P1.7.3.1 - LD Didactic

Meccanica
LEYBOLD Schede di fisica
Acustica
Lunghezza d'onda e velocità del suono
LEYBOLD
Schede di fisica
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Tubo di Kundt:
Determinazione della lunghezza d’onda
del suono con il metodo
della polvere di sughero
Obiettivi dell’esperimento
n Visualizzare la formazione dei nodi e dei ventri di un’onda stazionaria dovuta ad un segnale acustico.
n Analizzare la posizione dei nodi e dei ventri prodotti dalla riflessione su una terminazione aperta e su una terminazione chiusa.
n Determinare la lunghezza d’onda λ attraverso la configurazione della polvere di sughero.
Principio fisico
In un tubo di diametro minore di mezza lunghezza d’onda, le
onde sonore formano un fronte d’onda piano che si propaga
lungo l’asse. Se la terminazione del tubo è aperta o chiusa,
l’onda sonora subisce una riflessione. La sovrapposizione tra
le onde dirette e quelle riflesse all’interno del tubo da luogo
alla formazione di onde stazionarie.
Per effetto delle oscillazioni delle molecole d’aria, la polvere
di sughero viene sollecitata maggiormente in corrispondenza
dei ventri; in questo modo è possibile visualizzare la distribuzione delle onde stazionarie. Infatti, in corrispondenza dei
ventri, si ha la formazione di linee trasversali dovute alla
circolazione d’aria tra le pareti e l’asse del tubo.
La distanza tra due nodi o due ventri successivi è uguale a
mezza lunghezza d’onda. Perciò, nota la distanza d tra il
primo e l’nmo nodo, si può calcolare la lunghezza d’onda λ
mediante la seguente formula:
d
(I)
n −1
L’esperimento si esegue generando il segnale acustico con
un fischietto e con entrambe le estremità del tubo inizialmente aperte. La chiusura di un’estremità del tubo si ottiene con
un pistone mobile.
λ=2
1105-Kem
Fig. 1: Sistema di misura della lunghezza d’onda λ delle onde sonore
con il metodo della polvere di sughero
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Esempio di misura
Apparecchiature
1 Tubo di Kundt
1 Guida graduata, lunghezza 500 mm
413 01
460 97
a) Riflessione con terminazione aperta:
Un esempio di misura è riportato nella Fig. 2, in alto.
b) Riflessione con terminazione chiusa:
Un esempio di misura è riportato nella Fig. 2, in basso.
Numero di nodi: n = 7
Distanza tra il primo e l’ultimo nodo: d = 39 cm
Configurazione del sistema di misura
Nota: prima di eseguire l’esperimento, il tubo di vetro va
perfettamente asciugato.
– Depositare una piccola quantità di polvere di sughero
(due punte di coltello) all’interno del tubo ed agitare il
tubo in modo che la polvere si distribuisca secondo una
linea uniforme per tutta la sua lunghezza.
– Appoggiare il tubo sui supporti ed attaccare l’imbuto
– Ruotare il tubo leggermente in modo che la polvere di
sughero aderisca su un solo lato.
– Inizialmente non inserire il pistone mobile nel tubo.
Esecuzione dell’esperimento
a) Riflessione con terminazione aperta:
– Tenere il fischietto perpendicolarmente al tubo di vetro e
soffiare su di esso in corrispondenza dell’imbuto.
– Osservare le figure formate dalla polvere di sughero.
b) Riflessione con terminazione chiusa:
– Distribuire uniformemente la polvere di sughero ed inserire il pistone mobile.
– Tenere il fischietto perpendicolarmente al tubo di vetro e
soffiare su di esso in corrispondenza dell’imbuto.
– Osservare le figure formate dalla polvere di sughero e
confrontare il risultato con quello del punto a).
– Contare il numero di nodi n e misurare la distanza tra il
primo e l’ultimo nodo.
Valutazione dei risultati
a) Riflessione con terminazione aperta:
La polvere forma delle figure ad anello. In corrispondenza
della terminazione aperta si ha un ventre. Le linee trasversali
che si formano in corrispondenza dei ventri risultano più
evidenti quando i segnali acustici sono di maggiore intensità.
b) Riflessione con terminazione chiusa:
Le figure ottenute con la polvere, in particolare le linee trasversali, risultano meglio definite quando la riflessione viene
generata da una terminazione aperta; in questo caso, infatti,
si hanno minori perdite. In corrispondenza della terminazione
chiusa si ha la presenza di un nodo.
Mediante la (I), si può calcolare la lunghezza d’onda che vale
λ = 13 cm. In questo caso, con una velocità del suono c =
340 m/s, si ottiene una frequenza f = 2600 Hz.
Informazioni supplementari
Come sorgente sonora, oltre al fischietto, si può utilizzare il
diapason a 1700 Hz (411 81) oppure un altoparlante a larga
banda (587 08) assieme ad un generatore di segnali
sinusoidali.
Se si usa il diapason, con questa frequenza, la lunghezza del
tubo di vetro (L = 60 cm) è in grado di soddisfare alla condizione di risonanza perché è uguale a tre lunghezze d’onda
λ. Quando si toglie l’imbuto, su entrambe le terminazioni
aperte si ottengono due nodi.
Fig. 2: Distribuzione della polvere di sughero nel caso di riflessione del
suono su una terminazione aperta (sopra) e su una
terminazione chiusa (sotto).
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