Forsøg med kvartbølgeresonator - Rapport i Fysik

Makker: Knud Ho Karkov 2.X Side - 1 -

Resonansrør

Formål

Formålet med rapportøvelsen er at udføre to forskellige forsøg a) og b). a) Vi skal bestemme lydens hastighed vha. stående lydbølger i et halvåbent rør (kvartbølgeresonator).

b) Vi skal bestemme overtonerne (resonansfrekvenserne) i en orgelpibe, som er hhv. åben og lukket i den ene ende.

a) Lydens hastighed

Teori

Når der fra en lydkilde udsendes en tone med frekvensen f, gælder der følgende sammenhæng mellem frekvens og bølgelængde: fv f v hvor er lydens hastighed er bølgelængden f er frekvensen.

Så hvis vi kender frekvensen f af den udsendte tone, kan vi bruge ovenstående metode til at finde bølgelængden. Vi udnytter, at der i et halvåbent resonansrør vil være resonans (selvsving) netop når rørets længde L er et ulige antal kvarte bølgelængder, dvs. L = ¼ Makker: Knud Ho Karkov 2.X Side - 2 - Vi kan se, at der mellem de rørlængder hvorved der er succesfuld resonans er en forskel på ½ λ. Afstanden mellem to successive rørlængder vil derfor være en hel bølgelængde. Lydens hastighed kan så bestemmes af (1). Denne målte værdi for lydens hastighed kan sammenlignes med: hvor T er rumtemperaturen i kelvin. Formlen gælder for et normalt lufttryk på 1013 hPa, idet farten også afhænger lidt af lufttrykket. Vi har nu både en teoretisk og en forsøgsbaseret værdi, og vi kan derfor beregne v procentvise afvigelse fra v

Apparatur og opstilling

Resonansrør Højttaler Tonegenerator - Se vedlagte øvelsesvejledning side 2 - Frekvensmåler Målebånd

Fremgangsmåde

o Vi startede med at sende en tone med frekvensen f =1500 Hz ned i røret vha. af en højttaler placeret som vist på opstillingen ovenfor. o Røret var først helt fyldt med vand. Vha. niveaukuglen kunne vi sænke vandstanden i røret. Dette gjorde vi langsomt indtil vi netop hørte lyden forstærket. Netop her var resonansbetingelsen (1) opfyldt første gang. Dvs., der var ¼ bølgelængde i røret. Vi afmærkede målingen med en elastik.

o Nu sank vi vandstanden indtil næste resonans hørtes. Der stod nu ¾ bølgelængder i røret. Vi afmærkede med endnu en elastik.

o Vi sank vandstanden en sidste gang, indtil vi hørte endnu en forstærkning af lyden. Nu stod der altså 5/4 bølgelængder i røret. Endnu en elastik. o Vi gentog forsøget for andre frekvenser. Makker: Knud Ho Karkov 2.X Side - 4 - For at beregne lydens fart teoretisk skal der indgå en temperaturbestemt variabel.