Резонанс звуковой продольной волны в воздушной трубке
- Author:
- Алексей Сорокин, Tom Walsh
Симуляция интерференции звуковых волн в воздушных трубках. Звуковая волна входит в воздушную трубку на открытом конце. Данная волна, представленная оранжевой пунктирной линией (если выбрано), представляет величину смещения, которую молекулы воздуха в трубе имели бы из своего положения равновесия, если бы это была единственная звуковая волна в воздушном столбе. Когда исходная волна достигает противоположного конца трубки, она отражается в любом случае: является ли противоположный конец открытым или закрытым. Если конец трубки закрыт на глухо, то отражение происходит от более жесткого закрытого конца и волна "переворачивается", то есть «сдвигается» на половину длины волны (оранжевая линия из точек). Если конец открыт, инверсия или сдвиг не происходят. В итоге исходная волна и ее отражение всегда будут образовывать стоячую волну (толстая сплошная синяя линия).
Первая отраженная волна будет снова отражена, когда оно вернется к исходному концу трубки, образуя вторую отраженную волну. Она будет отражаться от дальнего конца трубки, как третье отражение. Вторая и третья отраженные волны представлены зелёными пунктирными и точечными линиями соответственно (если они выбраны). Сумма этих двух отражений показана в виде более толстой сплошной красной линии.
Когда сплошные синяя и оранжевая линии накладываются, возникает резонанс. Причина этого заключается в том, что если стоячая волна от первых двух отражений совпадает со стоячей волной для второго набора отражений, то все последующие стоячие волны от дальнейших отражений будут аналогичными. Обратите внимание, что этот резонанс всегда будет происходить, когда исходный конец трубки идеально совпадает с пучностями стоячих волн.
Волна в нижней трубе является суммой исходной волны и всех отраженных волн. Эта сумма может быть показана в виде поперечной волны и/или продольной волны.
Данная симуляция позволяет взглянуть на продольную версию первых двух стоячих волн. Аналогично случаю с поперечными волнами, эти две продольные волны показывают возникновение резонанса.
Отрегулируйте ползунок, чтобы найти различные резонансы и посмотрите на соотношение между длиной трубки и длиной волны волны. Обратите внимание, что это соотношение зависит от того, открыт или закрыт дальний конец трубки.