Sóng dừng: Sóng hài trên dây cố định

1 · Dự đoán

Một sợi dây cố định ở cả hai đầu sẽ cộng hưởng ở những tần số nhất định gọi là sóng hài. Tần số của sóng hài bậc 2 và bậc 3 liên quan đến sóng cơ bản như thế nào?

• Tần số hài không tuân theo mô hình đơn giản nào so với tần số cơ bản.
• Tần số của mỗi sóng hài bằng một nửa tần số trước đó.
• Tần số của mỗi sóng hài là bội số nguyên của tần số cơ bản.

2 · Thiết lập

1. Mở cài đặt trước dây sóng đứng và nhấn Đặt lại. Lực căng (120 N), mật độ tuyến tính (0,01 kg/m) và chiều dài (1,2 m) là cố định.
2. Bật đọc tần số cơ bản trên dây.
3. Đặt số hài n cho mỗi lần thử và ghi lại tần số cộng hưởng.

3 · Thu thập dữ liệu

Vẽ biểu đồ tần số cộng hưởng fₙ (trục y) theo số hài n (trục x) cho ba lần thử của bạn. Đường thẳng có đi qua gốc tọa độ không?

4 · Phân tích

1. Tính f₁ = √(T/μ)/(2L) bằng T = 120 N, μ = 0.01 kg/m, L = 1.2 m, sau đó fₙ = n·f₁ cho mỗi hàng. So sánh với bảng.
2. Biểu đồ fₙ-vs-n của bạn phải là một đường thẳng đi qua gốc tọa độ với độ dốc f₁. Giải thích tại sao việc cố định cả hai đầu chỉ buộc bội số nguyên của f₁ cộng hưởng.

5 · Gia hạn

1. Cơ bản của dây đàn guitar xác định nốt bạn nghe thấy, nhưng dây cũng đồng thời rung ở mức hài hòa cao hơn, tạo ra âm sắc cho nốt đó. Bạn có thể thấy nhiều sóng hài được kết hợp ở đâu khác trong ứng dụng này?
2. Nếu bạn rút ngắn sợi dây xuống còn một nửa chiều dài của nó (giữ độ căng và mật độ tuyến tính như cũ), điều gì sẽ xảy ra với tần số cơ bản? Sử dụng f₁ = v/(2L) để giải thích.

Vật lý đằng sau thí nghiệm này

← Quay lại thử nghiệm