Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Эксперименталды акустикалық аппарат
Experimental acoustical apparatus
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.
Kundt's tube is an experimental acoustical apparatus invented in 1866 by German physicist August Kundt for the measurement of the speed of sound in a gas or a solid rod. The experiment is still taught today due to its ability to demonstrate longitudinal waves in a gas (which can often be difficult to visualise). It is used today only for demonstrating standing waves and acoustical forces.
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:
The tube is a transparent horizontal pipe which contains a small amount of a fine powder such as cork dust, talc or lycopodium. At one end of the tube is a source of sound at a single frequency (a pure tone). Kundt used a metal rod resonator that he caused to vibrate or 'ring' by rubbing it, but modern demonstrations usually use a loudspeaker attached to a signal generator producing a sine wave. The other end of the tube is blocked by a movable piston which can be used to adjust the length of the tube. The sound generator is turned on and the piston is adjusted until the sound from the tube suddenly gets much louder. This indicates that the tube is at resonance. This means the length of the round trip path of the sound waves, from one end of the tube to the other and back again, is a multiple of the wavelength λ of the sound waves. Therefore, the length of the tube is a multiple of half a wavelength. At this point, the sound waves in the tube are in the form of standing waves, and the amplitude of vibrations of air is zero at equally spaced intervals along the tube, called the nodes. The powder is caught up in the moving air and settles in little piles or lines at these nodes, because the air is still and quiet there. The distance between the piles is one half wavelength λ/2 of the sound. By measuring the distance between the piles, the wavelength λ of the sound in air can be found. If the frequency f of the sound is known, multiplying it by the wavelength gives the speed of sound c in the air:
Ұнтақтың нақты қозғалысы, шындығында, түтік бетіндегі ауаның шекаралық қабатымен дыбыс толқынының өзара әрекеттесуінен туындайтын акустикалық ағым деп аталатын құбылысқа байланысты.
The detailed motion of the powder is actually due to an effect called acoustic streaming caused by the interaction of the sound wave with the boundary layer of air at the surface of the tube.
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:
By filling the tube with other gases besides air, and partially evacuating it with a vacuum pump, Kundt was also able to calculate the speed of sound in different gases at different pressures. To create his vibrations, Kundt stopped the other end of the tube with a loose fitting stopper attached to the end of a metal rod projecting into the tube, clamped at its center. When it was rubbed lengthwise with a piece of leather coated with rosin, the rod vibrated longitudinally at its fundamental frequency, giving out a high note. Once the speed of sound in the air was known, this allowed Kundt to calculate the speed of sound in the metal of the resonator rod. The length of the rod L was equal to a half wavelength of the sound in metal, and the distance between the piles of powder d was equal to a half wavelength of the sound in air. So the ratio of the two was equal to the ratio of the speed of sound in the two materials:
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.
A less accurate method of determining wavelength with a tube, used before Kundt, is simply to measure the length of the tube at resonance, which is approximately equal to a multiple of a half wavelength. The problem with this method is that when a tube of air is driven by a sound source, its length at resonance is not exactly equal to a multiple of the half wavelength. Because the air at the source end of the tube, next to the speaker's diaphragm, is vibrating, it is not exactly at a node (point of zero amplitude) of the standing wave. The node actually occurs some distance beyond the end of the tube. Kundt's method allowed the actual locations of the nodes to be determined with great accuracy.