Dies ist eine Simulation einer physikalischen Standarddemonstration zur Messung der Schallgeschwindigkeit in der Luft.
Eine vibrierende Stimmgabel wird über ein Rohr gehalten - das Rohr enthält etwas Wasser, und der Pegel des Wassers im Rohr kann eingestellt werden. Dadurch entsteht eine Luftsäule in der Röhre, die sich zwischen dem Wasserstand und dem oberen Ende der Röhre befindet. Durch eine entsprechende Einstellung des Wasserstands kann die Höhe der Luftsäule so gewählt werden, dass sie eine Resonanzbedingung für die von der Stimmgabel erzeugte Schallwelle darstellt. Im realen Experiment wird die Resonanz durch Abhören festgestellt - der Klang des Rohrs ist bei Resonanz am lautesten. In der Simulation wird die Resonanz durch die Amplitude der Welle in der Luftsäule angezeigt. Je größer die Amplitude, desto näher an der Resonanz. Beachte, dass in bestimmten Höhen der Luftsäule kein Ton zu hören ist - dies liegt an der vollständig destruktiven Interferenz.
Außerdem gibt es immer einen Knoten (für die Verdrängung der Luftmoleküle) an der Wasseroberfläche. In erster Näherung tritt Resonanz auf, wenn sich am oberen Ende des Rohrs ein Bauch befindet. Wenn man die Frequenz der Stimmgabel, die Höhe der Luftsäule und die entsprechende Gleichung für stehende Wellen in einem solchen Rohr kennt, kann man die Schallgeschwindigkeit in Luft experimentell bestimmen.
Wie hoch ist die Schallgeschwindigkeit in der Luft bei dieser Simulation?
This work by Andrew Duffy is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.
This simulation can be found in the collection at http://physics.bu.edu/~duffy/classroom.html.