Волны и звук
Резонанс трубы
Нажмите Play — возбудите открытую трубу на основной моде; резонанс усиливает отклик.
Резонанс трубы — интерактивная симуляция (Волны и звук). Нажмите Play — возбудите открытую трубу на основной моде; резонанс усиливает отклик. Бесплатная виртуальная физическая лаборатория в браузере с живыми измерениями в СИ и сопровождаемым туром.
Резонанс трубы
Открытая труба резонирует, когда частота возбуждения совпадает с модой стоячей волны.
Для открытой с обоих концов трубы допустимые длины волн удовлетворяют L = nλ/2. В резонансе амплитуда нарастает, потому что энергия эффективно перекачивается в моду трубы.
- fₙ = n·v/(2L)
- Открытая труба: λₙ = 2L/n
Краткое описание исследования
Спланируйте вопрос до открытия лаборатории
Краткое описание повторяет предрендеренную страницу: движущий вопрос, конкурирующие прогнозы, роли переменных, определяющие законы, ход работы, анализ и задания для развития остаются видимыми и в этом порядке.
Движущий вопрос
Открытый с обоих концов воздушный столб (как открытая органная труба) резонирует на основной частоте, заданной длиной. Если взять более короткую трубу, резонансная высота тона поднимется или опустится?
Прогнозы для взвешивания
- Более короткая труба резонирует на более низкой основной частоте.
- Более короткая труба резонирует на более высокой основной частоте.
- Длина трубы не влияет на основную частоту.
Роли переменных
Что вы задали:
- Длина трубы L (m)
Что вы измеряете:
- Длина основной волны λ (m)
- Основная частота f₁ (Hz)
Как идёт исследование
- Откройте пресет резонанса трубы и нажмите «Сброс». Труба открыта с обоих концов, воздух 20°C.
- Включите показание основной частоты на трубе.
- Задайте длину трубы для каждой пробы и запишите основную частоту.
Определяющее уравнение
Основной тон открытой трубы — f₁ = c/(2L)
Воздушный столб, открытый с обоих концов, резонирует, когда полная длина волны укладывается в его длину дважды (λ = 2L), давая основную частоту f₁ = c/(2L) — то же соотношение скорости и длины волны, что у любой волны, применённое к звуку в воздухе.
Что печатный рабочий лист предлагает учащимся вывести
- Для одной пробы вычислите f₁ = c/(2L), используя c = 331.3·√(1 + 20/273.15) м/с для воздуха при 20 °C. Сравните с таблицей.
- Основная гармоника открытой с обоих концов трубы имеет полную длину волны λ = 2L. Используя v = fλ, объясните, почему f₁ = c/(2L) следует из этой длины волны напрямую.
Где это проявляется за пределами лаборатории
- Труба, закрытая с одного конца (как кларнет), поддерживает только нечётные гармоники и имеет основную частоту f₁ = c/(4L) — вдвое меньше частоты этого эксперимента при той же длине. Почему закрытие одного конца удваивает эффективную длину волны?
- Скорость звука c растёт с температурой воздуха. Если играть на этой же трубе на улице в куда более холодный день, резонансная высота поднимется или опустится? Почему духовым инструментам нужна подстройка при изменении температуры?
- 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
- Добро пожаловать к резонансу трубы
- Выберите трубу
- Нажмите Play
- Возбудите основной тон
- Откройте панель свойств
- Готово!
Откройте интерактивную симуляцию, чтобы собрать сцену, нажать Play и исследовать с живыми измерениями и сопровождаемым туром.
Открыть интерактивную лабораторию →