Visa fråga/svar

 

Ljud-Ljus-Vågor [12744]

Fråga:
Om man blåser i ett glasrör med vatten sätts ju luften i svängning och längden på luftstapeln bestämmer tonhöjden - ju mindre vatten desto lägre ton. Om man slår på glasröret blir det tvärtom - ju mindre vatten desto högre ton. Jag antar att det är glaset självt som kommer i svängning och att vattenmängden ändrar dess frekvens. Hur går det egentligen till? Finns det någon formel med vilken man kan räkna ut frekvensen beroende på glasets egenskaper?
/Josefin R, Kubikskolan, Malmö

Svar:
Josefin! Det är riktigt att det är glaset som kommer i svängning när du slår på det. Vattenhöjden i bottnen reglerar längden på den del av glasröret som kan svänga fritt, och detta påverkar precis som du observerat frekvensen på ljudet man hör. (Glasröret sätter ju den omgivande luften i rörelse så att vi kan uppfatta ljudet.) Detta är precis samma sak som när man spänner in en metallstav och knäpper på den - den fria längden och metallens egenskaper bestämmer frekvensen: kort stav - hög frekvens och lång stav - låg frekvens.

Om du i stället blåser i röret så fungerar glasröret som en orgelpipa: du får en stående våg med en nod (ingen vibration) vid vattenytan och en buk (maximal vibration) i ändan av röret, se fråga 10178 . Om rörets längd från vattenytan till ändan är L ges våglängden l av

l = 4*L

Frekvensen blir då

f = vljud/l = vljud/(4L)

dvs frekvensen avtar med ökande L. Om L = 0.5 m får vi

f = (340 m/s)/(4*0.5 m) = 170 Hz (s-1)

Du efterlyser ett samband med vilken man kan få ut ljudfrekvensen som en funktion av glasets egenskaper, och det är nu det blir svårare! Trots ett ivrigt letande i diverse böcker och på nätet har jag nämligen inte kunnat hitta någon fix och färdig formel - som så ofta i fysiken står vi inför en situation som är mycket svår att beskriva teoretiskt... Men det ger ju istället upphov till en intressant experimentell utmaning, nämligen att själv försöka hitta det önskade sambandet med hjälp av egna mätningar och observationer!

Om man funderar ett tag på vad som kan spela in, kommer man fram till att rörets diameter, tjocklek och längd kan vara viktiga. Glas är ett ganska spännande material eftersom det har en speciell "oordnad" struktur - man säger att det är "amorft" - och det kan därför tänkas att glasets kemiska sammansättning liksom dess temperatur också har stor betydelse för vilken egenfrekvens som glasröret får.

Se emellertid fråga 13398 . Där får man till synes det motsatta resultatet när man drar fingret längs glaskanten. Anledningen till skillnaden är att i det halvfulla glaset svänger både glaset och vattnet. I glasröret ovan fungerar vattnet som en dämpning och bara glaset vibrerar.

Pröva själv: hitta glasrör med olika diameter & tjocklek och, om det är möjligt, gjorda av olika sorts glas. Koppla upp en mikrofon till ett oscilloskop (eller en frekvensanalysator om du har tillgång till en sådan) så att du kan mäta frekvensen med relativt god noggrannhet. Variera vattenpelarens höjd stegvis och gör upp en tabell. Genom att arbeta systematiskt och bara variera en glasrörsparameter i taget kan man nog åtminstone komma fram till vilka egenskaper hos glasröret som har störst betydelse.

Om du eller någon annan "därute" genomför experimentet blir vi jätteglada om ni hör av er till Frågelådan och berättar vad resultatet blev!



/Margareta H/lpe

Nyckelord: ljud, resonans [16]; *vardagsfysik [64];

*

 

 

Frågelådan innehåller 7522 frågor med svar.
Senaste ändringen i databasen gjordes 2020-10-21 16:01:15.

 

***


sök | söktips | Veckans fråga | alla 'Veckans fråga' | ämnen | dokumentation | ställ en fråga
till diskussionsfora

 

Creative Commons License

Denna sida från NRCF är licensierad under Creative Commons:
Erkännande-Ickekommersiell-Inga bearbetningar
.