Пылезащитная труба Кундта

Изображение аппарата и фигур из пыли
из оригинальной работы Августа Кундта, 1866 г.

Kundt труба (также Kundt трубки , после того, как физик Август Kundt , его наблюдений опубликованы в 1866 году) позволяет стоять акустические волны , чтобы сделать видимыми в стеклянной трубке. Стоячие волны приводят к z. B. тон почти всех музыкальных инструментов , особенно все виды флейт и труб . Благодаря своей простой и понятной конструкции трубка Кундта является популярным демонстрационным экспериментом в школьной физике .

строительство

Схематическое изображение трубки Кундта с распределением скорости звука . Пробковая мука собирается в узлах стоячей волны.

Пробковый порошок, содержащийся в трубе , перемещается мощной звуковой волной. Он собирается в местах с наименьшей скоростью звука звуковых волн, т. Е. ЧАС. в узел стоячей волны, где она образует небольшие кучи муки. Следовательно, между этими кучами муки находятся пучности стоячей волны.

Груды муки остаются даже после выключения Sinustone . Их не следует путать с «настаиванием» пробковой муки с включенным синусоидальным тоном (при средних амплитудах или громкости синусоидального тона пробковая мука поднимается в пучностях и остается почти неподвижной в большей части ламеллярной структуры. При более высоких амплитудах эти пластинчатые возвышения не являются чтобы увидеть, что пробковая мука слишком сильно взбита).

Так что резонанс - d. ЧАС. стоячая волна  - происходит, длина трубы должна быть скорректирована с помощью пуансона , которые могут быть сдвинуты в трубу с одной стороны. У пуансона есть закрытый конец (и, следовательно, узел вибрации), а на открытом конце трубы - пучность. Споры медвежьего мха могут выглядеть лучше, чем пробковая мука, потому что они меньше и легче.

Физические основы

Чтобы определить, когда в трубке Кундта возникает стоячая волна, рассматривается быстрая волна звука. Один конец наполненной воздухом стеклянной трубки закрыт штампом, другой конец открыт. Перед открытым торцом находится источник звука , очень мощный динамик .

  • В открытом конце пост имеет волну живота, т.е. ЧАС. максимальный прогиб, потому что открытый конец резонирует; входящие звуковые волны колеблются в унисон с мембраной динамика .
  • С другой стороны, на закрытом фиксированном конце должен быть узел быстрой волны, поскольку этот конец жесткий и, следовательно, не колеблется.

В результате выполнения этих предпосылок для данной длины волны существуют только определенные длины труб, при которых возникает резонанс: длина трубы должна быть кратной половине длины волны минус четверть длины волны :

Подставив со скоростью звука и разрешения для резонансной частоты приводит к:

Есть резонанс для вибраций . Частоты называют фундаментальные или первой гармоники, другие частоты для первой  гармоники или второй гармоники, второй гармоники или третьей гармоники, и т.д.

Измерение скорости звука в воздухе

Практичная конструкция пылезащитной трубы Кундта

Поскольку звуковые волны можно сделать видимыми с помощью трубки Кундта, с ее помощью можно измерить скорость звука . Предыдущее уравнение дает:

В уравнении был заменен на и сквозной , так как длина трубы изменяется с постоянной частотой при измерении скорости звука .

можно определить, посчитав гребни волн. Однако, поскольку их может быть нелегко распознать, рекомендуется вычислительный подход. Для этого необходимо приравнять уравнение для двух последовательных резонансов на одной и той же частоте:

поэтому можно определить путем измерения от и . Ввод данной частоты в приведенное выше уравнение, в конечном итоге, дает скорость звука.

литература

  • Готфрид Шуберт: Фигуры пыли в трубке Кундта . В кн . : Физика в наше время . лента 12 , вып. 5 , 1981, стр. 147-150 , DOI : 10.1002 / piuz.19810120503 .
  • А. Кундт: О новом виде акустических фигур из пыли и о применении их для определения скорости звука в твердых телах и газах . В: Анналы физики и химии , 1866 г., том 127, вып. 4, pp. 497-523 в Google Книгах

веб ссылки

Commons : Kundtsches Staubrohr  - Коллекция изображений, видео и аудио файлов.

Индивидуальные доказательства

  1. Август Кундт: О новом виде акустических фигур из пыли и о применении их для определения скорости звука в твердых телах и газах . В кн . : Анналы физики и химии . лента 203 , нет. 4 , 1866, стр. 497-523 , DOI : 10.1002 / andp.18662030402 .