Vill du ha ett snabbt svar - sök i databasen: Anpassad Google-sökning 19 frågor/svar hittade Ljud-Ljus-Vågor [21451] I praktiken verkar detta inte riktigt vara sant dock, utan det verkar diffa på några centimeter var buken på den stående vågen ligger. Om man mäter längden på resonanslådan( halvöppen låda) till en stämgaffel med ton a ( 440 Hz) så är den ca 17,5 cm lång ( invändigt). Med ljudhastigheten 340 m/s borde lådans längd snarare vara 19,3 cm ( = 340/440) /4. Ligger buken till den stående vågen någon centimeter utanför rörets öppning? Går det att förklara detta på nåt vettigt sätt för mig som gymnasielärare och för mina gymnasieelever? Svar: Fysik är ju en experimentell vetenskap med förenklade modeller, se fråga 20588 . Oavsett hur sofistikerad en modell är, så är det experimentet som gäller. Svagheten med den enklaste modellen som du använder är att man inte tar hänsyn till pipans diameter. Intuitivt kan man nog acceptera att buken i den öppna änden inte plötsligt vänder utan att det finns en "övergångssträcka". Detta betyder att den verkliga våglängden blir större än vad den uträknade modellen säger. Citat från länk 1:
So two organ pipes of the same length but different diameters will have different resonant frequencies the one with the larger diameter being lower in frequency. Låt oss se vad ovanstående korrektion gör för skillnad. Vi gissar att rörets diameter (i ditt fall antagligen en fyrkant) är 5 cm. Korrigerad längd = 17.5+0.3*5 = 19.0 cm vilket stämmer väl med ditt värde 19.3 cm. Se även fråga 12744 och 20778 . Nyckelord: ljud, resonans [19]; fysikalisk modell [12]; Ljud-Ljus-Vågor [21291] Svar: Jag har gjort om experimentet genom att slå på glaset och samtidigt fylla det med vatten. Man hör då tydligt att frekvensen hos svängningen i glaset minskar med ökande mängd vatten. Förklaringen är: Mer massa som svänger - mer motstånd mot svängningen - lägre frekvens. Se även fråga 19983 och 21290 . Här är en video som visar experimentet och även ett liknande där man i stället blåser på öppningen och får fram resonanstoner. Nyckelord: ljud, resonans [19]; 1 https://www.stevespanglerscience.com/lab/experiments/pop-bottle-sounds/ Ljud-Ljus-Vågor [21290] Svar: Det är två olika effekter som förklaras i fråga 12744 och 13398 . 1 Svängning hos luften i röret: 2 Svängning hos hela röret: Nyckelord: ljud, resonans [19]; Ljud-Ljus-Vågor [21282] Svar: Nyckelord: ljud, resonans [19]; Ljud-Ljus-Vågor [20778] Ursprunglig fråga: Svar: Tyvärr blir man inte mycket klokare av det . Jag kan inte komma på en enkel bild av vad som sker. Man kan i stället hitta en liknande process som är mer välkänd: reflektion av ljus i en glasskiva: ändringen av brytningsindex gör att en del av ljuset reflekteras. I den öppna ändan av pipan kan ljudet (ändringar i lufttryck) växelverka med omgivningen, den akustiska impedansen ökar varvid en del av vågen reflekteras. Den reflekterade vågen adderas till den utgående varvid en stående våg bildas. Stående våg är ett vågfenomen som bildas av två vågrörelser som rör sig i motsatta riktningar och är superponerade (överlagrade) på varandra. Därigenom uppstår noder och bukar. Vågen ser ut att stå stilla - en stående våg. (Stående_våg ) Akustisk impedans är hur mycket rörelse en ljudvåg skapar på material. Rörelse betyder att ljudvågen fortsätter i det nya materialet. Är det skillnad mellan två olika medium kommer en del av ljudvågen att reflekteras. Ju större skillnad det är mellan medierna desto mer ljud reflekteras. (Akustisk_impedans ) Akustisk impedans är analogt med elektrisk impedans som är ett mått på motståndet som påverkar strömmen om man anbringar en spänning. Länk 1 och 2 innehåller mer eller mindre lättförståeliga förklaringar som är ekvivalenta med ovanstående. Se även diskussionen i fråga 20588 om förståelse av fysik. Nyckelord: musikinstrument [19]; ljud, resonans [19]; 1 https://physics.stackexchange.com/questions/150929/question-on-open-organ-pipe Ljud-Ljus-Vågor [20748] Ursprunglig fråga: Svar: En stämgaffel är ett enkelt redskap för att frambringa en fast tonhöjd. Den består av en U-formad metallbit med ett litet handtag och två långa skänklar. När gaffeln slås mot något sätts skänklarna i vibration, vilket skapar en svag, sinusliknande ton. En stämgaffel ger efter en tid ifrån sig bara en frekvens, vilket gör den lämplig att ge referens- eller stämton då man stämmer