عند استخدام أحد الطلاب لشوكة رنانة بجانب فوهة أنبوب مفتوح ، صدر منه رنين تردد نغمته. 240 Hz : فيكون تردد الايقاع الثالث المصاحب لهذا التردد يساوي؟
الإجابة الصحيحة هي:
720HZ.
شرح حساب تردد الايقاع الثالث في أنبوب مفتوح
مفهوم الرنين في الأنابيب المفتوحة
عندما نضرب شوكة رنانة بالقرب من فوهة أنبوب مفتوح، فإن الموجات الصوتية التي تنتجها الشوكة ترتد ذهابًا وإيابًا داخل الأنبوب. إذا كان طول الأنبوب مناسبًا، فإن هذه الموجات تتداخل بطريقة تعزز بعضها البعض، مما ينتج عنه صوتًا أقوى بكثير. هذه الظاهرة تسمى الرنين.
الأيقاعات في الأنبوب المفتوح
في الأنبوب المفتوح، يمكن أن تحدث عدة أنواع من الرنين، ولكل نوع تردد خاص به يسمى "ايقاع". الايقاع الأساسي هو أدنى تردد يمكن أن يرن فيه الأنبوب، والأيقاعات الأخرى هي مضاعفات لهذا التردد الأساسي.
حساب تردد الايقاع الثالث
- الايقاع الأساسي: هو التردد الذي سمعناه في السؤال وهو 240 هرتز.
- الايقاعات العليا: تردد أي ايقاع علوي يساوي مضاعف صحيح للتيار الأساسي.
- الايقاع الثالث: هو ثلاثة أضعاف التردد الأساسي.
الحساب:
- تردد الايقاع الثالث = 3 × التردد الأساسي
- تردد الايقاع الثالث = 3 × 240 هرتز
- تردد الايقاع الثالث = 720 هرتز
التوضيح بالرسم البياني
في الرسم البياني، نرى كيف تتكون الموجات الراكدة في أنبوب مفتوح. الايقاع الأساسي هو عندما يكون هناك نصف طول موجي واحد داخل الأنبوب، والايقاع الثاني عندما يكون هناك طول موجي كامل، وهكذا.
الخلاصة
إذن، عندما نسمع رنينًا بتردد 240 هرتز في أنبوب مفتوح، فإن تردد الايقاع الثالث سيكون 720 هرتز. هذا يعني أنه إذا قمنا بتغيير طول الأنبوب قليلاً، يمكننا سماع صوت أعلى بثلاثة أضعاف التردد الأصلي.
ملاحظات هامة:
- طول الأنبوب: يرتبط طول الأنبوب بشكل مباشر بالترددات التي يمكن أن تنتجها. كلما كان الأنبوب أطول، كلما كان التردد الأساسي أقل.
- سرعة الصوت: تعتمد سرعة الصوت في الهواء على درجة الحرارة. لذلك، فإن تغيير درجة الحرارة سيؤثر على الترددات التي يمكن أن تنتجها الشوكة الرنانة في الأنبوب.