Vlny a zvuk
Rezonancia rúrky
Stlač Prehrať — budz otvorenú rúrku na základnej frekvencii; rezonancia zosilní odozvu.
Rezonancia rúrky — interaktívna simulácia Vlny a zvuk. Stlač Prehrať — budz otvorenú rúrku na základnej frekvencii; rezonancia zosilní odozvu. Bezplatné virtuálne fyzikálne laboratórium v prehliadači so živými SI meraniami a sprievodcom.
Rezonancia rúrky
Otvorená rúrka rezonuje, keď budiaca frekvencia zodpovedá modu stojatého vlnenia.
Pre rúrku otvorenú na oboch koncoch vyhovujú vlnové dĺžky L = nλ/2. Pri rezonancii amplitúda rastie, pretože energia sa účinne prenáša do modu rúrky.
- fₙ = n·v/(2L)
- Otvorená rúrka: λₙ = 2L/n
Prehľad skúmania
Naplánuj otázku ešte pred otvorením laboratória
Stručný opis zrkadlí predrenderovanú stránku: hlavná otázka, súťažiace predikcie, úlohy premenných, riadiace zákony, postavenie, analýza a rozširujúce podnety zostávajú viditeľné a v tomto poradí.
Hlavná otázka
Vzduchový stĺpec otvorený na oboch koncoch (ako otvorená organová píšťala) rezonuje na základnej frekvencii určenej svojou dĺžkou. Keď použiješ kratšiu rúrku, ide rezonančná výška tónu hore alebo dole?
Predikcie na zváženie
- Kratšia rúrka rezonuje na nižšej základnej frekvencii.
- Kratšia rúrka rezonuje na vyššej základnej frekvencii.
- Dĺžka rúrky neovplyvňuje základnú frekvenciu.
Úlohy premenných
Čo nastavuješ:
- Dĺžka rúrky L (m)
Čo meriaš:
- Vlnová dĺžka základného tónu λ (m)
- Základná frekvencia f₁ (Hz)
Ako skúmanie prebieha
- Otvor predvolbu rezonancia rúrky a stlač Resetovať. Rúrka je otvorená na oboch koncoch, vo vzduchu 20 °C.
- Zapni odčítanie základnej frekvencie na rúrke.
- Nastav dĺžku rúrky pre každý pokus a zaznamenaj základnú frekvenciu.
Riadiaca rovnica
Základný tón otvorenej rúrky — f₁ = c/(2L)
Vzduchový stĺpec otvorený na oboch koncoch rezonuje s plnou vlnovou dĺžkou dvakrát jeho dĺžky (λ = 2L), čo dáva základnú frekvenciu f₁ = c/(2L) — ten istý vzťah rýchlosť–vlnová dĺžka ako pri akejkoľvek vlne, aplikovaný na zvuk vo vzduchu.
Čo má študentov naučiť tlačiteľný list
- Pre jeden pokus vypočítaj f₁ = c/(2L) s c = 331.3·√(1 + 20/273.15) m/s pre vzduch 20 °C. Porovnaj s tabuľkou.
- Základná frekvencia rúrky otvorenej na oboch koncoch má plnú vlnovú dĺžku λ = 2L. Vysvetli pomocou v = fλ, prečo f₁ = c/(2L) priamo vyplýva z tejto vlnovej dĺžky.
Kde sa to objavuje mimo laboratória
- Rúrka uzavretá na jednom konci (ako klarinet) nesie len nepárne harmonické a má základnú f₁ = c/(4L) — polovicu frekvencie tohto experimentu pri rovnakej dĺžke. Prečo by uzavretie jedného konca mohlo zdvojnásobiť efektívnu vlnovú dĺžku?
- Rýchlosť zvuku c rastie s teplotou vzduchu. Keby si hral na tú istú rúrku vonku oveľa chladnejší deň, išla by jej rezonančná výška hore alebo dole? Prečo dychové nástroje potrebujú preladenie pri zmene teploty?
- 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
- Vitaj pri rezonancii rúrky
- Vyber rúrku
- Stlač Prehrať
- Bud základnú frekvenciu
- Otvor panel Vlastnosti
- Zvládol si to!
Otvor interaktívnu simuláciu na postavenie scény, stlač Prehrať a skúmaj so živými meraniami a sprievodcom.
Otvoriť interaktívne laboratórium →