คลื่นและเสียง
การสั่นพ้องในท่อ
กดเล่น — ขับเคลื่อนท่อเปิดที่ฮาร์มอนิกมูลฐาน การสั่นพ้องเพิ่มการตอบสนอง
การสั่นพ้องในท่อ — การจำลองคลื่นและเสียงแบบโต้ตอบ กดเล่น — ขับเคลื่อนท่อเปิดที่ฮาร์มอนิกมูลฐาน การสั่นพ้องเพิ่มการตอบสนอง ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์เสมือนบนเบราว์เซอร์ที่ใช้ฟรี พร้อมการวัด SI แบบสดและบทแนะนำ
การสั่นพ้องในท่อ
ท่อเปิดสั่นพ้องเมื่อความถี่ขับเคลื่อนตรงกับโหมดคลื่นนิ่ง
สำหรับท่อเปิดสองด้าน ความยาวคลื่นที่เป็นไปได้จะสอดคล้องกับ L = nλ/2 ที่การสั่นพ้อง แอมพลิจูดจะเพิ่มขึ้นเพราะพลังงานถูกถ่ายโอนเข้าสู่โหมดของท่ออย่างมีประสิทธิภาพ
- fₙ = n·v/(2L)
- ท่อเปิด: λₙ = 2L/n
สรุปการสืบสวน
วางแผนคำถามก่อนเปิดห้องแล็บ
บทสรุปสะท้อนหน้าที่เรนเดอร์ล่วงหน้า คำถามขับเคลื่อน คำทำนายที่ขัดแย้งกัน บทบาทตัวแปร กฎที่ควบคุม การตั้งค่า การวิเคราะห์ และโจทย์ต่อยอดยังแสดงและเรียงตามลำดับนี้
คำถามขับเคลื่อน
ช่องอากาศเปิด-เปิด (เหมือนท่อออร์แกนเปิด) สั่นพ้องที่ความถี่มูลฐานที่กำหนดโดยความยาว ถ้าใช้ท่อสั้นกว่า ระดับเสียงพ้องสูงขึ้นหรือต่ำลง
คำทำนายที่ต้องชั่งใจ
- ท่อสั้นกว่าสั่นพ้องที่ความถี่มูลฐานต่ำกว่า
- ท่อสั้นกว่าสั่นพ้องที่ความถี่มูลฐานสูงกว่า
- ความยาวท่อไม่กระทบความถี่มูลฐาน
บทบาทของตัวแปร
สิ่งที่คุณตั้ง:
- ความยาวท่อ L (m)
สิ่งที่คุณวัด:
- ความยาวคลื่นมูลฐาน λ (m)
- ความถี่มูลฐาน f₁ (Hz)
การสืบสวนดำเนินไปอย่างไร
- เปิดค่าที่ตั้งไว้ pipe-resonance แล้วกดรีเซ็ต ท่อเปิดทั้งสองปลาย ในอากาศ 20°C
- เปิดค่าแสดงความถี่มูลฐานบนท่อ
- ตั้งความยาวท่อในแต่ละรอบแล้วบันทึกความถี่มูลฐาน
สมการควบคุม
ฮาร์มอนิกมูลฐานท่อเปิด — f₁ = c/(2L)
คอลัมน์อากาศที่เปิดสองปลายจะพ้องเมื่อความยาวคลื่นเต็มหนึ่งเท่าของความยาวคอลัมน์สองเท่าพอดี (λ = 2L) ได้ความถี่มูลฐาน f₁ = c/(2L) ซึ่งเป็นความสัมพันธ์ความเร็ว-ความยาวคลื่นเดียวกับคลื่นใด ๆ ที่นำมาใช้กับเสียงในอากาศ
สิ่งที่ใบงานพิมพ์ได้ให้นักเรียนคิด
- สำหรับหนึ่งรอบ จงคำนวณ f₁ = c/(2L) โดยใช้ c = 331.3·√(1 + 20/273.15) m/s สำหรับอากาศที่ 20°C เทียบกับตาราง
- ความถี่มูลฐานของท่อเปิดสองปลายมีความยาวคลื่นเต็มความยาว λ = 2L จงใช้ v = fλ อธิบายว่าทำไม f₁ = c/(2L) จึงได้มาจากความยาวคลื่นนั้นโดยตรง
สิ่งนี้ปรากฏที่ใดนอกห้องแล็บ
- ท่อที่ปิดหนึ่งปลาย (เช่น คลาริเน็ต) รองรับเฉพาะฮาร์มอนิกคี่และมีความถี่มูลฐาน f₁ = c/(4L) คือครึ่งหนึ่งของความถี่ในการทดลองนี้ที่ความยาวเท่ากัน ทำไมการปิดหนึ่งปลายจึงเพิ่มความยาวคลื่นที่มีผลเป็นสองเท่า
- อัตราเร็วเสียง c เพิ่มตามอุณหภูมิอากาศ ถ้าเป่าท่อเดียวกันกลางแจ้งวันที่หนาวจัด ระดับเสียงพ้องจะสูงขึ้นหรือต่ำลง เหตุใดเครื่องดนตรีลมจึงต้องเทียบเสียงใหม่เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยน
- 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
- ยินดีต้อนรับสู่ การสั่นพ้องในท่อ
- เลือกท่อ
- กดเล่น
- ขับเคลื่อนฮาร์มอนิกมูลฐาน
- เปิดแผงคุณสมบัติ
- คุณทำได้แล้ว!
เปิดการจำลองแบบโต้ตอบเพื่อสร้างฉาก กดเล่น แล้วสำรวจพร้อมการวัดสดและบทแนะนำ