STOJEČE VALOVANJE V STEKLENICAH

Opis poskusov

Preden bi se lotili iskanja vozlov stoječega valovanja v telesih nepravilnih oblik, smo najprej želeli preveriti, ali bomo z načinom dela, kakršnega smo si zamislili, sploh prišli do dobrih rezultatov. Najprej smo zato želeli izmeriti hrbte in vozle valovanja v cevi, za katero že poznamo model, zato lahko približno napovemo, kje se bodo pojavili hrbti in vozli in za katere frekvence bo do stoječega valovanja sploh prišlo.

Osnovna ideja vseh poskusov

Poskus smo si zamislili tako, da bi na dnu posode merili jakost zvoka s pomočjo mikrofona, priključenega na merilec jakosti, zunaj cevi pa bi v prostoru oddajali različne frekvence, in opazovali, kdaj na dnu posode nastane vozel valovanja. Preverili bi tudi, ali so to res lastne frekvence zraka v posodi, tako da bi zrak v posodi vzbudili z udarjanjem po posodi in merili (s pomočjo mikrofona), s katerimi frekvencami se zrak v posodi odziva na vzbujanje. Predvidevali smo, da bodo vzbujene frekvence odvisne od oblike posode. Tretji del analize posode bi bil še, da mikrofon premikamo po posodi navpično navzdol in navzgor, in merimo na katerih višinah se pojavijo vozli in hrbti valovanja.

Pripomočki in oprema

• Mikrofon s priključkom za povezavo z računalnikom
• Računalnik z naloženim programom Soundcard Scope
• Zvočnik
• Frekvenčni generator sinusne napetosti (nanj priključimo zvočnik)
• Različne cevi in posode
• Pena za udušitev zvoka okolice
• Les za dno nekaterih cevi
• Stojalo za mikrofon (le v začetnih poskusih)

Prvi poskusi v ceveh

Stojalo za mikrofon smo sestavili tako, da smo v primež vpeli dolgo kovinsko palčko, na katero smo nalepili mikrofon. Prižgali smo zvočnik in mikrofon z nastavljenjem višine primeža spuščali navzdol po cevi in zabeležili višine, na katerih so nastali hrbti in vozli valovanja, glede na jakost, odčitano z računalnika.

Meritve se niso ujemale z napovedmi teorije, zato smo počasi odstranjevali elemente, ki bi lahko povzročali resonanco. Na koncu smo ugotovili, da nam največ težav povzroča zaprt prostor, v katerem odmeva in prihaja do številnih resonanc, zato smo v nadaljevanu vse poskuse izvajali zunaj, da ni bilo odmevov, mikrofon pa smo v cevi spuščali kar z roko (več o napakah).

Najprej smo poskus izvedli na ceveh različnih premerov in dolžin, vse pa so bile polzaprte. Nekatere so sicer bile odprte, a smo jih z ene strani zaprli s pomočjo plastelina, pene, lesene deske in stiropora. Ugotovili smo, da mora biti tip podlage čim bolj podoben tipu cevi (več si preberite v analizi).

Na ta način smo dobili veliko bolj smiselne rezultate, vseeno pa smo zasnovali in izvedli še drugačen poskus.

Tokrat smo namesto frekvence spreminjali dolžino cevi in sicer tako, da smo v cev nasuli pesek, potem pa smo ga počasi stresali ven ter vmes spremljali ali je mikrofon na dnu morda zaznal vozel. Najprej smo želeli ta poskus izvesti z vodo, a se nam je pesek zaradi mikrofona zdel varnejša izbira. Ta poskus smo izvedli le na eni izmed votlih, tankih cevi, rezultati pa so bili podobni tistim, pridobljenim s prvo metodo, zato smo nadaljevali po prejšnji metodi tudi naprej.

Poskusi v ostalih votlih telesih

Podobno kot pri polzaprtih ceveh, smo tudi tukaj poskus opravili v treh delih. Najprej z merjenjem vozlov in hrbtov na dnu votlih teles pri različnih frekvencah valovanja, sledilo je merjenje lastnih frekvenc zraka z udarjanjem po votlem telesu in merjenje položaja vozlov pri določeni lastni frekvenci.

Za prvo votlo telo druge oblike smo si izbrali prisekan stožec, v nadaljevanju pa smo meritve opravljali v steklenicah. Iz poznavanja teorije smo sklepali, da na lastne frekvence zraka v posodi vpliva prostornina steklenice in prostornina samega grla. Da bi to preverili, smo vse tri dele meritev najprej opravili v erlenmajerici, nato pa smo ji s pomočjo ozkih cevi podaljšali grlo na dve različni dolžini oziroma prostornini. Prostornina glavnega dela erlenmajerice (trebuha) je ostala nespremenjena. S tem smo preverili predvsem vpliv grla na lastne frekvence, vpliv velikosti trebuha pa smo želeli izmeriti z merjenjem v steklenici, s prisekanim kroglastim trebuhom in relativno ozkim grlom. Volumen, ki nas je zanimal, smo izmerili s pomočjo nalivanja vode v steklenice in merjenja njene prostornine v merilnih valjih.

Za zaključek smo si zamislili še poskus v ozkem kvadrastem akvariju, odprtem le na eni ploskvi kvadra. Opravili smo nekaj meritev, ki tudi preko teorije kažejo, da gre tukaj že za ravninsko valovanje zvoka (verjetno), vendar pa nam je za podrobno analiziranje ostalo premalo časa.