개방형 파이프 공명: 길이가 피치를 설정합니다.

1 · 예측

양쪽이 열린 공기 기둥(열린 오르간 파이프처럼)은 그 길이에 따라 정해지는 기본 진동수에서 공명합니다. 더 짧은 관을 사용하면 공명 음높이는 올라갑니까, 내려갑니까?

• 짧은 파이프는 더 낮은 기본 진동수에서 공진합니다.
• 파이프가 짧을수록 기본 진동수가 더 높아집니다.
• 파이프 길이는 기본 진동수에 영향을 미치지 않습니다.

2 · 설정

1. pipe-resonance 사전 설정을 열고 재설정을 누릅니다. 20°C 공기에서 파이프의 양쪽 끝이 열려 있습니다.
2. 관의 기본 진동수 표시를 활성화하세요.
3. 각 시행에 대한 파이프 길이를 설정하고 기본 진동수를 기록합니다.

3 · 데이터 수집

세 번의 시행에 대해 기본 진동수 f₁(y축)을 1/L(x축)에 대해 그래프로 그리세요.

4 · 분석

1. 한 번의 시행에 대해 20°C 공기에 대해 c = 331.3·√(1 + 20/273.15) m/s를 사용하여 f₁ = c/(2L)을 계산합니다. 표와 비교해 보세요.
2. 양쪽이 열린 관의 기본음은 완전한 파장 λ = 2L을 가집니다. v = fλ를 이용해, 그 파장으로부터 f₁ = c/(2L)이 바로 도출되는 이유를 설명하세요.

5 · 확장

1. 클라리넷과 같이 한쪽 끝이 닫힌 파이프는 홀수 고조파만 지원하며 기본 f₁ = c/(4L)을 갖습니다. 이는 동일한 길이에 대해 이 실험 진동수의 절반입니다. 한쪽 끝을 닫으면 유효 파장이 두 배로 늘어나는 이유는 무엇입니까?
2. 소리의 속도 c는 공기 온도에 따라 증가합니다. 훨씬 더 추운 날 야외에서 동일한 파이프를 연주하면 공명 피치가 올라가나요, 내려가나요? 왜 관악기는 온도 변화에 따라 다시 튜닝해야 합니까?

이 실험의 물리학

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