聲速與共振

長度為0.85 m⁠的管子,一端封閉時的基頻為100 Hz⁠。由運動方程式推導聲速與共振條件。

片端を閉じると基本振動数が100 Hz⁠の管。両端を開くと何Hz⁠か?

用公式解釋現象

  1. 1以體積變化表示空氣的壓力變化Δp=⁠−K ΔVV……
  2. 2對單一薄層建立運動方程式ρ ∂²u∂t²=⁠−∂(Δp)∂x……
  3. 3以位移表示體積變化,並代入運動方程式ρ ∂²u∂t²=⁠K ∂²u∂x²……
  4. 4與波動方程式比較,求得聲速v=⁠√(Kρ)……
  5. 5在0 °C⁠、1⁠大氣壓下,以等溫條件求KK = p⇒⁠v = √(pρ) = 280 m/s……
  6. 6在無熱量進出的條件下求KK = γ p⇒⁠v = √(γ pρ)……
  7. 7以溫度改寫壓力與密度的關係v=⁠√(γ R TM)……
  8. 8以攝氏溫度t⁠求聲速的近似式1次近似:v≒⁠331.3 + 0.61 t……
  9. 9求管子兩端的空氣位移條件u(0, t) = 0⁠,∂u∂x (L, t) = 0……
  10. 10求一端封閉的管子之共振頻率f=⁠(2n − 1) v4L……
  11. 11移除管蓋,求兩端開口的管子之共振頻率f=⁠n v2L……
  12. 進階:拍音、干涉與繞射
  13. 12疊加頻率略有差異的聲音f拍=⁠|f₁ − f₂|……
  14. 13疊加2⁠個揚聲器的聲音|r₁ − r₂|=⁠(m + ½) λ……
  15. 14探討波通過狹縫後的擴散sinθ≒⁠λd……