PhysSandbox

Скорость звука по резонансу в трубе (открыта с двух концов)

Фиксированный воздушный столб, открытый с обоих концов; в модели скрыта истинная скорость звука. Настройтесь на гармонику n, снимайте зашумлённые резонансные частоты fₙ, находите v по v = 2 fₙ L / n и усредняйте.

Школьные· 26 мин·Похожий симулятор: Волны и звукРезонансная труба

Цель работы

Определить скорость звука v в воздухе по условию резонанса для трубы «открыта–открыта» fₙ = n v / (2L), используя несколько гармоник n и выборочное среднее vₙ = 2 fₙ L / n.

Оборудование

  • Резонансная труба (открыта–открыта), L = 1.1 м
  • Синусоидальное возбуждение / отсчёт частоты (модель)
  • Выбор гармоники n

Теория

Для трубы, открытой с обоих концов, на концах — узлы давления; допустимые стоячие волны с гармониками fₙ = n v / (2L), n = 1, 2, 3, … Отсюда v = 2 fₙ L / n. На каждое измерение частоты моделируется небольшая погрешность отсчёта.

Ход работы

  1. Установка: фиксированная длина столба L = 1.1 м (на карточке), оба конца открыты — как режим «открыта с двух концов» в похожем симуляторе.
  2. Выберите номер гармоники n ползунком (используйте несколько разных n, начиная с 1).
  3. Нажмите «Записать измерение» — в таблицу попадут (n, fₙ); на частоту наложен небольшой шум «настройки».
  4. Повторите не менее чем для 5 различных гармоник, равномерно по доступному диапазону n.
  5. В таблице для каждой строки считается v = 2 fₙ L / n. Итог — выборочное среднее по столбцу v.
  6. Сравните с эталонной скоростью звука в воздухе и сформулируйте вывод.

Эксперимент

Вывод

Средняя скорость звука согласуется с эталоном в пределах допуска. Основные погрешности: настройка/отсчёт fₙ, отсутствие поправок на концы трубы и идеализация однородного воздушного столба при комнатной температуре.