Bangos ir garsas
Vamzdžio rezonansas
Spausk Leisti — žadink atvirą vamzdį pagrindiniu dažniu; rezonansas stiprina atsaką.
Vamzdžio rezonansas — interaktyvi Bangos ir garsas simuliacija. Spausk Leisti — žadink atvirą vamzdį pagrindiniu dažniu; rezonansas stiprina atsaką. Nemokama naršyklės virtuali fizikos laboratorija su gyvais SI matavimais ir vedama instrukcija.
Vamzdžio rezonansas
Atviras vamzdis rezonuoja, kai žadinimo dažnis atitinka stovinčiosios bangos modą.
Atviram-atviram vamzdžiui leidžiami bangų ilgiai tenkina L = nλ/2. Rezonanso metu amplitudė auga, nes energija efektyviai persiduoda į vamzdžio modą.
- fₙ = n·v/(2L)
- Atviras vamzdis: λₙ = 2L/n
Tyrimo santrauka
Suplanuok klausimą dar prieš atidarydamas laboratoriją
Santrauka atspindi iš anksto sugeneruotą puslapį: pagrindinis klausimas, konkuruojantys spėjimai, kintamųjų vaidmenys, valdantys dėsniai, sąranka, analizė ir pratęsimo raginimai išlieka matomi ir būtent šia tvarka.
Pagrindinis klausimas
Atvira-atvira oro kolona (kaip atviras vargonų vamzdis) rezonuoja pagrindiniu dažniu, kurį nustato jos ilgis. Jei naudos trumpesnį vamzdį, ar rezonansinis aukštis kyla ar krenta?
Svarstytini spėjimai
- Trumpesnis vamzdis rezonuoja žemesniu pagrindiniu dažniu.
- Trumpesnis vamzdis rezonuoja aukštesniu pagrindiniu dažniu.
- Vamzdžio ilgis neveikia pagrindinio dažnio.
Kintamųjų vaidmenys
Ką tu nustatai:
- Vamzdžio ilgis L (m)
Ką tu matauji:
- Pagrindinis bangos ilgis λ (m)
- Pagrindinis dažnis f₁ (Hz)
Kaip vyksta tyrimas
- Atidaryk „Atviro vamzdžio rezonansas“ eksperimentą ir spausk Atstatyti. Vamzdis atviras abiem galais, 20°C ore.
- Įjunk pagrindinio dažnio rodmuo ant vamzdžio.
- Nustatyk vamzdžio ilgį kiekvienam bandymui ir užsirašyk pagrindinį dažnį.
Valdančioji lygtis
Atviro vamzdžio pagrindinis dažnis — f₁ = c/(2L)
Oro kolona, atvira abiem galais, rezonuoja su visu bangos ilgiu, talpančiu du kartus jos ilgį (λ = 2L), duodama pagrindinį dažnį f₁ = c/(2L) — tas pats greičio ir bangos ilgio sąryšis kaip bet kuriai bangai, pritaikytas garsui ore.
Ką spausdinamasis darbo lapas prašo mokinių apskaičiuoti
- Vienam bandymui apskaičiuok f₁ = c/(2L) naudodamas c = 331.3·√(1 + 20/273.15) m/s 20°C orui. Palygink su lentele.
- Atviro-atviro vamzdžio pagrindinėje yra visas bangos ilgis λ = 2L. Paaiškink, naudodamas v = fλ, kodėl f₁ = c/(2L) kyla tiesiogiai iš to bangos ilgio.
Kur tai pasirodo už laboratorijos ribų
- Vamzdis, uždarytas viename gale (kaip klarnetas), palaiko tik nelygines harmonikas ir turi pagrindinį f₁ = c/(4L) — pusę šio eksperimento dažnio tam pačiam ilgiui. Kodėl vieno galo uždarymas gali padvigubinti efektyvųjį bangos ilgį?
- Garso greitis c didėja su oro temperatūra. Jei grotum tą patį vamzdį lauke gerokai šaltesnę dieną, ar jo rezonansinis aukštis kiltų ar kristų? Kodėl pučiamiesiems instrumentams reikia perderyti keičiantis temperatūrai?
- 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
- Sveiki atvykę prie vamzdžio rezonanso
- Pasirink vamzdį
- Spausk Leisti
- Žadink pagrindinį dažnį
- Atidaryk Savybių skydą
- Tau pavyko!
Atidaryk interaktyvią simuliaciją, sukurk sceną, spausk Leisti ir tyrinėk su gyvais matavimais bei vedama instrukcija.
Atidaryk interaktyvią laboratoriją →