Valovi in zvok
Stoječi val na struni
Pritisni Predvajaj — vozlišča (siva) mirujejo; trebuhi (svetli) nihajo z y = A sin(nπx/L) cos(ωt).
Stoječi val na struni — interaktivna simulacija Valovi in zvok. Pritisni Predvajaj — vozlišča (siva) mirujejo; trebuhi (svetli) nihajo z y = A sin(nπx/L) cos(ωt). Brezplačen virtualni fizikalni laboratorij v brskalniku z živimi meritvami SI in vodenim vodnikom.
Stoječi val
Odboji na fiksni struni ustvarijo vozlišča in trebuhe — vzorec niha na mestu.
Stoječi val je superpozicija dveh identičnih potujočih valov v nasprotnih smereh. Vozlišča imajo ničelno amplitudo; trebuhi nihajo največ.
- y = A sin(nπx/L) cos(ωt)
- λₙ = 2L/n
Oris preiskave
Načrtuj vprašanje, preden odpreš laboratorij
Oris zrcali predizrisano stran: vodilno vprašanje, tekmujoča predvidevanja, vloge spremenljivk, vodilni zakoni, priprava, analiza in pozivi k razširitvi ostanejo vidni in v tem vrstnem redu.
Vodilno vprašanje
Struna, fiksna na obeh koncih, resonira pri določenih frekvencah, imenovanih harmoniki. Kako se frekvenca 2. in 3. harmonika veže na osnovnega?
Predvidevanja za pretehtanje
- Frekvence harmonikov ne sledijo preprostemu vzorcu glede na osnovnega.
- Frekvenca vsakega harmonika je polovica prejšnjega.
- Frekvenca vsakega harmonika je celoštevilčni mnogokratnik osnovnega.
Vloge spremenljivk
Kaj nastaviš:
- Številka harmonika n
Kaj izmeriš:
- Osnovni ton f₁ (Hz)
- Resonančna frekvenca fₙ (Hz)
Kako poteka preiskava
- Odpri prednastavitev standing-string in pritisni Ponastavi. Napetost (120 N), linearna gostota (0,01 kg/m) in dolžina (1,2 m) so fiksni.
- Omogoči odčitek osnovne frekvence na struni.
- Nastavi številko harmonika n za vsak poskus in zabeleži resonančno frekvenco.
Vodilna enačba
Osnovni ton stoječega vala s fiksnima koncama — f₁ = v/(2L)
Struna, fiksna na obeh koncih, nosi stoječi val, katerega najnižja (osnovna) frekvenca je odvisna od hitrosti vala in dolžine strune: f₁ = v/(2L).
Niz harmonikov — fₙ = n·f₁
Višji resonančni načini se pojavijo pri celoštevilčnih mnogokratnikih osnovnega: fₙ = n·f₁. Vsako celo število n pomeni še eno polovico valovne dolžine na struni.
Kaj natisnjivi delovni list od učencev zahteva izračunati
- Izračunaj f₁ = √(T/μ)/(2L) s T = 120 N, μ = 0,01 kg/m, L = 1,2 m, nato fₙ = n·f₁ za vsako vrstico. Primerjaj s tabelo.
- Tvoj graf fₙ-proti-n mora biti premica skozi izhodišče z naklonom f₁. Razloži, zakaj fiksiranje obeh koncev prisili, da resonirajo samo celoštevilčni mnogokratniki f₁.
Kje se to pokaže onkraj laboratorija
- Osnovni ton kitarne strune določa noto, ki jo slišiš, a struna vibrira hkrati tudi pri višjih harmonikih, kar da noto njeno barvo. Kje drugje v tej aplikaciji lahko vidiš več harmonikov združenih?
- Če bi skrajšal struno na polovico dolžine (z isto napetostjo in linearno gostoto), kaj bi se zgodilo z osnovno frekvenco? Razlošči s f₁ = v/(2L).
- 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
- Kateri vzorec?
- Dvigni harmonik
- Zajemi resonanco
- Odpri podatke
- Razloži svoje dokaze
Odpri interaktivno simulacijo, zgradi prizor, pritisni Predvajaj in raziskuj z živimi meritvami in vodenim vodnikom.
Odpri interaktivni laboratorij →