Förstå resonans
* resonans inträffar när ett vibrerande föremål (som en inställningsgaffel) orsakar en kolonn i ett rör att vibrera vid dess naturliga frekvens. Detta skapar stående vågor i röret.
* Stängt rör: Ett rör med slutna ändar har en nod (en punkt utan förskjutning) i den stängda änden och en antinod (en punkt med maximal förskjutning) i den öppna änden.
Experimentet
1. Setup:
- Använd en graderad cylinder eller ett långt, smalt rör stängt i ena änden.
- En inställningsgaffel med känd frekvens (F).
- Vatten för att justera längden på luftkolonnen i röret.
2. Förfarande:
- Sträng inställningsgaffeln och håll den över den öppna änden av röret.
- Justera långsamt vattennivån i röret. Du hör en märkbar ökning av ljudets höghet när luftkolonnen i röret resonerar med inställningsgaffeln.
- Mät försiktigt längden på luftkolonnen (L) vid denna resonanspunkt.
- Upprepa processen för olika längder på luftkolonnen och registrera varje längd (L1, L2, etc.) vid vilken resonans inträffar.
Beräkna ljudets hastighet
* Förhållande: Luftkolonnens längd vid resonans är relaterad till våglängden (λ) för ljudvågen med följande ekvation:
L =(n/4) * λ
där:
- l är längden på luftkolonnen
- n är ett udda heltal (1, 3, 5, ...) som representerar det harmoniska numret. Den första resonansen är den grundläggande frekvensen (n =1), nästa är den tredje harmoniken (n =3), och så vidare.
* Hitta våglängden:
- Om du mäter flera resonanslängder (L1, L2, etc.) kan du beräkna våglängden genom att hitta skillnaden mellan på varandra följande resonanslängder:
λ =4 (L2 - L1)
* Hastighet av ljud:
- Ljudets hastighet (V) är relaterad till frekvens (F) och våglängd (λ) med följande ekvation:
v =f * λ
Exempel:
* Föreställ dig att du hittar följande resonanslängder för en avstämningsgaffel med en frekvens på 440 Hz:
- L1 =17,0 cm
- L2 =51,0 cm
* Beräkna våglängden:
- λ =4 (51,0 cm - 17,0 cm) =136 cm =1,36 m
* Beräkna ljudets hastighet:
- V =440 Hz * 1,36 m =598,4 m/s
Viktiga anteckningar:
* Ljudets hastighet beror på luftens temperatur. Ovanstående beräkningar antar standardrumstemperatur.
* Denna metod ger en rimlig tillnärmning av ljudets hastighet. För mer exakta mätningar, överväg att använda en sofistikerad resonansrörsapparat och styra temperaturen noggrant.
