Вибриращи струни и въздушни колони във Physik Schülerlexikon Lernhelfer
Редица музикални инструменти произвеждат звук, като карат струните или въздушните колони да вибрират. Примери за струнни инструменти са китари, цигулки, виоли, пиана или арфи. Вибриращи въздушни колони могат да бъдат намерени напр. Б. с органи, кларинети, саксофони, тръби или тромбони.
Честотата на вибрациите и по този начин височината на получения звук е u. а. зависи от дължината на струните или въздушните колони.
Редица музикални инструменти генерират звук, като карат струните или колоните на въздуха да вибрират. Примери за струнни инструменти са китари, цигулки, виоли, пиана или арфи. Вибриращи въздушни колони могат да бъдат намерени напр. Б. с органи, кларинети, саксофони, тръби или тромбони.
Вибриращи струни
С помощта на вибриращи струни звукът се генерира в китари и много други инструменти. Инструментите обикновено имат няколко струни, за да могат да генерират различни високи тонове по благоприятен начин. Така че z. Б. китара (фиг. 2) над 6 струни, всяка от струните вибрира с определена честота, ако китарата е настроена правилно и съответните струни не са съкратени. Цигулката има 4 струни, пианото има толкова струни, колкото са клавишите.
За вибриращите струни основното правило е, че честотата на техните вибрации е по-висока и получените тонове са по-високи,
- толкова по-голяма е силата, с която струната е опъната,
- колкото по-кратък е,
- колкото по-малка е площта на тяхното напречно сечение и
- колкото по-малка е плътността на веществото, от което е направено.
Уравнението за честотата f на вибриращ низ е:
f = 1 2 l F ρ ⋅ A l дължина на струната F сила на опън ρ плътност на материала струната е направена от A площ на напречното сечение на струната
Струните се стимулират да вибрират чрез скубане, удряне или кланене. За да използвате инструмент, напр. Б. за да настроите китара или пиано, вие променяте напрежението на въпросната струна.
Ако искате да създадете различни високи ноти на инструмента, или използвате различните струни (пример: пиано), или съкращавате ефективната дължина на струната на ръка (примери: китара, цигулка).
Вибриращи въздушни колони
При тръбите, тромбоните, флейтите или органите звукът се произвежда от вибриращи въздушни колони. Честотата на получения звук зависи от дължината на въздушния стълб и от това дали въздушният стълб вибрира в тръба, която е отворена от едната или от двете страни.
Общото правило за вибриращите въздушни колони е, че колкото по-къса е въздушната колона, толкова по-голяма е честотата на трептене и по този начин по-висок тон.
Ако вибриращата колона въздух е в тръба, затворена от едната страна, това се нарича затворена тръба или затворена тръба, тогава за честотата f се прилага следното:
f = c 4 l c скорост на звука l дължина на въздушната колона
Дължината на въздушния стълб за основния тон е една четвърт от дължината на вълната на звуковите вълни.
Ако има вибрираща въздушна колона в тръба, която е отворена от двете страни, такова устройство се нарича отворена тръба, тогава за честотата f се прилага следното:
f = c 2 l c скорост на звука l дължина на въздушната колона
Дължината на въздушния стълб за основния тон е половината от дължината на вълната на звуковите вълни. Това означава: Ако затворената и отворената тръба са с еднаква дължина, техните честоти са като 1: 2.
Можете да намалите стъпката на отворена тръба, като увеличите дължината - най-дългите тръби за органи произвеждат най-ниските ноти. Стъпката на отворена тръба може също да бъде намалена чрез частично покриване на горния отвор на тръбата. Това е техника, използвана за настройка на тръби за органи.
Определяне на скоростта на звука
Скоростта на звука във въздуха може да се определи с помощта на уравнението v = s/t чрез измерване на разстоянието, което звукът изминава за определено време.
Друга възможност е да накарате въздушна колона да вибрира. Вместо генератор на тонови честоти с високоговорител, може да се използва и камертон за възбуждане. Важно е само човек да знае честотата, с която въздушната колона се възбужда да вибрира. Източникът на звука трябва да бъде поставен директно над горната част на тръбата.
Стъклената тръба, която е отворена от двете страни, е във вода. Дължината на въздушната колона, която вибрира, може да бъде променена чрез повдигане или спускане на тръбата. Разположението съответства на това на затворена тръба.
Звукът, който се излъчва от източника на звук, удря повърхността на водата и се отразява там. На определена дължина на въздушната колона се образува стояща вълна. След това има антинод в горната част на тръбата. В описаните случаи тонът, който чувате, е особено силен. Това е точно случаят, когато въздушната колона има дължина от
1 4 λ, 3 4 λ, 5 4 λ и др. (общо: l = 2 n + 1 4 λ) .
Дължината на вълната може да се определи от две измервания. Ако знаете дължината на вълната и честотата на възбуждане, можете да изчислите скоростта на звука във въздуха с уравнението v = λ ⋅ f. Ако използвате z. Б. източник на звук с честота 1000 Hz, след това дължината на въздушния стълб при 1-ви максимум 8,0 cm и при 2-ри максимум 25,5 cm. Следователно това е половината от дължината на вълната
25,5 см - 8,0 см = 17,5 см
и по този начин дължината на вълната 35,0 cm. Това води до скоростта на звука във въздуха:
v = λ ⋅ f v = 0,35 m ⋅ 1000 Hz v = 350 m s