5.45. A hang sebességének mérése állóhullámokkal
A kísérlet célja 
A hang terjedési sebességének meghatározása levegőben, ismert frekvenciájú hangra rezonáló levegőoszlop hosszának mérésével.
Szükséges anyagok, eszközök
- Nagyméretű, egyik végén zárt műanyaghenger
- Mindkét végén nyitott, a hengeres edénybe illeszthető műanyag cső, oldalán centiméteres beosztású skála
- Ismert rezgésszámú hangvilla
Leírás
A műanyag hengert töltsük meg vízzel, hogy a tetején csak 5-10 cm levegőoszlop legyen. Az oldalán skálával ellátott csövet merítsük a vízbe. A csőben lévő levegőoszlopot alulról a víz zárja be, így a légoszlop hossza a cső emelésével és süllyesztésével változtatható. A cső szabad vége fölé tartsunk rezgő hangvillát, majd a teljesen vízbe merített csövet emeljük lassan egyre magasabbra. Közben megfigyelhetjük, hogy bizonyos hossznál a hang felerősödik. A maximális hangerősséghez tartozó levegőoszlop-magasságot (a cső peremének és a henger vízszintjének különbségét) mérjük le. Folytassuk a cső emelését egészen a következő rezonanciahelyzetig, és mérjük le ismét a belső csőben lévő levegőoszlop hosszát.
Ha a mérés közben a hangvilla rezgése már nagyon elhalkulna, ismételt megkoccintással újból rezgésbe hozható. A villa hangjának erősödése jelzi, hogy a csőben hang-állóhullám alakul ki.
Az egyik végén zárt levegőoszlop L hossza a λ hullámhossz negyedének páratlan számú többszöröse:
, ahol 
Két egymás utáni rezonanciahely tehát 
távolságra van egymástól. Így a hullámhossz meghatározható a két mért levegőoszlop-magasság különbségéből:
A hangvilla f frekvenciájának ismeretében a hang c terjedési sebessége a
összefüggésből határozható meg.
Módszertani kiegészítések
- Érdemes megjegyezni, hogy akár egy mérésből is meghatározható a hang sebessége, feltéve, hogy pontosan tudjuk milyen (azaz hány csomópontú) állóhullám alakul ki. A fent felvázolt eljárás értelme kettős:
- ezt követve nem kell tudnunk milyen állóhullám alakult ki, hiszen a két szomszédos különbsége mindig a λ/2.
- A lemért hossz (a cső peremének és a henger vízszintjének különbsége) nem teljesen az a hossz, ami meghatározza a kialakult állóhullám hosszát. Ennél a tényleges hullámhossz kissé nagyobb. Ezt nevezik végkorrekciónak. Ha az egymással szomszédos rezonanciahelyek alapján számolunk, akkor ez a korrekció is kiesik, így pontosabb eredményt kapunk.
- A hang véges terjedési sebességének szemléltetésére érdemes bemutatni az alábbi videót: Armin Küpper magával kánonozik
Tweet