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保麗龍小球與駐波1~肯特管 (Kundt tube)內的波漣

透過裝有小顆粒保麗龍球的透明塑膠管(稱為肯特管),可以觀察管柱內聲波的共振現象

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2016-12-26 22:23:57 最後編修
2016-12-26 22:19:36 By zfang
 

這次幫《科學少年》介紹聲波實驗,我第一次接觸肯特管。雖然文章次分類為輕鬆隨意玩,其實肯特管吹起來不輕鬆,但......真的很好玩!

聲音的傳遞是一種波動現象,空氣中的聲波是縱波,透過空氣分子的推擠產生疏密變化而將能量傳出去。

若是聲波在管子中來回振動時,入射波與反射波結合就會就會發生波的疊加現象,有些地方振動更激烈,有些地方的振動則抵消。要如何看得到管柱內的聲波強弱變化呢?透過裝有小顆粒保麗龍球的透明塑膠管(稱為肯特管),可以觀察管柱內聲波的共振現象。參考:科學遊戲實驗室~聲音看得見

製作方法:將透明塑膠管一端封住,裝入1mm小保麗龍球,另一端套上衛生紙或口罩的不織布層。
操作方法:雙手握住綁衛生紙的一端,嘴巴對著塑膠管用力發出聲音。


透明管我是用隔熱紙的套筒。(隔熱紙可用來做實驗:隔熱紙也能這樣玩~哈哈鏡成像觀察!)


發聲之後,小保麗龍球形成層次分明的整齊排列,


保麗龍球隨著聲波共振站立甚至晃動,就好像看見聲波在塑膠管內傳遞。

如果吹的好,可以明顯看到保麗龍球有趣的振動,形成一片一片波浪狀的整齊排列!為了配合我的錄影,男孩們吹到快累死了。他們說快斷氣了,關於這個實驗的準備工作與過程花絮,請見續篇:保麗龍小球與駐波2~肯特管準備與315實驗花絮、保麗龍小球與駐波3~吹到快斷氣的肯特管(316實驗花絮)

1.聲音越大,保麗龍球的站立越明顯!

2.持續吹,可以看到層次分明的波漣

3.在這段影片中,請注意波漣移動的方向:

裡頭的小保麗龍球出現的層狀變化最驚奇。這個現象的原理是什麼呢?只用駐波二字不能滿足我,直到查詢到這篇虎尾高中的科展報告才恍然大悟,原來裡頭氣流的壓力變化(產生微小氣旋)才是主要原因。

管中聲波共振造成氣流壓力改變,有些位置壓力時大時小為振動較劇烈的波腹,有些則壓力變化不大是幾乎無振動的波節。保麗龍球隨著聲波而前後移動,形成一堆 堆以波節為中心的聚集。此外,又因為管中產生微小的氣旋變化,質輕的小保麗龍球被托起,聲波就在管柱內形成像沙丘上紋路的波漣。


受到聲波共振與微細氣流影響,小保麗龍球在波節與波節之間,隨著聲波產生層次線紋的波漣。

我們是用吹的,所以可能會認為是我們吹出的氣流造成的現象。如果改用喇叭產生聲音,帶動肯特管內氣體變化,就能觀察到波節、波腹,以及美麗獨特的波漣了。請參考下面影片的實驗:

 

類似的駐波與氣流實驗,請見:火焰與駐波之舞~魯賓斯之管(Rubens’tube)

 

保麗龍小球與駐波1~肯特管 (Kundt tube)內的波漣
保麗龍小球與駐波2~肯特管準備與315實驗花絮
保麗龍小球與駐波3~吹到快斷氣的肯特管(316實驗花絮)

 

2014-05-28

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