Fale i dźwięk
Rezonans rury
Naciśnij Play — wymuszaj w otwartej rurze częstotliwość podstawową; rezonans wzmacnia odpowiedź.
Rezonans rury — interaktywna symulacja: Fale i dźwięk. Naciśnij Play — wymuszaj w otwartej rurze częstotliwość podstawową; rezonans wzmacnia odpowiedź. Bezpłatne wirtualne laboratorium fizyki w przeglądarce z pomiarami na żywo w SI i samouczkiem prowadzonym.
Rezonans rury
Otwarta rura rezonuje, gdy częstotliwość wymuszania pasuje do modu fali stojącej.
Dla rury otwartej z obu końców dopuszczalne długości fal spełniają L = nλ/2. W rezonansie amplituda rośnie, bo energia jest sprawnie przekazywana w modę rury.
- fₙ = n·v/(2L)
- Rura otwarta: λₙ = 2L/n
Krótki opis badania
Zaplanuj pytanie, zanim otworzysz pracownię
Krótki opis odzwierciedla stronę statyczną: pytanie badawcze, konkurujące przewidywania, role zmiennych, prawo rządzące i co mierzyć.
Pytanie badawcze
Słup powietrza otwarty-otwarty (jak otwarta rura organowa) rezonuje w częstotliwości podstawowej wyznaczonej długością. Jeśli użyjesz krótszej rury, rezonansowa wysokość idzie w górę czy w dół?
Prognozy do rozważenia
- Krótsza rura rezonuje w niższej częstotliwości podstawowej.
- Krótsza rura rezonuje w wyższej częstotliwości podstawowej.
- Długość rury nie wpływa na częstotliwość podstawową.
Role zmiennych
Co ustawiasz:
- Długość rury L (m)
Co mierzysz:
- Długość fali podstawowej λ (m)
- Częstotliwość podstawowa f₁ (Hz)
Jak przebiega badanie
- Otwórz preset rezonansu rury i naciśnij Reset. Rura jest otwarta z obu końców, w powietrzu 20°C.
- Włącz odczyt częstotliwości podstawowej na rurze.
- Ustaw długość rury dla każdej próby i zapisz częstotliwość podstawową.
Równanie rządzące
Podstawowa otwartej rury — f₁ = c/(2L)
Słup powietrza otwarty z obu końców rezonuje, gdy pełna długość fali mieści się dwukrotnie w jego długości (λ = 2L), dając częstotliwość podstawową f₁ = c/(2L) — ta sama zależność prędkość–długość fali co u każdej fali, zastosowana do dźwięku w powietrzu.
Co karta do druku każe uczniom wyliczyć
- Dla jednej próby oblicz f₁ = c/(2L), używając c = 331.3·√(1 + 20/273.15) m/s dla powietrza w 20 °C. Porównaj z tabelą.
- Ton podstawowy rury otwartej z obu końców ma pełną długość fali λ = 2L. Używając v = fλ, wyjaśnij, dlaczego f₁ = c/(2L) wynika z tej długości fali wprost.
Gdzie to wychodzi poza pracownię
- Rura zamknięta z jednego końca (jak klarnet) podtrzymuje tylko nieparzyste harmoniczne i ma ton podstawowy f₁ = c/(4L) — o połowę mniejszą częstotliwość niż ten eksperyment przy tej samej długości. Dlaczego zamknięcie jednego końca mogłoby podwoić efektywną długość fali?
- Prędkość dźwięku c rośnie z temperaturą powietrza. Gdybyś zagrał na tej samej rurze na zewnątrz w dużo chłodniejszy dzień, rezonansowa wysokość poszłaby w górę czy w dół? Dlaczego instrumenty dęte wymagają ponownego strojenia przy zmianach temperatury?
- 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
- Witamy w rezonansie rury
- Zaznacz rurę
- Naciśnij Play
- Wymuś podstawową
- Otwórz panel Właściwości
- Udało się!
Otwórz interaktywną symulację, zbuduj scenę, naciśnij Play i badaj z pomiarami na żywo oraz przewodnikiem.
Otwórz interaktywną pracownię →