Trumpet Kundt

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 1. ledna 2020; kontroly vyžadují 2 úpravy .

Kundtova trubice je experimentální akustické zařízení vynalezené v roce 1866 německým fyzikem Augustem Kundtem [1] [2] k měření rychlosti zvuku v plynech nebo pevném válci. Dosud se přístroj používá k demonstraci akustického stojatého vlnění.

Jak to funguje

Dýmka se skládá z průhledného válce naplněného malým množstvím jemného světlého prášku (z korku , lycopodium , mastku [3] ). Na jednom konci potrubí je instalován zdroj zvuku se stabilní frekvencí. Kundt použil kovový rezonátor, který při tření „zpíval“. Moderní demonstrace používají jako zdroj zvuku reproduktory , připojené ke generátoru signálu, který produkuje sinusový signál stabilní frekvence. Druhý konec trubky je ucpaný nebo obsahuje pohyblivý píst pro nastavení délky trubky.

Po zapnutí zdroje zvuku se délka dýmky mění pístem z opačného konce, dokud zvuk není ostře hlasitý - to indikuje přítomnost akustické rezonance v dýmce . To znamená, že do cesty zvuku se vejde násobek vlnových délek zvuku, přičemž vlnová délka se značí písmenem λ . Délka potrubí je přitom násobkem celočíselného počtu půlvln. V potrubí se tvoří stojaté vlny . Amplituda vibrací v důsledku sčítání vln je rovna nule prostřednictvím periodických vzdáleností podél potrubí, čímž se tvoří "uzly", ve kterých se prášek nepohybuje, a antinody , ve kterých je amplituda maximální a prášek se pohybuje.

Prášek je strháván pohyby vzduchu vytvářenými akustickou vlnou v trubici a vytváří v uzlech kopce, které zůstávají i po vypnutí zvuku. Vzdálenost mezi kopci je rovna polovině vlnové délky zvuku λ/2 . Pokud změříte vzdálenost mezi diapozitivy, můžete zjistit vlnovou délku zvuku λ a pokud je známa frekvence zvuku označovaná písmenem f , pak můžete zjistit rychlost zvuku ve vzduchu. Vztah je popsán vzorcem:

Pohyb částic prášku je způsoben akustickým prouděním způsobeným mezní vrstvou na stěnách potrubí. [čtyři]

Následné experimenty

Plněním trubice různými plyny a také čerpáním plynu z trubice pumpou byl Kundt schopen měřit rychlost zvuku v různých plynech a při různých tlacích. Zdrojem vibrací byla kovová tyč upevněná ve středu zátky na jednom konci trubky. Když Kundt třel tyč kouskem kůže potaženým kalafunou , tyč rezonovala na své rezonanční frekvenci. Protože rychlost zvuku ve vzduchu byla již známa, Kundt byl schopen vypočítat rychlost zvuku v kovu tyče. Délka tyče L se rovnala polovině vlnové délky zvuku v kovu a vzdálenost mezi hromadami prášku v trubce byla rovna polovině vlnové délky zvuku ve vzduchu d . V souladu s tím byly rychlosti zvuku v těchto médiích ve vzájemném vztahu jako vlnové délky:

Přesnost

Před Kundtem byla použita méně přesná metoda určení vlnové délky. Je založena na měření délky trubky při rezonanci, která je násobkem počtu půlvln v potrubí. Problém je ale v tom, že délka trubky není přesně rovna násobku počtu půlvln [3] . Je to dáno tím, že uzel na straně vibračního difuzoru není přesně v místě difuzoru, ale v určité vzdálenosti od něj. Kundtova metoda přímého měření vzdálenosti mezi uzly na prášku umožnila výrazně zlepšit přesnost.

Viz také

Zdroje

  1. ↑ Kundt, A. Ueber eine neue Art Akustischer Staubfiguren und über die Anwendung derselben zur Bestimmung der Shallgeschwindigkeit in festen Körpern und Gasen  (německy)  // Annalen der Physik . - Lipsko: JC Poggendorff, 1866. - T. 127 , č. 4 . - S. 497-523 . - doi : 10.1002/andp.18662030402 . - . Archivováno z originálu 2. ledna 2014.
  2. ↑ Kundt, srpen. Acoustic Experiments  (anglicky)  // The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science  : journal. Spojené království: Taylor & Francis. — Sv. 35 , č. 4 . - str. 41-48 .
  3. ↑ 1 2 Poynting, John Henry; Thomson, JJ Učebnice fyziky: Zvuk  (neopr.) . — 3. - Londýn: Charles Griffin & Co., 1903. - S. 115-117.
  4. ↑ Faber, T. E. Fluid Dynamics for Physicists  (nespecifikováno) . - UK: Cambridge University Press , 1995. - S. 287. - ISBN 0-521-42969-2 .
  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie