Sípfizika

Nézzük meg a kérdésben megjelenő konkrét típusú sípot.

Amikor a sípot fújjuk, a levegő kénytelen kifelé rohanni a keskeny nyíláson. A patak közepén a légáramlás lényegesen gyorsabb, mint a főáramhoz közeli szomszédos levegő. Ha a légáram könnyen elhajlik (instabil), örvények keletkeznek. Ha ugyanaz történik ismételten, sokkal több hasonló tulajdonságú örvény keletkezik. Ezek az örvények miatt a légnyomás periodikusan változik, ezért hanghullám keletkezik. Ennek a hanghullámnak a frekvenciája összefügg az örvények leadási sebességével. Mivel a folyamat meglehetősen kaotikus, egyszerre sokféle sebességet vagy frekvenciát állítanak elő.

Amint a képen látható, az adatfolyam két részre oszlik. Az egyik rész jön ki a nyílásból, a másik része pedig bent marad. A bent lévő hanghullám zavarja egymást. Ha a hang frekvenciája nem egyezik a kamra egyik rezonáns frekvenciájával, a hullámok rombolóan interferálnak és gyorsan eltűnnek. Ha azonban a frekvencia megegyezik az üreg rezonáns frekvenciájával, akkor a hullám amplitúdója megnő a hosszabbítás során. A növekedés mértéke csökken az amplitúdó felhalmozódásával. Végül stabil állapotba kerül. Ezen a ponton a hanghullám amplitúdója elég erős ahhoz, hogy a hang nagyon hallhatóvá váljon. A hanghullám kijön a lyukból, erősen szétszóródik, és végül eléri a fülünket.

Néhány sípnak egy kis golyója pattog az üreg belsejében. A labda megváltoztatja az üreg alakját és egyúttal a rezonáns frekvenciákat is. Így lehetővé teszi számunkra, hogy a hangfrekvencia szélesebb tartományát halljuk.

Megjegyzések

• ” Ha a levegő a patak könnyen elhajlik (instabil), örvények keletkeznek. Ha ugyanaz történik ismételten, sokkal több hasonló tulajdonságú örvény keletkezik. Ezek az örvények miatt a légnyomás periodikusan változik, ezért hanghullám keletkezik. ” +1; Ez az a legfontosabb rész, amiről ‘ kérdezem. Tudja tisztázni, hogyan történik ez egy elfogadott válasz esetén? Ez összefügg az örvénykibocsátással? ‘ nem tudom pontosan elképzelni, hogyan állítják be az időszakos változásokat.
• Igen, ez egyfajta örvényes leválás. Talán ezt keresi? www2.ibp.fraunhofer.de/akustik/ma/pipesound/animEdgeTone.mpeg
• Ez a link megszakadt; állóképek továbbra is megtalálhatók itt . Tudja, hol van a videó?
• Ez volt az általánosan elfogadott magyarázat, mielőtt a hangképző rendszer viselkedését elég részletesen mérni lehetett volna, de lásd: newt.phys.unsw.edu.au/music/people/publications/… az aktuális magyarázat matematikai kezeléséhez – vagy olvassa el az alábbi válaszomat egy nem matematikai változatért.
• Mérhető-e mikrofonnal a síp belsejében az áramlási sebesség?

Ezek a dolgok általában visszacsatolással működnek, amely nyomásváltozásokat vált ki, és ezáltal az eredeti áramlás irányítását eredményezi, ami aztán ellentétes hatást gyakorol a nyomásra stb.

Erre egyszerűbb gondolni, amikor figyelembe vesszük a közös labdasípot, mint általában az atlétikai edzők és a játékvezetők. A befújt alkatrésznek van egy vékony rése, amely lamináris légréteget fúj egy nyíláson, de ezután folytatódik a kerek részen. A kerek részen azonban nincs más nyílás, így végül a nyomás felgyülemlik, és ez a nyomás “áttör” a lamináris lapon, amely mintegy “eltakarja” a nyílást. Ez lehetővé teszi a nyomás felszabadulását a nyíláson keresztül, amely szintén irányítja a fúvókáról a levegőt, hogy ne menjen be a kerek részbe. Ezután a sípban lévő nyomás csökken, a lamináris lap újra kialakíthatja vagy visszaállíthatja eredeti, átirányítatlan áramlását, ami a nyomás újbóli felépülését stb. Okozhatja.

