Cộng hưởng ống mở: Độ dài đặt cao độ
1 · Dự đoán
Một cột không khí mở (giống như một ống đàn organ mở) cộng hưởng ở tần số cơ bản được đặt theo chiều dài của nó. Nếu bạn sử dụng ống ngắn hơn, cao độ cộng hưởng sẽ tăng hay giảm?
- Một ống ngắn hơn cộng hưởng ở tần số cơ bản thấp hơn.
- Một ống ngắn hơn sẽ cộng hưởng ở tần số cơ bản cao hơn.
- Chiều dài ống không ảnh hưởng đến tần số cơ bản.
2 · Thiết lập
- Mở cài đặt trước cộng hưởng đường ống và nhấn Reset. Ống mở ở cả hai đầu, trong không khí 20°C.
- Kích hoạt tính năng đọc tần số cơ bản trên đường ống.
- Đặt chiều dài ống cho mỗi lần thử và ghi lại tần số cơ bản.
3 · Thu thập dữ liệu
| Chiều dài ống L (m) | Bước sóng cơ bản λ (m) | Tần số cơ bản f₁ (Hz) |
|---|---|---|
| 0.30 | ||
| 0.50 | ||
| 0.70 |
Vẽ biểu đồ tần số cơ bản f₁ (trục y) theo 1/L (trục x) cho ba lần thử của bạn.
4 · Phân tích
- Đối với một lần thử, hãy tính f₁ = c/(2L) bằng cách sử dụng c = 331.3 ·√(1 + 20 /273.15) m/s cho không khí 20 °C. So sánh với bảng.
- Chân cơ bản của một ống hở hở có bước sóng đầy đủ λ = 2L. Giải thích, sử dụng v = fλ, tại sao f₁ = c/(2L) theo trực tiếp từ bước sóng đó.
5 · Gia hạn
- Một ống kín ở một đầu (như kèn clarinet) chỉ hỗ trợ các sóng hài lẻ và có cơ bản f₁ = c/(4L) — một nửa tần số của thí nghiệm này trong cùng một độ dài. Tại sao việc đóng một đầu lại có thể tăng gấp đôi bước sóng hiệu dụng?
- Tốc độ truyền âm c tăng theo nhiệt độ không khí. Nếu bạn chơi loại tẩu này ngoài trời vào một ngày lạnh hơn nhiều, liệu cường độ cộng hưởng của nó tăng lên hay giảm xuống? Tại sao dụng cụ hơi cần được điều chỉnh lại khi nhiệt độ thay đổi?
Vật lý đằng sau thí nghiệm này
Cơ bản về đường ống mở
Một cột không khí mở ở cả hai đầu sẽ cộng hưởng với bước sóng đầy đủ gấp đôi chiều dài của nó (λ = 2L), tạo ra tần số cơ bản f₁ = c/(2L) — mối quan hệ tốc độ-bước sóng giống như bất kỳ sóng nào áp dụng cho âm thanh trong không khí.