PRACTICUM 2 Staande golven in lucht – proef van Kundt Staande golven in lucht – proef van Kundt. Theoretische inleiding De proef van Kundt maakt een staande geluidsgolf in een doorzichtige buis met lucht zichtbaar. De proef werd ontwikkeld door de Duitse natuurkundige August Kundt in het jaar 1866. De ene helft van de buis wordt afgesloten, en de andere helft is open. Wanneer er geluid valt op de afgesloten helft, wordt dit gereflecteerd. De invallende en teruggekaatste geluidsgolven vormen (bij bepaalde frequenties) een interferentiepatroon: een staande golf. Een staande golf is een golfverschijnsel met op bepaalde plaatsen vaste punten. De knopen waar het 20 geluidsniveau nul is en daartussen punten waar de geluidssterkte maximaal varieert, de buiken. Resonantie (en dus een staand golfpatroon) vindt alleen plaats als de golflengte en de lengte van de buis “op elkaar passen". Afbeelding 18 stelt een momentopname voor van luchtmoleculen in de buis (zwarte puntjes) bij resonantie. De dikke blauwe stippellijn geeft de luchtdrukverdeling in de buis op dit moment weer, terwijl de dikke zwarte lijn de snelheid op dat moment weergeeft. Afbeelding 18: Luchtdruk en snelheid variaties De lucht kan niet door de barrière aan de linkerzijde. Daarom is de snelheid daar nul en de luchtdruk maximaal. Bij het open einde van de buis, houdt niets de beweging van de luchtmoleculen tegen, dus daar is de snelheid maximaal en de luchtdruk nul. De dunne lijnen geven ook de snelheid en luchtdruk weer, maar nu een halve oscillatie periode later (exact www.eurofysica.nl in tegenfase). Zie je dat de snelheidslijn een kwart golflengte verschoven is t.o.v. de luchtdruklijn? In het midden van afbeelding 18 (onder de zwarte en blauwe lijnen), zijn de buiken en knopen weergegeven. De verticale streepjes geven een buik aan (maximale geluidsdruk, minimale snelheid) en de pijltjes geven een knoop aan (minimale geluidsdruk, maximale snelheid). Merk op dat de afstand tussen opvolgende knopen een halve golflengte is. Stel je voor dat de barrière aan de linkerkant een halve golflengte naar rechts wordt verplaatst - dan vormt het nog steeds een knooppunt. Dit zal de resonantie in het resterende deel van de buis niet veranderen. In feite kan de barrière helemaal worden verplaatst naar het laatste knooppunt waar nog maar een kwart golflengte van de buis over is - en er zal nog steeds resonantie zijn. We kunnen hiermee de formule afleiden voor een resonantiepatroon in een half open buis. Zoals je hebt gezien, is de lengte van de buis gelijk aan: een heel getal vermenigvuldigd met een halve golflengte, plus een kwart golflengte. We noemen de lengte van de buis L, de golflengte λ en N een positief heel getal. De formule wordt dan: L = N • λ _ + λ _ 24 N = 0, 1, 2 . Bij deze proef ga je zelf een staand golfpatroon onderzoeken in de buis van Kundt. Je kan hiermee de geluidssnelheid in lucht afleiden. Resonanties in de buis vinden plaats bij bepaalde combinaties van de frequentie van het geluid en de lengte van de luchtkolom. In dit experiment variëren we één van deze parameters om de beurt.
Download PDF fil