Измерение длины звуковой волны в воздухе методом резонанса. Резонаторы Гельмгольца

Измерение длины звуковой волны в воздухе методом резонанса. 1) Стеклянная трубка (d = 4—6 см, l = 80 см), с одного конца открытая, с другого закрытая пробкой, со вставленной стеклянной трубкой и резиновой трубкой. 2) Кружка или бутыль с тубусом внизу. 3) Камертон 600—1000 гц, достаточно мощный (масса не меньше 100 г). 4) Билка. 5) Масштабная линейка. 6) Штатив с двумя широкими держателями. 7) Карандаш для писания по стеклу.

Приборы располагаются, как показано на рисунке 74. Наливают в трубку воды. Один учащийся поднимает кружку так, чтобы вода почти достигала края трубки. Возбуждают колебания камертона и помещают его над трубкой. Медленно опускают кружку. Отыскав положение уровня, при котором получается усиление звука камертона, отмечают его на трубке. Повторяют опыт, проверяя правильность отметки. Затем таким же образом находят более низкие положения уровня воды, при которых получаются усиления звука.

Рис. 74. Измерение длины звуковой волны в воздухе методом резонанса

Измеряют расстояния между метками на трубе и находят арифметическое среднее. Так как у поверхности воды находится узел резонирующего столба воздуха, то это найденное расстояние равно половине длины звуковой волны в воздухе. Затем вычисляют скорость звука по формуле:

где t, температура воздуха.

Отсюда находят частоту колебания и сверяют результат с частотой камертона, выбитой на нем.

Резонаторы Гельмгольца. 1) Набор резонаторов Гельмгольца. 2) Набор соответствующих камертонов. 3) Сонометр.

Резонаторы Гельмгольца представляют собой шары с двумя выступами, оканчивающимися отверстиями (рис. 75). Один выступ — широкий с отверстием, имеющим плоско срезанные края, служит для приема колебаний. Другой выступ — узкий, воронкообразный, с закругленными концами и маленьким отверстием на конце, вставляется в ухо.

На резонаторах обычно бывает надпись, указывающая собственную частоту резонатора. Ее можно вычислить по формуле: где с — скорость звука, d — диаметр широкого отверстия, V—объем полости резонатора.

Эта формула применима только к шаровым резонаторам.

Учащимся раздаются резонаторы. Возбуждают поочередно колебания камертонов различной высоты, причем учащийся, пользующийся соответствующим резонатором, слышит звук. Остальные резонаторы молчат.

При звучании струны, настроенной на тон, на который резонирует наибольший резонатор, можно слышать звучание резонаторов, отвечающих на обертоны струны. При шуме, громком разговоре и т. п. звучание слышно во всех резонаторах.

При передаче резонаторов от одного учащегося к другому их следует дезинфицировать ваткой, смоченной денатуратом.

Кроме круглых резонаторов бывают конические (рис. 76) или цилиндрические (рис. 77), металлические или картонные. Можно изготовить самодельные резонаторы из картона или из консервных банок (рис. 78). В банках делают два отверстия: одно диаметром 3—4 см, другое — 5—6 мм. Меньшее отверстие вплотную приближают к уху. Если сделать резонатор из двух банок, входящих одна в другую, то можно менять тон резонатора, вдвигая и выдвигая их (рис. 79).

Если вместо камертонов и струн воспользоваться сиреной или звуковым генератором, непрерывно изменяя высоту тона, то резонаторы поочередно отвечают на их звуки.

Зависимость высоты тона от частоты колебаний. 1) Газопламенный манометр (§ 2, 6). 2) Вращающаяся зеркальная призма.

Устанавливают приборы так, как описано в § 2, 6. Приводят зеркальную призму в равномерное вращение. Поют в раструб манометра какую-нибудь согласную на тона различной высоты. По ширине зубчиков на полосе, видимой в зеркале, можно убедиться, что более высоким звукам соответствует большая частота.

Зависимость высоты тона от частоты колебаний. 1) Полотно от ножовки (лучше с притупленными зубцами). 2) Кусок картона (размером с игральную карту).

Проводят краем картона по зубцам полотна ножовки. Слышен тон, высота которого зависит от скорости движения, т. е. от частоты.