Στάσιμο κύμα σε ηχητικό σωλήνα

Σκοπός του πειράματος είναι η διερεύνηση της σχέσης μήκους κύματος- συχνότητας για ένα στάσιμο ηχητικό κύμα που δημιουργείται μέσα σε ηχητικό σωλήνα και η εύρεση της ταχύτητας του ήχου.
Θεωρία
Σαν ηχητικό σωλήνα χρησιμοποιούμε ένα κοινό δοκιμαστικό σωλήνα στον οποίο εισάγουμε ποσότητα νερού. Αν φέρουμε το δοκιμαστικό σωλήνα κοντά στα χείλη μας και φυσήξουμε θα ακούσουμε ήχο σφυρίγματος. Στο εσωτερικό του δοκιμαστικού σωλήνα και στον κενό χώρο ανάμεσα στο νερό και στα χείλη του σωλήνα (έστω L η απόσταση μεταξύ τους) δημιουργούνται στάσιμα ηχητικά κύματα. Τα στάσιμα κύματα έχουν δεσμό στο κλειστό  άκρο που είναι η επιφάνεια του νερού και κοιλία στο ανοιχτό άκρο άρα τα μήκη κύματος των στάσιμων κυμάτων που δημιουργούνται θα συνδέονται με το μήκος του ηχητικού σωλήνα σύμφωνα με τη σχέση:  
{jatex} L=\frac{(2\nu+1)\cdot\lambda}{4} {/jatex}
Για τις διάφορες τιμές του ν μπορούμε να δούμε τα μήκη κύματος που παράγονται μέσα σε ένα ηχητικό σωλήνα σαν συνάρτηση του μήκους του. Το κύμα με τη μεγαλύτερη ένταση είναι εκείνο που έχει το μικρότερο μήκος από τα  διαθέσιμα μήκη κύματος άρα αυτό θα έχει τη μικρότερη συχνότητα σύμφωνα με τη θεμελιώδη εξίσωση των κυμάτων c=λ·f όπου c η ταχύτητα του ήχου.
Ο μικρότερη συχνότητα είναι η θεμελιώδης ή η πρώτη αρμονική, όπως αποκαλείται στη μουσική και αυτή καθορίζει τον τόνο που ακούμε στα πνευστά όργανα.  Μεταβάλλοντας λοιπόν το μήκος του ηχητικού σωλήνα μπορούμε να μεταβάλλουμε τη θεμελιώδη συχνότητα που ακούμε και η οποία θα δίνεται από τη σχέση:
{jatex} L=\frac{\lambda}{4} \Leftrightarrow  L= \frac{\frac{c}{f}}{4} \Leftrightarrow L=\frac{c}{4f} \Leftrightarrow  f=\frac{c}{4L} {/jatex}
Από την τελευταία σχέση μπορούμε να βρούμε την ταχύτητα διάδοσης του ήχου μετρώντας τη συχνότητα και το μήκος του ηχητικού σωλήνα.
Πειραματική διαδικασία
Αναφορές

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *