¿Mi comprensión de la resonancia de ondas estacionarias es satisfactoria en este ejercicio?

Como sugiere el título, me pregunto cómo manejé el siguiente ejercicio:

Se coloca un altavoz cerca de un extremo de un tubo que está abierto en ambos extremos. El altavoz es accionado por un generador de señales de frecuencia ajustable. En 660 H z se escucha un máximo en el volumen del sonido (una resonancia). La frecuencia del generador de señal se reduce lentamente y se observa que la siguiente frecuencia en la que se escucha un máximo es 550 H z . La velocidad del sonido en el aire es 343   metro s 1 . Determine la longitud de la tubería y la frecuencia más baja a la que resonará la columna de aire en ella, explicando su razonamiento.

De acuerdo, como se trata de una tubería abierta, implica que en X = 0 y X = L , necesitamos un antinodo. La ecuación para una onda de sonido estacionaria tiene un argumento de C o s ( k norte   X ) o s i norte ( k norte   X ) por su amplitud, dependiendo de las condiciones de contorno.

En este caso, he elegido declarar:

k norte   L = norte π

Dónde norte es un número entero. Esto se debe a que requerimos un argumento de amplitud de coseno para satisfacer ambos X = 0 s 0 y X = L s 0 dado el hecho de que la tubería está abierta en ambos extremos. s es el desplazamiento de partículas dentro del medio desde el equilibrio, paralelo a la velocidad de propagación de la onda.

Siendo esto cumplido, creo estar justificado para argumentar esto.

Ahora, desde 660   H z era una frecuencia de modo normal (se definirá con norte 1 ), y luego se bajó a la siguiente frecuencia de modo normal de norte 2 , esto significa que norte 1 fue el siguiente modo entero después de norte 2 .

norte 1 = norte 2 + 1

A partir de esto, argumento, debido a la condición de que las dos frecuencias dadas sean frecuencias resonantes:

k norte 1 12.1   metro 1

L = norte 1 π 12.1 = ( norte 2 + 1 ) π 12.1

Y de la segunda frecuencia resonante..

k norte 2 10.07   metro 1

L = norte 2 π 10.07

norte 2 π 10.07 = ( norte 2 + 1 ) π 12.1

norte 2 = 5

De esto, L se puede encontrar, y la frecuencia de resonancia más baja se puede encontrar mediante la relación:

norte = k norte   L π

Con norte = 1 .

¿Son justos mis argumentos?

Creo que hay algo de trabajo superfluo. Como sabes que cada frecuencia es un múltiplo de la fundamental, todo lo que necesitas resolver es 550 norte = 660 norte + 1 = F 0 . Esto es para conseguir que tengas los modos 5 y 6.

Respuestas (1)

Aquí hay algunos pensamientos:

  • El patrón de onda estacionaria para cualquier conjunto de condiciones de contorno se puede escribir como la suma de las ondas coseno y seno. Las condiciones de contorno determinan qué forma k norte L acepta. Para su caso de un tubo abierto-abierto, la presión acústica es cero en los límites (es decir, la presión es igual a la presión ambiental). Así, en X = 0 ,   L Necesitas pag = 0 y de estas condiciones se obtiene el requisito de que k norte L = norte π . Todo esto es para decir que no puede "elegir" tener esta condición. También debe mostrar su trabajo.
  • La cantidad k norte no es una frecuencia. deberías reportar F norte = k norte C 0 / 2 π , dónde C 0 es la velocidad del sonido.
  • Debes mostrar tu trabajo de cómo obtuviste los valores 12.1 m 1 y 10,07m 1 .
El OP no asume que las dos frecuencias dadas son los dos modos más bajos y no dice que los valores de k sean frecuencias. El trabajo muestra que obtuvieron los modos 5 y 6 en realidad.
Bien. Es por eso que metro aún está por determinar. Si fueran las dos frecuencias más bajas, entonces metro seria igual a 1.
Sí, en su trabajo, m es 5 con la forma en que estás definiendo m. Me pregunto por qué les estás diciendo que corrijan cosas que ya están bien.
Ya lo veo. Me distraje con sus definiciones de norte 1 y norte 2 . He eliminado este comentario de mi respuesta.
La parte más importante de esta respuesta es que no se pueden elegir las condiciones de contorno. La presión es cero en X = 0 y en X = L entonces la presión se describe mediante un seno, no un coseno, y k norte L = norte π