9.12. Để chứng minh sự cộng hưởng âm, người ta thường làm A thí nghiệm như Hình 9.1. T là một ống nghiệm cao, A là một âm thoa có tần số dao động riêng f. Gõ cho âm thoa rung, thì nó phát ra một âm rất yếu. Đưa âm thoa lại gần miệng Ống nghiêm, rồi đổ dần nước vào ống cho mực nước cao dần thì có thể tìm được độ cao h của cột không khí trong ống, để cột không khí dao động cộng hưởng với âm thoa. Lúc đó âm được khuếch đại rất mạnh.
Cho biết: f= 850 Hz, h = 50 cm. Tính tốc độ v của âm.
Hướng dẫn lời giải chi tiết
Các phân tử không khí trong ống dao động theo tần số của dao động của âm thoa. Sóng âm trong ống nghiệm phản xạ liên tiếp ở miệng và ở đáy ống nghiệm. Khi khoảng cách giữa hai mặt phản xạ ấy có một giá trị thích hợp thì tạo thành một hệ sóng dừng ổn định. Khi đó ở miệng ống có một bụng dao động còn ở đáy ống tức là mặt nước có một nút. Vậy độ cao h phải thoả mãn điều kiện :
h = (2k + 1)\(\lambda\over 4\) (k = 0,1,2...) (1)
Thay \(\lambda ={v\over f}\) vào (1), ta được : h = (2k + 1)\(\lambda\over 4f\)
\(v = {{4hf} \over {2k + 1}} = {{4.0,5.850} \over {2k + 1}} = {{1700} \over {2k + 1}}\)
Advertisements (Quảng cáo)
Với k = 0 ⇒ v = 1700 m/s
(loại, vì lớn hơn cỡ của tốc độ âm trong không khí)
k = 1 ⇒ v = 566,7 m/s
(loại, vì lớn hơn cỡ của tốc độ âm trong không khí)
k = 2 ⇒ v = 340 m/s
(chấp nhận vì cỡ của tốc độ âm trong không khí là 300 m/s)
k = 3 ⇒ v = 240 m/s
(loại, vì nhỏ hơn cỡ của tốc độ âm trong không khí)