Trumpetti Kundt

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 1. tammikuuta 2020 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 2 muokkausta .

Kundt-putki on kokeellinen akustinen laite, jonka saksalainen fyysikko August Kundt keksi vuonna 1866 [1] [2] mittaamaan äänen nopeutta kaasuissa tai kiinteässä sylinterissä. Tähän mennessä laitetta on käytetty akustisen seisovan aallon osoittamiseen.

Kuinka se toimii

Putki koostuu läpinäkyvästä sylinteristä, joka on täytetty pienellä määrällä hienoa kevytjauhetta ( korkista , lykopodiumista , talkista [3] ). Putken toiseen päähän on asennettu vakaan taajuuden äänilähde. Kundt käytti metalliresonaattoria, joka "lauli", kun sitä hierottiin. Nykyaikaisissa demonstraatioissa käytetään kaiuttimia äänilähteenä , jotka on kytketty signaaligeneraattoriin, joka tuottaa vakaan taajuuden sinimuotoisen signaalin. Putken toinen pää on tukkeutunut tai sisältää liikkuvan männän putken pituuden säätämiseksi.

Kun äänilähde kytketään päälle, putken pituutta muutetaan männällä vastakkaisesta päästä, kunnes ääni tulee jyrkästi kovaksi - tämä osoittaa putken akustisen resonanssin olemassaolon . Tämä tarkoittaa, että äänen aallonpituuksien monikerta sopii äänen tielle, aallonpituutta merkitään kirjaimella λ . Samanaikaisesti putken pituus on puoliaaltojen kokonaisluvun kerrannainen. Putkeen muodostuu seisova aalto . Värähtelyn amplitudi, joka johtuu aaltojen lisäyksestä, on yhtä suuri kuin nolla jaksollisilla etäisyyksillä putkea pitkin, jolloin muodostuu "solmuja", joissa jauhe ei liiku, ja antisolmuja , joissa amplitudi on maksimi ja jauhe liikkuu.

Jauhe kulkeutuu putkessa akustisen aallon synnyttämien ilman liikkeiden mukana ja muodostaa solmukohtiin kukkuloita, jotka säilyvät myös äänen sammuttamisen jälkeen. Kukkulien välinen etäisyys on yhtä suuri kuin puolet äänen aallonpituudesta λ/2 . Jos mittaat diojen välisen etäisyyden, voit löytää äänen aallonpituuden λ ja jos tunnetaan äänen taajuus, jota merkitään kirjaimella f , niin voit löytää äänen nopeuden ilmassa. Suhde kuvataan kaavalla:

Jauhehiukkasten liike johtuu putken seinämien rajakerroksen aiheuttamasta akustisesta virtauksesta . [neljä]

Myöhemmät kokeet

Täyttämällä putkea erilaisilla kaasuilla sekä pumppaamalla kaasua putkesta ulos pumpulla Kundt pystyi mittaamaan äänen nopeuden eri kaasuissa ja eri paineissa. Tärinälähde oli metallitanko, joka oli kiinnitetty putken toisessa päässä olevan tulpan keskelle. Kun Kundt hieroi sauvaa hartsilla päällystetyllä nahkapalalla , sauva resonoi resonanssitaajuudellaan. Koska äänen nopeus ilmassa oli jo tiedossa, Kundt pystyi laskemaan äänen nopeuden sauvan metallissa. Tangon pituus L oli yhtä suuri kuin metallissa olevan äänen puoliaallonpituus ja putkessa olevien jauhepinojen välinen etäisyys oli yhtä suuri kuin puolet äänen aallonpituudesta ilmassa d . Näin ollen äänen nopeudet näissä medioissa olivat suhteessa toisiinsa aallonpituuksina:

Tarkkuus

Ennen Kundtia käytettiin vähemmän tarkkaa aallonpituuden määritysmenetelmää. Se perustuu putken pituuden mittaamiseen resonanssissa, joka on putken puoliaaltojen lukumäärän kerrannainen. Mutta ongelmana on, että putken pituus ei ole täsmälleen yhtä suuri kuin puoliaaltojen lukumäärän kerrannainen [3] . Tämä johtuu siitä, että värähtelevän diffuusorin puolella oleva solmu ei ole tarkalleen diffuusorin paikalla, vaan jonkin matkan päässä siitä. Kundtin menetelmä mitata suoraan jauheen solmujen välistä etäisyyttä mahdollisti merkittävästi tarkkuuden parantamisen.

Katso myös

Lähteet

  1. ↑ Kundt, A. Ueber eine neue Art Akustischer Staubfiguren und über die Anwendung derselben zur Bestimmung der Shallgeschwindigkeit in festen Körpern und Gasen  (saksa)  // Annalen der Physik . - Leipzig: JC Poggendorff, 1866. - T. 127 , nro 4 . - S. 497-523 . - doi : 10.1002/andp.18662030402 . - . Arkistoitu alkuperäisestä 2. tammikuuta 2014.
  2. ↑ Kundt, elokuu. Acoustic Experiments  (englanniksi)  // The London, Edinburgh ja Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science  : aikakauslehti. Iso-Britannia: Taylor & Francis. — Voi. 35 , ei. 4 . - s. 41-48 .
  3. ↑ 1 2 Poynting, John Henry; Thomson, JJ Fysiikan oppikirja: Ääni  (uuspr.) . – 3. - Lontoo: Charles Griffin & Co., 1903. - S. 115-117.
  4. ↑ Faber, T. E. Fluid Dynamics for Physicists  (määrittelemätön) . - Iso-Britannia: Cambridge University Press , 1995. - S. 287. - ISBN 0-521-42969-2 .
  Siirry Wikidata-kohteeseen  Sanakirjat ja tietosanakirjat