COME CALCOLARE LA VELOCITÀ DEL SUONO GRAZIE AL FENOMENO DELLA RISONANZA
-Scopo: osservare il fenomeno della risonanza in un tubo cilindrico con estremità aperta. Usare la risonanza per determinare la velocità del suono nell'aria a temperature normali.
-Occorrente:diapason (consigliamo in sostituzione l'utilizzo di un generatore di frequenza) tubo di risonanza.
Introduzione: La velocità con cui il suono viaggia in qualsiasi mezzo può essere determinata se si conoscono la frequenza e la lunghezza d'onda. La relazione tra queste grandezze è:
v = fλ
dove :
v= velocità di propagazione del suono
f = frequenza
λ = lunghezza d'onda
In questo esperimento la velocità del suono nell'aria si trova utilizzando diapason di frequenza nota. La lunghezza d'onda del suono sarà determinata utilizzando la risonanza di una colonna d'aria. L'apparato per l'esperimento,il tubo di risonanza, è costituito da un cilindro riempito d'acqua e da un lungo tubo aperto. La lunghezza della colonna d'acqua può essere modificata alzando o abbassando il tubo aperto immerso nel cilindro contenente acqua , mentre il diapason è tenuto sopra l'estremità aperta del tubo. La risonanza è indicata dall'improvviso aumento dell'intensità del suono quando la colonna viene regolata alla lunghezza corretta. La risonanza è un fenomeno di onda stazionaria nella colonna d'aria e si verifica quando la lunghezza della colonna è:
λ/4, 3λ/4, 5λ /4 dove λ è la lunghezza d'onda del suono.
La superficie dell'acqua costituisce un nodo dell'onda stazionaria poiché l'aria non è libera di muoversi longitudinalmente. L'estremità aperta fornisce le condizioni per un antinodo, ma è stato riscontrato che l'antinodo effettivo si trova all'esterno del tubo a una distanza di circa 0,6 r dall'estremità, dove r è il raggio del tubo. Questa correzione finale può essere aggiunta per ottenere un valore più accurato se è possibile misurare solo una risonanza, ma di solito è più conveniente eliminare questo “effetto finale” sottraendo la lunghezza di risonanza per λ/4 da quelle per 3 λ /4, 5λ /4, ecc.
Procedura:
1. Riempire il cilindro d'acqua, lasciando tre dita dal bordo, immergerci all'interno il tubo aperto. Colpire il diapason con il martello di gomma in dotazione e tenerlo sopra la colonna d'acqua. Attenzione: non toccare il tubo con il diapason.
2.Estraendo il tubo aperto dal cilindro pieno d'acqua abbassare lentamente la colonna d'acqua all'interno del tubo aumentando di conseguenza quella d'aria, ascoltando l'amplificazione del tono. Quando viene trovata una risonanza, si sentirà un pronunciato rinforzo del suono. Spostare il tubo su e giù più volte per individuare il punto di massima intensità sonora e contrassegnare quel punto misurandolo con un metro (o ad esempio con un elastico all'esterno del tubo).
3. Abbassare ulteriormente l'acqua all'interno del tubo per trovare il punto di risonanza successivo. Continuare in questo modo finché la lunghezza del tubo lo consente. Dalle misurazioni si ottengono le lunghezze λ/4, 3λ/4, ecc. in metri.
Controllare se le lunghezze delle colonne seguono la progressione 1, 3, 5, 7, dal momento che si potrebbe aver perso una risonanza o aver contato una delle risonanze spurie più deboli che a volte si verificano. Calcolare la lunghezza d'onda moltiplicando per 2 la distanza tra un nodo e l'altro, a questo punto stando alle relazioni precedentemente elencate è possibile calcolare e la velocità del suono stimando inoltre l'errore percentuale.