Ondes et son
Résonance dans un tuyau
Appuyez sur Lecture — excitez un tuyau ouvert à sa fréquence fondamentale ; la résonance amplifie la réponse.
Résonance dans un tuyau — simulation interactive de Ondes et son. Appuyez sur Lecture — excitez un tuyau ouvert à sa fréquence fondamentale ; la résonance amplifie la réponse. Laboratoire virtuel de physique gratuit dans le navigateur, avec mesures SI en direct et tutoriel guidé.
résonance en tube
Un tuyau ouvert entre en résonance lorsque la fréquence d'excitation coïncide avec un mode d'onde stationnaire.
Pour un tuyau ouvert aux deux extrémités, les longueurs d'onde autorisées vérifient L = nλ/2. À la résonance, l'amplitude s'accroît car l'énergie est transférée efficacement dans le mode du tuyau.
- Fréquence de résonance fₙ = n·v/(2L)
- Tuyau ouvert: λₙ = 2L/n
Mémoire d'enquête
Planifiez la question avant d'ouvrir le laboratoire
Le brief reprend la page pré-rendue : question directrice, prédictions concurrentes, rôles des variables, lois directrices, préparation et consignes d’analyse et de prolongement restent visibles et dans cet ordre.
Question de conduite
Une colonne à ciel ouvert (comme un tuyau d'orgue ouvert) résonne à une fréquence fondamentale fixée par sa longueur. Si vous utilisez un tuyau plus court, la hauteur de résonance monte-t-elle ou descend-elle ?
Des pronostics à peser
- Un tuyau plus court résonne à une fréquence fondamentale inférieure.
- Un tuyau plus court résonne à une fréquence fondamentale plus élevée.
- La longueur du tuyau n'affecte pas la fréquence fondamentale.
Rôles variables
Ce que vous définissez :
- Longueur de tuyau L (m)
Ce que vous mesurez :
- Longueur d'onde fondamentale λ (m)
- Fréquence fondamentale f₁ (Hz)
Comment se déroule l'enquête
- Ouvrez le préréglage de résonance de tuyau et appuyez sur Réinitialiser. Le tuyau est ouvert aux deux extrémités, dans l'air 20°C.
- Activez la lecture de la fréquence fondamentale sur le tuyau.
- Réglez la longueur du tuyau pour chaque essai et enregistrez la fréquence fondamentale.
Équation gouvernante
Fondamental en conduite ouverte — f₁ = c/(2L)
Une colonne d'air ouverte aux deux extrémités résonne avec une longueur d'onde complète correspondant à deux fois sa longueur (λ = 2L), donnant la fréquence fondamentale f₁ = c/(2L) — la même relation vitesse-longueur d'onde que n'importe quelle onde, appliquée au son dans l'air.
Ce que la feuille de travail imprimable demande aux élèves de résoudre
- Pour un essai, calculez f₁ = c/(2L) en utilisant c = 331.3·√(1 + 20/273.15) m/s pour l'air 20°C. Comparez avec le tableau.
- Le fondamental d'un tuyau ouvert-ouvert a une longueur d'onde complète λ = 2L. Expliquez, en utilisant v = fλ, pourquoi f₁ = c/(2L) découle directement de cette longueur d'onde.
Où cela apparaît au-delà du laboratoire
- Un tuyau fermé à une extrémité (comme une clarinette) ne prend en charge que les harmoniques impaires et a la fondamentale f₁ = c/(4L) — la moitié de la fréquence de cette expérience pour la même longueur. Pourquoi la fermeture d’une extrémité pourrait-elle doubler la longueur d’onde efficace ?
- La vitesse du son c augmente avec la température de l’air. Si vous jouiez de cette même flûte à l’extérieur par une journée beaucoup plus froide, sa hauteur de résonance augmenterait-elle ou diminuerait-elle ? Pourquoi les instruments à vent doivent-ils être réaccordés lorsque la température change ?
- 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
- Bienvenue dans la résonance en tube
- Sélectionnez le tube
- Appuyez sur Lecture
- Exciter le fondamental
- Ouvrez l'Inspecteur
- Bravo !
Ouvrez la simulation interactive pour construire la scène, appuyez sur Lecture et explorez avec des mesures en direct et un tutoriel guidé.
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