Stojaté vlnenie - videodemonštrácie
Fyzikálne video-experimenty
Hlavná ponuka:
Stojaté vlnenie
Experiment
Video experimentu 
Použité pomôcky
- zdroj vlnenia
- Kundtova trubica
- polystyrénové guličky
Vysvetlenie
Stojaté vlnenie vzniká interferenciou dvoch koherentných vlnení postupujúcich proti sebe. Môže vzniknúť skladaním dvoch priečnych alebo dvoch pozdĺžnych vlnení. Pri stojatom vlnení častice kmitajú s rovnakou fázou ale s rôznou amplitúdou, pričom miesta s najväčšou výchylkou (amplitúdou) sa nazývajú kmitne a miesta s nulovou výchylkou uzly (častice v uzloch akoby stáli). Vzájomná vzdialenosť dvoch kmitní (uzlov), je rovná polovici vlnovej dĺžky prislúchajúcej stojatému vlneniu. Polohy uzlov a kmitní sa v priestore nemenia a ich vzájomná vzdialenosť je λ /4. Stojaté vlnenie sa teda v priestore ani čase nepohybuje, a preto na rozdiel od iných druhov vlnenia sa pri stojatom vlnení energia priestorom neprenáša, ale dochádza iba k periodickej premene kinetickej energie na potenciálnu a naopak. Pozri aj aplet na vznik stojatého vlnenia.
Kundtova trubica je približne 1 meter dlhá sklenená trubica vysypaná ľahkým materiálom (napr. korkový prášok, piliny, polystyrénové guličky ap.), ktorá slúži na meranie rýchlosti zvuku v plynoch alebo iných materiáloch. Pomenovaná je podľa nemeckého fyzika Augusta Kundta, ktorý ju popísal v roku 1866. Pri meraní sa na jeden koniec trubice umiestni zdroj kmitania (reproduktor) a druhý koniec je uzatvorený posuvným piestom, ktorým nastavíme vhodnú dĺžku trubice pre daný zdroj. Vo vnútri trubice vzniká stojaté vlnenie. Podmienkou je, aby vzdialenosť medzi piestom a zdrojom sa rovnala 2n-1 násobku štvrťvĺn (λ /4), t.j. s kmitňou pri zdroji vlnenia a uzlom pri posuvnom pieste. Prášok vo vnútri trubice sa pri vhodnej polohe piestu usporiada do tvaru stojatej vlny. Z pozície kmitní a uzlov potom vieme určit vlnovú dĺžku vlnenia λ a následne zo vzorca v = λ f vypočítať rýchlosť (alebo frekvenciu) vzniknutého vlnenia.
Chladniho obrazce sú obrazce stojatého vlnenia, ktoré vzniká na kovovej platni. Obrazec je vytvorený bielym práškom, ktorý sa rozsype rovnomerne po celej platni. K platni je pripojený zdroj mechanického vlnenia, ktorý rozkmitá kovovú patňu s určitou frekvenciou. Biely prášok sa samovoľne zosypáva do miest uzlov vzniknutého stojatého vlnenia. V tomto prípade vznikajú dvojrozmenrné uzly, ktoré netvoria izolované body, ale krivky rôznych tvarov (napr. kružnice).
Otázky
- Vysvetlite vznik stojatého vlnenia v Kundtovej trubici.
- Závisí rýchlosť zvuku vo vzduchu od teploty?
- Aký je rozsah frekvencií počuteľných vĺn?
- Vypočítajte frekvencie zvuku na videu, ak vzdialenosť zdroja od piestu bola v oboch prípadoch 40 cm a teplota v miestnosti 21°C.
Ak nevieš odpovedať na otázky, pozri si ešte raz video a vysvetlenie.
Použité zdroje:
http://www.1sg.sk/~pkubinec/ako%20vznika%20hudba.pdf
http://www.gymza.sk/gymza/predmety/fyzika/web_fyzika/Stojate_vlnenie/standingwaves.html
http://www.gymza.sk/gymza/predmety/fyzika/web_fyzika/Chvenie_sustav/Husle/Husle.html
https://www.youtube.com/watch?v=Qf0t4qIVWF4