Hvad er lydhastigheden ved hjælp af resonansrør lukket i den ene ende?

Forståelse af resonans

* resonans opstår, når et vibrerende objekt (som en tuning gaffel) får en luftkolonne i et rør til at vibrere ved dens naturlige frekvens. Dette skaber stående bølger i røret.

* lukket rør: Et lukket rør har en knude (et punkt uden forskydning) i den lukkede ende og en antinode (et punkt med maksimal forskydning) i den åbne ende.

eksperimentet

1. opsætning:

- Brug en gradueret cylinder eller et langt, smalt rør lukket i den ene ende.

- En tuninggaffel med kendt frekvens (F).

- Vand for at justere længden af ​​luftsøjlen i røret.

2. Procedure:

- Slå tuninggaffelen og hold den over den åbne ende af røret.

- Juster langsomt vandstanden i røret. Du hører en mærkbar stigning i lyden af ​​lyden, når luftsøjlen i røret resonerer med tuninggaffelen.

- Mål forsigtigt længden af ​​luftsøjlen (L) på dette resonans.

- Gentag processen for forskellige længder af luftsøjlen, registrer hver længde (L1, L2 osv.), Hvor resonans forekommer.

Beregning af lydhastigheden

* forhold: Luftkolonnens længde ved resonans er relateret til bølgelængden (λ) af lydbølgen ved følgende ligning:

L =(n/4) * λ

hvor:

- l er længden af ​​luftsøjlen

- N er et underligt heltal (1, 3, 5, ...), der repræsenterer det harmoniske nummer. Den første resonans er den grundlæggende frekvens (n ​​=1), den næste er den tredje harmoniske (n =3) og så videre.

* Find bølgelængden:

- Hvis du måler flere resonanslængder (L1, L2 osv.), Kan du beregne bølgelængden ved at finde forskellen mellem på hinanden følgende resonanslængder:

λ =4 (L2 - L1)

* lydhastighed:

- Lydens hastighed (V) er relateret til frekvens (F) og bølgelængde (λ) af følgende ligning:

v =f * λ

Eksempel:

* Forestil dig, at du finder følgende resonanslængder til en tuninggaffel med en frekvens på 440 Hz:

- L1 =17,0 cm

- L2 =51,0 cm

* Beregn bølgelængden:

- λ =4 (51,0 cm - 17,0 cm) =136 cm =1,36 m

* Beregn lydhastigheden:

- V =440 Hz * 1,36 m =598,4 m/s

Vigtige noter:

* Lydens hastighed afhænger af luftens temperatur. Ovenstående beregninger antager standard stuetemperatur.

* Denne metode giver en rimelig tilnærmelse af lydhastigheden. For mere nøjagtige målinger skal du overveje at bruge et sofistikeret resonansrørapparat og styringstemperatur omhyggeligt.