Side 24
FORSØK 3 Stående bølger i luft - Kundts eksperiment Undersøkelse av stående bølger i luftsøylen i lukket (dvs. halvåpen) rørformet beholder. Kundts eksperiment gjør en stående lydbølge synlig i et gjennomsiktig rør med luft. Teoretisk introduksjon De tynne linjene viser også hastighet og lufttrykk, men Kundts eksperiment gjør en stående lydbølge synlig i nå en halv svingeperiode senere (nøyaktig i motfase) en gjennomsiktig tube med luft. Det ble utviklet av den Ser du at hastighetslinjen er forskjøvet med en firedels tyske fysikeren August Kundt i 1866. Den ene enden bølgelengde i forhold til lufttrykkslinjen? av tuben er lukket, og den andre enden er åpen. Når lyden treffer den lukkede enden, blir den reflektert. I midten av bilde 19 (under de svarte og blå linjene) Inngående og reflekterte lydbølger danner (ved visse vises antinoder og noder. De vertikale strekene frekvenser) et interferensmønster: en stående bølge. indikerer en antinode (maksimalt lydtrykk, minimum En stående bølge er et bølgefenomen med faste hastighet), og pilene indikerer en node (minimum 24 punkter på bestemte steder. Nodene er punkter der lydtrykk, maksimal hastighet). Legg merke til at støynivået (amplituden) er null, og punktene imellom avstanden mellom påfølgende noder er en halv der støyen varierer maksimalt, kalles antinoder. bølgelengde. Resonans (og dermed et stående bølgemønster) oppstår bare når bølgelengden og lengden på tuben Forestill deg at barrieren på venstre side flyttes en halv "stemmer overens". bølgelengde til høyre - da dannes det fortsatt en node. Dette vil ikke endre resonansen i den gjenværende Bilde 19 representerer et øyeblikksbilde av luft delen av tuben. Faktisk kan barrieren flyttes helt frem molekyler i tuben (svarte prikker) ved resonans. Den til siste skjøt hvor det bare er en firedels bølgelengde tykke blå stiplede linjen viser trykkfordelingen i luften av tuben igjen - og det vil fortsatt være resonans. i tuben i dette øyeblikket, mens den tykke svarte linjen viser hastigheten på det øyeblikket. Luften kan ikke Vi kan bruke dette til å utlede formelen for et passere gjennom barrieren på venstre side. Derfor resonansmønster i en halvåpen tube. Som du så, er er hastigheten der null, og lufttrykket er maksimalt. lengden på tuben lik: et helt tall multiplisert med en Ved den åpne enden av tuben stopper ingenting halv bølgelengde, pluss en firedels bølgelengde. bevegelsen til luftmolekylene, så der er hastigheten maksimal, og lufttrykket er null. Vi kaller lengden på tuben L , bølgelengden λ , og n er et positivt heltall. Formelen blir da: L = n ∙ λ _ + _ λ 24 n = 0, 1, 2 . Bilde 19: Lufttrykk og variasjoner i hastighet. frederiksen-scientific.no
Side 25
Stående bølger i luft - Kundts eksperiment FORSØK 3 Nødvendig utstyr 247500 Kundts rør plexiglass 250310 Funksjonsgenerator, elev 250515 Høyttaler på sokkel 3 W 248600 Mikrofon, kombi, uten kabel 251565 Batteriboks til mikrofoner 000600 Stativfot trebenet, økonomi 000850 Stativstang 25 cm uten gjenger 002310 Muffe dobbelt, firkantet 001800 Trefingerklemme, 0 - 40 millimeter 105720 Ledning med sikkerhetsstikk, 1000 V, 50 cm svart 105721 Ledning med sikkerhetsstikk, 1000 V, 50 cm rød 105740 Ledning med sikkerhetsstikk, 1000 V, 100 cm svart 105741 Ledning med sikkerhetsstikk, 1000 V, 100 cm rød 386231 Multimeter autorange DMM-8062 859800-1 Lykopodiumpulver 100 g Eksperiment framgangsmåte og behandling Plasser mikrofonen rett foran den åpne enden av røret. Se bilde 20. Her forårsaker mikrofonen minst forstyrrelser. Koble mikrofonen til batteriboksen 25 med to 50 cm ledninger. Koble multimeteret til batteriboksen og sett multimeteret til mV AC spenninger. Plasser høyttaleren omtrent 2-3 cm fra inngangen til røret, og koble den til funksjonsgeneratoren med de gjenværende kablene. Velg et sinusformet signal på funksjonsgeneratoren. Du kan justere volumet som ønsket under testen. Høy lyd er bedre, men kan være ubehagelig. Det er viktig at utgangssignalet fra mikrofonen ikke overstiger 1,5 V, ellers vil du få signalforvrengning og målingene dine vil ikke lenger være korrekte. Legg litt lykopodium- eller korkpulver inn i røret og fordel det jevnt. Trinn 1 – Fast frekvens, varierende lengde Still frekvensen på funksjonsgeneratoren til 500 Hz. Rørlengden kan justeres ved å flytte stemplet (svart knott). Flytt stemplet for å finne rørlengdene som skaper en node ved inngangen til røret. En node har minimum lufttrykk, og derfor minimum verdi på multimeteret. Du vil snart oppdage at nær noden du leter etter, er det rørlengder som gir maksimal lydtrykk (se bilde 21). frederiksen-scientific.no
