Trumpet Kundt
Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 1 januari 2020; kontroller kräver 2 redigeringar .Kundt-röret är en experimentell akustisk anordning som uppfanns 1866 av den tyske fysikern August Kundt [1] [2] för att mäta ljudets hastighet i gaser eller en solid cylinder. Hittills används enheten för att demonstrera en akustisk stående våg.
Hur det fungerar
Röret består av en transparent cylinder fylld med en liten mängd fint ljuspulver (från kork , lycopodium , talk [3] ). En stabil frekvensljudkälla är installerad i ena änden av röret. Kundt använde en metallresonator som "sjung" när den gnuggades. Moderna demonstrationer använder högtalare som ljudkälla , anslutna till en signalgenerator som producerar en sinusformad signal med en stabil frekvens. Den andra änden av röret är igensatt eller innehåller en rörlig kolv för att justera rörets längd.
När ljudkällan är påslagen ändras rörets längd med en kolv från den motsatta änden tills ljudet blir kraftigt högt - detta indikerar närvaron av akustisk resonans i röret . Detta betyder att en multipel av ljudets våglängder passar i ljudets väg, våglängden betecknas med bokstaven λ . Samtidigt är rörets längd en multipel av ett heltal av halvvågor. En stående våg bildas i röret . Amplituden av vibrationer, på grund av tillsatsen av vågor, är lika med noll genom periodiska avstånd längs röret, vilket bildar "noder" där pulvret inte rör sig, och antinoder , där amplituden är maximal och pulvret rör sig.
Pulvret dras med av luftrörelserna som skapas av den akustiska vågen i röret och bildar kullar vid noderna, som finns kvar även efter att ljudet stängts av. Avståndet mellan kullarna är lika med halva våglängden av ljudet λ/2 . Om du mäter avståndet mellan diabilderna kan du hitta ljudets våglängd λ , och om ljudets frekvens, betecknad med bokstaven f , är känd, kan du hitta ljudets hastighet i luft. Sambandet beskrivs med formeln:
Pulverpartiklars rörelse orsakas av akustiskt flöde orsakat av gränsskiktet vid rörväggarna. [fyra]
Efterföljande experiment
Genom att fylla röret med olika gaser, samt pumpa ut gas ur röret med en pump, kunde Kundt mäta ljudhastigheten i olika gaser och vid olika tryck. Vibrationskällan var en metallstång fäst i mitten av pluggen i ena änden av röret. När Kundt gnuggade staven med en bit läder täckt med kolofonium , gav staven resonans vid sin resonansfrekvens. Eftersom ljudhastigheten i luft redan var känd kunde Kundt beräkna ljudhastigheten i stavens metall. Längden på staven L var lika med halva våglängden av ljud i metallen, och avståndet mellan pulverhögarna i röret var lika med halva våglängden av ljud i luft d . Följaktligen var ljudhastigheterna i dessa medier relaterade till varandra som våglängder:
Noggrannhet
En mindre noggrann metod för att bestämma våglängd användes före Kundt. Den bygger på att mäta rörets längd vid resonans, vilket är en multipel av antalet halvvågor i röret. Men problemet är att längden på röret inte är exakt lika med en multipel av antalet halvvågor [3] . Detta beror på det faktum att noden på sidan av den vibrerande diffusorn inte är exakt på platsen för diffusorn, utan på ett visst avstånd från den. Kundts metod att direkt mäta avståndet mellan noder på pulvret gjorde det möjligt att avsevärt förbättra noggrannheten.
Se även
- Chladni figurer , En annan teknik för att visualisera en stående våg på ett plan
- Rubens rör , Demonstration av en stående våg i ett rör med brännbar gas
Källor
- ↑ Kundt, A. Ueber eine neue Art Akustischer Staubfiguren und über die Anwendung derselben zur Bestimmung der Shallgeschwindigkeit in festen Körpern und Gasen (German) // Annalen der Physik . - Leipzig: JC Poggendorff, 1866. - T. 127 , nr 4 . - S. 497-523 . - doi : 10.1002/andp.18662030402 . - . Arkiverad från originalet den 2 januari 2014.
- ↑ Kundt, augusti. Acoustic Experiments (engelska) // The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science : tidskrift. Storbritannien: Taylor & Francis. — Vol. 35 , nr. 4 . - S. 41-48 .
- ↑ 1 2 Poynting, John Henry; Thomson, JJ A Textbook of Physics: Sound (neopr.) . — 3:a. - London: Charles Griffin & Co., 1903. - S. 115-117.
- ↑ Faber, T. E. Fluid Dynamics for Physicists (ospecificerad) . - Storbritannien: Cambridge University Press , 1995. - S. 287. - ISBN 0-521-42969-2 .
 Ordböcker och uppslagsverk |
|---|