Вібраційні струни та повітряні колони у Physik Schülerlexikon Lernhelfer

Ряд музичних інструментів видають звук, вібруючи струнами або повітряними колонами. Прикладами струнних інструментів є гітари, скрипки, альти, фортепіано або арфи. Вібруючі повітряні колонки можна знайти, наприклад Б. з органами, кларнетами, саксофонами, трубами або тромбонами.
Частота вібрацій і, отже, висота звуку, що виникає, є серед інших. залежить від довжини струн або повітряних колон.

Вібраційні струни

За допомогою вібраційних струн звук генерується на гітарах та багатьох інших інструментах. Інструменти зазвичай мають кілька струн, щоб мати можливість сприятливо генерувати різні високі тони. Отже z. B. гітара (малюнок 2) на 6 струнах, кожна з струн вібрує з певною частотою, якщо гітара налаштована правильно і відповідні струни не вкорочені. У скрипки 4 струни, у фортепіано стільки струн, скільки клавіш.
Для вібраційних струн загальним правилом є те, що частота їх вібрацій вища, а результуючі тони вищі,

- тим більша сила, з якою натягується струна,
- чим коротший він,
- чим менше їх площа перерізу і
- чим менша щільність речовини, з якої вона виготовлена.

Рівняння для частоти f вібраційної струни має вигляд:
f = 1 2 l F ρ ⋅ A l Довжина струни F Сила натягу ρ Щільність матеріалу струни виконана з A Площа поперечного перерізу струни

Струни стимулюються до вібрації, вищипуючи, б’ючи або кланяючись. Для використання інструменту, напр. Б., щоб налаштувати гітару або фортепіано, ви змінюєте напругу струни, про яку йде мова.
Якщо ви хочете створити різні високі ноти на інструменті, ви використовуєте різні струни (приклад: фортепіано) або скорочуєте фактичну довжину струни вручну (приклади: гітара, скрипка).

Вібраційні колони повітря

З трубами, тромбонами, флейтами чи органами звук викликають вібруючі стовпи повітря. Частота результуючого звуку залежить від довжини повітряної колони і від того, чи вібрує повітряна колонка в трубці, відкритій з однієї або обох сторін.
Загальне правило для вібруючих повітряних колон полягає в тому, що чим коротший повітряний стовп, тим більша частота коливань і, отже, вищий тон.

Якщо вібруючий стовп повітря знаходиться в трубці, закритій з одного боку, це називається закритим свистком або закритим свистком, то для частоти f застосовується наступне:
f = c 4 l c швидкість звуку l довжина повітряного стовпа

Довжина повітряного стовпа для основного тону становить чверть довжини хвилі звукових хвиль.

Якщо в трубі, яка відкрита з обох боків, є вібруюча колонка повітря, таке розташування називається відкритою трубою, то для частоти f застосовується наступне:
f = c 2 l c швидкість звуку l довжина повітряного стовпа

Довжина повітряного стовпа для основного тону становить половину довжини хвилі звукових хвиль. Це означає: Якщо закрита та відкрита труби однакової довжини, їх частоти становлять 1: 2.
Ви можете зменшити крок відкритої труби, збільшивши довжину - найдовші органні труби дають найнижчі ноти. Крок відкритої труби також можна зменшити, частково перекривши верхній отвір труби. Це техніка, яка застосовується при наладці органних труб.

Визначення швидкості звуку

Швидкість звуку в повітрі можна визначити за допомогою рівняння v = s/t, вимірявши відстань, яку проходить звук за певний час.
Інша можливість - змусити вібрувати повітряну колону. Замість генератора тональних частот з гучномовцем для збудження також можна використовувати камертон. Важливо лише знати частоту, з якою повітряний стовп збуджується для вібрації. Джерело звуку потрібно розміщувати безпосередньо над верхньою частиною труби.
Скляна трубка, відкрита з обох боків, знаходиться у воді. Довжину стовпа повітря, що вібрує, можна змінювати, піднімаючи або опускаючи трубу. Розташування відповідає розташуванню закритої труби.

Звук, який видає джерело звуку, потрапляє на поверхню води і там відбивається. На певній довжині повітряного стовпа утворюється стояча хвиля. Потім у верхній частині трубки є противузло. У описаних випадках тон, який ви чуєте, є особливо гучним. Це якраз той випадок, коли повітряна колонка має довжину
1 4 λ, 3 4 λ, 5 4 λ тощо. (загалом: l = 2 n + 1 4 λ) .
Довжину хвилі можна визначити за двома вимірами. Якщо ви знаєте довжину хвилі та частоту збудження, ви можете розрахувати швидкість звуку в повітрі за рівнянням v = λ ⋅ f. Якщо ви використовуєте z. Б. джерело звуку з частотою 1000 Гц, потім довжина повітряного стовпа на 1-му максимумі 8,0 см і на 2-му максимумі 25,5 см. Отже, це половина довжини хвилі
25,5 см - 8,0 см = 17,5 см
а отже довжина хвилі 35,0 см. Це призводить до швидкості звуку в повітрі:

v = λ ⋅ f v = 0,35 м ⋅ 1000 Гц v = 350 м с