Какие измерения и метод используются для определения скорости звука в воздухе? Опишите конструкцию трубы и как

Vodopad

16

Для определения скорости звука в воздухе используются следующие измерения и методы:

1. Измерение длины трубы: для этого используется шкала или линейка. Длина трубы обозначается как L.

2. Измерение частоты звука: для этого используется акустический резонанс. Акустический резонанс достигается, когда внутри трубы звуковые волны отражаются от концов трубы в фазе с волной, пришедшей от источника звука. При резонансе амплитуда звука внутри трубы увеличивается.

Теперь перейдем к описанию конструкции трубы и тому, как в ней достигается акустический резонанс.

Конструкция трубы может быть различной, но самые распространенные типы труб – открытая и закрытая. В открытой трубе один конец открыт, а в закрытой – оба конца закрыты.

Для достижения акустического резонанса в открытой трубе необходимо, чтобы длина звуковой волны (λ) была равна половине длины трубы (L):
\[L = \frac{\lambda}{2}\]
Таким образом, длина звуковой волны будет равна удвоенной длине трубы:
\[\lambda = 2L\]

В закрытой трубе, чтобы достичь акустического резонанса, длина звуковой волны (λ) должна быть равна четверти длины трубы (L):
\[L = \frac{\lambda}{4}\]
Здесь длина звуковой волны будет равна четырем разам длины трубы:
\[\lambda = 4L\]

Теперь рассмотрим задачу о разности положений поршня при резонансе с частотой 1000 Гц и длине трубы L=17 см.

Так как резонанс достигается при удвоенной или учетверенной длине трубы, мы можем рассмотреть два случая: открытую трубу и закрытую трубу.

1. Для открытой трубы:
Мы знаем, что длина звуковой волны (λ) будет равна удвоенной длине трубы:
\[\lambda = 2L\]
Подставляя в эту формулу данные задачи, получаем:
\[\lambda = 2 \times 0.17 \, \text{м} = 0.34 \, \text{м}\]

2. Для закрытой трубы:
Мы знаем, что длина звуковой волны (λ) будет равна четырем разам длины трубы:
\[\lambda = 4L\]
Подставляя в эту формулу данные задачи, получаем:
\[\lambda = 4 \times 0.17 \, \text{м} = 0.68 \, \text{м}\]

Теперь, когда у нас есть длина звуковой волны (λ), мы можем использовать формулу для скорости звука (v):
\[v = f \times \lambda\]

Подставляя в эту формулу частоту звука (f = 1000 Гц) и длину звуковой волны из соответствующего случая (открытой или закрытой трубы), получаем значения скорости звука в воздухе для каждого случая:
1. Для открытой трубы:
\[v = 1000 \, \text{Гц} \times 0.34 \, \text{м} = 340 \, \text{м/с}\]

2. Для закрытой трубы:
\[v = 1000 \, \text{Гц} \times 0.68 \, \text{м} = 680 \, \text{м/с}\]

Таким образом, скорость звука в воздухе будет составлять 340 м/с для открытой трубы и 680 м/с для закрытой трубы при резонансе с частотой 1000 Гц и длине трубы L=17 см.