Кіріспе

Эксперименталды акустикалық аппарат

Кундт түтігі – 1866 жылы неміс физигі Август Кундт газ немесе қатты таяқшадағы дыбыс жылдамдығын өлшеу үшін ойлап тапқан эксперименталды акустикалық аппарат. Бұл тәжірибе газдың бойлық толқындарын көрсету мүмкіндігімен (көбінесе оларды көру қиын) бүгінгі күнге дейін оқытылып келеді. Қазіргі кезде ол тек тұрған толқындар мен акустикалық күштерді көрсету үшін қолданылады.

Қалай жұмыс істейді

Түтік – кішкене мөлшерде тосқауыл шаңы, талк немесе ликоподий сияқты ұсақ ұнтақ бар, мөлдір көлденең құбыр. Түтіктің бір жағында бір ғана жиіліктегі дыбыс көзі (таза тон) орналасқан. Кундт металл таяқша резонаторын пайдаланып, оны үйкелеу арқылы тербеліске келтірген, бірақ қазіргі заманғы демонстрацияларда көбінесе сигнал генераторына қосылған, синусоидты толқын шығаратын динамик қолданылады. Түтіктің екінші жағы қозғалмалы поршеньмен жабылады, оны түтіктің ұзындығын реттеу үшін пайдалануға болады. Дыбыс генераторы қосылады және поршень түтікшеден шыққан дыбыс күрт күшейгенше реттеледі. Бұл түтіктің резонансқа толып тұрғанын көрсетеді. Яғни, дыбыс толқындарының түтіктің бір жағынан екінші жағына және кері жолдың ұзындығы, дыбыс толқынының λ толқын ұзындығының еселігіне тең. Сондықтан, түтіктің ұзындығы толқын ұзындығының жартысының еселігіне тең. Осы кезде түтіктегі дыбыс толқындары тұрған толқындар түрінде болады, ал ауаның тербелісінің амплитудасы түтік бойындағы тең аралықтағы нүктелерде нөлге тең болады, олар түйіндер деп аталады. Ұнтақ қозғалған ауаға ілесіп, осы түйіндерде кішкентай үйінділер немесе сызықтар түрінде жиналады, себебі ауа сол жерде тыныш. Үйінділер арасындағы қашықтық дыбыстың жарты толқын ұзындығы λ/2-ге тең. Үйінділер арасындағы қашықтықты өлшеу арқылы ауадағы дыбыстың λ толқын ұзындығын анықтауға болады. Егер дыбыстың жиілігі f белгілі болса, оны толқын ұзындығымен көбейту ауадағы дыбыстың жылдамдығын c-ге тең етіп береді:

Ұнтақтың нақты қозғалысы, шындығында, түтік бетіндегі ауаның шекаралық қабатымен дыбыс толқынының өзара әрекеттесуінен туындайтын акустикалық ағым деп аталатын құбылысқа байланысты.

Қосымша тәжірибелер

Түтікті ауадан басқа газдармен толтырып, вакуумдық сорғымен ішінара босату арқылы Кундт әртүрлі газдардағы, әртүрлі қысымдағы дыбыс жылдамдығын есептеуге де қол жеткізді. Тербеліс тудыру үшін Кундт түтіктің екінші жағын, түтіктің ортасынан бекітілген металл таяқтың ұшына жалғанған, еркін тығынмен жапты. Таяқты шайырмен жабылған былғары тілімен бойлай үйкегенде, таяқ негізгі жиілігінде бойлық тербеліске келіп, жоғары дыбыс шығарды. Ауадағы дыбыс жылдамдығы белгілі болған соң, бұл Кундтке резонатор таяғының металлындағы дыбыс жылдамдығын есептеуге мүмкіндік берді. L таяғының ұзындығы металдағы дыбыстың жарты толқын ұзындығына, ал ұнтақ қастамалары арасындағы қашықтық d ауадағы дыбыстың жарты толқын ұзындығына тең болды. Сөйтіп, екі шаманың қатынасы екі материалдағы дыбыс жылдамдықтарының қатынасына тең еді:

Дұрыс болу себебі

Кундтке дейін қолданылған, толқын ұзындығын түтік арқылы анықтаудың аз дәлді әдісі – резонанстағы түтік ұзындығын өлшеу, ол шамамен жарты толқын ұзындығының еселігіне тең. Бұл әдістің мәселесі – ауа түтігі дыбыс көзімен қоздырылғанда, оның резонанстағы ұзындығы жарты толқын ұзындығының еселігіне нақты тең болмайды. Себебі, динамик диафрагмасына жақын, түтік бастағы ауа дірілдеп тұр, сондықтан ол тұрақты толқынның түйініне (нөлдік амплитуда нүктесіне) толық сәйкес келмейді. Түйін шындығында түтік аяғынан біршама қашықтықта орналасады. Кундт әдісі түйіндердің нақты орналасқан жерін жоғары дәлдікпен анықтауға мүмкіндік берді.