instrument och för att ge ton vid a cappella-sång. (Stämgaffel ) Anledningen till att stämgaffeln utformas som en gaffel, se nedanstående figur, ges i Wikipedia-artikeln Tuning_fork#Description : 52/22 = 25/4 = 6 1/4 times the fundamental (about 2 1/2 octaves above it). By comparison, the first overtone of a vibrating string or metal bar is one octave above (twice) the fundamental, so when the string is plucked or the bar is struck, its vibrations tend to be a mixture of the fundamental and overtone frequencies. When the tuning fork is struck, little of the energy goes into the overtone modes; they also die out correspondingly faster, leaving a pure sine wave at the fundamental frequency. It is easier to tune other instruments with this pure tone. Skälet är alltså att det genereras få övertoner. Eftersom övertonerna har hög frekvens så dämpas de snabbt. Man får då en ren grundton. Skänkeln vibrerar även mycket lite (fungerar som en nod) vilket betyder att man kan hålla i den utan att störa vibrationen. Lådan som stämgaffeln står i är en resonanslåda (se fråga 384 ) som förstärker grundtonen. Nyckelord: ljud, resonans [19]; Ljud-Ljus-Vågor [19983] Svar: Nyckelord: ljud, resonans [19]; Kraft-Rörelse [16763] Är det vinden som på något sätt ger rörelseenergi till huset som sedan "löser ut" i vätskan? Finns det någon teknisk term för vad man kallar ett sådant fenomen? Svar: Vad gäller toalettstolen är det nog en annan effekt. Man kan se att vattennivån i toalettstolen varierar med någon cm när det blåser mycket ute. Det beror på att lufttrycket inne varierar lite grann på grund av luftströmmar i ventilationen. En variation på bara en tusendel i lufttrycket ger upphov till en cm:s skillnad i vattennivån. Jag vet ingen annan teknisk term än resonans och lufttrycksvariationer för dessa fenomen. Nyckelord: ljud, resonans [19]; *vardagsfysik [64]; Ljud-Ljus-Vågor [15873] Ursprunglig fråga: Svar: Principen bakom det faktum att man får mörkare röst är densamma, fast tvärtom, som när man andas in helium och får en ljusare röst (Kalle Anka röst), se fråga 10178 . Helium är mindre farligt eftersom det är lättare än luft. Normalt (om du inte står på huvudet) strävar alltså heliumet att komma ut ur lungorna. Tillägg 19/11/08: Tack Marcus Erhagen för länktipset! Nyckelord: ljud, resonans [19]; ljudhastigheten [21]; Ljud-Ljus-Vågor [14946] Svar: Se även länk 1 nedan, fråga 384 och ljud, resonans . Under länk 2 finns en Flash-animering av stämgafflar. Nyckelord: ljud, resonans [19]; 1 http://en.wikipedia.org/wiki/Tuning_fork Ljud-Ljus-Vågor [14570] Svar: Höga ljudvolymer i de frekvenser som uppfattas av örat kan ge hörselskador. Eftersom örat är selektivt känsligt ger rimligt höga nivåer av infraljud och ultraljud inga hörselskador. Infraljud, som din fråga gäller, uppfattas inte av örat och ger därför inga hörselskador. Infraljud med höga amplituder kan säkert orsaka skador på inre organ eftersom de vid resonansfrekvensen kan orsaka våldsamma vibrationer. Vid "rätt" frkvens kan säkert även hjärtat sättas i vibration. Hur stor volym som krävs vet jag inte, men jag har varit på ett diskotek vars bastoner fick bröstkorgen att vibrera. Det kan knappast vara bra! Så lite försiktighet med volymen på dunka-dunka i bilen är nog bäst. Dessutom dränker du ljud utifrån, vilket kan göra att du inte uppfattar faror i omgivningen. Man har även försökt att använda infraljud i vapen (skapa inre blödningar) och det finns rapporter som säger att man påverkas psykologiskt (obehagskänsla, ser syner etc) av infraljud. Se vidare infraljud , ultraljud , ljud, resonans och ljudhastigheten , Infrasound och Ljud . Nyckelord: hörsel [10]; infraljud [7]; ljud, resonans [19]; Ljud-Ljus-Vågor [13662] Svar: Det är ett i fysiken mycket vanligt fenomen: resonans. Vissa av de mycket starka bastonerna har en våglängd som "passar in" i storlek i dina lungor. Vad du känner är ljudvågor som svänger i lungorna (stående vågor), precis som en orgelpipa resonerar vid vissa frekvenser. Lungorna skakas alltså om ganska ordentligt. Om detta är farligt vet jag inte, men det kan knappast vara nyttigt . Se länk 1 för basfakta om bastoner. Nyckelord: ljud, resonans [19]; infraljud [7]; Ljud-Ljus-Vågor [13398] Svar: Se nedanstående länk. Se även fråga 11060 Nyckelord: ljud, resonans [19]; Ljud-Ljus-Vågor [12744] Svar: 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!
