f₁ = c/(2L) را با c = 331.3·√(1 + 20/273.15) m/s برای هوای 20 درجهٔ سلسیوس حساب کنید. با جدول مقایسه کنید.
- بسامد بنیادی لولهٔ باز-باز یک طول موج کامل دارد: λ = 2L. با استفاده از v = fλ توضیح دهید چرا f₁ = c/(2L) مستقیماً از این طول موج نتیجه میشود.
کجا غیر از آزمایشگاه خودش را نشان میدهد
- لولهای که یک سرش بسته است (مانند کلارینت) فقط هارمونیکهای فرد را نگه میدارد و بسامد بنیادیاش f₁ = c/(4L) است — برای همان طول، نصف بسامد این آزمایش. چرا بستن یک سر ممکن است طول موج مؤثر را دو برابر کند؟
- تندی صوت c با دمای هوا زیاد میشود. اگر همین لوله را روز بسیار سردتری بیرون مینواختید، زیرِ تشدیدی بالا یا پایین میرفت؟ چرا سازهای بادی با تغییر دما نیاز به کوک دوباره دارند؟
- 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
- به تشدید لوله خوش آمدید
- انتخاب لوله
- Play را بفشارید
- رانش هارمونیک پایه
- پنل ویژگیها را باز کنید
- انجامش دادید!
شبیهسازی تعاملی را باز کنید تا صحنه را بسازید، Play را بفشارید و با اندازهگیریهای زنده و آموزش هدایتشده کاوش کنید.