A síp belsejében lévő labda nem “t” Időnként szétbontja a fenti folyamatot, hatékonyan módosítva a síp frekvenciáját sokkal alacsonyabb frekvencián.Nem tudom, miért pont ez történik, de úgy gondolom, hogy a labda hangja érdekesebb, a figyelem felkeltése, vagy az emberek számára könnyebben lokalizálható.

Hozzászólások

• Azt hiszem, ezt egy pillanatban tudtam, de elfelejtettem. Köszönöm, hogy emlékeztette. Ez nem ‘ t olyan fütty, amire kifejezetten kérdeztem, de +1 a segítségért!

Végtelen zűrzavar támadt arról, hogy valójában hogyan működik ez a síp. Ha az áramlási mintát vizsgálja, a képen örvénymintákat mutat, de ez nem feltétlenül jelenti azt, hogy az örvények okozzák a hangot. Valójában fordítva van – a hang okozza az örvényeket!

Az alapvető magyarázat (amely az orgona pipákra és hangszerekre, például a bádogfüttyre és a hangrögzítőre is vonatkozik) Bernouilli elvétől függ. “egyszerűbb arra gondolni, hogy egy üveg nyitott végét fújva kell hangot adni, mert a síp” pipa “része valóban megegyezik a 90 fokon körbe hajlított palackkal. Nem az a fontos, hogy “a csőbe” fújjon, hanem az, hogy “a cső végén lévő lyukon át” fújjon.

Amikor egy üvegen fúj, a mozgó levegőben lévő nyomás az áram csökken, és az üvegből kis levegőt “szívnak ki” az alacsony nyomású légáramba.

Azonban a légáramba beolvadó extra levegő elhajítja a légáramot a palack szájától, ami csökkenti a „szívás” mennyiségét.

A levegő belül a palacknak természetes rezgési frekvenciája van, amely a palack méretétől és alakjától függ. Ezt a rezgést a palack szájánál bekövetkező hirtelen nyomásváltozás gerjeszti, és egy fél vibrációs ciklus után úgy működik, hogy visszaszívja a levegőt az üvegbe. Ez visszahúzza a palackon keresztül fújt légáramot az üveg szája felé, és a ciklus megismétlődik.

A kritikus paraméter itt az az idő, amely alatt a fújt légáram áthalad az üveg szája t, összehasonlítva az üveg belsejében lévő levegő egy rezgési ciklusának idejével. Ha a két időintervallumnak megfelelő a kapcsolata, akkor a rezgések amplitúdóban halmozódhatnak fel. Ez megmagyarázza, hogy ha finoman fúj (alacsony sebesség), akkor egyáltalán nem hoz létre hangot, és ha fokozatosan erősebben fúj, hirtelen megindul a hang. Az egész rendszer geometriájától függően, ha nagyon erősen fúj, a hang más magasabb frekvenciára “ugorhat”. Valójában lehetséges egy orgonacsövet úgy beállítani, hogy az egymás után 3 vagy 4 különböző magassággal adjon hangot, a fújáshoz használt szélnyomástól (és ezért a légsebességtől) függően.

Az örvények egyszerűen a palack szájának szélét elütő oszcilláló légáram melléktermékei.

A “téves” magyarázatok abból a helyes megfigyelésből indulnak ki, hogy ha egyszerűen egy fúvókán keresztül fújnak levegősugarat, akkor örvénymintázat alakulhat ki, amely meghatározott frekvencián ismétlődhet. De egy tipikus síp geometriája és fújási nyomása szempontjából az örvényminta frekvenciája (ha egyáltalán létezik) nagyon különbözik a síp által keltett hang frekvenciájától, és nehéz kitalálni jó okot arra, hogy miért az örvényeknek okozniuk kell a hangot.

A kamrában lévő levegő úgy rezonál, mint egy rugó: Tömege van, és összenyomva vagy kicsomagolva visszarúg. Ha a nyíláson át és kissé lefelé fújnak levegőt, a belsejében lévő levegőt lefelé nyomja & zavart okoz, ami a levegőt okozza. belül, hogy elkezdjen rezonálni. Amint lefelé rezonál, a légáramot lefelé tereli a nyílásba, és jobban lenyomja a levegőt. Amint a belső levegő visszaugrik, a légáramot felfelé tereli, így már nem nyomódik le. A Bernoulli-effektus a levegőt belülről is elhúzza, elősegítve a belsejében lévő levegő felfelé történő behúzását. Minden kialakuló örvény véletlenszerű.