はじめに:
音波の周波数と波長がわかれば、どんな媒質でも音速を求めることができます。これらの量の間の関係は、
v =ט ג ,
ここで、v =音波の伝播速度、ט =周波数、および ג =音波の波長です。この記事では、音叉を使って空気中の音速を求める方法を学びます。これらの音叉の周波数は、私たちに知られています。中空円筒管である共鳴管の共鳴状態を取得します。部分的に水で満たされています。音叉は振動を発生させるために使用されます。これらの振動により、共鳴管に定在波が発生します。共鳴状態は、共鳴管内の水位を調整することによって達成されます。気柱の共鳴現象を利用して、音の波長を決定します。
気柱の共鳴
気柱内共鳴とは、気柱内で最大の音の大きさが得られる状態です。この共鳴状態は、気柱内の入射音波と反射音波の重ね合わせによって得られます。
気柱の音速の測定
最初の目的は、共鳴管の共鳴状態を取得することです。音叉を使って音波を発生させます。音叉の歯から得られる振動から、空気領域での圧縮と希薄化が得られます。これらの擾乱を空気で満たされたチューブに送信すると、固定された境界からチューブの上端に反射されます。このため、2 つの波の間に干渉があります。 1 つの波は私たちによって管に送信された入射波であり、もう 1 つの波は管の固定された境界からの反射後に受信されます。
チューブの開放端から閉鎖端までの距離を適切に選択すると、チューブ内に定在縦波が形成され、共振状態が生じます。音波の共鳴は、音の大きさの増加によって示されます。この共振状態では、空気が縦方向に自由に移動できないため、水面に定在波の節が形成され、開放端に波腹があります。
私たちが知っているように、波の 1 つの完全な波長は 2 つのノード間の距離であり、波腹はノード間の中間にあります。したがって、腹から節までの距離は、波長の 4 倍、3 倍 4 倍、5 倍倍などに相当します。
チューブの開放端の腹の位置は正確に特定できないため、開放端から最初の節までの距離は考慮されません。共振条件で、あるノードから次の隣接ノードまでの距離を測定します。貯水タンクに取り付けられた長い円筒形のプラスチック チューブを使用します。
音叉をチューブの上部開放端に保持したまま、水位を上げたり下げたりすることで、水柱の長さを変えることができます。
必要な機器
(i) 共鳴管用装置
(ii)誤差±0.5%の既知の周波数の3つの異なる音叉
(iii) 音叉用ハンマー/ゴム槌
(iv) 水抜き用のプラスチック製ビーカーと球根
(v)誤差±2℃の温度計
手順
<オール>結論
この記事では、気柱の共鳴現象を利用して音波の速度を求める方法を学びました。音叉で作った音波を液体の入ったチューブに送りました。水面からチューブを反射して戻ってくる波は、下向きに進む波と干渉して定在波を作ります。水位を適切に調整することで共振条件を得ました。既知の周波数の音叉の周波数と、2 つの異なる共振長における水位の位置を知ることにより、音波の速度を計算しました。