Nyckelord: ljud, resonans [19]; *vardagsfysik [64]; orgelpipa [4]; Ljud-Ljus-Vågor [12094] Svar: Se även fråga 11060 Nyckelord: ljud, resonans [19]; Ljud-Ljus-Vågor [10178] Ursprunglig fråga: Svar:
Det är viktigt att komma ihåg, att
våglängden bestäms av pipans
längd, och alltså är oberoende av vilken
gas man blåser med.
Ljudhastigheten är däremot olika
i olika gaser. Ljudhastigheten i helium är 2.6 gånger högre än luftens.
Ljudhastigheten är proportionell mot molekylernas medelhastighet, som
i sin tur är proportionell mot roten av absoluta temperaturen. En typisk
luftmolekyl (kväve) är 7 gånger tyngre än en heliummolekyl (28/4 = 7).
Vid en given temperatur är medelenergin för luftmolekylerna lika med
medelenergin hos heliummolekylerna. Ur det får vi att kvoten
mellan ljudhastigheterna blir: (7)1/2 = 2.6 För alla vågrörelser gäller sambandet
att utbredningshastigheten
är våglängden*frekvensen, dvs
v=l*f.
Frekvensen som örat uppfattar blir
alltså f=v/l=
v/4L. Eftersom ljudhastigheten i helium är
2.6 gånger så
hög som ljudhastigheten i luft, så kommer en
heliumfylld orgelpipa
att ha 2.6 gånger högre naturlig
frekvens än samma
pipa med luft. Människans talorgan fungerar ungefär som
en orgelpipa, och det är därför rösten ändras till
högre frekvenser när man andas in helium och pratar. I fråga 15873 finns en demonstration av vad som händer om man i stället andas in en tung gas som svavelhexafluorid. Nyckelord: ljud, resonans [19]; *vardagsfysik [64]; orgelpipa [4]; Ljud-Ljus-Vågor [6881] Svar: Se länk 1 för mer om resonans i vinglas. Länk 2 är en artikel om operasångare som spittrar glas. Nedanstående video verkar autentisk, men man vet aldrig. Observera att mannen tar reda på resonansfrekvensen genom att knäppa på glaset. /KS/lpe Nyckelord: ljud, resonans [19]; 1 http://science.howstuffworks.com/question603.htm * Ljud-Ljus-Vågor [980] Fråga:Choklad-effekten /Veckans fråga Ursprunglig fråga: Svar: Det är inte lätt att finna någon enkel förklaring till fenomenet. Men låt oss gå igenom tänkbara orsaker. När chokladen hälls i koppen så värms koppen upp. Testa om fenomenet är kvar även om Du väntar någon minut med att börja knacka. Sedan kan det naturligtvis bero på ljudets utbredning genom choklad eller vägg innan det når luften. Kanske knackar Du bort ett lager chokladpulver på botten? Det enda råd vi kan ge Dig är att fortsätta att knacka och systematiskt gå igenom olika tänkbara alternativ och fundera ut "knackstrategier" som särskiljer de olika alternativen. Lycka till! Tillägg 13/9/2008: Jag har utfört lite muggknackningsexperiment. Det är inte helt lätt att höra hur tonen ändras - man bör nog ha ett bra musiköra! Vad är det som bestämmer vilken ton (frekvens) man hör? Jo, muggen har en egenfrekvens precis som en stämgaffel. När man slår på en stämgaffel får man alltid samma frekvens - den ton som stämgaffeln är tillverkad för. Muggen är inte lika optimerad för en frekvens som stämgaffeln, men den har en viss huvudfrekvens som dominerar. När man fyller en mugg med varm vätska och omedelbart börjar slå på den med en sked, så hör man tydligt att frekvensen ökar. Detta beror säkert på att muggens elasticitetsegenskaper ändras med den ökande temperaturen. När muggen nått sin jämviktstemperatur blir frekvensen konstant. Om man rör om vätskan med skeden och slår på muggen, finner man att frekvensen minskar något. Uppenbarligen påverkas egenfrekvensen av att vattnet roterar. Det är emellertid inte klart varför frekvensen minskar. Kanske kan man se det så att en stående våg som bildas i vattnet tvingas rotera och blir därmed utsträckt. Större våglängd motsvarar lägre frekvens. Tillägg 7/12/2013: I Hot_chocolate_effect och länk 1-2 ger man förklaringen att ljudhastigheten