Svar:
Ljudhastigheten i en ideal gas beror inte av trycket utan endast på absoluta temperaturen och molekylvikten, se fråga [12639]. Eftersom temperaturen i atmosfären varierar med höjden så kommer ljudhastigheten att variera.

Temperaturen och ljudhastigheten som funktion av höjden framgår av nedanstående figur från Atmospheric_temperatureTemperature_versus_height.

Se även Speed_of_soundDependence_on_the_properties_of_the_medium, Atmosphere_of_EarthTemperature_and_speed_of_sound och länk 2.

/Peter E 2017-12-12

Svar:
Bra fråga!

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_forkDescription:

A tuning fork is a fork-shaped acoustic resonator used in many applications to produce a fixed tone. The main reason for using the fork shape is that, unlike many other types of resonators, it produces a very pure tone, with most of the vibrational energy at the fundamental frequency. The reason for this is that the frequency of the first overtone is about

5²/2² = 25/4 = &8202;6 1/4

times the fundamental (about &8202;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.

/Peter E 2017-12-15

Svar:
Det beror på att den akustiska impedansen ändras i gränsen pipa/fria luften. En del av ljudet reflekteras då tillbaka in i pipan.

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.
/Peter E 2018-02-20