Atvērtas caurules rezonanse: garums nosaka toņa augstumu

1 · Prognozē

Atvērts-atvērts gaisa stabs (kā atvērta ērģeļa caurule) rezonē pamatfrekvencē, ko nosaka tā garums. Ja izmanto īsāku cauruli, vai rezonanses toņa augstums iet augšup vai lejup?

2 · Iestati

  1. Atver caurules rezonanses eksperimentu un nospied Atiestatīt. Caurule ir atvērta abos galos, 20°C gaisā.
  2. Ieslēdz pamatfrekvences rādījumu uz caurules.
  3. Iestati caurules garumu katram mēģinājumam un ieraksti pamatfrekvenci.

3 · Vāc datus

Caurules garums L (m)Pamatvilņa garums λ (m)Pamatfrekvence f₁ (Hz)
0.30
0.50
0.70

Zīmē pamatfrekvenci f₁ (y ass) pret 1/L (x ass) saviem trim mēģinājumiem.

4 · Analizē

  1. Vienam mēģinājumam izrēķini f₁ = c/(2L) ar c = 331.3·√(1 + 20/273.15) m/s 20°C gaisam. Salīdzini ar tabulu.
  2. Atvērtas-atvērtas caurules pamatvilnim ir pilns viļņa garums λ = 2L. Izskadyro, izmantojot v = fλ, kāpēc f₁ = c/(2L) izriet tieši no tā viļņa garuma.

5 · Paplašina

  1. Caurule, aizvērta vienā galā (kā klarnete), atbalsta tikai nepāra harmoniskos un ir pamatfrekvence f₁ = c/(4L) — puse no šī eksperimenta frekvences tam pašam garumam. Kāpēc viena gala aizvēršana var dubultot efektīvo viļņa garumu?
  2. Skaņas ātrums c aug ar gaisa temperatūru. Ja tu spēlētu šo pašu cauruli ārā daudz aukstākā dienā, vai tās rezonanses toņa augstums iet augšup vai lejup? Kāpēc pūšaminstrumentiem jāskaņojas atkārtoti, temperatūrai mainoties?

Fizika aiz šī eksperimenta

Atvērtas caurules pamatvilnis

Gaisa stabs, atvērts abos galos, rezonē ar pilnu viļņa garumu, kas ietilpst divas reizes tā garums (λ = 2L), dodot pamatfrekvenci f₁ = c/(2L) — tā pati ātruma-viļņa garuma sakarība kā jebkuram vilnim, pielietota skaņai gaisā.

← Atpakaļ pie eksperimenta

Bangas un skaņa

138 bezmaksas drukājamas fizikas darba lapas