beror på hur mycket bubblor som finns i vätskan. Länk 2 är ett mycket omfattande arbete av Frank Crawford, Berkeley med sammanfattningen: The "hot chocolate effect" was investigated quantitatively, using water. If a tall glass cylinder is filled nearly completely with water and tapped on the bottom with a softened mallet one can detect the lowest longitudinal mode of the water column, for which the height of the water column is one quarter wavelength. If the cylinder is rapidly filled with hot tap water containing dissolved air the pitch of that mode may descend by nearly three octaves during the first few seconds as the air comes out of solution and forms bubbles. Then the pitch gradually rises as the bubbles float to the top. A simple theoretical expression for the pitch ratio is derived and compared with experiment. The agreement is good to within the ten percent accuracy of the experiments. Huvudmoden för ljudet är en kvarts våglängd. Våglängden l är konstant. Om ljudhastigheten v minskar så blir alltså även frekvensen f mindre (v=l*f). När det bildas bubblor sjunker alltså ljudhastigheten och därmed frekvensen. Bubblorna försvinner sedan efterhand (stiger till ytan), ljudhastigheten ökar och frekvensen ökar. Eftersom det kan bildas bubblor på flera olika sätt är denna förklaring mycket generell. Se även nedanstående video, och länk 1-2 nedan. /GO/Peter Ekström Nyckelord: ljud, resonans [19]; 1 http://io9.com/5880403/why-your-hot-chocolate-is-singing * Ljud-Ljus-Vågor [384] Fråga:Jag undrar hur det resonans fungerar. Om man sätter ner en stämgaffel i en resonanslåda, anpassad för tonen, förstärks ljudet. Var kommer energin ifrån som gör att tonen förstärks? Tas den från stämgaffelsvibrationer, och kommer i så fall ljudet att dämpas snabbare? / Svar: Resonans är ett allmänt fenomen hos oscillerande eller vibrerande system som innebär att även en svag periodisk yttre störning (pådrivande kraft) nära systemets egenfrekvens kan leda till att systemets svängningsamplitud, accelerationer och energiinnehåll ökar kraftigt. Ökningen beror av frekvensen och blir maximal då frekvensen är nära lika med det odämpade systemets egenfrekvens. Resonans För att förstå resonans ska vi ta ett enkelt exempel. Ett barn gungar och någon "puttar på". Gungan svänger av sig själv med en viss takt (se fråga 14065 för perioden för en plan pendel). För att "påputtningen" ska vara effektiv måste den ske i takt med gungans svängningsrörelse i samma riktning som gungans rörelse, alltså en gång per svängning (eller alternativt en gång på N=2,3,4... svängningar). Då överförs energi till gungan och utslaget ökar. Om man puttar på i otakt är det lika sannolikt att man bromsar rörelsen, så puttandet blir i medeltal utan effekt. Alltså: Vill man överföra energi till ett svängande system så ska man göra det i takt med systemets egen svängning. Experiment: Håll nere en tangent på ett piano så att det inte låter något. Slå sedan på andra tangenter och se när du kan få strängen på den nedtryckta tangenten att låta! Nu till stämgaffeln. Svängningarna från stämgaffeln sätter igång svängningar i resonanslådan. Energin till detta kommer från stämgaffeln. Resonanslådan har mycket bättre kontakt med luften än stämgaffeln (ytan är ju större), så överföringen av energi från stämgaffeln till luften (ljud) blir effektivare med en resonanslåda. Testa: Undersök hur länge en stämgaffel ljuder om den är
respektive inte är kopplad till en resonanslåda. Nyckelord: ljud, resonans [19]; resonans [5]; *
Frågelådan innehåller 7624 frågor med svar. ** Frågelådan är stängd för nya frågor tills vidare **
|
Denna sida från NRCF är licensierad under Creative Commons:
Erkännande-Ickekommersiell-Inga bearbetningar.