Bølger og lyd
Rørresonans
Trykk Spill av — driv et åpent rør på grunnfrekvensen; resonansen forsterker responsen.
Rørresonans — interaktiv Bølger og lyd-simulering. Trykk Spill av — driv et åpent rør på grunnfrekvensen; resonansen forsterker responsen. Gratis virtuell fysikk-lab i nettleseren med SI-målinger i sanntid og en veiledet gjennomgang.
Rørresonans
Et åpent rør resonerer når drivfrekvensen matcher en stående-bølge-modus.
For et åpent-åpent rør oppfyller tillatte bølgelengder L = nλ/2. Ved resonans bygges amplituden opp fordi energien effektivt overføres inn i rørmoden.
- fₙ = n·v/(2L)
- Åpent rør: λₙ = 2L/n
Undersøkelsesgrunnlag
Planlegg spørsmålet før du åpner labben
Oppgavegrunnlaget speiler den forhåndsgenererte siden: problemstilling, konkurrerende prediksjoner, variabelroller, styrende lover, oppsett, analyse og videreutviklingsoppgaver forblir synlige og i denne rekkefølgen.
Problemstilling
En åpen-åpen luftsøyle (som en åpen orgelpipe) resonerer ved en grunnfrekvens satt av lengden dens. Hvis du bruker et kortere rør, går resonanstoen opp eller ned?
Prediksjoner å veie
- Et kortere rør resonerer ved en lavere grunnfrekvens.
- Et kortere rør resonerer ved en høyere grunnfrekvens.
- Rørlengden påvirker ikke grunnfrekvensen.
Variabelroller
Hva du setter:
- Rørlengde L (m)
Hva du måler:
- Grunnbølgelengde λ (m)
- Grunnfrekvens f₁ (Hz)
Hvordan undersøkelsen foregår
- Åpne rørresonans-forhåndsinnstillingen og trykk Nullstill. Røret er åpent i begge ender, i 20 °C luft.
- Aktiver grunnfrekvens-avlesningen på røret.
- Sett rørlengden for hvert forsøk og registrer grunnfrekvensen.
Styrende likning
Åpent rørs grunnfrekvens — f₁ = c/(2L)
En luftsøyle åpen i begge ender resonerer med en full bølgelengde som får plass to ganger lengden dens (λ = 2L), og gir grunnfrekvensen f₁ = c/(2L) — den samme fart-bølgelengde-relasjonen som enhver bølge, anvendt på lyd i luft.
Hva det utskrivbare arbeidsarket ber elevene finne ut
- For ett forsøk, beregn f₁ = c/(2L) med c = 331,3·√(1 + 20/273,15) m/s for 20 °C luft. Sammenlign med tabellen.
- Et åpent-åpent rørs grunnfrekvens har en full bølgelengde λ = 2L. Forklar, med v = fλ, hvorfor f₁ = c/(2L) følger direkte fra den bølgelengden.
Hvor dette dukker opp utenfor labben
- Et rør lukket i én ende (som en klarinet) støtter bare odde overtoner og har grunnfrekvens f₁ = c/(4L) — halvparten av dette eksperimentets frekvens for samme lengde. Hvorfor kan lukking av én ende doble den effektive bølgelengden?
- Lydhastigheten c øker med lufttemperaturen. Hvis du spilte det samme røret utendørs på en mye kaldere dag, ville resonanstoen gå opp eller ned? Hvorfor trenger blåseinstrumenter omstemming når temperaturen endres?
- 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
- Velkommen til Rørresonans
- Velg røret
- Trykk Spill av
- Drev grunnfrekvensen
- Åpne Egenskaper-panelet
- Du klarte det!
Åpne den interaktive simuleringen for å bygge scenen, trykk Spill av, og utforsk med målinger i sanntid og en veiledet gjennomgang.