Trompeta Kundt

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 1 ianuarie 2020; verificările necesită 2 modificări .

Tubul Kundt este un dispozitiv acustic experimental inventat în 1866 de fizicianul german August Kundt [1] [2] pentru a măsura viteza sunetului în gaze sau într-un cilindru solid. Până în prezent, dispozitivul este folosit pentru a demonstra o undă staționară acustică.

Cum funcționează

Țeava constă dintr-un cilindru transparent umplut cu o cantitate mică de pulbere fină ușoară (din plută , licopodiu , talc [3] ). La un capăt al conductei este instalată o sursă de sunet cu frecvență stabilă. Kundt a folosit un rezonator metalic care „cânta” când a fost frecat. Demonstrațiile moderne folosesc difuzoare ca sursă de sunet , conectate la un generator de semnal care produce un semnal sinusoidal cu o frecvență stabilă. Celălalt capăt al țevii este astupat sau conține un piston mobil pentru a regla lungimea țevii.

Când sursa de sunet este pornită, lungimea țevii este schimbată cu un piston de la capătul opus până când sunetul devine puternic - acest lucru indică prezența rezonanței acustice în țeavă . Aceasta înseamnă că un multiplu al lungimilor de undă ale sunetului se încadrează în calea sunetului, lungimea de undă fiind notată cu litera λ . În același timp, lungimea țevii este un multiplu al unui număr întreg de semi-unde. În conductă se formează o undă staționară . Amplitudinea vibrațiilor, datorită adăugării undelor, este egală cu zero prin distanțe periodice de-a lungul țevii, formând „noduri” în care pulberea nu se mișcă și antinoduri , în care amplitudinea este maximă și pulberea se mișcă.

Pulberea este antrenată de mișcările de aer create de unda acustică în tub și formează dealuri la noduri, care rămân și după ce sunetul este oprit. Distanța dintre dealuri este egală cu jumătate din lungimea de undă a sunetului λ/2 . Dacă măsurați distanța dintre diapozitive, puteți afla lungimea de undă a sunetului λ , iar dacă frecvența sunetului, notat cu litera f , este cunoscută, atunci puteți găsi viteza sunetului în aer. Relația este descrisă de formula:

Mișcarea particulelor de pulbere este cauzată de fluxul acustic cauzat de stratul limită de la pereții conductei. [patru]

Experimentele ulterioare

Prin umplerea tubului cu diferite gaze, precum și prin pomparea gazului din tub cu o pompă, Kundt a putut măsura viteza sunetului în diferite gaze și la diferite presiuni. Sursa de vibrație era o tijă de metal fixată în centrul dopului la un capăt al țevii. Când Kundt a frecat tija cu o bucată de piele acoperită cu colofoniu , tija a rezonat la frecvența sa de rezonanță. Deoarece viteza sunetului în aer era deja cunoscută, Kundt a putut să calculeze viteza sunetului în metalul tijei. Lungimea tijei L era egală cu jumătate din lungimea de undă a sunetului din metal, iar distanța dintre grămezile de pulbere din țeavă era egală cu jumătate din lungimea de undă a sunetului în aer d . În consecință, vitezele sunetului în aceste medii au fost legate între ele ca lungimi de undă:

Precizie

O metodă mai puțin precisă de determinare a lungimii de undă a fost folosită înainte de Kundt. Se bazează pe măsurarea lungimii țevii la rezonanță, care este un multiplu al numărului de semi-unde din țeavă. Dar problema este că lungimea țevii nu este exact egală cu un multiplu al numărului de semi-unde [3] . Acest lucru se datorează faptului că nodul de pe partea laterală a difuzorului vibrant nu se află exact în locul difuzorului, ci la o oarecare distanță de acesta. Metoda lui Kundt de măsurare directă a distanței dintre nodurile de pe pulbere a făcut posibilă îmbunătățirea semnificativă a preciziei.

Vezi și

Surse

  1. ↑ Kundt, A. Ueber eine neue Art Akustischer Staubfiguren und über die Anwendung derselben zur Bestimmung der Shallgeschwindigkeit in festen Körpern und Gasen  (germană)  // Annalen der Physik . - Leipzig: JC Poggendorff, 1866. - T. 127 , nr. 4 . - S. 497-523 . - doi : 10.1002/andp.18662030402 . - Cod biblic . Arhivat din original pe 2 ianuarie 2014.
  2. ↑ Kundt, august. Experimente acustice  (engleză)  // The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science  : jurnal. Marea Britanie: Taylor & Francis. — Vol. 35 , nr. 4 . - P. 41-48 .
  3. ↑ 1 2 Poynting, John Henry; Thomson, JJ Un manual de fizică: sunet  (neopr.) . — al 3-lea. - Londra: Charles Griffin & Co., 1903. - S. 115-117.
  4. ↑ Faber, T. E. Dinamica fluidelor pentru fizicieni  (nespecificat) . - Marea Britanie: Cambridge University Press , 1995. - P. 287. - ISBN 0-521-42969-2 .
  Accesați articolul Wikidata  Dicționare și enciclopedii