Колебания воздушных столбов

1. Звучание воздушных столбов. 1) Высокий цилиндрический стеклянный сосуд.

Льют в сосуд тонкую струю воды. Воздушный столб в сосуде издает тон, высота которого повышается по мере укорочения столба.

2. Звучание воздушных столбов. 1) Несколько пробирок, заткнутых резиновыми пробками. 2) Стойка для пробирок.

В пробирки наливают до разной высоты воды так, чтобы звуки. Издаваемые при откупоривании пробирок, составляли гамму или мажорный аккорд. В случае мажорного аккорда высоты воздушных столбов относятся, как 1 : 5/4 : 3/2 : 2 (приблизительно).

Если пробирку подогреть, то при откупоривании слышен более высокий звук. Это происходит потому, что скорость звука в нагретом воздухе больше.

Если в пробирку перед откупориванием капнуть две-три капли эфира, звук слышен более низкий, так как в парах эфира скорость звука меньше.

3. Зависимость высоты тона от длины органной трубы. 1) Органная труба с выдвижным поршнем (рис. 111). 2) Акустический мех.

Рис. 111. Органная трубка с выдвижным поршнем. Справа показан поршень, вынутый из трубы

Продувают воздух сквозь трубу (не сильно) и меняют длину звучащего столба, выдвигая поршень. При удлинении звучащего столба тон понижается. Обычно на поршне имеется ряд меток, указывающих высоту тона, который получается, когда поршень выдвинут до данной метки.

4. Звучание труб, открытых с обоих концов и с одного конца. 1) Стеклянная трубка или металлическая трубка (d = 3 см, L — 40—100 см), заткнутая резиновой пробкой.

Вынув пробку, ударяют по отверстию трубы, ладонью, оставляя ее прижатой. Слышен короткий низкий тон. Это — колебания воздушного столба, причем пучность находится у открытого конца трубы, а узел у закрытого. Затем затыкают трубку пробкой. Резко вытаскивают пробку. Слышен короткий тон на октаву выше. Это— колебания воздушного столба в трубе, причем теперь узел находится посредине, а пучности по концам трубы.

5. Сравнение открытой и закрытой органных труб. 1) Открытая органная, труба. 2) Акустический мех.

Заставляют трубу издавать основной тон. Закрывают ее отверстия ладонью. Слышен тон приблизительно на октаву ниже. Неточность результата зависит от того, что положение пучности в открытой трубе не совпадает с концом трубы.

Дуть надо слабо. При сильном дутье при закрытии трубы ладонью .можно получить один из верхних обертонов.

6. Сравнение открытой и закрытой органных труб. 1) Органная труба с задвижкой посредине (рис. 112). 2) Акустический мех.

Рис. 112. Органная труба с задвижкой

Одна половина задвижки сплошная, другая — с круглым отверстием посредине. При передвижении задвижки труба превращается из открытой в закрытую, вдвое более короткую.

Продувают воздух и показывают, что тон, издаваемый трубой, почти не меняется при вдвигании и выдвигании задвижки. Если наблюдается некоторое изменение тона при передвиганий задвижки, это указывает на несовпадение узла с положением задвижки. Это может быть уменьшено ослаблением силы дутья.

7. Обнаружение движения воздуха в пучностях воздушных столбов. 1) Стеклянная органная труба (рис. 113). 2) Вращающийся диск (рис. 114). 3) Акустический мех.

Рис. 113. 114. Стеклянная органная труба. Вращающийся диск

Вращающийся диск представляет собой видоизменение диска Релея. Самодельный прибор изготовляется так: кружок (d = 3—4 см) из тонкой фольги протыкается в двух местах иголкой, чтобы он легко вращался вокруг иголки (рис. 115). Концы иголки закрепляются в проволочной дужке. К дужке прикрепляется нитка.

Рис. 115. Самодельный вращающийся диск (спереди и сзади)

Показывают, что в спокойном воздухе диск располагается вертикально), а в потоке воздуха перпендикулярно к нему.

Опускают диск в звучащую органную трубу. В пучностях диск располагается перпендикулярно к потоку. В узлах принимает наклонное положение.

8. Обнаружение изменения давления в узлах колеблющегося воздушного столба. 1) Стеклянная органная труба. 2) Манометр Шиманского. 3) Акустический мех.

Для данного опыта следует клапан Шиманского поместить на манометр с одним длинным коленом (рис. 116). Опускают манометр в звучащую трубу. Когда клапан находится в узле, уровень жидкости в манометре поднимается. В пучностях уровни жидкости в обоих коленах манометра совпадают.

Рис. 116. Акустический манометр с длинным коленом

9. Определение положения узлов в колеблющемся столбе воздуха на слух. 1) Открытая органная труба. 2) Акустический мех. 3) Стеклянная трубка (d = 1 см; l = 60—70 см), соединенная резиновой трубкой с отрезком стеклянной трубки, приспособленным для вставления в ухо.

Заставляют звучать органную трубу. Вставляют отрезок трубки в ухо и медленно вдвигают стеклянную трубку в органную трубу. Когда конец трубки находится в узле, слышно усиление звука. Опыт выходит лучше, если конец трубки загнут (рис. 117).

Рис. 117. Акустический зонд

10. Определение положения узлов в колеблющемся столбе воздуха телефоном. 1) Открытая органная труба возможно более широкая. 2) Акустический мех (или баллон с углекислым газом. 3) Телефон (многоомный). 4) Гальванометр (чувствительность 10^-6 — 10^-8). 5) Детектор кристаллический.

Составляют цепь из телефона, детектора и гальванометра. Трубу соединяют с акустическим мехом или с баллоном с углекислым газом. Заставляют трубу звучать (основной тон).

Постепенно опускают телефон в трубу. Гальванометр дает отклонения малые при положениях телефона вблизи верхнего и нижнего концов трубы (т. е. в месте пучностей) и большие в середине трубы (в узле колебания давления больше).

Если при верхнем положении телефона закрыть трубу рукой, то заметно увеличение отклонения гальванометра. При этом труба превращается в закрытую, и узел смещается к верхнему концу трубы.

Если дуть сильнее, то труба дает более высокий тон, что означает, что внутри трубы образуется два или три узла. При этом можно обнаружить увеличение отклонения гальванометра в двух или трех местах.